Язык Umka 1.0 и игровой фреймворк Tophat

После трёх лет неторопливой разработки вышла версия 1.0 моего скриптового языка Umka ^[1]. Это статически типизированный язык, предназначенный для встраивания в программы на C/C++. Синтаксис и некоторые особенности семантики Umka были вдохновлены языком Go, однако Umka никак не зависит от экосистемы Go и не требует для работы ничего, кроме стандартной библиотеки C.

Основным применением языка стал игровой фреймворк Tophat ^[2], созданный Марком Машкаринцем. Версия Tophat 1.0 вышла одновременно с Umka. Это очень простой модульный фреймворк для создания 2D игр. Несколько мини-игр на нём были написаны для участия в джемах. Сейчас в разработке находятся два более крупных игровых проекта — платформер-головоломка и игра о диспетчеризации железнодорожного движения.

Язык

Первый вопрос, на который мне регулярно приходится отвечать, как только заходит речь об Umka: зачем нужен новый язык, если есть Lua? Вопрос закономерен, поскольку Umka претендует на ту же нишу встраиваемых скриптовых языков, где почти безраздельно господствует Lua.

Основное отличие Umka — статическая типизация и вытекающие из неё преимущества:

• Обнаружение ошибок типов на этапе трансляции программы, а не на этапе исполнения

• Ясность намерений программиста (например, при указании типов параметров функции)

• Непосредственная поддержка типов данных языка C, в том числе массивов и структур

Первый аргумент общеизвестен и послужил поводом для столь превосходной метафоры, что её не постеснялся привести ^[3] в своей презентации даже сам автор Lua, хотя она явно не в его пользу:

Что касается последнего пункта списка, то меня продолжает удивлять, что Lua, всегда предназначавшийся именно для интеграции с C, опирается на типы данных (таблицы), несовместимые с типами C. В Umka нет этого несоответствия: любая структура или массив в Umka автоматически является массивом или структурой в C, хотя, конечно, возникают тонкости при работе с такими высокоуровневыми типами, которых в C принципиально нет, — динамическими массивами и словарями (map).

Другие преимущества Umka имеют, скорее, субъективный и эстетический характер. Мне импонирует лаконизм Go, его отказ от классов и наследования, возможность присоединения методов к любому типу данных, полиморфизм через приведение любого подходящего типа к интерфейсу. Эти личные симпатии во многом сформировали облик Umka. Тем не менее, чтобы внешнее сходство не ввело в заблуждение, повторю: Umka — это не Go ^[5] ни по назначению, ни по синтаксису, ни по семантике.

Концепция языка в целом осталась прежней со времён версии 0.1 и первых публикаций ^[6] о нём на Хабре. Появились новые языковые возможности, например, словари как встроенный тип данных, цикл for...in. Много усилий было затрачено на усовершенствование и отладку сборки мусора ^[7]. Серьёзной доработке подвергся интерфейс взаимодействия с C: появился доступ к высокоуровневым типам данных Umka и его менеджеру памяти, возможность встраивать код на Umka в виде текстовой строки, а не отдельного файла. Umka теперь умеет искать реализацию функций во внешних динамических библиотеках, что полезно для расширения языка и создания обёрток для сторонних библиотек. Обогатилась стандартная библиотека Umka: теперь в ней есть базовая поддержка UTF-8 и векторно-матричной алгебры. Появилась веб-песочница ^[8], в которой можно поупражняться с основными языковыми конструкциями (и поискать баги!).

Игровой фреймворк

Tophat — простой кросс-платформенный фреймворк, позволяющий писать 2D игры на Umka. В версии 1.0 он предоставляет инструменты для работы с графикой (в том числе спрайтами, анимацией, облаками частиц и шрифтами), звуком, устройствами ввода (клавиатурой и мышью). Он также имеет средства для анализа столкновений и поиска кратчайших путей на 2D карте, чтения и записи данных в формате CSV.

Tophat поставляется в виде одного исполняемого файла для Windows или Linux, в который зашиты все необходимые низкоуровневые библиотеки, интерпретатор Umka, а также все модули стандартной библиотеки Umka и самого Tophat. Никаких внешних зависимостей он не имеет.

Среди примеров мини-проектов на Tophat — космическая стрелялка, простейший платформер, тетрис, аналог Flappy Bird, таймер для «метода помидора» (тремя последними примерами мы обязаны также участнику проекта Tophat Святославу Шатунову, он же Ske ^[9]). Их можно запустить как на своём компьютере, так и непосредственно в браузере — прямо с сайта Tophat. Готова и веб-песочница ^[10] для браузерных экспериментов с Tophat.

Дополнительные инструменты

Марек Машкаринец создал удобную утилиту UmProf для профилирования программ на Umka. Она выводит данные анализа в формате JSON, затем для визуализации результатов можно использовать Spall ^[11]. Интерпретатор Umka поддерживает профилирование, позволяя назначить внешние пользовательские функции (debug hooks), которые будут вызываться при каждом входе и выходе из любой функции Umka. Утилита UmProf интегрирована в Tophat. Вот пример её использования, позволяющий видеть, что наибольшую долю времени отрисовки кадра игры в данном случае занимает сортировка графических элементов по глубине:

Также Марек занят написанием универсального визуального редактора свойств с выводом данных в JSON. Этот инструмент ещё находится на ранней стадии разработки и не вошёл в выпуск Tophat 1.0.

Игры

Мне известны по меньшей мере два серьёзных игровых проекта, разрабатываемых на Tophat и Umka. Святослав Шатунов весь последний год работает над платформером-головоломкой SaveScum ^[12] (именно её скриншот вынесен на обложку статьи). Ключевая идея — превратить сохранение игры из вспомогательной операции в основу игровой механики. Для игры написан и редактор уровней — также на Tophat.

Марек Машкаринец тем временем развивает свой проект — игру о диспетчеризации железнодорожного движения. Репозиторий с прототипом игры пока закрыт, однако можно познакомиться с дневником разработки ^[13] на сайте автора. Марек регулярно участвует и в игровых джемах, часто с мини-играми в ретро-стилистике ^[14]. Он также ведёт канал в Discord ^[15], где обсуждаются Umka, Tophat и игры.

Ссылки для скачивания

• Umka 1.0 ^[16]

• Tophat 1.0 ^[17]