网站的设计与实现开题报告网站在线优化工具
1. 设计思路
1.1 选择有限的世界
康威生命游戏的世界是 无限二维网格，但由于 计算机内存有限，我们可以选择三种有限宇宙方案：
- 动态扩展：仅存储“活跃区域”，按需扩展（可能无限增长）。
- 固定大小，无边界扩展：边界处的细胞会被“消灭”。
- 固定大小，环绕宇宙（Toroidal Universe （我们采用此方案）
环绕宇宙（Toroidal Universe）允许 滑翔机（Gliders） 无限运行，不会被边界限制：
- 上边界的细胞连接到下边界
- 左边界的细胞连接到右边界
2. Rust 代码实现
2.1 定义 Cell 结构
#[wasm_bindgen]
#[repr(u8)]
#[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq, Eq)]
pub enum Cell {Dead = 0,Alive = 1,
}
说明：
#[repr(u8)]：让Cell占用 1 字节，减少内存浪费。Dead = 0, Alive = 1：使得Cell可以直接用整数加法计算邻居数。
2.2 定义 Universe
#[wasm_bindgen]
pub struct Universe {width: u32,height: u32,cells: Vec<Cell>,
}
说明：
width、height：宇宙的宽度和高度cells: Vec<Cell>：存储所有细胞状态（0=死，1=活）
2.3 计算网格索引
impl Universe {fn get_index(&self, row: u32, column: u32) -> usize {(row * self.width + column) as usize}
}
- 计算二维网格在一维数组中的索引。
2.4 计算活邻居数量
impl Universe {fn live_neighbor_count(&self, row: u32, column: u32) -> u8 {let mut count = 0;for delta_row in [self.height - 1, 0, 1].iter().cloned() {for delta_col in [self.width - 1, 0, 1].iter().cloned() {if delta_row == 0 && delta_col == 0 {continue;}let neighbor_row = (row + delta_row) % self.height;let neighbor_col = (column + delta_col) % self.width;let idx = self.get_index(neighbor_row, neighbor_col);count += self.cells[idx] as u8;}}count}
}
说明：
- 使用
modulo计算 环绕宇宙，确保邻居索引不会溢出。 - 避免
if语句，减少特殊情况处理，提高性能。
2.5 更新下一代状态
#[wasm_bindgen]
impl Universe {pub fn tick(&mut self) {let mut next = self.cells.clone();for row in 0..self.height {for col in 0..self.width {let idx = self.get_index(row, col);let cell = self.cells[idx];let live_neighbors = self.live_neighbor_count(row, col);let next_cell = match (cell, live_neighbors) {(Cell::Alive, x) if x < 2 => Cell::Dead,(Cell::Alive, 2) | (Cell::Alive, 3) => Cell::Alive,(Cell::Alive, x) if x > 3 => Cell::Dead,(Cell::Dead, 3) => Cell::Alive,(otherwise, _) => otherwise,};next[idx] = next_cell;}}self.cells = next;}
}
说明：
- 规则翻译：
- 活细胞 < 2 → 死亡（过少）
- 活细胞 = 2 or 3 → 存活（繁衍）
- 活细胞 > 3 → 死亡（过度拥挤）
- 死细胞 = 3 → 复活（繁殖）
2.6 初始化宇宙
#[wasm_bindgen]
impl Universe {pub fn new() -> Universe {let width = 64;let height = 64;let cells = (0..width * height).map(|i| if i % 2 == 0 || i % 7 == 0 { Cell::Alive } else { Cell::Dead }).collect();Universe {width,height,cells,}}pub fn render(&self) -> String {self.to_string()}
}
- 初始化：创建 64x64 网格，细胞 随机分布。
- 实现
render()：在 JavaScript 中调用，返回网格字符串。
3. JavaScript 前端
在 wasm-game-of-life/www/index.js 编写 Canvas 渲染 代码。
3.1 JavaScript 初始化
import { Universe, Cell, memory } from "wasm-game-of-life";const CELL_SIZE = 5;
const GRID_COLOR = "#CCCCCC";
const DEAD_COLOR = "#FFFFFF";
const ALIVE_COLOR = "#000000";const universe = Universe.new();
const width = universe.width();
const height = universe.height();
3.2 绘制网格
const drawGrid = () => {ctx.beginPath();ctx.strokeStyle = GRID_COLOR;for (let i = 0; i <= width; i++) {ctx.moveTo(i * (CELL_SIZE + 1) + 1, 0);ctx.lineTo(i * (CELL_SIZE + 1) + 1, (CELL_SIZE + 1) * height + 1);}for (let j = 0; j <= height; j++) {ctx.moveTo(0, j * (CELL_SIZE + 1) + 1);ctx.lineTo((CELL_SIZE + 1) * width + 1, j * (CELL_SIZE + 1) + 1);}ctx.stroke();
};
3.3 读取 WebAssembly 内存
const drawCells = () => {const cellsPtr = universe.cells();const cells = new Uint8Array(memory.buffer, cellsPtr, width * height);ctx.beginPath();for (let row = 0; row < height; row++) {for (let col = 0; col < width; col++) {const idx = row * width + col;ctx.fillStyle = cells[idx] === Cell.Dead ? DEAD_COLOR : ALIVE_COLOR;ctx.fillRect(col * (CELL_SIZE + 1) + 1, row * (CELL_SIZE + 1) + 1, CELL_SIZE, CELL_SIZE);}}ctx.stroke();
};
3.4 动画渲染
const renderLoop = () => {universe.tick();drawGrid();drawCells();requestAnimationFrame(renderLoop);
};drawGrid();
drawCells();
requestAnimationFrame(renderLoop);
4.运行项目
wasm-pack build
cd www
npm install
npm run start
打开 http://localhost:8080/，你会看到 动态演化的生命游戏！
