F# Самая сложная игра в мире

Вдохновленный возможностями функционального программирования, в частности F#, и увидев на примере, что можно творить всего в несколько десяток строчек, решил реализовать простенькую версию самой сложной флеш-игры.

Получилось на скорую руку, но

Основные объекты

Определим сначала, с какого типа объектами нам придется работать. Очевидно это будем мы сами в виде красного квадратика, желтые монетки и ненависные синие убийцы. Все эти классы будут реализовывать интерфейс

type IPaintObject =
    abstract Paint : Graphics -> unit
    abstract Recalc : float -> unit

Paint будет рисовать на форме, а Recalc(time) — рассчитывать, где объект будет находится в момент времени time.
Все объекты будут находится в одном массиве

let po = new ResizeArray<IPaintObject>()

RedSquare

Самый простой объект, для работы с которым нужно знать лишь его текущие параметры (положение, размеры) и состояние (жив или умирает, так как умирать он будет постепенно).

type RedSquare(xx:int, yy:int, ww:int, hh:int, speed:int) =
    ...
    member rs.X with get() = int xCoord and set(v) = (xCoord <- v)
    member rs.Y with get() = int yCoord and set(v) = (yCoord <- v)
    member rs.W with get() = width and set(v) = (width <- v)
    member rs.H with get() = height and set(v) = (height <- v)
    member rs.Got with get() = gather // сколько монеток съедено
    member rs.isDying with get() = (dying>0)
    member rs.Speed = speed

Приступим к рисованию (упустив процесс умирания).

    interface IPaintObject with
        member obj.Paint(g) =
            let rect = 
                match (dying) with
                    | 0 -> Rectangle(x=int xCoord-width/2, y=int yCoord-height/2, width=width, height=height)
                    ...
            g.FillRectangle(Brushes.Red, rect)
            g.DrawRectangle(new Pen(Color.Black, float32 2), rect)

Сложная часть — реализовать Recalc. Сложность состоит в том, что бы не выходить за границы карты. Но об этом позже, так как мы еще не знаем, как задавать уровень.

YellowCircle

Монеты. Задаются положением и скоростью вращения

type YellowCircle(xx:int, yy:int, rr:int, tr:float) =
...

В реализации класса ничего интересного, только нужно проверять, не пересекается ли она с RedSquare. Это можно делать в методе Recalc.
Для начала вытянем красный квадрат из массива

            let rs =  seq { for obj in po do
                                match obj with
                                    | :? RedSquare as p ->
                                        yield p 
                                    | _ -> yield! Seq.empty
                            } |> Seq.head

Не оптимальный метод, показываются возможности ФП. Создается множество, в которое добавляется объект, если он типа RedSquare и ничего — если любого другого. Так, как RedSquare только один — берем Seq.head

Далее идет стандартная задача пересечения круга и квадрата. Если пересекает — убиваем монету и добавляем в наш актив один поинт.

                if (isIntersects xx yy rr (rs.X-rs.W/2) (rs.Y-rs.H/2) (rs.W) (rs.H)) then
                    yc.Take()
                    rs.Add()

BlueCircle

Самый интересный персонаж. Для его задания нужно много параметров —

type BlueCircle(xx:int, yy:int, rr:int, speed:int, segments:(int*int)[]) =

координаты, радиус, скорость и замкнутый набор отрезков, по которым он будет двигаться. Отрезки задаются в виде векторов (dx, dy). Тоесть от текущего положения круг пойдет по первому отрезку, потом повернет на соответствующий второй вектор и так далее. После последнего вектора вернется на первый.
В данной реализации не имеется возможность двигать объект по кругу (разве сделать из него много-много-многоугольник и двигать по маленьким векторам).
Некоторые основные свойства класса

    member bc.Stable with get() = (bc.TotalDist < 1e-8) // стабильный или динамический
    member bc.Speed with get() = float speed
    member bc.Dists = segments |> Array.map(fun (dx, dy) -> Math.Sqrt(float(dx*dx+dy*dy))) // массив расстояний
    member bc.TotalDist = bc.Dists |> Array.sum
    member bc.TotalTime = bc.TotalDist/bc.Speed

Реализуем ф-цию Recalc.
Как хорошо, что есть возможность взятие по модулю дробных чисел. Так, как путь круга циклический и зная время его прохождения, можно определить текущее положение

        member bc.Recalc(tt) =
            // если стабильный - нечего высчитывать, иначе
            if (bc.Stable=false) then
                let mutable t1 = tt%bc.TotalTime
                let mutable ind = 0
                X <- xx
                Y <- yy
                // зная скорость и время - проходим сегменты, пока не найдем текущий
                while (ind<len-1 && t1*bc.Speed>=bc.Dists.[ind]) do
                    X <- X + (fst segments.[ind])
                    Y <- Y + (snd segments.[ind])
                    t1 <- t1-bc.Dists.[ind]/bc.Speed
                    ind <- ind+1
            
                // двигаем на вектор
                let (dx, dy) = (((float (fst segments.[ind]))/(bc.Dists.[ind])),
                                ((float (snd segments.[ind]))/(bc.Dists.[ind])))
                X <- X + int (dx*t1*bc.Speed)
                Y <- Y + int (dy*t1*bc.Speed)

Для проверки пересечения с RedSquare, используем тот же метод, что и при реализации YellowSquare.

Карта

Естественным решением было задавать карту матрицей. Введем следующие обозначения
-1 — запрещенная зона
0 — свободная клетка
>0 — чекпоинты (зеленые области). На них можно сохраняться. Максимально число обозначает конец раунда (при наличии всех собраных монеток, естественно).

Форма

Да, все это хорошо, но пора бы определиться с тем, на чем и как это все рисовать.
Определим класс SmoothForm, наследованый от Form, и добавим несколько своих методов

type SmoothForm(dx:int, dy:int, _path:string) as x =
    inherit Form()
    do x.DoubleBuffered <- true
    ...
    let mutable Map = null

    member x.Load(_map:int[][], obj, _need) = 
        Map <- _map
        po.Clear()
        for o in obj do
            po.Add o
        need <- _need
        x.Init()

x.Load загружает уровень, по карте, массиве объектов и количество монет, которые необходимо собрать, что бы завершить уровень.
x.Init в основном занимается тем, что вычисляет координаты точек сохранения для каждой зеленой области.

Собственно, осталось определить метод Paint и перехват нажатий клавиш

let form = new SmoothForm(Text="F# The world hardest game",  Visible=true, TopMost=true,Width=.../*куча параметров*/)


form.Paint.Add(fun arg ->
    let g = arg.Graphics
            for i=0 to form.rows-1 do
                for j=0 to form.cols-1 do
                    match (form.map.[i].[j], (i+j)%2) with
                        // запрещенная зона
                        | (-1, _) -> g.FillRectangle(Brushes.DarkViolet, j*form.DX, i*form.DY, form.DX, form.DY)
                        // пустая клетка
                        | ( 0, 0) -> g.FillRectangle(Brushes.White, j*form.DX, i*form.DY, form.DX, form.DY)
                        // пустая клетка
                        | ( 0, 1) -> g.FillRectangle(Brushes.LightGray, j*form.DX, i*form.DY, form.DX, form.DY)
                        // пустая клетка
                        | ( p, _) when p>0 -> g.FillRectangle(Brushes.LightGreen, j*form.DX, i*form.DY+1, form.DX, form.DY)
                    // граница
                    if (i>0 && (form.map.[i].[j]>=0 && form.map.[i-1].[j]<0
                            ||  form.map.[i].[j]<0 && form.map.[i-1].[j]>=0)) then
                        g.DrawLine(new Pen(Color.Black, float32 2), j*form.DX, i*form.DY, (j+1)*form.DX, i*form.DY)
                    // граница
                    if (j>0 && (form.map.[i].[j]>=0 && form.map.[i].[j-1]<0
                            ||  form.map.[i].[j]<0 && form.map.[i].[j-1]>=0)) then
                        g.DrawLine(new Pen(Color.Black, float32 2), j*form.DX, i*form.DY, j*form.DX, (i+1)*form.DY)
            for obj in po do
                // пересчитываем местоположения и рисуем
                obj.Recalc((DateTime.Now-SS).TotalSeconds)
                obj.Paint(g)
            async { do! Async.Sleep(10) // спим 10мсек
                    form.Invalidate() } |> Async.Start
)

Для перехвата клавишь, как оказалось, ничего сложного делать не надо

form.KeyDown
    // из всех нажатий оставим нажатия стрелочками
    |> Event.filter(fun args -> (args.KeyValue >= 37) && (args.KeyValue <= 40)) 
    |> Event.add (fun args ->
        match (args.KeyCode) with
            | Keys.Down -> form.Down <- 1
            | Keys.Left -> form.Left <- 1
            | Keys.Right -> form.Right <- 1
            | Keys.Up -> form.Up <- 1     
        )

Аналогично для form.KeyUp



Что-то похоже…

Осталось научится загружать уровень из файлов. Для этого напишем функцию, принимающую путь к файлу как параметр и возвращающую параметры уровня. В файле будут идти

1. Размеры карты
2. Карта
3. Количество BlueCircle
4. Параметры каждого из них
5. Количество YellowCircle
6. Параметры каждого из них
7. Координаты, размеры и скорость RedSquare

let LoadLevel _path =
    let pp = new ResizeArray<IPaintObject>()

    let data = File.ReadAllLines(_path) |> Array.toSeq;

    let L1 = data
             |> Seq.skip 1
             |> Seq.take n
             |> Seq.toArray
             |> Array.map(fun x -> x.Split([|' '|]) |> Array.filter(fun x -> Int32.TryParse(x, ref tmp)) |> Array.map(fun x -> Int32.Parse(x)))
   ...

Так как эта функция реализована после всех классов — нужно ее делегат добавить в форму

type DelegateLoad = delegate of (string) -> (int[][]*ResizeArray<IPaintObject>*int)

type SmoothForm(dx:int, dy:int, _path:string) as x =
    ...
    let mutable (dd:DelegateLoad) = null
    ...
    member x.LoadNext() =
        currLevel <- currLevel + 1
        let pathToLevel = pathToFolder+"\\"+"L"+currLevel.ToString()+".txt"
        if (File.Exists(pathToLevel) = false) then
            complete <- 1
        else
            x.Load(dd.Invoke(pathToLevel))
        x.Invalidate()    

(dd.Invoke) выполняет функцию с указанными параметрами.

Заключение

Конечно данная реализация не является гибкой или оптимальной. Код и сами уровни находятся в состоянии доработки. Буду рад выслушать комментарии и пожелания.