MGPIC案例分享｜零基础早鸟教程：8小时使用 wasm4 开发井子棋小游戏！

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Moonbit
     广东
    阅读 7 分钟

    本文转载自 CSDN：https://blog.csdn.net/a541972321?type=blog 作者：Spaceack

    缘起

    我于10月9日在天池大数据科研平台发现了此次比赛。虽然对比赛很感兴趣，但面对新生编程语言和陌生的开发引擎，难免令人心生畏惧。但可爱的月兔形象充满了活力，对我还是蛮有吸引力。因此我想试一试，至少了解一下。得益于完善的官方教程和博客案例引导，我惊喜的发现月兔简洁的语法和富有表现力的数据结构很容易上手。由于井子棋逻辑较为简单，我仅花了约半天时间，便完成了井子棋小游戏的开发。正所谓“天下事有难易乎？ 为之，则难者亦易矣；

    本篇文章主要分享 “2024年全球 MoonBit 编程创新赛 游戏赛道”参赛过程中九宫棋游戏的开发技巧和心得。以此抛砖引玉。首先介绍下 MoonBit。

    MoonBit 简介

    • 月兔语言 MoonBit 是一个AI原生的用于云计算和边缘计算的 WebAssembly 端到端的编程语言工具链。 您可以访问 https://try.moonbitlang.cn 获得 IDE 环境，无需安装任何软件，也不依赖任何服务器。生成比现有解决方案明显体积更小的 WASM 文件。并有着更高的运行时性能和先进的编译时性能。
    • 比赛会用到 WASM-4 引擎，此引擎是一个框架，可以开发有趣的复古游戏，最终的编译文件可在浏览器或单片机设备（如 ESP32）上直接运行。

    （咱话不多说，直入正题）

    开发环境准备

    • 简单快速，拢共分为5步。我们目标是以最快速度进入到游戏开发本身，因此略过目录。命令参数，配置等说明，更多细节可通过官网了解。

      1. 部署月兔环境

    curl -fsSL https://cli.moonbitlang.cn/install/unix.sh | bash

    2. 创建项目工作区

    mkdir moonbit_wsam4_game
cd moonbit_wsam4_game
moon new --lib --path . --user spaceack --name mygame

    3. 安装wasm4依赖

    npm install -D wasm4

    4. 将 wasm4绑定增加到项目中

    moon update && moon add moonbitlang/wasm4

    在这里插入图片描述
    此时的代码目录如下：
    在这里插入图片描述

    5. 更新项目配置

    1. 使用以下代码覆盖 moon.pkg.json文件

      {
  // "is-main": true,
  "import": ["moonbitlang/wasm4"],
  "link": {
 "wasm-gc": {
   "exports": ["start", "update"],
   "import-memory": {
     "module": "env",
     "name": "memory"
   }
 },
 "wasm": {
   "exports": ["start", "update"],
   "import-memory": {
     "module": "env",
     "name": "memory"
   },
   "heap-start-address": 6590
 }
  }
}

    2. 使用以下代码覆盖top.mbt文件

      pub fn update() -> Unit {
  
}
pub fn start() -> Unit {

}

      编译及运行

    3. 此时一个空游戏代码已经写好了，我们编译并运行看看效果

      # 编译
moon build --target wasm
      # 运行
 npx wasm4 run target/wasm/release/build/mygame.wasm

      在这里插入图片描述

    4. 访问 http://localhost:4444 即可查看执行效果。可见绿油油的一片。 这是WASM-4 引擎的默认配色。
      在这里插入图片描述

      游戏开发

      小试牛刀

    5. top.mbt文件是游戏的主程序的入口， 简单逻辑的游戏，所有逻辑仅在此文件内编写即可。
    • 依据惯例，首先我们尝试在终端打印“Hello, World”。在start()函数中调用wasm的trace方法即可。它可是我们调试程序的好帮手。😊
    pub fn update() -> Unit {
  
}
pub fn start() -> Unit {
@wasm4.trace("Hello world!");
}

    • 太好啦😊，经过再次编译运行，我们的代码起作用啦，在终端成功打印了Hello World.
      在这里插入图片描述

      设置配色

    • wasm 单帧最多支持4种颜色，可以对调色板的4个颜色索引设置配色。这里我们要用到set_palette方法。 默认索引1为背景色。

      pub fn start() -> Unit {
@wasm4.trace("Hello world!");
@wasm4.set_palette(1, @wasm4.rgb(0x282e30)) // 暗岩灰
@wasm4.set_palette(2, @wasm4.rgb(0xaa337f)) // 陈玫红 Maximum Red Purple
@wasm4.set_palette(3, @wasm4.rgb(0xd4392e)) // 茜红
@wasm4.set_palette(4, @wasm4.rgb(0x898f92)) // 
}

    • 太好啦，经过再次编译运行，我们的代码起作用啦，背景色成功变为了暗岩灰。

      绘制图形

    • wasm 界面的长和宽是固定的 160*160像素
    • 以左上为坐标0点（第三象限）

    • wasm支持绘制矩形，椭圆， 线等基础图形。复杂的图形由基础图形构成，
      可练习实现如下效果图：
      在这里插入图片描述
      代码如下:

      pub fn update() -> Unit {
@wasm4.set_draw_colors(2) // 选用调色板索引为2的颜色，即茜红 
@wasm4.rect(0, 0, 80, 80) // 用茜红绘制一个矩阵 四个参数分别为第三象限的 x, y, width, heigh
@wasm4.set_draw_colors(4) 
@wasm4.line(0, 0, 80, 80)   //一条斜线 从左上到中间(叠加到矩形之上)
@wasm4.line(0, 80, 160, 80) // 中间一条横线 (叠加到矩形之上)
@wasm4.line(80, 0, 80, 160) // 中间一条竖    线 (叠加到矩形之上)
@wasm4.set_draw_colors(3) 
@wasm4.oval(80, 80, 80,80 ) // 圆 第四象限
} 
pub fn start() -> Unit {
@wasm4.trace("Hello world!");
@wasm4.set_palette(1, @wasm4.rgb(0xaa337f)) // 陈玫红 Maximum Red Purple
@wasm4.set_palette(2, @wasm4.rgb(0xd4392e)) // 茜红
@wasm4.set_palette(3, @wasm4.rgb(0xffffff)) // 白
@wasm4.set_palette(4, @wasm4.rgb(0x282e30)) // 暗岩灰
}

    游戏状态

    在这里插入图片描述

    • 一般游戏可以抽象为一个状态机，总共有开始 ，游戏中，结束三种基本状态。那么我们需要构建一个状态结构来描绘游戏的状态信息。
    • 以井子棋游戏为例。我们用枚举类型描绘三种状态。并定义一个状态结构来存储状态信息。

    • 这里我们能领略到 MoonBit 简单且实用数据导向语言设计的魅力。

      enum GameState {
GSInit // 初始状态
GSGameStart // 游戏中
GSGameEnd // 游戏结束
}

struct GameStat {
 mut game_state : GameState 
 mut score : UInt // 胜利得分
 mut times: UInt //游戏次数
 gamemap : FixedArray[FixedArray[Char]] //地图
 mut player_x : Int 
 mut player_y : Int
 mut win: String 
 mut step: Int
 rng : @random.Rand
}
    • 三子棋逻辑并不复杂，至多9个变量就可以描述整个状态！

    • 然后我们使用 let 声明一个名为 gs 的变量， 并将其初始化为 GameStat 类型的一个新实例。

      let gs : GameStat = GameStat::new()
pub fn GameStat::new() -> GameStat {
let gamemap : FixedArray[FixedArray[Char]] = [
  ['0', '0', '0'],
  ['0', '0', '0'],
  ['0', '0', '0'],
]
{
  game_state: GSInit,
  score: 0,
  times: 1,
  gamemap,
  player_x: 1,
  player_y: 1,
  win: "",
  step: 0,
  rng: @random.new(),
}
}

      处理玩家输入

    • 玩家输入可以有多种设备，如键盘，鼠标，游戏手柄等。这里着重介绍下游戏手柄GamePad。
    • 手柄由4个方向键和2个动作键组成。

    • 定义动作（玩家落子，玩家移动，AI落子策略）

    • 有了前面的状态定义，我们可以围绕这些状态参数定义一些动作。

      举例1：玩家落子过程

    • 地图中地图使用0表示无棋子， 1代表玩家棋子，那么我们可以写一个函数描述落子过程。

      pub fn put_point(self : GameStat) -> Unit {
 if self.gamemap[self.player_x][self.player_y] == '0' {
    self.gamemap[self.player_x][self.player_y] = '1'
  }
}

      举例2：玩家移动过程

    • player_x，player_y 代表玩家坐标。我们可以定义一个左移的过程。

      pub fn moveLeft(self : GameStat) -> Unit {
if self.player_x > 0 {
  self.player_x = self.player_x - 1
}
}

    举例3：AI落子策略

    • 为了降低游戏难度，并没有使用复杂的落子策略。而是利用随机数进行随机落子。

    • 需要注意，随机坐标可能会与玩家落子点坐标重合，避免坐标重合的方法由很多种，这里使用循环检测的方式生成唯一的坐标。首先随机生成两个坐标，如果坐标点位置不为空则再次调用生成坐标的函数，直到生成两个不同的坐标。

      let mut flag = true
while flag {
let limit = 3
let x = self.rng.int(~limit)
let y = self.rng.int(~limit)
if self.gamemap[x][y] == '0' {
  self.gamemap[x][y] = '2'
  self.step = self.step + 1
  flag = false
}
}

      胜负判定算法

    • 毎落一子后，我们需要对当前棋局状态作出判定。因此我们用规则定义一个judge函数。

    • 规则如下：

      • 横向3个棋子连成一线，则胜利。
      • 纵向3个棋子连成一线，则胜利。
      • 斜向3个棋子连成一线，则胜利。
      • 棋盘上没有空位，则平局。
    • 如检查首行是否为同一玩家棋子可以对棋盘做等价性判断：
    pub fn judge(self : GameStat) -> Bool {
  if (
      self.gamemap[0][0] == self.gamemap[1][0] &&
      self.gamemap[0][0] == self.gamemap[2][0] &&
      self.gamemap[0][0] == '1'
    )
}
    • 暴力判断的方法，直接遍历所有胜利条件，如果满足其中一个条件则胜利。虽然比较直观，但状态多的时候性能低下。想一想有什么方法可以优化？ 欢迎在评论区留言。

    图像绘制

    • 理清了游戏的整体逻辑，绘制游戏界面的部分更为简单。
    • 我们可以独立出一个界面绘制函数draw_game 此函数首先绘制制标，和记分板，棋盘，最后绘制玩家棋子。

    • 根据游戏状态，绘制对应的图形：

      pub fn draw_game(self : GameStat) -> Unit {
@wasm4.set_draw_colors(2)
@wasm4.text("Tic-Tac-Toe", 10, 10)
@wasm4.text("S:", 125, 90)
@wasm4.text("T:", 125, 75)
let win_times = self.score.to_string()
let total_times = self.times.to_string()
@wasm4.text(win_times, 140, 90)
@wasm4.text(total_times, 140, 75)
match self.game_state {
  GSInit => @wasm4.text("Press x to start", 10, 20)
  GSGameStart => @wasm4.text("Game Start", 10, 20)
  GSGameEnd => @wasm4.text("Game End", 10, 20)
}
if self.win == "Win" {
  @wasm4.set_draw_colors(3)
  @wasm4.text("You Win", 30, 30)
} else if self.win == "Loss" {
  @wasm4.text("You Loss", 30, 30)
} else if self.win == "Tie" {
  @wasm4.text("Tie", 30, 30)
}
}

    结语

    该篇程序涉及没有复杂的算法，仅使用简单的顺序，判断，循环 语句和一就可实现稍稍复杂的小游戏。

    正所谓：大道至简 重剑无锋 大巧不工

    更多代码细节请见项目仓库源码。

    作者正在备战第二款更具创造力的游戏，是与递归有关的游戏，敬请期待。

    如果此篇文章对您有所帮助，欢迎👏Star 仓库，为我投票，您的支持是我持续更新文章的动力💪，感谢感谢 。仓库链接：https://github.com/spaceack/MoonBit-Code-JAM-2024

    竞赛地址：https://tianchi.aliyun.com/competition/entrance/532262

    在线试玩链接：https://moonbitlang.github.io/MoonBit-Code-JAM-2024/CS%E8%B5%...

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