マイクロマウスの迷路クラスの紹介

/* 1区画の壁構造体 */
union Wall{
    uint8_t flags; //< all
    struct{
        uint8_t e:1; //< east
        uint8_t n:1; //< north
        uint8_t w:1; //< west
        uint8_t s:1; //< south
        uint8_t E:1; //< known east
        uint8_t N:1; //< known north
        uint8_t W:1; //< known west
        uint8_t S:1; //< known south
    };
};

/* 迷路データ */
Wall wall[MAZE_SIZE][MAZE_SIZE];

#define MAZE_SIZE      32

/* 迷路データ */
uint32_t wall[2][MAZE_SIZE-1]; /**< 壁情報 */
uint32_t known[2][MAZE_SIZE-1]; /**< 既知壁情報 */

wall[0] //< 横並びの壁
wall[1] //< 縦並びの壁

/**
* @file Maze.h
* @brief マイクロマウスの迷路クラスを定義
* @author KERI (GitHub: kerikun11)
* @date 2017.10.30
*/
#pragma once

#include <queue>
#include <vector>
#include <array>
#include <algorithm>

/** @def MAZE_SIZE
*  @brief 迷路の1辺の区画数
*/
#define MAZE_SIZE      32
/** @typedef
*   @brief 迷路のサイズのbit数の整数型
*   32x32の迷路ならuint32_t、16x16ならuint16_t、8x8ならuint8_t
*/
typedef uint32_t wall_size_t;

/** @struct Dir
*  @brief 迷路上の方向を定義
*/
struct Dir{
public:
    /** @enum Dir::AbsoluteDir
    *  @brief 絶対方向の列挙型
    */
    enum AbsoluteDir: int8_t { East, North, West, South, AbsMax };
    /** @enum Dir::RelativeDir
    *  @brief 相対方向の列挙型
    */
    enum RelativeDir: int8_t { Forward, Left, Back, Right, RelMax };
    /** @function Constructor
    *  @param d Absolute Direction
    */
    Dir(const enum AbsoluteDir d = East) : d(d) {}
    Dir(const int8_t d) : d(AbsoluteDir(d&3)) {}

    /** @brief 整数へのキャスト
    */
    operator int8_t() const { return d; }
    /** @brief 代入演算子のオーバーロード
    */
    const Dir operator=(const Dir& obj) { this->d = obj.d; return *this; }

    /** @function getRelative
    *  @brief 自オブジェクト方向から見た引数方向を返す。
    *  @param rd 対象方向
    *  @return 相対方向
    */
    const Dir getRelative(const enum RelativeDir& rd) const { return Dir(rd-d); }
    /** @function ordered
    *  @brief 「正面、左、右、後」の順序の方向配列を生成する関数
    */
    const std::array<Dir, 4> ordered() const ;
    /** @function All
    *  @brief 全方向の方向配列を生成する静的関数
    */
    static const std::array<Dir, 4>& All();
private:
    enum AbsoluteDir d; /**< @brief 方向の実体 */
};

/** @struct Vector
*  @brief 迷路上の座標を定義。左下の区画が (0,0) の (x,y) 平面
*/
struct Vector{
public:
    int8_t x, y; /**< @brief 迷路の区画座標 */
    Vector(int8_t x=0, int8_t y=0) : x(x), y(y) {} /**< @brief コンストラクタ */
    Vector(const Vector& obj) : x(obj.x), y(obj.y) {} /**< @brief コンストラクタ */
    /** @brief 演算子のオーバーロード
    */
    const Vector& operator=(const Vector& obj) { x=obj.x; y=obj.y; return *this; }
    const bool operator==(const Vector& obj) const { return x==obj.x && y==obj.y; }
    const bool operator!=(const Vector& obj) const { return x!=obj.x || y!=obj.y; }
    /** @function next
    *  @brief 自分の引数方向に隣接した区画のVectorを返す
    *  @param 隣接方向
    *  @return 隣接座標
    */
    const Vector next(const Dir &dir) const ;
};

/** @class Maze
*  @brief 迷路の壁情報を管理するクラス
*/
class Maze{
public:
    Maze() { reset(); } /**< @brief 空の迷路のコンストラクタ */
    Maze(const Maze& obj){ *this = obj; } /**< @brief コピーコンストラクタ */
    /** @brief 配列から迷路を読み込むコンストラクタ
    *  @param data 各区画16進表記の文字列配列
    *  例：{"abaf", "1234", "abab", "aaff"}
    *  @param east_origin true: 東から反時計回り、false: 北から時計回り に0bitから格納されている
    */
    Maze(const char data[MAZE_SIZE+1][MAZE_SIZE+1], bool east_origin = true);
    /** @brief 代入演算子のオーバーロード、データのコピー
    */
    const Maze& operator=(const Maze& obj);
    /** @function reset
    *  @brief 迷路の初期化。壁を削除し、スタート区画を既知に
    */
    void reset();
    /** @function isWall
    *  @brief 壁の有無を返す
    *  @param v 区画の座標
    *  @param d 壁の方向
    *  @return true: 壁あり、false: 壁なし
    */
    bool isWall(const Vector& v, const Dir& d) const { return isWall(v.x, v.y, d); }
    bool isWall(const int8_t& x, const int8_t& y, const Dir& d) const ;
    /** @function setWall
    *  @brief 壁を更新をする
    *  @param v 区画の座標
    *  @param d 壁の方向
    *  @param b 壁の有無 true:壁あり、false:壁なし
    */
    void setWall(const Vector& v, const Dir& d, const bool& b) { return setWall(v.x, v.y, d, b); }
    void setWall(const int8_t& x, const int8_t& y, const Dir& d, const bool& b) ;
    /** @function isKnown
    *  @brief 壁が探索済みかを返す
    *  @param v 区画の座標
    *  @param d 壁の方向
    *  @return true: 探索済み、false: 未探索
    */
    bool isKnown(const Vector& v, const Dir& d) const { return isKnown(v.x, v.y, d); }
    bool isKnown(const int8_t& x, const int8_t& y, const Dir& d) const ;
    /** @function setWall
    *  @brief 壁の既知を更新する
    *  @param v 区画の座標
    *  @param d 壁の方向
    *  @param b 壁の未知既知 true:既知、false:未知
    */
    void setKnown(const Vector& v, const Dir& d, const bool& b) { return setKnown(v.x, v.y, d, b); }
    void setKnown(const int8_t& x, const int8_t& y, const Dir& d, const bool& b) ;
    /** @function canGo
    *  @brief 通過可能かどうかを返す
    *  @param v 区画の座標
    *  @param d 壁の方向
    *  @return true:既知かつ壁なし、false:それ以外
    */
    bool canGo(const Vector& v, const Dir& d) const ;
    /** @function wallCount
    *  @brief 引数区画の壁の数を返す
    *  @param v 区画の座標
    *  @return 壁の数 0~4
    */
    int8_t wallCount(const Vector& v) const ;
    /** @function wallCount
    *  @brief 引数区画の既知壁の数を返す
    *  @param v 区画の座標
    *  @return 既知壁の数 0~4
    */
    int8_t knownCount(const Vector& v) const ;
    /** @function updateWall
    *  @brief 壁を更新して既知とする関数
    *  @param v 区画の座標
    *  @param d 壁の方向
    */
    void updateWall(const Vector& v, const Dir& d, const bool& b);
    /** @function print
    *  @brief 迷路の表示
    *  @param v ハイライト区画の座標
    */
    void print(const Vector v = Vector(-1,-1)) const ;
    /** @function printPath
    *  @brief パス付の迷路の表示
    *  @param start パスのスタート座標
    *  @param dirs 移動方向の配列
    */
    void printPath(const Vector start, const std::vector<Dir>& dirs) const ;
private:
    wall_size_t wall[2][MAZE_SIZE-1]; /**< 壁情報 */
    wall_size_t known[2][MAZE_SIZE-1]; /**< 既知壁情報 */
};