Угадай число: игра в Serial Monitor

Прошивка не заливалась, вечер пятничный, а плата на столе была живая: порт открывался, бортовой светодиод отзывался на Reset. Вместо того чтобы биться головой о кабель, я собрал с ней диалог — самую простую угадайку — и она затянула на полчаса. Игра — самый честный тест общения с платой: ей нужно принять число, сравнить со своим, ответить по делу и не сбить счёт. Из железа тут только зуммер на D8 и светодиод на D12, а вся логика живёт в переписке с монитором порта — ровно тот навык, на котором стоят командные протоколы следующих уроков.

Правила такие: плата загадывает число от 1 до 100 вызовом random(1, 101), вы печатаете варианты, плата отвечает «больше» или «меньше», на угадывание даётся семь попыток. Победа — короткая мелодия через tone() на зуммере и три вспышки светодиода; проигрыш — низкий гудок и раскрытая карта. Почему попыток ровно семь, а не пять и не десять — красивая математика: каждая подсказка делит остаток диапазона пополам, и семь — минимальное число, при котором гарантированно хватит на все сто вариантов.

Разберём три вещи: правила и дихотомию с числами, скетч целиком — с фильтром мусорного ввода и финальными сигналами — и граблю, из-за которой плата после каждого Reset загадывает одно и то же. Механика random() и randomSeed() разобрана в уроке про случайные числа, а превращение ввода в число — в уроке про parseInt; здесь обе берутся как готовые детали.

Стратегия с подсказками называется дихотомией, и у неё жёсткий потолок: если называть середину оставшегося отрезка, каждый ответ платы отрезает половину. Первый вопрос 50 — и диапазон сжался до 50 чисел, второй — до 25, третий — до 13, четвёртый — до 7, пятый — до 4, шестой — до 2, седьмой — до 1. Считаем в степенях двойки: 2 в шестой — это 64, и ста чисел на них не хватает; 2 в седьмой — 128, и уже хватает. Семь попыток — не круглость и не вкус автора, а ceil(log2(100)): минимальное целое, чья степень двойки накрывает диапазон.

Тот же расчёт работает в обратную сторону: задумали диапазон 1-1000 — заложите десять попыток, потому что 2 в десятой — это 1024. Диапазон 1-64 уложится ровно в шесть, без запаса: последний вопрос всегда попадёт в точку. Хотите помучить игрока — урежьте лимит до шести и оставьте ему шанс проиграть честно: вероятность выживания при идеальной игре всё равно упрётся в математику, а не в реакцию.

Отдельная ловушка — границы random(). Вызов random(1, 101) даёт числа от 1 до 100 включительно: правая граница в диапазон не входит, поэтому сотни требует второй аргумент 101. Привычка из других языков — random(1, 100) — урежет диапазон до 99, и игрок, добросовестно перебирающий сотню, никогда не встретит плату на числе 100. Я однажды час искал «пропавшее» число, пока не перечитал справочник: теперь границы random() проверяю с той же привычкой, с какой проверяю полярность питания.

Состояние игры — три глобальные переменные: secret (загаданное), tries (потраченные попытки) и флаг playing. Глобальными они обязаны быть потому, что loop() прогоняется тысячи раз в секунду, а игра между заходами должна помнить всё: локальные переменные умирали бы на каждом проходе. Каждый ход начинается с проверки Serial.available() — без этого забора parseInt() замораживал бы loop() на своём секундном таймауте, и плата выглядела бы зависшей.

Дальше — гигиена ввода из урока про parseInt: после разбора число и хвост живут в буфере раздельно, и невидимый перевод строки, оставленный parseInt, следующей попыткой вернулся бы нулём. Цикл while с Serial.read() вычищает буфер дочиста, а фильтр диапазона if (guess < 1 || guess > 100) ловит то, что осталось: если вместо числа отправили буквы, parseInt пропустит их и вернёт ноль — фильтр вежливо попросит число ещё раз, и попытка не сгорит зря. Буфер UART на 64 байта для такой переписки огромен: строка «73» с переводом строки — три байта, подробности в уроке про буфер.

Финалы разведены по звуку и свету: победа — арпеджио из четырёх нот через tone() с третьим аргументом, который снимает ноту сам, и три вспышки светодиода; проигрыш — один низкий тон 300 Гц и длинная вспышка. Ноты те же, что в уроке про мелодии — 523, 659, 784, 1046, — но без массивов: фраза из четырёх нот живёт честнее в явном виде. После любого финала скетч молча вызывает newRound() — таймеров ожидания не нужно, раунд начинается сразу.

Порядок проверок в этом скетче не случайный: сначала победа, потом лимит попыток, и только потом подсказки. Переставите ветки — и проигрыш сработает на седьмой попытке раньше, чем скетч успеет сказать «угадал»: счётчик инкрементируется до сравнения, и обе ветки смотрят на одно и то же свежее значение. Вторая тонкость — return внутри фильтра диапазона: без него попытка с мусорным вводом дошла бы до счётчика и сгорела бы впустую.

Мелодия и вспышки — блокирующие: delay между нотами и внутри паттерна останавливает loop() на полторы секунды. В этой игре спешить некуда — ввод всё равно идёт от человека, а не от датчика. В проектах, где рядом крутится что-то живое, эти полторы секунды пришлось бы разворачивать в планировщик на millis(), как в уроке про millis вместо delay — здесь я сознательно оставил простой вариант, чтобы финал читался с первого взгляда.

Куда играть дальше: счёт партий заводится одной глобальной переменной — инкремент рядом с вызовом winTune(), и к третьей победе у вас уже есть турнирная таблица в терминале. Съезд режимов «сыграем ещё» и «сменить диапазон» превращает игру в пункт меню — ровно та механика собрана в уроке про текстовое меню, где номер пункта приходит из того же parseInt. А диапазон меняется двумя числами: константой MAX_TRIES и второй границей random() — только помните, что правая граница не входит, и что для 1-1000 лимит придётся поднимать до десяти.

В симуляторе собран весь скетч урока: зуммер на D8 и светодиод на D12 прилагаются. Играйте в дихотомию вслепую: 50, затем 25 или 75, и так до дна — за партию вы увидите, как семи попыток хватает с запасом, если не отступать от середины. Отступите от стратегии и назовите 1 — увидите, как быстро отрезок сужается к краю: подсказки наказывают за жадность точнее любого правила.

Два эксперимента для понимания ввода: отправьте буквы вместо числа — плата попросит число и не спишет попытку; отправьте 150 — получите ту же просьбу. Потом откройте скетч и поменяйте MAX_TRIES на 6: теперь 64 варианта у игрока есть, а 100 — нет, и проигрыш станет нормой, а не происшествием. Именно так протоколы и тюнсятся: константой, без перепрошивки логики.

И последнее про стратегию: семёрка — это потолок для худшего случая. При идеальной игре — всегда середина отрезка — партия в среднем заканчивается между пятой и шестой попыткой, и семь нужна только упрямому невезению. Если партия тянет все семь, вы где-то отступили от середины: проследите за своими вопросами в логе — монитор сохраняет всю партию, и подсвеченные ответы складываются в дерево решений, которое видно целиком.