Пишем тетрис в bat-файле

В комментарии к моей предыдущей статье, «Какие задачи не решаются bat-файлами?», предположили, что на bat-файлах не получится написать Doom. Насчет Дума я пока не уверен, а вот тетрис у меня получился.

Сразу оговоримся, что код, который мы будем разбирать – это proof of concept. Он имеет недоработки, но я намеренно оставил его таким, чтобы не усложнять.

Bat-файл выложен на Яндекс-диск: ссылка

Ввод с клавиатуры

В играх определенных жанров есть необходимость проверять, какие клавиши нажаты в данный момент, и при этом не останавливаться в ожидании нажатия. В С++ это делается всего одним вызовом GetKeyboardState(). В пошаговых играх и в играх типа тетриса может пригодиться посимвольный ввод, т.е. ожидание ввода одного символа без ожидания нажатия на Enter. В C++ это тоже один вызов – _getch(). Поэтому обидно, что в bat-файле ничего подобного сделать нельзя.

Но у нас есть choice.exe. Эта утилита ожидает ввода одного из перечисленных символов и выставляет errorlevel, равный порядковому номеру выбранного варианта. Допускаются только буквы и цифры. Есть опция таймаута. При этом требуется указать вариант по умолчанию, который выбирается по истечении таймаута.

Напрашивается решение: использовать клавиши WASD, как обычно в играх, для движения. Только движения вверх в тетрисе нет, поэтому W у нас будет поворот. При этом S, т.е. вниз, будет вариант по умолчанию, который будет срабатывать каждую секунду.

choice /C "sawd" /D s /T 1 > NUL

Вывод перенаправлен в NUL, потому что подсказку по управлению мы выведем покрасивее и сбоку от игрового поля.

И тут возникает ограничение на скорость игры. Таймаут указывается как целое количество секунд. То есть, минимальный таймаут – одна секунда. Значение 0 допустимо, но в этом случае всегда возвращается вариант по умолчанию, и никакого ввода не получается.

Кроме того, таймаут отсчитывается от запуска choice.exe. Иными словами, от предыдущего ввода, так как у нас эта команда будет в бесконечном цикле. Таким образом, если постоянно нажимать вправо-влево, то фигура вообще перестает двигаться вниз. Это первый недостаток моей реализации игры.

Представление игрового поля

В bat-файлах нет массивов. Однако, можно использовать переменные с именами, содержащими индексы. Таким образом организуются псевдо-массивы. В нашем случае это двумерный массив field_%Y%_%X%. Y меняется от 0 до 15, причем, 0 – это верх. X – от 0 до 7. Элементы равняются либо 0 – блок свободен; либо 1 – блок занят.

Перед началом игры поле инициализируется нулями:

for /L %%a in (0,1,15) do (
  for /L %%b in (0,1,7) do set field_%%a_%%b=0
)

Рендеринг игрового поля

Псевдографика позволит изобразить по две строки поля в одной строке текста. Половина ячейки символа – один блок. Так блоки получаются более-менее квадратными. Символ с кодом 223 представляет собой закрашенную верхнюю половину ячейки, 220 – нижнюю, а 219 – полностью закрашенная ячейка.

В bat-файлах нет способа указать код символа цифрами, зато можно вставить псевдографику как есть. Для интерпретатора это обычные символы, которые могут быть частью переменной или параметра команды.

Напомню, что bat-файл надо сохранять в кодировке 866. Кодировку можно изменить командой chcp, но нам это не понадобится.

Когда обе половины ячейки свободны, нужно вывести пробел. Это значит, в скрипте будет строка, оканчивающаяся пробелом. Его не видно, а он есть, и есть риск его удалить при редактировании. В кавычки его ставить нельзя. Если с командами SET и ECHO использовать кавычки, они попадают, соответственно, в переменную и на экран.

Перемещение курсора

Чтобы обновить весь экран, есть вариант его очистить командой CLS, а потом вывести всё содержимое. Но в нашем случае рендеринг идет дольше смены кадров, и изображение мигает, если очищать экран. Поэтому нужно переместить курсор в точку (1;1) и вывести новое поле поверх старого.

Для перемещения курсора нам понадобится код ANSI-терминала <ESC>[1;1H. <ESC> – это символ с кодом 27 (033 или 0x1B). Его, как и псевдографику, можно вставлять в команды как есть. Главное – найти текстовый редактор, который позволит это делать. Notepad++ подойдет. Спасибо @horror_x за подсказку.

Алгоритмы

Написание своей реализации тетриса – это упражнение не столько на графику, сколько на алгоритмы. Нужно определиться с представлением фигуры в памяти, рассчитывать поворот фигуры и ее коллизии с «ландшафтом».

Выбор фигуры

В таблице ниже представлены все фигуры тетриса

Случайным образом (через переменную %RANDOM%) выбираются значения переменных figtype (от 0 до 3) и figflip (0 или 1). Для figtype от 0 до 2 изменение figflip – это зеркальное отражение относительно вертикальной оси. Фигуры с figtype 3 симметричны относительно обеих осей, поэтому для этого случая figflip выбирает саму фигуру. Это позволяет не кодировать явно все 8 фигур. Достаточно пяти. Фигуры с figtype<3 и figflip=1 получаются отражением.

Представление фигур

Функция :getfigure заполняет переменные figdefx и figdefy. В каждой из них 4 цифры. Каждая цифра – координата. figdefx – это X-координаты, а figdefy – Y. Таким образом закодированы положения 4 блоков, из которых состоит фигура. Эти переменные не меняются при повороте фигуры по ходу игры, и figflip их тоже не меняет. Вместо этого координаты преобразуются при помощи матрицы поворота и отражения.

Матричная алгебра

:getfigure инициализирует матрицу либо единичной матрицей, либо матрицей отражения в зависимости от figflip. Матрица хранится в 4 переменных: mat11, mat12, mat21 и mat22.

При нажатии на W происходит умножение матрицы поворота на 90° по часовой стрелке на текущую матрицу. При умножении матриц от перестановки множителей произведение меняется. Первой должна идти матрица, описывающая преобразование, выполняемое последним.

Если поворот приводит к коллизии, выполняется поворот в другую сторону аналогичным образом. В общем случае в играх так не делают, потому что накопление погрешности вычислений. Но у нас частный случай, когда все числа целые, повороты только на 90°, и элементы матрицы могут равняться только 0, 1 и -1.

Способ кодирования фигур не допускает отрицательных координат. Вся фигура занимает один квадрант и поворачивается относительно своего конца, а не центра. Это еще одна вещь, которую я не исправлял.

Применение фигуры

Функция :applyfigure принимает 3 параметра: колбэк и координаты. Функция рассчитывает координаты каждого блока фигуры с учетом указанного смещения и матрицы и вызывает колбэк, передавая ему эти координаты.

Используются следующие колбэки:

• :setblock заполняет блок, т.е. присваивает значение 1 элементу псевдо-массива field_%2_%1. Таким образом, фигура рисуется на поле;

• :clearblock очищает блок. Фигура стирается с поля;

• :testcollision возвращает errorlevel 1 если указанный блок заполнен или находится за границами поля. Коллизия с верхним краем тоже проверяется. Она может произойти при повороте фигуры.

Если колбэк возвращает errorlevel 1, :applyfigure прерывает выполнение и тоже возвращает 1.

Жизненный цикл фигуры

На метке :nextfigure после выбора очередной фигуры эта фигура рисуется на поле в точке (3; 0). Если при этом возникает коллизия, игра заканчивается. Как вы помните, координаты блоков в определении фигуры неотрицательны, а флаг figflip отражает фигуру относительно вертикальной оси. Таким образом, коллизия с верхним краем исключена. Коллизии с правым и левым краем тоже исключены, потому что нет таких широких фигур. Таким образом, коллизия может быть только с ландшафтом.

Если при повороте фигуры, движении вправо или влево происходит коллизия, движение или поворот не выполняется (в случае поворота вычисляется поворот обратно).  Помните, что точка, вокруг которой поворачивается фигура, – это не центр фигуры. Если фигура не поворачивается, отодвиньте ее от края.

Если коллизия происходит при движении вниз, фигура становится частью ландшафта, т.е. не стирается с поля. С поля удаляются заполненные ряды, если такие есть, и выбирается следующая фигура.

За удаление заполненных рядов отвечает функция :removefulllines. Надеюсь, там ничего сложного.

Заключение

Мы убедились, что на языке bat-файлов вполне можно писать игры. В приведенном примере кода есть недостатки, зато я надеюсь, что он прост для понимания.

На этом примере мы показали использование команды choice для ввода с таймаутом, псевдографику и коды ANSI-терминала.

Мы продемонстрировали практическое использование псевдо-массивов, колбэков и базовых алгоритмов.