Играем в крестики-нолики c RPN калькулятором

Когда я разбирался с программируемыми калькуляторами, то думал, как бы элегантнее протестировать функциональность устройства. Один из известных способов проверки – это реализация какой-либо игры.

Игр для калькуляторов, как на просторах бывшего СССР, так и за рубежом громадное количество, остаётся только выбрать. Наиболее популярная — это «Посадка на Луну». Однако, для меня она показалась скучной и неинтересной, а сам код сложным и запутанным. Поэтому мой выбор пал на крестики-нолики, так как все мы играли в них в школе, и мне стало интересно сыграть в неё с калькулятором.

Реализовать игру решил на модели HP-32S, поскольку он мне очень полюбился за красоту архитектурной реализации и удобство программирования.

❯ Основа программы

В этой книге приводится огромное количество примеров игр на калькуляторе и, в частности, пример игры в крестики-нолики:

Мне не удалось найти описания логики работы этих игр, а автор книги, к сожалению, умер в 2015 году. Попытка искать ответ в публикациях автора, любезно предоставленных на его личном сайте, не увенчалась успехом.

Поэтому придётся разбираться с этой программой самостоятельно. Приведу текст и описание программы из книги под спойлером:

Описание программы Крестики-нолики из книги

Главная задача – это перенос этого кода с МК-61 на калькулятор HP-32S. Для начала, разберёмся как эта программа работает.

❯ Проверка программы на МК-61

Первое, что я сделал – это перенабрал код из книги в формате, который понимает онлайн-эмулятор МК-61.

00.9   01.С/П 02.ПП  03.24  04.Fпи  05.x    06.Fcos 07.Fx<0 08.16  09.ИП2
10.ПП  11.24  12.1   13.-   14.БП   15.49   16.ИП7  17.ПП   18.24  19.ИП7
20.ПП  21.24  22.0   23.С/П 24.1    25.-    26.Fx=0 27.29   28.8   29.П2
30.С/П 31.П7  32.ИП2 33.4   34.-    35.Fx#0 36.39   37.Fx<0 38.41  39.8
40.+   41.П8  42.ИП7 43.-   44.Fx=0 45.48   46.ИП2  47.В/О  48.ИП8 49.7
50.7   51.С/П 52.0   53.0   54.0    55.0    56.0    57.0    58.0   59.0
60.0   61.0   62.0   63.0   64.0    65.0    66.0    67.0    68.0   69.0
70.0   71.0   72.0   73.0   74.0    75.0    76.0    77.0    78.0   79.0
80.0   81.0   82.0   83.0   84.0    85.0    86.0    87.0    88.0   89.0
90.0   91.0   92.0   93.0   94.0    95.0    96.0    97.0    98.0   99.0
A0.0   A1.0   A2.0   A3.0   A4.0    

Кстати, если интересно, то можно попробовать поиграть в эмуляторе, чтобы понять принцип работы. Для этого копируем код, вставляем в область «Код программы:» и нажимаем кнопку «Ввести в память». Картинка из книжки выше подсказывает нам, что калькулятор даёт координаты, куда ставить "X", а мы ему в ответ передаём координаты, куда ставить "O".

Координаты для игры

Чтобы начать играть на клавиатуре калькулятора, нужно нажать кнопку [С/П]. В ответ будет выведено число, первое число всегда «9» (центр поля). В ответ необходимо ввести свою координату, например, «2» и нажать [С/П]. И так далее, пока вы не проиграете (калькулятор выведет «77», либо будет ничья (калькулятор выведет «0»).

Калькулятор победил

Чтобы посмотреть последний ход калькулятора, надо обменять регистры X и Y местами, для этого нужно нажать на клавишу [⟷].

Проверка показала, что всё прекрасно работает как в эмуляторе, так и на живом калькуляторе, и ошибок в программе нет.

❯ Анализ кода программы для калькулятора МК-61

Для понимания работы программы, я переписал её на python. Конечно, даже при переносе на привычный язык программирования, код будет выглядеть немного диковато, поскольку реализовывался на совершенно иных принципах, но он хотя бы будет читаемым для остальных пользователей.

Особенность программирования МК-61 в том, что он пропускает команду перехода, если условие истинно, и исполняет — если ложно! Поэтому все условия для python пришлось инвертировать. Плюс, я для удобства ввёл дополнительные функции, которые также перенёс впоследствии в HP-32S: функция вывода координат крестиков и ввода ноликов, функция ничья и победа калькулятора:

def calc_win():
	global x
	print(f"Calc winer! x={x}")
	exit()

def draw_win():
	print(f"Draf... x={x}")
	exit()

def input_x():
	global x
	global y
	y = x
	print(x)
	x = int(input())

Первое – инициализирую регистры калькулятора:

x = 0
y = 0
p2 = 0
p7 = 0
p8 = 0

После всех подпрограмм идёт головная программа:

x = 9			#00.9  
input_x()		#01.С/П 
subprog()		#02.ПП #03.24
x = x * math.pi #04.Fпи #05.x 
x = math.cos(x) #06.Fcos 
if x < 0: 		#07.Fx<0  
	x = p2		#09.ИП2 
	subprog()	#10.ПП #11.24 
	x = x - 1	#12.1 #13.- 
	calc_win()	#14.БП #15.49 
x = p7			#16.ИП7 
subprog()		#17.ПП #18.24 
x = p7			#19.ИП7 
subprog()		#20.ПП #21.24 
#x = 0			#22.0 
draw_win()		#23.С/П 

Можно увидеть, что в любом случае в самом начале крестик будет стоять на координате 9. Вся основная логика сокрыта в подпрограмме.

def subprog():
	global x
	global y
	global p2 #A
	global p7 #B
	global p8 #C
	x = x - 1	#24.1 #25.- #27.29 
	if x == 0:	#26.Fx=0 
		x = 8	#28.8 
	p2 = x		#29.П2 
	input_x()	#30.С/П 
	p7 = x		#31.П7 
	x = p2		#32.ИП2 
	x = x - 4	#33.4 #34.- 
	if (x <= 0): #35.Fx#0 #36.39 #37.Fx<0 #38.41 
		x = x + 8 #39.8 #40.+ 
	p8 = x		#41.П8
	x = x - p7	#42.ИП7 #43.- 
	if (x == 0):#44.Fx=0 
		x = p2
	else:
		x = p8
		calc_win()

Из всего кода я понял, что второй ход калькулятора будет на единицу меньше оппонента, а если ход был в координату «1», то равен восьми. Но вот что делает остальная логика программы, особенно зачем там тригонометрическая функция, для меня осталось загадкой. Буду рад читателям, если кто-то сможет прояснить, как же работает эта программа.

Исходный код доступен в репозитории проекта.

И, да, код вполне себе работоспособен, в чём несложно убедиться:

❯ Перенос кода на HP-32S

Напомню, что калькулятор HP-32S, который есть у меня, принадлежит семейству калькуляторов HP10B/14B/17B/17BII/19BII/20S/21S/22S/27S/28S/32S/32SII/42S, таким образом, всё, что приводится ниже, с небольшими адаптациями можно будет перенести и на другие модели этой серии.

Трудозатраты в предыдущей главе, по переносу кода на python, были проделаны с двумя целями:

1. Понять, как же работает этот код (увы, не выполнено).
2. Более удобно переносить на другую модель калькулятора.

Этакая программная блок-схема, которая позволяет понять, какие регистры нужны, какие переходы и прочее.

Вооружившись документацией на калькулятор HP-32S, я переписал программу крестиков-ноликов с питона для него. Для удобства я делал это в таблицах Exel. Как я уже говорил, особенность калькулятора в том, что он маркирует каждую строку буквой и цифрой, а любая метка – это смена буквы. Таблицы идеально подходят для этого.

Ниже под спойлером, приведён код программы. Если вы хоть немного знаете ассемблер и какой-то другой язык программирования, хоть тот же BASIC, то без труда сможете понять, что же там происходит.

В силу того, что на калькуляторе HP-32S можно сделать вывод на экран конкретного регистра (с указанием имени регистра), а также запрос ввода другого конкретного регистра, то ввод-вывод становится чуть более интерактивным и интересным.

Лучше один раз увидеть, чем тысячу раз прочитать.

❯ Выводы

Изначально задача казалась мне такой простой, но заняла у меня достаточно приличное время. Её ценность состояла в том, что мне удалось разобраться — как же программировать для калькулятора HP-32S. В результате оказалось, что из модельного ряда калькуляторов, с которыми я занимался — эта версия оказалась самая дружелюбная и удобная.

Другой задачей, которую я хотел решить — это разобраться, каким образом изобретались подобные программы для микрокалькуляторов. Из-за того, что у калькулятора ограничена память программ, производилась какая-то дичайшая оптимизация, поэтому она выглядит так запутанно. Но, к моему сожалению, ни толковой литературы, ни описания, как это делалось, мне не удалось найти.

Поэтому, если у вас, уважаемые читатели, есть идеи о том, как же работает программа крестики-нолики (можно анализировать код python), то я с удовольствием их выслушаю.

❯ Полезные ссылки:

1. Гитхаб этого проекта
2. Первая часть «Калькуляторы с обратной польской нотацией»
3. Сайта автора «Гайштут и его друзья»
4. Онлайн-эмулятор МК-61
5. Документация на калькулятор HP-32S

Если вам интересна металлообработка, старое железо, всякие DIY штуки, погроммирование и linux, то вы можете следить за мной ещё в телеграмме.