问题描述
这个棋盘游戏的目标是吃食物和成长。
在最基本的形式中,游戏只使用 3 种颜色:一种用于蛇(一系列相互连接的图块),一种用于食物(随机选择的图块),一种用于背景(未占用的图块)。 因为蛇一直在移动,所以在任何时候蛇的头在哪里都是很明显的。不需要任何图形标记。 玩家可以通过键盘上的方向键控制蛇,瞄准食物。如果食物被吃掉,蛇会再长出一个节段,然后在棋盘上放置下一个食物。 如果蛇撞到边界或撞到自己,游戏就结束了!
为了让蛇移动,在“头部”一侧添加了一个新的部分,并在“尾部”一侧删除了一个现有的部分。在程序中,我们可以将“头”和“尾”的坐标存储在变量中。更新 'head' 变量很容易,但我们如何才能清楚地知道新的 'tail' 会在哪里呢?那么,我们如何追踪蛇呢?是否有必要发明一些数据结构?
解决方法
为了跟踪蛇,我们必须记录它所有片段的位置。我们可以选择存储实际的 (X,Y) 坐标或连续坐标之间变化的指示。我们可以将这些信息存储在视频缓冲区矩阵、我们自己的矩阵或循环缓冲区中。
从视频缓冲矩阵中读取游戏信息。
首先让我们假设使用文本视频模式,其中每个字符单元由一个字符字节 (ASCII) 和一个属性字节(颜色)表示,使我们能够在 16 种前景色和 16 种背景色之间进行选择。如果前景色和背景色恰好相等,那么我们在那里存储什么字符代码就不再重要了。结果输出将始终形成一个单一颜色的实心矩形。 我们可以进行设置,以便当前尾部所在的 tile 的字符字节记录移动的方向,以便定位新的尾部。箭头键的扫描码用于此目的。例如,如果当前尾部位于 (5,8) 且显存中的字符字节保存值为 48h (up),则新尾部将位于 (5,7) .
除了使用字符字节来存储游戏信息之外,我们还可以使用属性字节。如果我们再选择 ASCII 32(空格),视频硬件只需要背景色,我们就可以使用为前景色保留的 4 位空间来记录我们的游戏信息。同样,如果我们选择ASCII 219(全块),视频硬件只需要前景色,我们可以使用为背景色保留的4位空间来记录我们的游戏信息。
在随后的演示程序中,游戏板上的每个图块都由 80x25 文本视频模式的视频缓冲区中的 2 个字符单元组成。这将产生方形瓷砖。生成方形图块的更简单方法是使用 40x25 文本视频模式,但事实证明,对于 Microsoft Windows,40x25 模式与使用 80x25 模式的左半部分相同。这无助于获得漂亮的方形瓷砖。
隐藏光标也仅仅是为了在 Microsoft Windows 中运行演示。
; The Snake Game - VRAM (c) 2021 Sep Roland
ORG 256
MODE=03h
COLS=80
ROWS=25
SLEN=COLS/8 ; Initial length of snake
MIDP=((ROWS-1)/2)*256+(COLS/2) ; Center of playfield
BACKCOLOR=66h ; Brown
FOODCOLOR=55h ; Magenta
SNAKECOLOR=22h ; Green
TIMER equ gs:046Ch ; BIOS.TimerTick
STRUC Snake a,b,c,d,e
{
.Head dw a
.Tail dw b
.Length dw c
.Flow db d
.Speed db e
}
cld
xor ax,ax
mov gs,ax
mov ax,0B800h
mov es,ax ; VRAM
mov ax,[TIMER] ; Seed
mov [Rand],ax
mov ax,MODE ; BIOS.SetVideoMode
int 10h
mov dx,ROWS*256+0 ; Hide cursor
mov bh,0
mov ah,02h ; BIOS.SetCursor
int 10h
; Paint the playfield,draw the snake and food
xor di,di
mov cx,COLS*(ROWS-1)
mov ax,BACKCOLOR*256+0 ; 0 is free
rep stosw
mov di,(((ROWS-1)/2)*COLS+(COLS/2)-SLEN)*2
mov cx,SLEN*2
mov ax,SNAKECOLOR*256+4Dh
rep stosw
call NewFood ; -> (AX..DX)
; Show "GO" and wait for a keypress,then begin
mov dword [es:((ROWS-1)*COLS+4)*2],0A4F0A47h
mov ah,00h ; BIOS.GetKey
int 16h ; -> AX
call Status ; -> (AX..DX)
Main: mov ax,[TIMER] ; Sync with real time
@@: cmp ax,[TIMER]
je @b
.kbd: mov ah,01h ; BIOS.TestKey
int 16h ; -> AX ZF
jz .show
mov ah,00h ; BIOS.GetKey
int 16h ; -> AX
cmp al,27 ; <ESC>
je Quit
cmp al,32 ; <SPC>
jne .arrow
.speed: mov al,11111111b ; Fast uses every tick
cmp [S.Speed],al
jne @f
mov al,00010001b ; Slow uses one out of four ticks
@@: mov [S.Speed],al
jmp .show
.arrow: mov al,ah
cmp al,4Dh ; <RIGHT>
je @f
cmp al,48h ; <UP>
je @f
cmp al,4Bh ; <LEFT>
je @f
cmp al,50h ; <DOWN>
jne .show
@@: mov [S.Flow],al ; AL={4Dh=X+,48h=Y-,4Bh=X-,50h=Y+}
.show: ror [S.Speed],1
jnc Main
mov al,[S.Flow] ; {4Dh,48h,4Bh,50h}
mov cx,[S.Head]
call NextXY ; -> CX
call ReadPlayfieldCell ; -> AL={0,1,4Dh,50h} (BX)
cmp al,1
je .eat ; 0 is free,1 is food
ja DEAD ; other is snake
.move: call NewHead ; -> (AX..CX)
call NewTail ; -> (AX..CX)
jmp Main
.eat: call NewHead ; -> (AX..CX)
inc [S.Length]
call Status ; -> (AX..DX)
call NewFood ; -> (AX..DX)
jmp Main
; ----------------------------------
; Show "GAME OVER" and wait for <ESC>,then quit
DEAD: mov si,Msg
mov di,((ROWS-1)*COLS+(COLS/2)-4)*2
lodsw ; First char and color
@@: stosw
lodsb
cmp al,0
jne @b
@@: mov ah,27 ; <ESC>
jne @b
; --- --- --- --- --- ---
Quit: mov ax,0003h ; BIOS.SetVideoMode
int 10h
mov ax,4C00h ; DOS.Terminate
int 21h
; ----------------------------------
; IN (al,cx) OUT (cx)
NextXY: cmp al,4Dh ; AL={4Dh,50h}
jne @f
add cl,2 ; 2 character cells per playfield cell
cmp cl,COLS
je DEAD
ret
@@: cmp al,4Bh ; AL={48h,50h}
jae @f
sub ch,1
jb DEAD
ret
@@: ja @f
sub cl,2
jb DEAD
ret
@@: add ch,1
cmp ch,ROWS-1
je DEAD
ret
; ----------------------------------
; IN (cx) OUT () MOD (ax..cx)
NewHead:mov al,[S.Flow]
mov ah,SNAKECOLOR
call WritePlayfieldCell ; -> (BX)
xchg cx,[S.Head]
; --- --- --- --- --- ---
; IN (ax,cx) OUT () MOD (bx)
WritePlayfieldCell:
movzx bx,ch ; CH is Row
imul bx,COLS
add bl,cl ; CL is Column
adc bh,0
shl bx,1
mov [es:bx],ax
mov [es:bx+3],ah
ret
; ----------------------------------
; IN () OUT () MOD (ax..cx)
NewTail:mov cx,[S.Tail]
call ReadPlayfieldCell ; -> AL={4Dh,50h} (BX)
call NextXY ; -> CX
xchg cx,[S.Tail]
mov ax,BACKCOLOR*256+0 ; 0 is free
jmp WritePlayfieldCell
; ----------------------------------
; IN () OUT () MOD (ax..dx)
NewFood:mov ax,[Rand]
imul ax,25173
add ax,13849
mov [Rand],ax
mov bx,ROWS-1
xor dx,dx
div bx
mov ch,dl
mov ax,[Rand]
mov bx,COLS/2
xor dx,dx
div bx
shl dl,1
mov cl,dl
call ReadPlayfieldCell ; -> AL={0,0 ; 0 is free
jne NewFood
mov ax,FOODCOLOR*256+1 ; 1 is food
jmp WritePlayfieldCell
; ----------------------------------
; IN (cx) OUT (al) MOD (bx)
ReadPlayfieldCell:
movzx bx,1
mov al,[es:bx]
ret
; ----------------------------------
; IN () OUT () MOD (ax..dx)
Status: mov ax,[S.Length]
mov bx,((ROWS-1)*COLS+5)*2
mov cx,10
@@: xor dx,dx
div cx
add dx,0F00h+'0'
mov [es:bx],dx
sub bx,2
test ax,ax
jnz @b
mov byte [es:bx],' '
ret
; ----------------------------------
Msg db 'G',12,'AME OVER',0
ALIGN 2
S Snake MIDP+SLEN-2,MIDP-SLEN,SLEN,00010001b
Rand dw ?
从我们自己的矩阵中读取游戏信息。
此解决方案类似于读取视频缓冲区矩阵,但速度更快且更灵活。速度更快,因为与从常规 RAM 读取相比,从 VRAM 读取要慢,并且更灵活,因为屏幕可以保持显示所有字符和所有颜色组合。从某些角度来看“更快”:“MATRIX”程序以 1.1 微秒运行一个典型周期,“VRAM”程序以 2.6 微秒运行一个周期。这有关系吗?并非如此,这两个程序在必要的延迟循环中花费了 99.99% 的时间。
因为内存并不短缺,我们可以浪费一些并从中受益。即使游戏板的列数较少,我们也可以将矩阵设置为 256 列。如果我们然后将 X 存储在地址寄存器的低字节中,例如 BX
并将 Y 存储在同一地址寄存器的高字节中,则奖励将是无需转换即可获得偏移地址 BX
矩阵内。
; The Snake Game - MATRIX (c) 2021 Sep Roland
ORG 256
MODE=03h
COLS=80
ROWS=25
SLEN=COLS/8 ; Initial length of snake
MIDP=((ROWS-1)/2)*256+(COLS/2) ; Center of playfield
BACKCOLOR=66h ; Brown
FOODCOLOR=55h ; Magenta
SNAKECOLOR=22h ; Green
TIMER equ gs:046Ch ; BIOS.TimerTick
STRUC Snake a,02h ; BIOS.SetCursor
int 10h
; Paint the playfield and matrix,BACKCOLOR*256+0 ; 0 is free
rep stosw
mov bx,256*(ROWS-1)
@@: dec bx
mov [Mat+bx],al
jnz @b
mov bx,MIDP-SLEN ; TailXY
mov ax,SNAKECOLOR*256+4Dh
@@: call WritePlayfieldCell ; -> (CX)
add bl,2 ; X+
cmp bl,(COLS/2)+SLEN-2 ; HeadX
jbe @b
call NewFood ; -> (AX..DX)
; Show "GO" and wait for a keypress,50h}
mov bx,[S.Head]
call NextXY ; -> BX
cmp byte [Mat+bx],bx) OUT (bx)
NextXY: cmp al,50h}
jne @f
add bl,2 ; 2 character cells per playfield cell
cmp bl,50h}
jae @f
sub bh,1
jb DEAD
ret
@@: ja @f
sub bl,2
jb DEAD
ret
@@: add bh,1
cmp bh,ROWS-1
je DEAD
ret
; ----------------------------------
; IN (al,bx) OUT () MOD (ax..cx)
NewHead:xchg bx,[S.Head]
mov [Mat+bx],al
mov ah,SNAKECOLOR
mov bx,bx) OUT () MOD (cx)
WritePlayfieldCell:
mov [Mat+bx],al
movzx cx,bh ; BH is Row
imul cx,COLS
add cl,bl ; BL is Column
adc ch,0
shl cx,1
xchg bx,cx
mov [es:bx+1],ah
mov [es:bx+3],ah
mov bx,cx
ret
; ----------------------------------
; IN () OUT () MOD (ax..cx)
NewTail:mov bx,[S.Tail]
mov al,[Mat+bx] ; -> AL={4Dh,50h}
call NextXY ; -> BX
xchg bx,ax
mov cx,dx
div cx
mov bh,[Rand]
mov cx,dx
div cx
shl dl,1
mov bl,dl
cmp byte [Mat+bx],0 ; 0 is free
jne NewFood
mov ax,FOODCOLOR*256+1 ; 1 is food
jmp WritePlayfieldCell
; ----------------------------------
; IN () OUT () MOD (ax..dx)
Status: mov ax,00010001b
Rand rw 1
Mat rb 256*(ROWS-1)
从环形缓冲区读取实际坐标。
在这个循环缓冲区中,我们记录了从头到尾的所有蛇段的坐标。缓冲区的大小必须能够容纳最长的蛇(或规则允许)。 程序存储指向第一条记录(Head)和最后一条记录后面的指针 记录(尾)。 对于新的蛇头,我们降低 Head 指针并插入新坐标。 对于新的蛇尾,我们只需降低 Tail 指针,丢弃最后一条记录。
因为我们需要保持在环形缓冲区内存的范围内,所以需要一个环绕机制。为环形缓冲区的内存选择二次幂的大小很重要,因为这样我们就可以通过简单的 AND
指令进行环绕。如果我们选择这个 2 的幂大小为 65536,那么我们可以完全放弃这个 AND
操作,因为 CPU 已经在实地址模式下自动回绕到 64KB。
搜索 ringbuffer 需要时间,随着蛇变长,这个时间不可避免地会增加。然而,在一个程序中,出于可玩性的原因,超过 99% 的时间都花在了延迟循环中,这无关紧要!
; The Snake Game - RINGBUFFER (c) 2021 Sep Roland
ORG 256
MODE=03h
COLS=80
ROWS=25
SLEN=COLS/8 ; Initial length of snake
MIDP=((ROWS-1)/2)*256+(COLS/2) ; Center of playfield
BACKCOLOR=66h ; Brown
FOODCOLOR=55h ; Magenta
SNAKECOLOR=22h ; Green
TIMER equ gs:046Ch ; BIOS.TimerTick
STRUC Snake a,cs
add ax,(EOF+15)/16
mov ss,ax ; 512 bytes stack
mov sp,512
add ax,512/16
mov fs,ax ; 64KB ringbuffer
mov ax,BACKCOLOR*256+0
rep stosw
mov cx,MIDP-SLEN ; HeadXY==TailXY
@@: call NewHead ; -> (AX..BX)
add cl,2 ; X+
cmp cl,[S.Head]
mov cx,[fs:bx]
call NextXY ; -> CX
cmp cx,[FoodXY]
je .eat
call ScanSnake ; -> ZF (BX)
jnz DEAD ; CX is (X,Y) of some snake part
.move: call NewHead ; -> (AX BX)
call NewTail ; -> (AX..CX)
jmp Main
.eat: call NewHead ; -> (AX BX)
inc [S.Length]
call Status ; -> (AX..DX)
call NewFood ; -> (AX..DX)
jmp Main
; ----------------------------------
; Show "GAME OVER" and wait for <ESC>,ROWS-1
je DEAD
ret
; ----------------------------------
; IN (cx) OUT (ZF) MOD (bx)
ScanSnake:
mov bx,[S.Tail]
mov [fs:bx],cx ; Sentinel
mov bx,[S.Head]
sub bx,2
@@: add bx,2
cmp [fs:bx],cx
jne @b
cmp bx,[S.Tail]
ret
; ----------------------------------
; IN (cx) OUT () MOD (ax,bx)
NewHead:mov bx,-2
xadd [S.Head],bx
mov [fs:bx-2],cx
mov ah,SNAKECOLOR
; --- --- --- --- --- ---
; IN (ah,1
mov [es:bx+1],ah
ret
; ----------------------------------
; IN () OUT () MOD (ax..cx)
NewTail:mov bx,-2
xadd [S.Tail],bx
mov cx,[fs:bx-2]
mov ah,BACKCOLOR
jmp WritePlayfieldCell
; ----------------------------------
; IN () OUT () MOD (ax..dx)
NewFood:mov ax,dl
call ScanSnake ; -> ZF (BX)
jnz NewFood ; CX is (X,Y) of some snake part
mov [FoodXY],FOODCOLOR
jmp WritePlayfieldCell
; ----------------------------------
; IN () OUT () MOD (ax..dx)
Status: mov ax,0
ALIGN 2
S Snake SLEN*2,SLEN*2,00010001b
FoodXY dw ?
Rand dw ?
EOF: