Как написать свой Тетрис на Java за полчаса

В предыдущих статьях этой серии мы уже успели написать сапёра, змейку и десктопный клон игры 2048. Попробуем теперь написать свой Тетрис.

Нам, как обычно, понадобятся:

  • 30 минут свободного времени;
  • Настроенная рабочая среда, т.е. JDK и IDE (например, Eclipse);
  • Библиотека LWJGL (версии 2.x.x) для работы с графикой (опционально). Обратите внимание, что для LWJGL версий выше 3 потребуется написать код, отличающийся от того, что приведён в статье;
  • Спрайты, т.е. картинки плиток всех возможных состояний (пустая, и со степенями двойки до 2048). Можно нарисовать самому, или скачать использовавшиеся при написании статьи.

Прежде чем задавать вопрос в комментариях, не забудьте заглянуть в предыдущие статьи, возможно там на него уже давался ответ. Исходный код готового проекта традиционно можно найти на GitHub.

С чего начать?

Начать стоит с главного управляющего класса, который в нашем проекте находится выше остальных по уровню абстракции. Вообще отличный совет – в начале работы всегда пишите код вида if (getKeyPressed()) doSomething(), так вы быстро определите фронт работ.

Это наш main(). Он ничем принципиально не отличается от тех, что мы писали в предыдущих статьях – мы всё так же инициализируем поля и, пока игра не закончится, осуществляем по очереди: ввод пользовательских данных (input()), основные игровые действия (logic()) и вызов метода отрисовки у графического модуля (graphicsModule.draw()), в который передаём текущее игровое поле (gameField). Из нового разве что метод sync – метод, который должен будет гарантировать нам определённую частоту выполнения итераций. С его помощью мы сможем задать скорость падения фигуры в клетках-в-секунду.

Вы могли заметить, что в коде использована константа FPS. Все константы удобно определять в классе с public static final полями. Полный список констант, который нам потребуется в ходе разработки, можно посмотреть в классе Constants на GitHub.

Оставим пока инициализацию полей на потом (мы же ещё не знаем, какие нам вообще понадобятся поля). Разберёмся сначала с input() и logic().

Получение данных от пользователя

Код, честно говоря, достаточно капитанский:

Все данные от ввода мы просто сохраняем в соответствующие поля, действия на основе них будет выполнять метод logic().

Теперь уже потихоньку становится понятно, что нам необходимо. Во-первых, нам нужны клавиатурный и графический модули. Во-вторых, нужно как-то хранить направление, которое игрок выбрал для сдвига. Вторая задача решается просто – создадим enum с тремя состояниями: AWAITING, LEFT, RIGHT. Зачем нужен AWAITING? Чтобы хранить информацию о том, что сдвиг не требуется (использования в программе null следует всеми силами избегать). Перейдём к интерфейсам.

Интерфейсы для клавиатурного и графического модулей

Так как многим не нравится, что я пишу эти модули на LWJGL, я решил в статье уделить время только интерфейсам этих классов. Каждый может написать их с помощью той GUI-библиотеки, которая ему нравится (или вообще сделать консольный вариант). Я же по старинке реализовал их на LWJGL, код можно посмотреть здесь в папках graphics/lwjglmodule и keyboard/lwjglmodule.

Интерфейсы же, после добавления в них всех упомянутых выше методов, будут выглядеть следующим образом:

Отлично, мы получили от пользователя данные. Что дальше?

А дальше мы должны эти данные обработать и что-то сделать с игровым полем. Если пользователь сказал сдвинуть фигуру куда-то, то передаём полю, что нужно сдвинуть фигуру в таком-то направлении. Если пользователь сказал, что нужно фигуру повернуть, поворачиваем, и так далее. Кроме этого нельзя забывать, что 1 раз в FRAMES_PER_MOVE (вы же открывали файл с константами?) итераций нам необходимо сдвигать падающую фигурку вниз.

Сюда же добавим проверку на переполнение поля (в Тетрисе игра завершается, когда фигурам некуда падать):

Так, а теперь мы напишем класс для того магического gameField, в который мы всё это передаём, да?

Не совсем. Сначала мы пропишем поля класса Main и метод initFields(), чтобы совсем с ним закончить. Вот все поля, которые мы использовали:

А инициализировать мы их будем так:

Если вы решили не использовать LWJGL и написали свои классы, реализующие GraphicsModule и KeyboardHandleModule, то здесь нужно указать их конструкторы вместо, соответственно new LwjglGraphicsModule() и new LwjglKeyboardHandleModule().

А вот теперь мы переходим к классу, который отвечает за хранение информации об игровом поле и её обновление.

Класс GameField

Этот класс должен, во-первых, хранить информацию о поле и о падающей фигуре, а во-вторых, содержать методы для их обновления, и получения о них информации – кроме тех, которые мы уже использовали, необходимо написать метод, возвращающий цвет ячейки по координатам, чтобы графический модуль мог отрисовать поле.

Начнём по порядку.

Хранить информацию о поле…

…и о падающей фигуре

TpReadableColor — простой enum, содержащий элементы с говорящими названиями (RED, ORANGE и т.п.) и метод, позволяющий получить случайным образом один из этих элементов. Ничего особенного в нём нет, код можно посмотреть тут.

Это все поля, которые нам понадобятся. Как известно, поля любят быть инициализированными.
Сделать это следует в конструкторе.

Конструктор и инициализация полей

«Что это за OFFSET_TOP?» – спросите вы. OFFSET_TOP это количество неотображаемых ячеек сверху, в которых создаются падающие фигуры. Если фигуре не сможет «выпасть» из этого пространства, и хоть одна ячеек theField выше уровня COUNT_CELLS_Y будет заполнена, это будет обозначать, что поле переполнено и пользователь проиграл, поэтому OFFSET_TOP должен быть строго больше нуля.

Далее в конструкторе стоит заполнить массив theField значениями константы EMPTINESS_COLOR , а countFilledCellsInLine – нулями (второе в Java не требуется, при инициализации массива все int‘ы равны 0). Или можно создать несколько слоёв уже заполненных ячейкам — на GitHub вы можете увидеть реализацию именно второго варианта.

А что это там за spawnNewFigure()? Почему инициализация фигуры вынесена в отдельный метод?

Вы правильно догадались, spawnNewFigure() действительно инициализирует поле figure. А в отдельный метод это вынесено, потому что нам придётся делать инициализацию каждый раз, когда будет создаваться новая фигура.

На этом с хранением данных мы закончили. Переходим к методам, которые отдают информацию о поле другим классам.

Методы, передающие информацию об игровом поле

Таких метода всего два. Первый возвращает цвет ячейки (для графического модуля):

А второй сообщает, переполнено ли поле (как это происходит, мы разобрали выше):

Методы, обновляющие фигуру и игровое поле

Начнём реализовывать методы, которые мы вызывали из Main.logic().

Сдвиг фигуры

За это отвечает метод tryShiftFigure(). В комментариях к его вызову из Main было сказано, что он «пробует сдвинуть фигуру». Почему пробует? Потому что если фигура находится вплотную к стене, а пользователь пытается её сдвинуть в направлении этой стены, никакого сдвига в реальности происходить не должно. Так же нельзя сдвинуть фигуру в статические ячейки на поле.

Что мы сделали в этом методе? Мы запросили у фигуры ячейки, которые бы она заняла в случае сдвига. А затем для каждой из этих ячеек мы проверяем, не выходит ли она за пределы поля, и не находится ли по её координатам в сетке статичный блок. Если хоть одна ячейка фигуры выходит за пределы или пытается встать на место блока – сдвига не происходит. Coord здесь – класс-оболочка с двумя публичными числовыми полями (x и y координаты).

Поворот фигуры

Логика аналогична сдвигу:

Падение фигуры

Сначала код в точности повторяет предыдущие два метода:

Однако теперь, в случае, если фигура дальше падать не может, нам необходимо перенести её ячейки («кубики») в theField, т.е. в разряд статичных блоков, после чего создать новую фигуру:

Так как в результате переноса ячеек какая-то линия может заполниться полностью, после каждого добавления ячейки мы проверяем линию, в которую мы её добавили, на полноту:

Этот метод возвращает истину, если линию удалось уничтожить. После добавления всех кирпичиков фигуры в сетку (и удаления всех заполненных линий), мы, при необходимости, запускаем метод, который сдвигает на место пустых линий непустые:

Теперь GameField реализован почти полностью — за исключением геттера для фигуры. Её ведь графическому модулю тоже придётся отрисовывать:

Теперь нам нужно написать алгоритмы, по которым фигура определяет свои координаты в разных состояниях. Да и вообще весь класс фигуры.

Класс фигуры

Реализовать это всё я предлагаю следующим образом – хранить для фигуры (1) «мнимую» координату, такую, что все реальные блоки находятся ниже и правее неё, (2) состояние поворота (их всего 4, после 4-х поворотов фигура всегда возвращается в начальное положение) и (3) маску, которая по первым двум параметрам будет определять положение реальных блоков:

Rotation мод здесь будет выглядеть таким образом:

Соответственно, от самого класса Figure нам нужен только конструктор, инициализирующий поля:

И методы, которыми мы пользовались в GameField следующего вида:

Вдобавок, у фигуры должен быть цвет, чтобы графический модуль мог её отобразить. В тетрисе каждой фигуре соответствует свой цвет, поэтому цвет мы будем запрашивать у формы:

Форма фигуры и маски координат

Чтобы не занимать лишнее место, здесь я приведу реализацию только для двух форм: I-образной и J-образной. Код для остальных фигур принципиально не отличается и выложен на GitHub.

Храним для каждой фигуры маску координат (которая определяет, насколько каждый реальный блок должен отстоять от «мнимой» координаты фигуры) и цвет:

Реализуем методы, которые использовали выше:

Ну а сами маски координат я предлагаю просто захардкодить следующим образом:

Т.е. для каждого объекта enum‘а мы передаём с помощью импровизированных (других в Java нет) делегатов метод, в котором в зависимости от переданного состояния поворота возвращаем разные реальные координаты блоков. В общем-то, можно обойтись и без делегатов, если хранить в каждом элементе отсупы для каждого из режимов поворота.

Наслаждаемся результатом

Работающая программа

Работающая программа

P.S. Ещё раз напомню, что исходники готового проекта доступны на GitHub.

Пётр Соковых, транслятор двоичного кода в русский язык