Цикълът на играта
Накратко: Цикълът на играта повтаря едно и също, докато играта не свърши: рисува света, чете команда, обработва я и обновява състоянието, а семето прави всяко минаване повторимо.
Проблем
Програма, която свършва
Обикновената програма тече отгоре надолу и свършва. Прочита числата, смята, печата, край. Играта не може така. Тя трябва да чака играча, а между две команди има свят: къде е героят, къде е гоблинът, колко хода са минали. Този свят трябва да оцелее до следващата команда.
Първото, което идва наум, е while (true), който чете ред и прави всичко вътре. Коридор от 12 клетки: ти си @, гоблинът g те гони, изходът е >:
hero = 4goblin = 0while True: command = input() if command == "q": break if command == "a": hero -= 1 if command == "d": hero += 1 row = "" for x in range(12): row += "@" if x == hero else "g" if x == goblin else ">" if x == 11 else "." print(row) if hero == 11: print("Изход!") break goblin += 1 if goblin < hero else -1 if abs(hero - goblin) <= 1: print("Гоблинът те хвана.") breakИграчът пише x (сбъркал е клавиша) и после a:
g...@......>.g.@.......>Гоблинът те хвана.Три неща не са наред:
- Преди първата команда екранът е празен: програмата рисува чак след като прочете ред.
- Печатната грешка
xе ход: гоблинът е стъпил. Програмата не различава „играчът направи нещо“ от „играчът сбърка клавиша“. - Последният кадър е
.g.@: между вас има празна клетка, а гоблинът те хваща. Кадърът е отпечатан след твоята стъпка и преди тази на гоблина. Положението, в което играта свърши, никой не го е видял.
И две неща не стават изобщо. Не можеш да нарисуваш екрана наново без ход: след помощта с ? или след инвентара рисуването трябва да се копира. Не можеш да провериш правилото „гоблинът стъпва към героя“, без да пишеш команди и да четеш текст. Причината е една: светът, правилата и рисуването са смесени на едно място.
Идеята
Четири стъпки в кръг
Разделяме ги:
- Състоянието е всичко, което светът е, в един обект: героят, гоблинът, изходът, броячът на ходовете, съобщението, краят. Екранът не е част от него. Екранът се смята от него.
drawсамо чете състоянието и печата кадър. Може да се вика колкото пъти искаш.handleпревежда командата в намерение:moveе -1, 1 или 0. Никого не мести.updateсменя света: ходът, героят, гоблинът, краят. Не печата нищо.
Цикълът ги вика в кръг: нарисувай, прочети, обработи, обнови. Това е цикълът на играта (game loop). Има го във всяка игра, от този коридор до Арканум.
class State: def __init__(self): self.hero = 4 self.goblin = 0 self.exit = 11 self.turn = 0 self.move = 0 self.message = "" self.over = False
state = State()while not state.over: draw(state) command = read() handle(state, command) update(state)draw(state)over спира цикъла, а последното draw след него показва края: изхода или гоблина, със съобщението.
Четенето е отделна функция, защото входът може да свърши:
def read(): try: line = input() except EOFError: return None print(f"> {line}") return lineВ края на входа input() хвърля EOFError. read го хваща и връща None, а handle го смята за край на играта. Ехото > a е, за да се вижда в изхода коя команда е дошла. Конзолата на играча я показва сама.
По-точно, за любопитните
Без проверката за края на входа всеки език се чупи различно. Java хвърля изключение, Python също. C# е най-коварен: Console.ReadLine() връща null, сравнението command == "q" е невярно, и първият опит не разбира, че входът е свършил: печата кадри с празни ходове, докато гоблинът не стигне героя сам. JavaScript получава undefined и прави същото. Входът свършва по-често, отколкото мислиш: файл с команди, затворен терминал, проверката на сайта.
Виж го
Един ход отблизо
Ето трите функции. В тях е цялата игра:
def draw(s): row = "" for x in range(s.exit + 1): if x == s.hero: row += "@" elif x == s.goblin: row += "g" elif x == s.exit: row += ">" else: row += "." print(f"Ход {s.turn} {row}") if s.message: print(s.message)
def handle(s, command): s.move = 0 s.message = "" if command is None: s.message = "Входът свърши." s.over = True elif command == "a": s.move = -1 elif command == "d": s.move = 1 elif command == "q": s.message = "Тръгна си." s.over = True else: s.message = f"Не разбирам „{command}“: ходът не мина."
def update(s): if s.move == 0: return s.turn += 1 s.hero = max(0, s.hero + s.move) if s.hero == s.exit: s.message = f"Изход! Избяга за {s.turn} хода." s.over = True return if abs(s.hero - s.goblin) > 1: s.goblin += 1 if s.goblin < s.hero else -1 if abs(s.hero - s.goblin) <= 1: s.message = "Гоблинът те хвана." s.over = Truestate = State()while not state.over: draw(state) command = read() handle(state, command) update(state)draw(state)
def draw(s): row = "" for x in range(s.exit + 1): if x == s.hero: row += "@" elif x == s.goblin: row += "g" elif x == s.exit: row += ">" else: row += "." print(f"Ход {s.turn} {row}") if s.message: print(s.message)
def handle(s, command): s.move = 0 s.message = "" if command is None: s.message = "Входът свърши." s.over = True elif command == "a": s.move = -1 elif command == "d": s.move = 1 elif command == "q": s.message = "Тръгна си." s.over = True else: s.message = f"Не разбирам „{command}“: ходът не мина."
def update(s): if s.move == 0: return s.turn += 1 s.hero = max(0, s.hero + s.move) if s.hero == s.exit: s.message = f"Изход! Избяга за {s.turn} хода." s.over = True return if abs(s.hero - s.goblin) > 1: s.goblin += 1 if s.goblin < s.hero else -1 if abs(s.hero - s.goblin) <= 1: s.message = "Гоблинът те хвана." s.over = TrueСтъпка по стъпка, с думи
- Ход 1 е минал: героят е на клетка 5, гоблинът на клетка 1. Целият свят е обектът със състоянието, а цикълът е пак горе.
- draw минава по 12-те клетки и печата кадъра .g...@.....>. Само чете състоянието: в панела нищо не се сменя.
- read чака. Светът стои, докато играчът не натисне Enter. Пристига редът „a“.
- handle само превежда командата в намерение: move = -1. Още никой не е мръднал.
- update сменя света. Броячът на ходовете става 2, а героят стъпва от 5 на 4. Не е изходът, затова ходът продължава.
- Гоблинът е на 3 клетки, затова стъпва към героя: от 1 на 2. Вече са 2: не е хванат, играта продължава.
- Отново горе draw печата ..g.@......>: кадърът идва след целия ход, затова играчът вижда къде е гоблинът наистина.
С командите d, a, x и седем пъти d програмата печата:
Ход 0 g...@......>> dХод 1 .g...@.....>> aХод 2 ..g.@......>> xХод 2 ..g.@......>Не разбирам „x“: ходът не мина.> dХод 3 ...g.@.....>> dХод 4 ....g.@....>> dХод 5 .....g.@...>> dХод 6 ......g.@..>> dХод 7 .......g.@.>> dХод 8 ........g.@>> dХод 9 ........g..@Изход! Избяга за 9 хода.На x кадърът се рисува наново, но ходът остава 2 и гоблинът стои: update вижда move = 0 и не прави нищо. Това става, защото draw не пипа света. Гоблинът стъпва след героя, а кадърът идва след целия ход, затова виждаш точно къде е. На изхода гоблинът не стъпва: играта свършва преди неговата стъпка.
Правилата вече могат да се проверят без екран и без писане на команди. Сглобяваш състояние на ръка, викаш update и гледаш числата:
near = State()near.hero = 5near.goblin = 3near.move = -1update(near)print(near.hero, near.goblin, near.message)
far = State()far.move = 1update(far)print(far.hero, far.goblin, far.turn)4 3 Гоблинът те хвана.5 1 1Това е тест на правилото „гоблинът хваща, ако е до теб“. В истинска игра такива проверки са стотици. С първия опит не можеше да се напише нито една.
По-точно, за любопитните
Защо handle не мести героя направо? В коридора би могъл. Но в Арканум едно и също a значи „наляво“ на картата, „назад“ в менюто и „нищо“ в диалога. Командата се разбира от екрана, а светът се сменя от правилата. И второ: команда, която не е ход (печатна грешка, отваряне на инвентара, помощ), не трябва да движи света. Затова намерението се записва отделно, а update решава дали изобщо има ход.
Пробвай
Подреди цикъла
Подреди редовете на цикъла:
while not state.over:draw(state)command = read()update(state)handle(state, command)
Пробвай
Предвиди изхода
Същата програма получава командите a, x, a. Правилата са тези:
def handle(s, command): s.move = 0 s.message = "" if command is None: s.message = "Входът свърши." s.over = True elif command == "a": s.move = -1 elif command == "d": s.move = 1 elif command == "q": s.message = "Тръгна си." s.over = True else: s.message = f"Не разбирам „{command}“: ходът не мина."
def update(s): if s.move == 0: return s.turn += 1 s.hero = max(0, s.hero + s.move) if s.hero == s.exit: s.message = f"Изход! Избяга за {s.turn} хода." s.over = True return if abs(s.hero - s.goblin) > 1: s.goblin += 1 if s.goblin < s.hero else -1 if abs(s.hero - s.goblin) <= 1: s.message = "Гоблинът те хвана." s.over = TrueПробвай
Намери грешката
Колега реши, че гоблинът трябва да се движи „на всеки кадър“, и премести стъпката му от update в draw. С командите d, x, x, d програмата печата:
Ход 0 .g..@......>> dХод 1 ..g..@.....>> xХод 1 ...g.@.....>Не разбирам „x“: ходът не мина.> xХод 1 ....g@.....>Не разбирам „x“: ходът не мина.> dХод 2 .....g@....>Ход 2 .....g@....>Входът свърши.Още на кадър 0 гоблинът е на клетка 1. На двете печатни грешки ходът стои 1, а гоблинът тича. Накрая е до героя и нищо не става. На кой ред е грешката?
Избери реда с грешката.
Стъпката на гоблина е промяна на света, а draw се вика на всеки кадър, не на всеки ход: и при печатна грешка, и в края. Затова гоблинът се движи, когато ход няма. А проверката за хващане е в update, преди стъпката, и не вижда гоблина до теб. Редът трябва да е в update, между хода на героя и проверката.
Идеята
Ход и кадър
Коридорът е походов: светът стои, докато не дойде команда. Един ход, един кадър. Конзолата дава цял ред чак след Enter и четенето чака, затова играта в конзолата е походова по природа. Така са шахът, roguelike игрите (Rogue, NetHack) и боевете в много стратегии.
Игра в реално време не чака. Светът се движи по часовник: ако не правиш нищо, гоблинът пак идва. Цикълът се върти десетки пъти в секунда: поглежда дали има натиснат клавиш (без да чака), обновява света за изминалото време и рисува. Едно рисуване е кадър (frame), а една стъпка на света е отделно нещо.
Четирите части са същите. Сменя се кой върти цикъла: редът на играча или часовникът. И там разделянето на draw и update е още по-важно: бърз монитор рисува 144 кадъра в секунда, но светът трябва да стъпва с еднакво темпо на всеки компютър.
По-точно, за любопитните
Фиксиран такт. Ако светът стъпва „колкото време е минало от миналия кадър“, физиката зависи от кадрите: при бавен кадър стрелата прескача стената, а два компютъра никога не дават същото. Затова светът стъпва на равни парчета, например 50 ms. Минатото време се натрупва (accumulator), и цикълът прави толкова стъпки, колкото парчета са се събрали. Остатъкът чака следващия кадър.
Тук часовникът е измислен (списък с моментите на кадрите), за да е изходът един и същ. Бързият компютър рисува на неравни интервали, бавният рядко:
def run(name, times): step = 50 acc = 0 x = 0 last = times[0] for now in times: acc += now - last last = now steps = 0 while acc >= step: x += 3 steps += 1 acc -= step print(f"{name} {now} ms: стъпки {steps}, x = {x}, остатък {acc} ms")
run("бърз", [0, 16, 40, 45, 110, 126, 150])run("бавен", [0, 90, 150])бърз 0 ms: стъпки 0, x = 0, остатък 0 msбърз 16 ms: стъпки 0, x = 0, остатък 16 msбърз 40 ms: стъпки 0, x = 0, остатък 40 msбърз 45 ms: стъпки 0, x = 0, остатък 45 msбърз 110 ms: стъпки 2, x = 6, остатък 10 msбърз 126 ms: стъпки 0, x = 6, остатък 26 msбърз 150 ms: стъпки 1, x = 9, остатък 0 msбавен 0 ms: стъпки 0, x = 0, остатък 0 msбавен 90 ms: стъпки 1, x = 3, остатък 40 msбавен 150 ms: стъпки 2, x = 9, остатък 0 msНа 150 ms и двата са направили по 3 стъпки и стрелата е на 9. Кадрите са различни, светът е същият. Остатъкът се ползва и за рисуването: при 10 ms от 50 стрелата се рисува 20% по пътя към следващата си позиция (интерполация), за да не трепти.
Четене без чакане и сурови клавиши. Терминалът сам държи реда, докато не натиснеш Enter. Програмата получава нищо, докато не дойде целият ред. За реално време терминалът трябва да мине в „суров“ режим (raw mode), в който всеки клавиш идва веднага, а програмата трябва да пита „има ли клавиш?“, без да чака.
В Windows имаmsvcrt.kbhit() и msvcrt.getwch(). В Linux и macOS терминалът се превключва с tty.setcbreak, а select.select([sys.stdin], [], [], 0) пита дали има вход, без да чака. Модулът curses прави и двете: с nodelay(True) методът getch() връща -1, когато нищо не е натиснато.Арканум остава походова. Същият код трябва да върви в браузъра, в проверката (командите идват от файл) и в терминала на всеки. Редът текст работи навсякъде. Суровият режим не съществува за файл.
Идеята
Семе и повторяемост
Играта има нужда от случайност: удар или пропуск, каква плячка пада, накъде тръгва вълкът. Но грешка, която зависи от случайността, не може да се повтори. Затова генераторът има семе (seed): от едно и също семе излизат едни и същи числа.
Това е генераторът на Арканум:
# mulberry32: малък генератор със семе. Само 32-битови цели числа (маска & 0xFFFFFFFF и ръчно# imul), затова дава една и съща поредица на всеки език.MASK32 = 0xFFFFFFFF
# Math.imul от JavaScript: произведението, от което остават само долните 32 бита.def imul(a, b): return (a * b) & MASK32
# „x >>> 0“ от JavaScript: число към 32 бита без знак (нечисло и безкрайност стават 0).def to_uint32(value): if value != value or value == float('inf') or value == float('-inf'): return 0 return int(value) & MASK32
class Random: def __init__(self, seed): self.state = seed & MASK32
def next32(self): self.state = (self.state + 0x6D2B79F5) & MASK32 z = self.state z = imul(z ^ (z >> 15), z | 1) z = (z ^ (z + imul(z ^ (z >> 7), z | 61))) & MASK32 return (z ^ (z >> 14)) & MASK32
# От 0 до n-1, без дробни числа. def next_int(self, n): return self.next32() % n
# От min до max, двете включени. def range(self, low, high): return low + self.next_int(high - low + 1)
def chance(self, percent): return self.next_int(100) < percentГенераторът помни едно-единствено число, state. Всяко next32() го мести с една голяма константа и разбърква битовете му. next_int(n) взима остатъка при деление на n, тоест число от 0 до n − 1. Зар d20 е range(1, 20). Хвърляме го пет пъти със семе 2026, после пак със 2026, после със 7:
def roll(seed): dice = Random(seed) line = f"семе {seed}:" for _ in range(5): line += f" {dice.range(1, 20)}" print(line)
roll(2026)roll(2026)roll(7)семе 2026: 16 19 3 17 18семе 2026: 16 19 3 17 18семе 7: 13 11 15 11 16Същото семе, същите числа. На четирите езика.
def range(self, low, high):
return low + self.next_int()От low до high включително има high - low + 1 числа. Остатъкът дава от 0 до броя минус едно, а отместването с low го слага на място. Без + 1 двайсетицата никога не пада.
По-точно, за любопитните
Защо не вграденият Random? Всеки език има свой алгоритъм. Java ползва линеен конгруентен генератор с 48 бита, .NET друг, Python Mersenne Twister, а Math.random() в JavaScript изобщо не приема семе. Едно и също семе дава различни числа на различните езици, а в JavaScript не можеш да го зададеш. mulberry32 е десетина реда, затова е написан четири пъти по един и същ начин.
Числата трябва да са 32-битови без знак навсякъде. Цялото число в Python расте без край, затова всяка сметка се реже с & 0xFFFFFFFF, а imul е умножението на JavaScript, от което остават долните 32 бита.
Идеята
Само цели числа
Семето не стига. Вземи едно и също деление на четирите езика:
print(-7 // 2)print(10 / 2)-45.0На четирите езика изходът е такъв:
| Език | цяло деление на −7 на 2 | 10 / 2 с дроб |
|---|---|---|
| Java | -3 | 5.0 |
| C# | -3 | 5 |
| Python | -4 | 5.0 |
| JavaScript | -3 | 5 |
Python закръгля цялото деление надолу, а другите към нулата. Дробното число се печата с .0 или без. Един различен знак в изхода, и боят на Python вече не е същият като на Java. Затова каноните смятат само с цели числа, делят изрично и не делят отрицателни числа. Сортирането винаги има второ правило, а колекциите пазят реда на добавяне.
Наградата е голяма. Със семето, командите и версията на играта едно минаване е функция: същият вход дава същия изход. Играч пише: „На ход 412 вълкът ме удари през стената.“ Ако играта пази семето и командите му, пускаш ги и стигаш точно до ход 412, колкото пъти трябва, под дебъгер. Проверката на сайта прави същото: записаните команди и семе 2026 дават на четирите езика байт по байт един и същ изход.
Идеята
Истинският цикъл на Арканум
Ето цикъла на играта, без съкращения:
# Цикълът на играта: нарисувай → прочети команда → обработи → обнови света → приложи промените# в стека. Повтаря, докато стекът не опустее.def main(io, options): global LANG seed = 2026 if options.seed is None else to_uint32(options.seed) if options.lang != 'bg' and options.lang != 'en' and options.lang != 'de' and options.lang != 'es': raise RuntimeError('unknown language: ' + str(options.lang) + ' (use bg, en, de or es)') LANG = options.lang if options.memory_saves: io.save('3', tampered_save()) load_data() simulate_count = 0 if options.simulate is None else options.simulate if simulate_count > 0: simulate(io, simulate_count, seed) return terminal = PlainTerminal(io) if options.plain is True else AnsiTerminal(io) game = Game(io, seed) buffer = CellBuffer(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT) game.stack.push(TitleScreen(game)) game.stack.apply() while not game.stack.is_empty(): buffer.clear() game.stack.draw(buffer) terminal.present(buffer) line = io.read_line() if line is None: io.write(t('ui.endOfInput') + '\n') return terminal.echo(line) game.raw_input = trim_spaces(line) top = game.stack.top() top.handle(game.raw_input.lower()) top.update() game.stack.apply() io.write(t('ui.goodbye') + '\n')Ред по ред:
game.stack.push(TitleScreen(game))слага първия екран. Целият свят е вgame, както в коридора е вstate.- Цикълът върви, докато в стека от екрани има нещо. Изходът от менюто маха всички екрани и играта свършва. Това е темата на следващия урок.
- Нарисувай. Екраните рисуват в буфер от клетки (знак и цвят), а терминалът решава как да го покаже: като обикновен текст или с цветове. Това е в урока за рисуването в конзолата.
- Прочети. Ако входът е свършил, играта казва „край на входа“ и спира. Същото като нашето
None. Ехото на реда е като нашето> a. - Обработи и обнови. Само екранът най-отгоре получава командата: картата, боят или менюто.
- Приложи. Петата стъпка, която коридорът няма. Екраните искат промени в стека, докато обработват (започни бой, затвори менюто), а те се прилагат чак в края на хода. Защо не веднага, е в урока за екраните, които връщат отговор.
Къде е ходът на света? В коридора е в update. В Арканум картата вика world_turn() от своя handle, само когато героят наистина е направил нещо: стъпил, отворил врата, изчакал. На печатна грешка или на i за инвентара светът не мърда. Това е нашето „move е 0, няма ход“:
# Ходът на света след хода на героя: ефектите, бавното възстановяване, враговете, засадата.def world_turn(self): level = self.level() hero = self.hero self.turn += 1 self.stats.turns += 1 compute_fov(level, hero.x, hero.y) tick_effects(hero, self) if not hero.is_alive(): self.hero_died() return if self.turn % 3 == 0 and not hero.has_effect('bleed') and not hero.has_effect('poison'): hero.heal(1) if hero.mana < hero.max_mana(): hero.mana += 1 for enemy in list(level.enemies): if not enemy.is_alive(): continue enemy_turn_on_map(self, level, enemy) visible = level.visible[enemy.y][enemy.x] tick_effects(enemy, self if visible else self.quiet) if not enemy.is_alive(): enemy.dead = True if visible: self.say(t('map.bledOut', {'name': enemy.name})) # Изкървелият враг извън боя не хвърля плячка: нищо не го е обрало. self.enemy_killed(enemy, SimpleNamespace(gold=0, drop=None)) self.prune_dead() compute_fov(level, hero.x, hero.y) for enemy in level.enemies: if enemy.state == 'chase' and distance(enemy.x, enemy.y, hero.x, hero.y) <= 1: self.start_battle(enemy) returnБроячът на ходовете, ефектите (кървенето тече всеки ход), бавното възстановяване на всеки трети ход, ходът на всеки враг, враговете, които са изкървели. И краят, точно като гоблина: враг, който гони и е до героя, започва бой. В боя ходовете са по друго правило, по бързина, затова всеки екран сам решава кога е ход, а update на картата само преизчислява какво се вижда.
Упражнение
Гоблинът спи
Реши задачата в редактора си.
Спящият гоблин. Гоблинът в началото спи и се рисува като z. Събужда се, когато героят е на 3 клетки или по-близо. В хода, в който се събуди, не мърда, а после гони както досега и се рисува като g. Цикълът не се променя: трябват ти едно поле в състоянието, един знак в draw и няколко реда в update.
Входът:
ddaaaaХод 0 z...@......>> dХод 1 z....@.....>> dХод 2 z.....@....>> aХод 3 z....@.....>> aХод 4 z...@......>> aХод 5 g..@.......>> aХод 6 .g@........>Гоблинът те хвана.Още задачи
- Изчакай. Добави команда
s: героят стои, но ходът минава и гоблинът стъпва. Как ще различиш „стой“ от „печатна грешка“ вhandle? - Запис на командите. Пази всяка прочетена команда в списък и в края го запиши във файл, по една команда на ред. Пусни програмата пак с този файл като вход: изходът трябва да е същият. Така работи повторението на боя в Арканум.
- Два гоблина. Втори гоблин тръгва от клетка 11 и пази изхода. Кой стъпва пръв, когато и двамата са до героя?
Тест
Провери се
Свързани уроци
Раздел „Свързани уроци“- Нужно отпреди: Конструктори и self · Методи на обекта · Изключения · Стек, опашка и свързан списък
- Задачи по темата: Хрониките на Арканум