Картридж из бумаги: можно ли вместить целую игру в QR-код

Эксперимент ради науки.

Благодаря QR-коду мы уже почти десятилетие можем быстро переходить по ссылкам, просто наведя камеру на рекламный баннер — ведь, по сути, это носитель информации.

Но если QR-код содержит данные, можно ли в него вместить целую игру? И речь не о ссылке на веб-приложение, а о полноценной программе, которую можно запустить и играть.

Блогер MattKC разработал игру — классическую «Змейку», — которая уместилась в QR-коде и может запускаться с веб-камеры. И всё бы ничего, если бы не ограничение в формате — всего несколько килобайт. Пересказываем его ролик о том, как ему это удалось.

QR-коды бывают разного формата. Самый большой из них, «версия 40», содержит 177х177 пикселей — или 2953 байта. Это всего 2,88 килобайта.

Это ничтожно мало даже в сравнении с дискетами — которые в большинстве своём достигали 1,44 мегабайт (а позже — 2,88 мегабайт). Иначе говоря, типичная дискета может содержать почти пятьсот, а то и тысячу QR-кодов максимального размера.

И несмотря на то, что вес многих современных тайтлов перевалил за сотню, а то и двести гигабайт, разработать игру под пару килобайт — не такая уж невыполнимая задача. Тем более, что в прошлом людям хватало и меньшего размера.

К примеру, существуют игры, разработанные для загрузочного сектора дискеты — это всего 512 байта. О них рассказывал блогер The 8-Bit Guy.

А картриджи от легендарной Atari 2600 были размером всего 4 килобайта. Это, конечно, не 2,88 — но всё ещё хороший пример того, как людям удавалось умещать игры в таком крошечном носителе.

Так как эксперимент проводился «ради науки», MattKC выбрал всем знакомую «Змейку». В качестве основы для программы блогер остановился на Windows. Программу можно было бы написать и для телефонов, но, по словам MattKC, из-за закрытости мобильных платформ на них намного сложнее заставить работать код, считываемый с QR.

Поначалу блогер написал «Змейку» на HTML и CSS, чтобы она могла запускаться на современных браузерах — но он посчитал это «нечестным» подходом, так как «браузеры делают всю работу за вас». Поэтому MattKC решил использовать Windows Portable Executable (.exe).

На первый взгляд написание игры в таком формате может показаться нереальным — простейшая программа на языке C, выводящая надпись «Hello world!», уже весит сто килобайт. Но значительная часть этого веса — не сам код, а библиотеки языка, к которым обычно обращается компилятор.

Ненужные библиотеки можно отключить вручную — тогда вес программы снизится сразу до 3 килобайт.

MattKC пошёл ещё дальше — теперь он собрался в целом отказаться от стандартного компилятора C, написав код на низкоуровневом языке ассемблера х86 — ему компилятор не нужен.

Поэтому большинство игр вплоть до середины девяностых разрабатывались на ассемблере — компиляторы попросту не подходили для довольно слабого железа тех лет.

Впрочем, уже на первых этапах написания кода начались сложности. Программа, которая запускала простое пустое окно, уже весила 2,5 килобайта — а ведь предстояло написать ещё и код от самой игры.

Стоило добавить в «игру» простую белую точку, которая бы перемещалась по чёрному экрану, и размер кода подскочил ещё сильнее — до 3 килобайт. Когда MattKC увидел, что дополнительная оптимизация не помогает, он понял, что «откусил кусок больше, чем смог проглотить» — ведь ассемблер довольно сложен в использовании, и далеко не каждый программист сможет написать на нём эффективный код.

Поэтому блогер вернулся к более знакомому для него C, правильно настроив компилятор. MattKC переписал весь код заново, и вуаля — программа весила 2,46 килобайта. По мере написания игры он продолжал поглядывать за счётчиком, так как одна строчка кода может прибавить к весу от пары до сотни байт — приходилось постоянно искать пути для оптимизации.

В конце концов MattKC дописал полностью функционирующую «Змейку» со всеми полезными фичами, которые присутствовали ещё на старых «Нокиях». К примеру, игра распознаёт нажатие сразу двух стрелочек подряд, если пользователю нужно очень быстро сменить направление. Также у змейки, если она вот-вот упрётся в собственный хвост, появляется чуть больше времени для манёвра перед концом игры.

Но такой код весил 3,1 килобайта — что значительно больше предела в 2,88 килобайт. А так как MattKC не хотел урезать функции, чтобы его «Змейка» оставалась играбельной, ему пришлось прибегнуть к сжатию.

В случае с программами формата .exe используют такой приём, как Executable packing («Упаковка исполняемых файлов»). При его использовании оригинальная программа сжимается, но к ней прикрепляется небольшой код, который её распаковывает. С точки зрения обычного пользователя нет никакой разницы — он всё так же запускает .exe.

Сначала MattKC использовал довольно распространённый упаковщик UPX, но он увеличил код «Змейки» до 4,5 килобайт. То есть, от сжатия программа стала лишь больше.

Затем блогер нашёл другой упаковщик — Crinkler, который устанавливается напрямую в компилятор. И благодаря ему размер «Змейки» упал аж до 1,4 килобайта — что в два раза меньше порога.

Чтобы перевести код игры в QR, MattKC задействовал утилиту qrencode. И вот, наконец, получился QR-код с работающей «Змейкой».

Теперь, чтобы игру можно было запустить в Windows, нужно сделать так, чтобы QR-код мог транслироваться в обратно в .exe. Для этого MattKC использовал утилиту ZBar.

Сначала блогер попробовал прогнать через утилиту изображение с QR. Всё сработало — единственное, что стоило указать в программе, так это то, что QR содержит не текст, а двоичные данные.

Но вся суть QR-кодов состоит в том, что их можно распечатать и оставить где-то в реальном времени. Поэтому теперь MattKC решил проверить, откроется ли «Змейка», если прочитать листок с QR с веб-камеры.

На этот раз задача оказалась сложнее. Раз за разом у блогера выскакивала ошибка сегментации — конечный .exe, созданный на основе снимка с веб-камеры, был повреждён.

Поэтому MattKC решил сравнить оригинальный и конечный .exe через hex-редактор — приложение, в котором данные представлены как последовательность байтов. И тут он заметил, что байт 0A во втором варианте программы превращался в два байта — 0D и 0A.

Здесь нужен небольшой экскурс в ASCII. Когда пользователь печатает текст и делает новый абзац, разрывы строки хранятся в документе в виде байтов. И в разных системах разрыв отображается по разному.

Исторически сложилось так, что в Unix-системах (Mac, Linux, iOS, Android) разрыв представляет собой один байт — 0х0A, а в Windows — два байта, 0x0D0A.

Большинство современного софта умеет различать разные виды разрывов и автоматически конвертирует их — но даже Windows Notepad до 2018 года признавал лишь собственную двухбайтовую интерпретацию.

И уже после того, как MattKC поправил код в ZBar, «Змейка» наконец начала открываться и через веб-камеру. Блогер также написал скрипт, который запускает .exe сразу после сканирования QR-кода.

Единственная проблема, которая может возникнуть с такого рода экспериментами — ничто не мешает злоумышленникам использовать QR-код, чтобы запускать вредоносные приложения на системах.

Гайд по запуску «Змейки» от MattKC можно прочесть здесь.

#истории #опыт