История создания

«Змейка» (Питон, Удав) как ее называют в народе — одна из первых игр цифровой (компьютерной) середины 1970-х годов.

В то время игры выпускались на отдельном игровом автомате, например, известны такие игры как «Space Invaders», «Pac-Man», «Arkanoid» и другие. Обычно, на аркадных автоматах того времени была предустановленна всего одна игра, а сам автомат был стилизован под эту игру.

«Змейка» имеет незамысловатый геймплей, в котором игрок управляет движущейся линией, изображающей змею. Игрок может изменять направление движения змеи «поворачивая» на 90 градусов. Цель игры — «наезжать» змеёй на точки изображающие кроликов. Каждый съеденный «кролик» увеличивает длину змейки. Сложность заключается в том, что змея не может пересекать саму себя.

С момента своего появления, «Змейка» пережила множество воплощений на разных устройствах. Например, на некоторых устройствах, вместо линии змея могла отображаться в виде строки символов из-за технических ограничений. В других, более современных компьютерах, змея могла поворачивать на произвольный угол, а не только на 90 градусов.

Другими словами, такая простая игра и ее идея была перенесена практически на всю возможную вычислительную технику. Включая программируемые микрокалькуляторы, и микроконтроллеры, которые управляют холодильниками и другими бытовыми приборами.

Идея «Змейки» популярна и сейчас — недавний «бум» пришелся на реинкарнацию в виде многопользовательской сетевой игры «slither.io».

Как увлекающийся программированием человек, я встречал множество литературы по программированию, где одной из учебных программ была игра «Змейка». Также в периодике попадались статьи соревновательного характера, в которых люди предлагали свои варианты «Змейки», стараясь уложиться в некие технические ограничения того или иного компьютера.

Я, в свою очередь, тоже практиковался в написании этой игры на разных языках и платформах. Однажды, читая электронный журнал на «ZX-Spectrum», я наткнулся на статью, автор которой уложился в 256 байт запрограммировав «Змейку». В конце статьи автор заявил, что вряд ли кому-то удастся написать игру короче, чем 256 байт на платформе «ZX-Spectrum». Но через некоторое время появилась версия в 121 байт от другого автора. Правда при уменьшении размера кода, пострадал геймплей.

Через какое-то время, общаясь с одним начинающим программистом, я посоветовал ему написать хоть какой-то законченный проект. Тогда речь зашла про «Змейку». Я вспомнил про то, что это может иметь соревновательный характер и решил подогреть интерес своего собеседника сказав ему, что напишу свою реализацию игры с упором на минимальный размер кода. Для усложнения задачи я решил использовать всё ту же платформу «ZX-Spectrum» и Ассемблер процессора «Z80».

Первую версию игры я написал за пару часов и «весила» она чуть больше 150 байт. Тут я вспомнил про статью в электронном журнале, и решил побить рекорд в 121 байт. Итак моя следующая версия уже весила 100 байт. Написание заняло уже 6 часов. После этого я долгое время не возвращался к этой игре.

Позже, разбирая папку со своими проектами и исходниками, я наткнулся на исходный код своей «Змейки» и понял, что код можно модифицировать и сократить ещё на пару байт. Процесс оптимизации занял целый день, а код сократился всего лишь на 5 байт. Но тем не менее код игры стал «весить» рекордные 93 байт.

Технические подробности

Технические подробности игры snake в 93 байт

• 58 строчек кода без комментариев
• Полная релоцируемость программы (размещение в любой адрес без перекомпиляции)
• Не используется стек
• Используется только основной набор регистров: a,b,c,d,e,h,l и r как генератор случайности
• Без использования процедур ПЗУ
• Честная инициализация экрана и бордера
• Классическое управление клавишами: 6,7,8,9 (Sinclair Joystick)
• Каждую инициализацию псевдослучайным образом расставляться кролики

Код состоит из 3 блоков

• Инициализация переменных и экрана
• Опрос клавиш на нажатие и изменение направления движения
• Обработка игровых событий

Регистры используются в основном как именные переменные, так:

• Регистр a – используется по как промежуточный результат и манипулятор с отдельными битами
• Регистровая пара bc – это направление движения принимает всего 4 значения за весь игровой процесс: #ffe0, #0020, #0001, #ffff
• Регистровая пара de – это текущий индекс обработки массива (атрибут)
• Регистровая пара hl – это текущие координаты головы змейки в адресном пространстве атрибут

В блоке инициализации de и hl, поменяны местами для сокращения логической операции распределения кроликов

В игре используются два глобальных цикла, от начала программы до конца (полная инициализация) и игровой цикл (после расстановки кроликов)

Код игры

begin	ld de,#598f;snake xy
	ld hl,#5aff
	ld b,l
	ld c,l
;---
rabbit1	ld (hl),b
	ld a,r
	cp l
	jr z,rabbit2
	inc (hl)
rabbit2 dec hl
	bit 3,h
	jr nz,rabbit1
	ex hl,de
;---
l1	xor a
	out (#fe),a
clr	ld (de),a
	dec de
	bit 6,d
	jr nz,clr
;---
;	xor a
	in a,(#fe)
	rra
	rra
	jr c,$+5
	ld bc,#ffe0
	rra
	jr c,$+5
	ld bc,#0020
	rra
	jr c,$+5
	ld bc,#0001
	rra
	jr c,$+4
	ld b,e;ld bc,#ffff
	ld c,e
;---
	ld (hl),33
	ld d,#5a
move1	ld a,(de)
	dec a
	cp 254
	jr nc,move2
	ld (de),a
move2	jr nz,move3
	dec (hl)
move3	dec de
	bit 3,d
	jr nz,move1
;---
	ld a,(hl)
	and %00100000
	add hl,bc
	or (hl)
	inc a
	cp 7
	jr nc,begin
	ld a,h
	inc a
	and %00000011
	jr z,begin
	jr l1

Алгоритм

Изображение на экране в данном случае доступно в памяти как одномерный массив 32*24. Каждая ячейка занимает один байт памяти. Меняя значения этих ячеек можно задавать цвет каждого «квадратика» на экране. Формат в битах %FBPPPIII где: F-Flash бит «мигания» раз в секунду (обмен ink на paper), B-Bright повышенная яркость, PPP-Paper 0 до 7, III-INK 0 до 7.

• 0 000 Чёрный
• 1 001 Синий
• 2 010 Красный
• 3 011 Пурпурный
• 4 100 Зелёный
• 5 101 Голубой
• 6 110 Жёлтый
• 7 111 Белый

Таким образом «Кролики» кодируются значением 255 (мигающий, яркий, белый фон, белый цвет), пустое пространство кодируется значением ноль (черный фон, черный цвет)

В отличие от других реализаций, под хранение «змейки» не выделено отдельного массива в памяти, и она сразу находится в «экранной» памяти. Длина змеи и количество «съеденных кроликов» хранится в виде цвета головы, так как большее значение выглядит «ярче», происходит простая арифметика, пробегается весь массив и складывается значение количество кроликов к базовому цвету головы. Движение же всего тела змеи происходит обработкой всего массива где, каждое значение просто уменьшается на один до черного цвета.

Обработка игровых событий — это всего несколько логических ветвлений «IF», при перемещении головы в следующий индекс массива, проверятся предыдущее значение, если там не кролик и не пустое пространство, то змея «наехала» сама на себя. Ещё один «IF» если голова змеи имеет максимальный цвет после проверки массива, то все кролики съедены.

UPD Обновил исходники, так как смог оптимизировать с 95 байт до 93 байт, без потери функциональности.
UPD2 Добавил раздел Алгоритм.