Можно ли уместить игру в QR-код?

Сжатый перевод видео, которое закреплено ниже

Технически, это возможно, ведь QR-код такой же носитель информации, как, например, дискета, CD или жёсткий диск.

Такие коды обычно хранят в себе ASCII-текст, но их можно приспособить и для двоичных данных — главное не забывать про ограничения размера, ведь самый большой QR версии 40 может хранить в себе целых 2956…

То есть, примерно 2.88 килобайта.

Чтоб вы понимали, насколько это мало, посмотрите на этот звуковой файл из Windows — он весит 11 килобайт.

На самом деле, DTF по какой-то причине не позволил мне прикрепить файл WAV, поэтому я пережал его в MP3. Оригинал вы всё равно можете найти по адресу C:\Windows\Media под названием «Windows — начало обзора.wav» или «Windows Navigation Start.wav» (если у вас стоит английский язык).

Вот ещё пример — обычная дискета ёмкостью 1.44 МБ может хранить примерно в 500 раз больше данных.

Тем не менее, хорошо оптимизированный код может творить чудеса — люди даже умещали игры в загрузочный сектор дискеты (а это 512 байт). Можете также посмотреть видео о создании игры Micro Mages для NES.

Сначала автор хотел создать «Тетрис», но, учитывая, что Tetris Company любит подавать в суд за нарушение авторских прав, решил написать не менее известную «Змейку».

Логично также было бы сделать версию игры для смартфонов, ведь обычно именно с них и считывают QR-коды, однако особенности этих платформ, а также их закрытость вряд ли позволили бы запустить исполняемый файл прямо из QR. Таким образом, было принято решение написать программу для Windows на языке С с расчётом на то, что код можно будет распознать веб-камерой.

Поначалу задача казалась невозможной, ведь даже простейший exe-файл с hello world уже занимает 100 КБ.

Но не все 100 КБ этого файла — код. Большую часть занимают runtime-библиотеки, которые можно отключить специальной командой (после этого, правда, придётся вручную подключать нужные библиотеки).

Таким образом, файл уменьшается в размере до 3 КБ.

Можно было бы сократить размер ещё больше, используя различные оптимизации, однако автор решил писать программу на языке, ближе всего к машинному — языке ассемблера х86.

Без какой-либо помощи со стороны MattKC сделал простое окно на ассемблере, и оно уже заняло 2.5 КБ. Он стёр несколько лишних строк кода, и размер файла уменьшился ровно до 2 КБ, что странно, ведь удалено было гораздо меньше кода.

Выяснилось, что формат Win32 PE, который используется почти во всех современных exe-файлах имеет минимальный размер секции кода в 512 байт (то есть, если удалить секцию, которая на самом деле весит, к примеру, 30 байт, то всё равно размер файла уменьшится на 512 байт; по крайней мере, я так понял).

Использование такого формата означает, что нужно будет сделать приложение не только меньше 2.88 КБ (напомню, что это — вместимость QR 40), но и меньше 2.5 КБ, ведь добавление лишней секции кода «округлит» этот размер до 3 КБ.

Однако, и эту проблему можно решить — нужно лишь переопределить размер секции в компоновщике, а Windows умеет принимать любые значения. В качестве инструмента был выбран MSVC. Автору удалось поставить минимальное значение секции в 16 байт, так как именно столько использовали библиотеки Win32. Но даже так полный код «Змейки» весил 2.92 КБ.

А что если просто переписать код на С и надеяться, что компилятор создаст более эффективный ассемблерный код, чем человек?…

Но и эта идея в дальнейшем провалилась, ведь полное приложение вышло размером 3.1 КБ, а все дальнейшие сокращения кода приводили к неиграбельному состоянию «Змейки».

Оставалось только полагаться на сжатие данных. При этом, MattKC не хотел использовать архиваторы типа 7zip, ведь это нарушило бы принцип «просканировал код и играешь». К счастью, существует принцип упаковки исполняемых файлов, когда к сжатому exe прикрепляется программа-декомпрессор, которая выполняет распаковку данных прямо при запуске.

UPX в этом случае не подошёл, ведь он не поддерживал размер секции в 16 байт, а при возвращении к стандартному размеру сжатый exe занимал 4 КБ. Поэтому автор решил использовать Crinkler, который применяется в том числе для создания демосцен (например, вот таких). Новая программа смогла сжать файл аж до 1.4 КБ.

Оставалось только создать сам QR-код (естественно, с помощью команды терминала).

Для того, чтобы считать код была выбрана программа zbar (а конкретно zbarimg для чтения цифровых изображений). Выполняется команда ниже всё в том же терминале.

И на первый взгляд, всё сработало отлично — код считался и приложение запустилось.

При «реальных» испытаниях с распечатанным QR-кодом exe-файл по какой-то причине не запустился.

При побайтовом сравнении exe-файла цифрового изображения QR и его отсканированной версии стала ясна причина ошибки — байт 0А стал двумя байтами 0D 0A. Всё дело в том, что UNIX-системы используют в качестве символа переноса строки байт 0x0А (символ \n), а в Windows исторически использовались два байта — возвращения каретки и переноса строки 0x0D0A (символы \r \n).

Zbarcam, который использовался для сканирования кода с помощью камеры не давал Windows никакого сигнала о том, что данные в QR являются двоичным кодом, и поэтому система автоматически конвертировала данные в текст, попутно заменяя байты.

Небольшое изменение кода решило проблему — теперь приложение запускается. Можно даже написать небольшой скрипт, который автоматически будет открывать exe-файл после сканирования.

Для того, чтобы самому запустить «Змейку», нужно перейти на сайт MattKC и скачать изменённый дистрибутив zbarcam.

А ещё на Хабре есть интересная статья о том, как человеку прочитать QR-код.