Змейка на матрице 8x8: своя первая игра

Мой первый заход в «Змейку» кончился конфузом. Я взял чужой скетч под джойстик, которого у меня не было, приделал кнопку — и неделю не мог понять, почему змейка спокойно проходит сквозь собственный хвост. Разбор показал: проверка столкновений в том коде сравнивала голову только с одним сегментом тела. С тех пор правило: игровые скетчи я пишу сам и с нуля — в игре каждая строка обязана что-то проверять, а чужие примеры это скрывают.

Напишем свою с нуля и будем понимать каждую строку: игровой цикл на millis() с шагом 400 мс, состояние в двух массивах, еда от random() с проверкой, столкновения со стеной и хвостом, счёт в Serial и рестарт одной функцией. Управление — одной кнопкой на пине 2: каждое нажатие поворачивает движение по часовой стрелке. Цвета головы и тела возьмите из урока про колесо HSV, а поле — те же 64 пикселя, что и у бегущей строки.

Игра — это анимация плюс правила. Каркас кадров тот же, что в уроке про эффекты: if (millis() - lastStep >= 400) — и внутри рисуется новый шаг. Таймер нужен не для красоты: в паузах между шагами loop() крутится тысячи раз в секунду, и кнопка читается на каждом проходе. С delay(400) вы бы физически не успевали нажать между шагами — половина нажатий терялась бы, и вместо игры получалась бы лотерея. Подробный разбор неблокирующих таймеров — в уроке про millis() вместо delay().

Состояние игры — три вещи. Тело живёт в двух массивах bx[64] и by[64]: индекс 0 — голова, дальше хвост; переменная len хранит текущую длину. Направление — пара dx, dy, в которой ровно одна единица: (1, 0) — вправо, (0, 1) — вниз. Еда — точка fx, fy, которую random() каждый раз ставит на новое место. На живой плате тело можно свернуть в структуру с полями x и y — но в учебной версии два параллельных массива читаются яснее, и в симуляторе работают без сюрпризов.

Про выбор шага 400 мс. Это темп, на котором новичок успевает увидеть, подумать и нажать: змейка переползает клетку за две трети секунды. Опытные игроки сжимают шаг до 250 мс, хардкорщики — до 150, а дальше решает уже не реакция, а планирование маршрута. Константа вынесена в одно место скетча, и сложность настраивается одной цифрой без правки логики — поэтому игровые константы я сразу называю STEP_MS и TURN_MS, а не раскидываю голыми числами по коду.

Шаг змейки — три действия по порядку. Сначала считаем, где окажется голова: nx = bx[0] + dx, ny = by[0] + dy. Потом сдвигаем тело с хвоста: цикл от len к единице копирует каждый сегмент на место предыдущего — место под новую голову освобождается. Третьим действием пишем nx и ny в голову. Сдвиг с хвоста — ключевой трюк всей игры: новая клетка тела появляется сама, из старого хвоста, ничего дописывать не нужно.

Рост работает на том же сдвиге и экономит отдельный код. Пока еда не съедена, длина не меняется: сегмент в клетке с номером len, куда сдвиг успел скопировать старый хвост, просто игнорируется. Съели — len становится на единицу больше, и тот самый скопированный хвост внезапно становится настоящим сегментом. Змейка растёт ровно тогда, когда ест, — и ни строкой кода больше.

Пара слов про потолок длины. Массивы на 64 ячейки — по числу клеток поля: длиннее физически не бывает, и ошибка «рост бесконечен» легко лечится условием len < 63. Сдвиг хвоста стоит не дороже числа сегментов: даже при длине 40 это сорок присваиваний раз в 400 мс — для Arduino пустяк. На больших полях вместо сдвига применяют кольцевой буфер с указателем головы, но на 8x8 разницы нет, а сдвиг читается на порядок проще: я всегда начинаю с простого варианта и усложняю, только когда упираюсь в реальный предел.

Смертей две, и обе проверяются до сдвига. Стена: nx < 0 || nx > 7 || ny < 0 || ny > 7 — за поле выходить нельзя. Самопересечение: перебираем тело циклом и сравниваем каждый сегмент с новой головой; совпала хоть одна клетка — конец. После смерти — три красные вспышки по 120 мс и resetGame(): длина снова три, направление вправо, еда пересаживается на свободную клетку. Функция рестарта обязательна: без неё игра умирает один раз и навсегда.

Счёт печатайте парами имя=значение — Serial.print("score=") и число: такой вывод и в мониторе читается, и в плоттере не рассыпается на позиции, как учил урок про форматированный вывод. Рекорды при желании пишите в EEPROM — у Uno её тысяча ячеек, и лучший результат переживёт выключение. Хочется сложности — уменьшайте шаг с ростом счёта: 400 - score * 15 с нижней границей 120 мс. Три съеденных яблока — и игра сама подгоняет темп.

Отдельно про еду. random(0, 8) выдаёт пару координат, но у random без seed на Uno есть привычка: после каждого сброса последовательность одна и та же, и еда занимает одни и те же места. Лечится randomSeed(analogRead(A0)) в setup(): плавающий аналоговый пин ловит шум окружения и даёт непредсказуемое зерно. Проверка «не на змейке» в placeFood() нужна не для красоты: если точка заспавнится под телом, съесть её будет невозможно — змейка стоит на этой клетке и проходит по ней без столкновения, поэтому цикл просто выбирает другую клетку.

И один тонкий случай для честности. Голова может ступить в клетку, которую этим же шагом освобождает хвост: формально там тело, фактически место свободное. Моя простая проверка засчитает это как столкновение, и в народных скетчах спокойно живут оба варианта. Если захотите мягче — проверяйте сегменты до len - 1 включительно, но помните: в тот кадр, когда змейка ест, хвост остаётся на месте, и поблажка превращается в баг. Для первой игры честнее строгий вариант.

Про поворот стоит сказать отдельно: одно нажатие — одна четверть оборота, четыре нажатия возвращают исходное направление. Удерживать кнопку бессмысленно: окно TURN_MS в 250 мс пропускает повторные срабатывания, пока палец держит контакт. Если хотите непрерывного вращения — делайте это явно, отдельным режимом с шагом 500 мс, а не случайными свойствами дребезга.

Игра щёлкает только когда вы сами ломаете её правила и чините обратно. Четыре задачи по возрастанию — все решаются в симуляторе и на плате, без нового железа; заливки вспышек и цветов берите готовыми из урока про CRGB и fill_solid:

У вас на руках полноценная игра: состояние, правила, счёт и рестарт — и всё это в трёх десятках логических строк. Счёт «на пикселях» — вещь временная: когда захотите показывать score прямо на матрице, вернитесь к шрифту 5x7 и выводите цифры глифами. На этом же каркасе идут и другие однокнопочные игры: прыгун через препятствия, лабиринт, реакция-тест — везде те же состояние, шаг по таймеру, столкновения и счёт. А для больших сборок — двух лент на разных пинах, независимых и синхронных сцен — переходите к следующему уроку.