NES Flipull (v1.0) - a script to examine frame costs for throwing block

cost.lua

--[[
フリップル (FC) 着手の時間コスト調査スクリプト for FCEUX

(投げる位置, 当たる位置) ごとの所要フレームを調べる。
自機が最上段にいる状態で起動すること。
--]]

-- メモリから u8 値を読み取る。
local function mem_read_u8(addr)
    return memory.readbyte(addr)
end

-- メモリに u8 値を書き込む。
local function mem_write_u8(addr, value)
    memory.writebyte(addr, value)
end

-- 指定された入力で 1 フレーム進める。
local function run_frame(input)
    joypad.set(1, input)
    emu.frameadvance()
end

-- 指定された入力で n フレーム進める。
local function run_frames(n, input)
    for _i = 1, n do
        run_frame(input)
    end
end

local ADDR_BLOCKS = 0x0400
local ADDR_WALLS = 0x0440
local ADDR_PIPES = 0x044C

-- 自機ピクセル座標yを得る。
local function get_hero_pixel_y()
    return mem_read_u8(0x0302)
end

-- 座標 (x,y) にブロック block を配置する。
-- 座標は 6x6 のブロック領域内でなければならない。
local function put_block(x, y, block)
    assert(0 <= x and x < 6)
    assert(6 <= y and y < 12)

    local addr = ADDR_BLOCKS + 8 * (y - 6) + x
    mem_write_u8(addr, block)
end

-- 座標 (x,y) に壁を配置する。
local function put_wall(x, y)
    assert(0 <= x and x < 8)
    assert(0 <= y and y < 12)

    local addr = ADDR_WALLS + y
    local value = mem_read_u8(addr)

    local value_new = bit.bor(value, bit.lshift(1, (7 - x)))
    mem_write_u8(addr, value_new)
end

local BLOCK_ERASE = 1 -- 消去するブロック。初期状態では 6x6 のブロック領域全てと保持ブロックがこれになる。
local BLOCK_STOP  = 2 -- 投げたブロックと置換されるブロック。置換が起こる位置に配置される。

-- 局面を調査用に初期化する。
local function init_position()
    -- 全ての壁/パイプを除去する。
    for i = 0, 12-1 do
        mem_write_u8(ADDR_WALLS + i - 1, 0)
    end
    for i = 0, 12-1 do
        mem_write_u8(ADDR_PIPES + i - 1, 0)
    end

    -- 6x6 のブロック領域を全て BLOCK_ERASE で埋める。
    for y = 6, 12-1 do
        for x = 0, 6-1 do
            put_block(x, y, BLOCK_ERASE)
        end
    end

    -- 保持ブロックを BLOCK_ERASE にする。
    mem_write_u8(0x030F, BLOCK_ERASE)
end

-- 自機を指定した座標yまで移動させる。
local function move_hero(hero_y)
    for _i = 1, hero_y do
        run_frame({ down = true })
        run_frames(15, {})
    end

    assert(get_hero_pixel_y() == 16 * (2 + hero_y))
end

local COST_INF = 99999

-- (自機座標y, 衝突直前の座標) を与えたときの時間コスト (F) を返す。
-- 不可能な場合は COST_INF を返す。
--
-- たとえば、hero_y = 11, dst = (1, 11) ならば、(1, 11) まで貫通消去し、(0, 11) で置換が起こる。
local function calc_cost(hero_y, dst_x, dst_y)
    -- 調査対象の状況になるように局面を変更する。
    if hero_y < 6 then
        -- hero_y < 6 の場合、壁に当たって下に落ちる形になる。
        if dst_x > 0 then
            put_wall(dst_x - 1, hero_y)
        end
        if dst_y < 11 then
            put_block(dst_x, dst_y + 1, BLOCK_STOP)
            -- 置換によりミスにならないよう細工する。
            if dst_x == 5 then
                put_block(4, dst_y, BLOCK_STOP)
            else
                put_block(5, 11, BLOCK_STOP)
            end
        end
    else
        -- hero_y >= 6 の場合、必ず横からブロックに当たる形になる。
        -- (壁に当たって下に落ちてブロックに当たるケースは存在しない)
        -- この場合、dst_y < hero_y となることはありえず、
        -- dst_y > hero_y となるのは一番奥まで貫通して下に落ちるケースのみ。
        if dst_y < hero_y then
            return COST_INF
        end
        if dst_y == hero_y then
            if dst_x == 0 and dst_y < 11 then
                put_block(0, dst_y + 1, BLOCK_STOP)
            elseif dst_x ~= 0 then
                put_block(dst_x - 1, dst_y, BLOCK_STOP)
            end
        end
        if dst_y > hero_y then
            if dst_x ~= 0 then
                return COST_INF
            end
            if dst_y < 11 then
                put_block(0, dst_y + 1, BLOCK_STOP)
            end
        end
        -- 置換によりミスにならないよう細工する。
        put_block(5, 6 + (hero_y - 6 + 1) % 6, BLOCK_STOP)
    end

    move_hero(hero_y)

    local frame_start = emu.framecount()
    local input_move = get_hero_pixel_y() == 0x20 and { down = true } or { up = true }

    -- ブロックを投げる。
    run_frame({ A = true })

    while true do
        -- 上または下を入力し、実際にキー入力が受け付けられたら終了。
        run_frame(input_move)
        if mem_read_u8(0x0303) ~= 0 then
            break
        end
    end

    local frame_end = emu.framecount()

    return frame_end - frame_start - 1
end

local wtr = nil

local function work()
    -- 自機が最上段にいることを確認。
    assert(get_hero_pixel_y() == 0x20)

    -- 最初の emu.frameadvance() が実際にはフレームを進めない不具合の対策。
    run_frame({})

    -- 調査用の初期状態を作る。
    init_position()

    -- 初期状態のステートをセーブ。
    local state = savestate.object()
    savestate.save(state)

    for hero_y = 0, 12-1 do
        for dst_x = 0, 6-1 do
            for dst_y = 6, 12-1 do
                local cost = calc_cost(hero_y, dst_x, dst_y)
                wtr:write(string.format("%d\t%d\t%d\t%d\n", hero_y, dst_x, dst_y, cost))

                savestate.load(state)
            end
        end
    end
end

local function main()
    emu.speedmode("maximum")

    wtr = io.open("Flipull-cost.txt", "w")

    work()

    wtr:close()

    emu.speedmode("normal")
end

main()