Долгосрочное задание

Многопользовательский "пакман" без врагов, на 2-4 игроков. Задача каждого игрока -- набрать больше всего очков. Карта генерируемая, симметричная по двум осям. Сетевое взаимодействие после начала игры ограничивается передачей нажатых игроками кнопок в соответствии с указанным протоколом. Состояние клиентов и сервера не должно расходиться, все клиенты и сервер должны одновременно сообщить пользователю о завершении игры.

Условие завершения игры: на игровом поле не осталось клеток, содержащих "еду", т.е. остались только игроки и стены. За каждую поглощенную клетку еды игрок получает +1 очко. При равенстве очков считаем, что победителя нет (ничья).

Генерация игрового поля

• Игровое поле имеет логический размер 40x30;
• Каждая клетка поля изначально может являться стеной, "едой" или стартовой позицией игрока (пустых клеток при генерации нет);
• Генерируется только часть карты 20x15 (четверть), остальное поле заполняется симметрично;
• На генерируемой части карты должна быть только одна стартовая позиция игрока.
• Координаты игрового поля: $0 <= x < 40; 0 <= y < 30$

Алгоритм генерации поля ограничивается следующим условием: каждая свободная клетка поля с "едой" должна быть достижима любым игроком.

Предположение по алгоритму генерации: если у каждой клетки, не являющейся стеной, будет хотя бы две соседних клетки, не являющимися стенами, то в большинстве случаев карта будет играема.

Перемещение игрока

Игрок идет в последнем выбранном направлении до тех пор, пока не упрется в препятствие. Препятствием являются стены и другие игроки. Пользователь может изменить направление движения нажатием соответствующих кнопок (wasd, стрелки, цифры -- любой вариант допустим).

При старте игры каждый игрок двигается в стандартном направлении (выбирается сервером, совпадает для всех игроков с точностью до осей симметрии игрового поля).

Игрок перемещается на 1 клетку за игровой кадр.

Запуск программы

Исполняемый файл должен иметь возможность использоваться и в качестве клиента, и в качестве сервера. При запуске необходимо указать флаг для режима сервера или клиента.

• Для сервера дополнительно необходимо указать прослушиваемый порт и ожидаемое количество игроков;
• Для клиента -- адрес и порт сервера.

Ход игры

2 игрока (сервер и клиент)

1. Сервер генерирует карту, затем открывает порт на прослушивание;
2. Клиент подключается;
3. Сервер отправляет клиенту сгенерированную часть карты;
4. Клиент отправляет серверу сообщение о готовности;
5. Сервер сообщает клиенту о начале игры;
6. Начинается игра, с этого момента по сети передается только информация о нажатиях игроками клавиш направления.

sequenceDiagram
participant Server
actor Client
Note right of Server: 1. Gen map
Client->>Server: 2. Connect
Server->>Client: 3. Send map
Client->>Server: 4. Ready
Server->>Client: 5. Start game
loop 6. Every tick
  Client--)Server: Keys
  Server--)Client: Keys
end

Loading

4 игрока

• количество игроков (от 2 до 4) задается ключом при запуске;
• сервер генерирует карту, открывает порт на прослушивание;
• клиенты подключаются, сервер ждет указанное количество клиентов;
• при каждом подключении клиента сервер отправляет ему карту;
• сервер ожидает подтверждение готовности от каждого клиента;
• сервер сообщает, что игра начинается.

Все клиенты отправляют информацию о нажатых пользователем кнопках серверу, а сервер пересылает их всем, кроме этого клиента.

sequenceDiagram
participant Server
actor Client1
actor Client2
actor Client3
Note right of Server: 1. Gen map
par Client1 to Server
  Client1->>Server: Connect
  Server->>Client1: Send map
  Client1->>Server: Ready
and Client2 to Server
  Client2->>Server: Connect
  Server->>Client2: Send map
  Client2->>Server: Ready
and Client3 to Server
  Client3->>Server: Connect
  Server->>Client3: Send map
  Client3->>Server: Ready
end
Server->>Client1: Start game
Server->>Client2: Start game
Server->>Client3: Start game
loop 6. Every tick
  par Server to all
    Server--)Client1: Server Keys
    Server--)Client2: Server Keys
    Server--)Client3: Server Keys
  and Client1 to Server
    Client1--)Server: Client1 Keys
    Server--)Client2: Client1 Keys
    Server--)Client3: Client1 Keys
  and Client2 to Server
    Client2--)Server: Client2 Keys
    Server--)Client1: Client2 Keys
    Server--)Client3: Client2 Keys
  and Client3 to Server
    Client3--)Server: Client3 Keys
    Server--)Client1: Client3 Keys
    Server--)Client2: Client3 Keys
  end
end

Loading

Сетевой протокол

Числа передаются в network order.

У всех сообщений одинаковая структура (заголовок):

const uint32_t magic = 0xabcdfe01;
uint32_t ptype;
uint32_t datasize;
uint8_t* data;

Пакеты

ptype	этап	описание	data	datasize
0x01	2	клиент отправляет пакет при подключении	char* playername	< 256
0x10	3	сервер отправляет карту	uint8_t* gamefield	20*15
0x02	4	клиент готов	empty	0
0x20	5	начало игры	см. раздел с описанием этого пакета
0x00	6	нажатие кнопки на клиенте	uint8_t direction	1
0xffffffff	6	проброс нажатий сервером	см. раздел с описанием этого пакета

Инициализационный пакет клиента (ptype == 0x01)

Клиент отправляет серверу свое имя. Если имя клиента повторилось -- сервер должен проигнорировать этого клиента и разорвать соединение с ним. Максимально допустимая длина имени - 255 ASCII-символов или 256 байт, включая \0 в конце строки.

Пакет с игровым полем (ptype == 0x10)

Сгенерированная часть поля размером 20x15, содержимое -- по 1 байту на клетку, обозначает игрока, стены и "еду". Поле конвертируется в одномерный массив так, что сначала в массиве идет строка с y=0, потом с y=1 и так далее.

Клиент разворачивает полное поле сам.

Пример для поля 6x2:

x=0,y=0                                  x=5,y=0
-------------------------------------------------
| a[0]  | a[1]  | a[2]  | a[3]  | a[4]  | a[5]  |
-------------------------------------------------
| a[7]  | a[8]  | a[9]  | a[10] | a[11] | a[12] |
-------------------------------------------------
x=0,y=1                                  x=5,y=1

Значения клеток поля:

• стена: 0xff;
• еда: 0xaa;
• игрок: 0x22.

Пакет перед началом игры (ptype == 0x20)

frame_timeout отправляется так поздно, чтобы теоретически сервер мог его скорректировать, если обнаружит медленный клиент (с плохим соединением). В этом поле указываются миллисекунды между кадрами.

uint32_t frame_timeout;
uint32_t player_count;
struct player players[player_count];

В массиве players передается информация о всех игроках, участвующих в сессии. Координаты, начальное направление и имя. После получения этого пакета игровой движок должен начать работу.

struct player {
  uint32_t start_x;
  uint32_t start_y;
  uint32_t start_direction;
  uint32_t player_name_len;
  uint8_t player_name[];
};

Пакет с информацией о нажатой клиентом кнопкой (ptype == 0x00)

Клиент отправляет пакет с общим заголовком, содержимое имеет длину 1 байт, значение выбирается в соответствии с нажатой кнопкой:

• вверх: 0 (y -= 1);
• вправо: 1 (x += 1);
• вниз: 2 (y += 1);
• влево: 3 (x -= 1).

Пакет с информацией о нажатой другим клиентом кнопкой (ptype == 0xffffffff)

Сервер отправляет всем клиентам пакет, в котором сообщает какую кнопку нажал клиент (кроме самого нажавшего).

Передаются два поля. 1 байт направления (см. предыдущий пакет) и имя игрока, совершившего нажатие.

uint8_t direction;
char* player_name;