是否可以仅使用单个数组实现康威生命游戏Conway's Game of Life

原有实现说明 #

我已经使用C语言实现了康威生命游戏（Conway's Game of Life），代码如下：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    char field[20][20] = {0}; //game field
    char cpy[20][20] = {0}; //copy of game field
    int gens;   //number of generations
    scanf("%d", &gens);//input by user
    while(1){   //runs till 'break;'
        char c;
        scanf(" %c", &c); //read next char
        if(c == 'a'){//break at char 'e'
            int i,j;
            scanf("%d %d",&i,&j);//scan coordinates
            field[j][i] = 1;    //setting cell to state alive
        }else{
            break;
        }
    }
    //calculate and print generations
    for(int i = 0; i <= gens; i++){
        printf("-- Generation: %d\n",i);
        //iterating over each cell
        for(int k = 0; k < 20;k++){
            for(int l = 0; l < 20; l++){
                //print current generation
                if(field[k][l] == 1){
                    printf("%c",'#');//alive
                }else{
                    printf("%c",'.');//dead
                }
                
                //counting neighbors of field[k][l]
                int neighbors = 0;
                for(int y = -1; y < 2; y++){
                    for(int x = -1; x < 2; x++){
                        if(!(x == 0 && y == 0)){
                            if( k + y < 20 &&
                                k + y >= 0  &&
                                l + x < 20 &&
                                l + x >= 0){
                                    if(field[k+y][l+x] == 1){
                                        neighbors++;
                                    }
                                }
                        }
                    }
                }
//rules
//Any live cell with two or three live neighbours survives.
//Any dead cell with three live neighbours becomes a live cell.
//All other live cells die in the next generation. Similarly, all other dead cells stay dead.
                if(field[k][l] == 1 &&
                   (neighbors == 2 || neighbors == 3)){
                    cpy[k][l] = 1;       
                }else if(field[k][l] == 0 &&
                   neighbors == 3){
                    cpy[k][l] = 1;       
                }else if(field[k][l] == 1){
                    cpy[k][l] = 0;
                }
                
            }
            printf("\n");
        }
        
        //setting gamefield to new generation
        for(int a = 0; a < 20; a++){
            for(int b = 0; b < 20; b++){
                field[a][b] = cpy[a][b];
            }
        }
    }
    return 0;
}

用户输入示例如下：

3
a 9 9
a 9 10
a 9 11
e

输入规则：第一个数字为需要模拟的世代数，之后用户可以输入字符a加x、y坐标将对应单元格设置为存活状态，输入字符e结束输入。

提问内容 #

当前代码使用了两个数组，一个存储当前世代的细胞状态，另一个存储下一世代的细胞状态。出于兴趣，是否可以仅使用单个数组实现完整的康威生命游戏功能？ #

解答 #

可以实现，核心思路是扩展细胞的状态标识，避免修改后的状态干扰当前世代的邻居计数。
原来的数组只用到了0（死亡）、1（存活）两个状态，我们可以新增两个过渡状态：

• 2：当前存活，下一世代死亡
• 3：当前死亡，下一世代存活
  具体实现逻辑如下：

1. 统计邻居存活数量时，只要邻居的状态值为奇数（1和2都是当前存活状态）就算入存活邻居
2. 遍历所有细胞根据规则设置过渡状态：
   • 当前状态为1（存活）：邻居数为2或3时保持1，否则设为2
   • 当前状态为0（死亡）：邻居数为3时设为3，否则保持0
3. 所有细胞过渡状态设置完成后，再遍历一次数组，每个值对2取余，就能得到下一世代的0/1状态
   这种方案全程只需要使用单个数组，不需要额外的拷贝数组，内存占用比双数组方案低一半，在超大网格模拟场景下优势更明显。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者noah1400