Перейти к основному содержимому

Smalltalk — SmallShooter

НАЧАЛЬНЫЙ
Разработчику Начальный уровень

О практикуме​

SmallShooter — учебный вертикальный shoot'em up (шутер с видом сверху, корабль внизу, враги сверху). Жанр родом из аркад 1980-х (Galaga, 1942, Xevious) — короткие сессии, нарастающая сложность, счёт и жизни.

Соберём игру в Pharo на Morphic — без pip, без Pygame, без спрайтов. Всё рисуем примитивами (fillRectangle, fillOval), логику держим в обычных объектах Smalltalk, а окно и клавиатуру — в морфах.

Чем отличается от Python/Pygame

В разработке игр на Python вы сами крутите while running и зовёте pygame.display.flip(). В Pharo морф подписывается на startStepping, а образ периодически шлёт ему сообщение step. Близкий по архитектуре трек на Smalltalk — SmallPong; там те же три роли — модель, поле, окно.

Что получится после всех этапов

  • Окно 500×700 с полем 480×640 и звёздным фоном.
  • Корабль, стрельба, три типа врагов, бесконечные волны.
  • Счёт, жизни, пауза, game over и кнопка "Новая игра".

Оценка времени — 3–5 часов, если идти через Class Browser и проверять каждый этап.

МеханикаРеализация
Поле480×640 px, параллакс-звёзды
Игрок3 жизни, 90 тиков неуязвимости после урона
Враги#grunt, #zigzag, #shooter (2 HP)
Волны#break → #spawning → #fighting → снова #break
КадрыstepTime = 16 ms (~60 FPS)
Для кого материал

Нужны Pharo 10+ и пройденная первая программа — Playground, Class Browser, Accept (Ctrl+S). Желательно освежить ООП в Smalltalk, коллекции и символы и раздел Morphic в справочнике.

Теория перед кодом​

Перед этапами полезно зафиксировать несколько понятий — они будут встречаться в каждом шаге.

Игровой цикл​

Игровой цикл — повторяющаяся последовательность "прочитать ввод → обновить состояние → отрисовать кадр". В Pygame это явный while в main.py. В Morphic цикл встроен в образ: морф с startStepping получает step каждые stepTime миллисекунд.

Модель и представление​

Модель (ShooterGame) — чистая логика — координаты, списки пуль, правила столкновений. Она не импортирует Morphic и не рисует.

Представление (ShooterPlayfieldMorph) — читает модель и рисует на Canvas. Метод drawOn: вызывается системой, когда морф помечен как changed.

Контроллер (в нашем случае часть ShooterGameMorph) — переводит события клавиатуры в сообщения модели (movingLeft:, tryShoot).

Такой раздел отражает классическую идею MVC, заложенную в Smalltalk-80; в Pharo UI строят на Morphic, но принцип тот же. Подробнее — в философии Smalltalk и десктопных приложениях.

Символы как метки состояния​

Символ (#break, #grunt) — именованная константа в Smalltalk. Для состояния волны и типа врага символ удобнее строки: сравнение waveState = #break быстрое и однозначное. См. типы данных.

Данные в массивах вместо классов​

На учебном проекте пуля — { x. y. vx. vy. isPlayer }, враг — { x. y. type. hp. shootTimer. phase }. Это OrderedCollection массивов (#()). Так быстрее набрать прототип; позже можно вынести Bullet и Enemy в отдельные классы — см. раздел "Что дальше".

Как проходить практикум​

  1. Установите Pharo 10+ — инструкция в первой программе.
  2. Создайте категорию SmallShooter в System Browser.
  3. На каждом этапе добавляйте методы в указанные протоколы и жмите Accept (Ctrl+S).
  4. Запускайте ShooterGameMorph open в Playground; кликните по окну, иначе клавиатура не дойдёт до морфа.
  5. Пройдите самопроверку в конце этапа.
  6. Если что-то расходится — полная ревизия.

Управление в финальной версии

КлавишаДействие
← / → или A / DДвижение корабля
ПробелОгонь (можно удерживать)
PПауза / продолжить
RРестарт после game over
Кнопка "Новая игра"Сброс счёта и волны

Карта этапов​

ЭтапТемаКлассы
0Окно и модельвсе три — каркас
1ДвижениеShooterGame, ShooterGameMorph
2СтрельбаShooterGame, отрисовка пуль
3Враги GruntShooterGame, ShooterPlayfieldMorph
4Столкновения и счётShooterGame
5ВолныShooterGame
6Zigzag и ShooterShooterGame, отрисовка
7UI и паузаShooterGameMorph

Архитектура​

Три класса разделяют ответственность — модель, холст и окно:

ShooterGameMorph          ← окно, клавиатура, step / stepTime
  ├── StringMorph         ← счёт, строка статуса
  ├── SimpleButtonMorph   ← "Новая игра"
  └── ShooterPlayfieldMorph ← drawOn — фон, звёзды, объекты
        └── game: ShooterGame ← логика без Morphic
КлассРоль
ShooterGameКорабль, пули, враги, волны, столкновения
ShooterPlayfieldMorphCanvas — звёзды, прямоугольники и овалы
ShooterGameMorphКомпоновка UI, startStepping, клавиатура
ТерминЗначение в проекте
МорфОбъект UI, умеющий рисовать себя и ловить события
SteppingПериодический вызов step у морфа
ТикОдин проход ShooterGame>>step; счётчик tickCount
HUDСтроки счёта и подсказок над полем

Формат записей в коллекциях:

  • Пуля — { x. y. vx. vy. isPlayer } — пятый элемент true/false различает игрока и врага.
  • Враг — { x. y. type. hp. shootTimer. phase } — type это #grunt, #zigzag или #shooter; phase нужен для синусоиды zigzag.

Зависимости​

  • Pharo 10 или новее (рекомендуется 11/12).
  • Дополнительные пакеты не нужны — Morphic уже в образе.

В System Browser создайте категорию SmallShooter (имя пакета может совпадать). Все три класса живут в ней — так проще найти код в Browser и сохранить вместе с image.

Этап 0 — окно, модель и отрисовка корабля​

Цель — три класса, окно со звёздным фоном и кораблём внизу. Игровой цикл уже крутится (tickCount растёт), но движения и врагов пока нет.

Теория этапа​

  • Object subclass: — объявление класса в панели Browser; список instanceVariableNames задаёт поля каждого экземпляра.
  • initialize — вызывается после new; здесь задаём размеры поля и зовём resetGame.
  • ^ (caret) — возврат значения из метода; без него метод вернёт self.
  • @ — создаёт объект Point (координата или размер).

0.1 Класс ShooterGame​

Объявление класса (панель определения, subclass of Object):

Object subclass: #ShooterGame
    instanceVariableNames: 'fieldWidth fieldHeight playerX playerY playerWidth playerHeight playerSpeed playerLives invulnerableTimer bullets enemies score waveNumber waveState waveBreakTimer spawnIndex spawnQueue spawnDelayTimer shootTimer movingLeft movingRight paused gameOver highScore tickCount'
    classVariableNames: ''
    poolDictionaries: ''
    category: 'SmallShooter'

Протокол initialization, метод initialize:

Код ITЗагрузка примера кода…

Протокол game:

Код ITЗагрузка примера кода…

Протокол accessing — геттеры для морфа (модель не отдаёт инстанс-переменные напрямую наружу, только через сообщения):

Код ITЗагрузка примера кода…

0.2 Класс ShooterPlayfieldMorph​

Subclass of Morph. Инстанс-переменные: game, stars.

Код ITЗагрузка примера кода…

Протокол display, метод drawOn: (фон, звёзды, корабль):

Код ITЗагрузка примера кода…

0.3 Класс ShooterGameMorph​

Subclass of Morph. Переменные: game playfieldOrigin playfieldMorph scoreMorph statusMorph newGameButton pressedKeys spaceHeld.

Классовый метод open:

open
    ^ self new openInWorld

Протокол initialization:

Код ITЗагрузка примера кода…

Протокол stepping:

step
    game step.
    self refreshDisplay

stepTime
    ^ 16

Протокол display:

refreshDisplay
    scoreMorph contents: game scoreText.
    statusMorph contents: game statusText.
    playfieldMorph changed

Протокол actions (упрощённый newGame, доработаем на этапе 7):

newGame
    game resetGame.
    playfieldMorph buildStars.
    self refreshDisplay

Протокол focus:

openInWorld
    | window |
    window := self openInWindowLabeled: 'SmallShooter'.
    window activate.
    self takeKeyboardFocus.
    ^ window

Запуск​

ShooterGameMorph open

Самопроверка

  • Окно "SmallShooter" с тёмным полем и звёздами.
  • Голубой корабль внизу по центру.
  • Строка счёта: Счёт: 0 Волна: 0 Жизни: 3.
  • Кнопка "Новая игра" сбрасывает поле.

Разбор​

Строка / конструкцияСмысл
super initializeСначала инициализация предка Object, потом наши поля
waveState := #breakВолна ещё не началась; позже добавим автоматический старт
self resetGame в initializeОдин метод собирает начальное состояние партии
startSteppingMorphic начнёт слать step этому морфу
stepTime → 161000 / 16 ≈ 62 кадра в секунду
playfieldMorph changedПометка "грязной" области — нужна перерисовка drawOn:
addMorph:Вложенный морф; дерево морфов = дерево виджетов

ShooterGame можно тестировать без UI в Playground:

g := ShooterGame new.
g step.
g scoreText

Этап 1 — движение корабля​

Цель — корабль ездит влево и вправо, не выходя за края поля.

Теория этапа​

Ввод в Morphic приходит событиями (keydown:, keyup:). Мы не опрашиваем клавиатуру в step — вместо этого храним множество pressedKeys и на каждое событие синхронизируем флаги модели. Так модель остаётся независимой от Morphic (удобно для тестов и SmallPong).

ShooterGame, протокол input​

movingLeft: aBoolean
    movingLeft := aBoolean

movingRight: aBoolean
    movingRight := aBoolean

Ключевое слово movingLeft: с двоеточием — это ключевое сообщение с одним аргументом; см. синтаксис.

ShooterGame, протокол player​

movePlayer
    movingLeft ifTrue: [
        playerX := (playerX - playerSpeed) max: 0 ].
    movingRight ifTrue: [
        playerX := (playerX + playerSpeed) min: fieldWidth - playerWidth ]

Обновите step — после таймеров добавьте движение (таймеры понадобятся на этапе 2):

step
    gameOver ifTrue: [ ^ self ].
    paused ifTrue: [ ^ self ].
    tickCount := tickCount + 1.
    shootTimer > 0 ifTrue: [ shootTimer := shootTimer - 1 ].
    invulnerableTimer > 0 ifTrue: [ invulnerableTimer := invulnerableTimer - 1 ].
    self movePlayer

ShooterGameMorph, протокол events​

Код ITЗагрузка примера кода…

Самопроверка

  • ←/→ и A/D двигают корабль.
  • Корабль останавливается у левого и правого края.
  • После клика по окну клавиши доходят до игры.

Разбор​

ФрагментЗачем
(playerX - playerSpeed) max: 0max: не даёт уйти левее нуля
min: fieldWidth - playerWidthПравый край с учётом ширины спрайта
pressedKeys includes:Проверка удерживаемой клавиши
ifAbsent: []Удаление из Set без ошибки, если клавиши уже нет
handlesKeyboard: ^ trueМорф заявляет, что хочет получать клавиатуру

Этап 2 — стрельба​

Цель — жёлтые пули летят вверх; между выстрелами — короткая пауза (кулдаун).

Теория этапа​

Кулдаун (shootTimer) считается в тиках, не в секундах: при 60 FPS 8 тиков ≈ 130 ms. Так проще — не нужен Time в модели.

Пуля хранится как массив с полями скорости vx, vy. У игрока vy = -9 (вверх по экрану, где y растёт вниз — типичная экранная система координат).

ShooterGame, протокол input​

tryShoot
    shootTimer <= 0 ifTrue: [
        self addPlayerBullet.
        shootTimer := 8 ]

ShooterGame, протокол player​

addPlayerBullet
    | bx by |
    bx := playerX + (playerWidth // 2) - 2.
    by := playerY - 6.
    bullets add: { bx. by. 0. -9. true }

Пятый элемент true — метка своей пули; пули врагов будут с false.

ShooterGame, протокол bullets​

updateBullets
    | toRemove bullet x y |
    toRemove := OrderedCollection new.
    bullets do: [ :each |
        bullet := each.
        x := bullet first + bullet third.
        y := bullet second + bullet fourth.
        bullet at: 1 put: x.
        bullet at: 2 put: y.
        (y < -10 or: [ y > fieldHeight + 10 or: [ x < -10 or: [ x > fieldWidth + 10 ] ] ])
            ifTrue: [ toRemove add: bullet ] ].
    toRemove do: [ :each | bullets remove: each ifAbsent: [] ]

Добавьте в step: self updateBullets.

ShooterGameMorph​

Обновите step:

step
    spaceHeld ifTrue: [ game tryShoot ].
    game step.
    self refreshDisplay

В handleKeyDown: / handleKeyUp::

"в handleKeyDown:"
keyName = ' ' ifTrue: [
    spaceHeld := true.
    game tryShoot ].

"в handleKeyUp:"
keyName = ' ' ifTrue: [ spaceHeld := false ].

ShooterPlayfieldMorph — фрагмент drawOn​

game bulletsList do: [ :bullet |
    | isPlayer x y |
    isPlayer := bullet fifth.
    x := bullet first.
    y := bullet second.
    isPlayer ifTrue: [
        aCanvas fillRectangle: (x @ y extent: 4 @ 10) color: Color yellow ] ]

Самопроверка

  • Пробел создаёт пулю вверх.
  • Удержание пробела даёт серию выстрелов с паузой.
  • Пули исчезают за краем экрана.

Разбор​

Элемент массива пулиРоль
1-й (first)x
2-й (second)y
3-й (third)vx
4-й (fourth)vy
5-й (fifth)isPlayer

bullet at: 1 put: x мутирует массив на месте — коллекция хранит ссылку на тот же объект. Альтернатива — immutable объекты; для учебного шутера массивов достаточно.

spaceHeld ifTrue: в step морфа + tryShoot по keydown — двойной путь: и одиночное нажатие, и автоповтор при удержании.

Этап 3 — враги Grunt​

Цель — красные блоки летят вниз. Волны пока вручную — один враг для проверки движения и отрисовки.

Теория этапа​

Grunt — простейший тип: постоянная скорость вниз. Запись врага включает запасные поля под будущее: shootTimer для #shooter, phase для #zigzag.

enemySpeed зависит от waveNumber — даже на этом этапе заложена прогрессия сложности.

ShooterGame, протокол enemies​

Код ITЗагрузка примера кода…

Добавьте в step: self updateEnemies.

Тест в Playground (до волн):

g := ShooterGame new.
g addEnemyAt: 200 @ -30 type: #grunt.
ShooterGameMorph open

ShooterPlayfieldMorph — фрагмент drawOn​

game enemiesList do: [ :enemy |
    | type enemySize x y |
    type := enemy third.
    enemySize := game enemySizeFor: type.
    x := enemy first.
    y := enemy second.
    type = #grunt ifTrue: [
        aCanvas fillRectangle: (x @ y extent: enemySize) color: Color red ] ]

Самопроверка

  • Grunt виден и движется вниз.
  • Враг исчезает за нижним краем (урон игроку добавим на этапе 4).

Разбор​

Поле врагаИндексНазначение
x, y1, 2Позиция
type3#grunt, #zigzag, #shooter
hp4Жизни; у shooter будет 2
shootTimer5Обратный отсчёт до выстрела
phase6Фаза синусоиды для zigzag

(80 + 120 atRandom) — случайная задержка стрельбы в тиках; atRandom — сообщение интервала, см. справочник.

Этап 4 — столкновения, счёт и жизни​

Цель — пули уничтожают врагов; касание врага или пропуск его за экран отнимает жизнь.

Теория этапа​

AABB-столкновение — проверяем пересечение прямоугольников (Rectangle>>intersects:). Для аркады этого достаточно; точная pixel-perfect коллизия здесь не нужна.

Неуязвимость после урона — 90 тиков (~1,5 s), чтобы игрок не потерял все жизни за один кадр. Мигание корабля в drawOn: синхронизировано с invulnerable.

ShooterGame, протокол player​

damagePlayer
    invulnerableTimer > 0 ifTrue: [ ^ self ].
    playerLives := playerLives - 1.
    invulnerableTimer := 90.
    playerLives <= 0 ifTrue: [
        gameOver := true ]

Обновите updateEnemies — враг ушёл за экран:

(y > fieldHeight + 40) ifTrue: [
    toRemove add: enemy.
    self damagePlayer ]

ShooterGame, протокол collisions​

Код ITЗагрузка примера кода…

Добавьте в step: self checkCollisions и score > highScore ifTrue: [ highScore := score ].

Самопроверка

  • Попадание — +50 и исчезновение grunt.
  • Столкновение с врагом — −1 жизнь, корабль мигает.
  • При 0 жизней — статус "Игра окончена…".

Разбор​

Блок в checkCollisionsЛогика
Цикл по bullets с fifth ifTrueТолько свои пули бьют врагов
killedEnemies как SetОдин враг не получает два попадания в том же тике
enemy at: 4 put:Уменьшение HP; при 0 — очки и удаление
Второй цикл по enemiesКорабль врезается в живого врага
deadBullets / deadEnemiesСначала собираем, потом удаляем — иначе сломаем итерацию do:

Очки за типы заложены заранее — пригодятся на этапе 6.

Этап 5 — волны​

Цель — автоматический спавн — пауза, очередь точек, бой, снова пауза.

Теория этапа​

Конечный автомат волны — три состояния-символа:

  • #break — пауза между волнами (waveBreakTimer).
  • #spawning — враги появляются по очереди spawnQueue.
  • #fighting — все заспавнены; ждём, пока enemies опустеет.

buildSpawnQueue чередует четыре паттерна (waveNumber \\ 4) — линия, эшелоны, диагональ, "клин".

ShooterGame, протокол enemies​

randomEnemyType
    | roll |
    roll := 100 atRandom.
    waveNumber < 3 ifTrue: [ ^ #grunt ].
    roll <= 50 ifTrue: [ ^ #grunt ].
    roll <= 80 ifTrue: [ ^ #zigzag ].
    ^ #shooter

ShooterGame, протокол waves​

Код ITЗагрузка примера кода…

Добавьте в step: self updateWaves. В конец checkCollisions: self checkWaveComplete.

Самопроверка

  • Статус "Готовься к волне 1!", затем появление врагов.
  • Номер волны растёт после зачистки.
  • До 18 врагов в волне на высоких номерах.

Разбор​

#break ──(таймер)──► beginWave ──► #spawning
                                      │
                    spawnNextEnemy ◄──┘
                                      │
              все точки очереди ─────► #fighting
                                      │
              enemies isEmpty ───────► #break

count := (waveNumber + 3) min: 18 — мягкий потолок, чтобы экран не превращался в "кашу". spawnDelayTimer := 5 — пауза между появлениями в одной волне.

Этап 6 — Zigzag, Shooter и пули врагов​

Цель — полный набор противников; фиолетовый Shooter стреляет вниз.

Теория этапа​

ТипПоведениеОчки
#gruntПрямо вниз50
#zigzagy + sin(phase) по x75
#shooterВниз + периодический выстрел, 2 HP150

Zigzag сдвигает x через (phase sin * 2.5) — phase растёт с тиками и зависит от стартовой x, чтобы траектории не совпадали.

ShooterGame, протокол bullets​

addEnemyBulletAt: aPoint
    bullets add: { aPoint x. aPoint y. 0. 5. false }

Замените updateEnemies целиком:

Код ITЗагрузка примера кода…

Дополните checkCollisions — пули врага (вставьте после цикла "пуля игрока × враг", до цикла "корабль × враг"):

bullets do: [ :bullet |
    (bullet fifth not and: [ invulnerableTimer <= 0 ]) ifTrue: [
        bulletRect := bullet first @ bullet second extent: 4 @ 8.
        (bulletRect intersects: playerRect) ifTrue: [
            deadBullets add: bullet.
            self damagePlayer ] ] ].

Дополните drawOn: — zigzag, shooter, оранжевые пули; полный текст — в ревизии.

Самопроверка

  • С 3-й волны — zigzag и shooter.
  • Shooter выдерживает два попадания.
  • Оранжевые пули наносят урон.

Разбор​

bullet fifth not — отбор чужих пуль. Один массив bullets на все снаряды упрощает updateBullets, но требует дисциплины с fifth-флагом.

enemy at: 5 put: после выстрела — перезарядка; с ростом waveNumber интервал уменьшается (max: 0 не даёт уйти в минус).

Этап 7 — пауза и полный UI​

Цель — клавиши P/R, полный сброс через "Новая игра", финальная отрисовка.

ShooterGame, протокол input​

togglePause
    paused := paused not

ShooterGameMorph​

В handleKeyDown::

(keyName = 'p' or: [ keyName = 'P' ]) ifTrue: [ game togglePause ].
(keyName = 'r' or: [ keyName = 'R' ]) ifTrue: [
    game gameOver ifTrue: [ self newGame ] ]

Обновите newGame:

newGame
    game resetGame.
    pressedKeys removeAll.
    spaceHeld := false.
    playfieldMorph buildStars.
    self refreshDisplay

Замените drawOn: в ShooterPlayfieldMorph на версию из ревизии.

Самопроверка

  • P ставит на паузу; в step модели срабатывает ранний ^ self.
  • R после game over перезапускает партию.
  • "Новая игра" сбрасывает счёт и пересоздаёт звёзды.

Разбор​

ДействиеЧто происходит
togglePauseФлаг paused; модель не обновляется, морф всё равно рисует HUD
pressedKeys removeAllПосле рестарта не "залипает" старое направление
buildStarsНовый случайный фон — визуально другая партия
takeKeyboardFocus в openInWorldБез фокуса морф не получит keydown:

Сохраните image (File → Save в Pharo) — иначе классы пропадут при закрытии без сохранения. См. рекомендации по разработке.

Полная ревизия​

Сверьте финальные версии ключевых методов с листингами ниже. Если поведение расходится — откройте протокол в Class Browser и сравните построчно.

Запуск

ShooterGameMorph open
Полный drawOn для ShooterPlayfieldMorph

Код ITЗагрузка примера кода…

КлассМетодов (ориентир)Назначение
ShooterGame~35Модель
ShooterPlayfieldMorph3Рисование
ShooterGameMorph~15Окно и ввод

Финальный чек-лист​

  • ShooterGameMorph open — окно без ошибок в Transcript.
  • Движение, стрельба, пауза работают.
  • Три типа врагов; волны не заканчиваются.
  • Счёт и жизни обновляются в scoreMorph.
  • Game over; "Новая игра" и R сбрасывают состояние.
  • Image сохранён — классы останутся в образе.

Что дальше​

Рефакторинг модели

  • Классы Bullet и Enemy вместо массивов — инкапсуляция и читаемость (ООП).
  • Протокол update у сущностей — полиморфизм через сообщения.

Контент и polish

  • Звук — FMSound или samples в Pharo.
  • Таблица рекордов — сериализация через STON.
  • Боссы и power-up — новые символы-состояния в ShooterGame.

Соседние материалы

В подборках​

Статья входит в раздел Smalltalk и перекликается с практикумом игр на Python и разработкой игр на Python.

Теги:
Последнее обновление
Содержание