パンどろぼう道場：C#とWinFormsを学ぶ5段階チュートリアル

「パンどろぼうを捕まえろ！」という自作のWinFormsゲームを教材に、C#の基礎とWinFormsの基本操作を学び終えた生徒向けに、1個の的を動かすだけの最小コードから、ライフ・LINQ・難易度カーブ・ウェーブ制の状態管理まで、5段階で少しずつ難易度を上げていく実践チュートリアルを作りました。各ステージは実際に動くゲームとして完成しており、Gitのタグ（stage1〜stage5）を切り替えるだけで前後の差分を見比べられます。

Stage 1：単一ターゲットを動かして捕まえる

Timerゲームループベクトル計算クリックイベント

ゴール：タイマーで毎フレーム座標を更新し、クリックで捕獲する「最小のプレイアブル」を作る。GameWorldのような設計はまだ考えず、Form1.cs に直接書く。

git checkout stage1

パンどろぼう（thiefBox）は、固定位置に置かれたパン（breadBox）へ向かって、毎フレーム少しずつ近づく。移動量は「目的地までの方向ベクトルを正規化して、速さ分だけ進める」という、ゲームの動きでは定番の計算になっている。

// 1フレーム分、パンどろぼうをパンへ向かって移動させる
private void GameTimer_Tick(object? sender, EventArgs e)
{
    var dx = breadPosition.X - thiefPosition.X;
    var dy = breadPosition.Y - thiefPosition.Y;
    var distance = MathF.Sqrt(dx * dx + dy * dy);

    if (distance < ThiefSpeed + CatchRadius)
    {
        // パンにたどり着かれてしまった。今回は仕切り直すだけ
        SpawnThief();
    }
    else
    {
        thiefPosition = new PointF(
            thiefPosition.X + ThiefSpeed * dx / distance,
            thiefPosition.Y + ThiefSpeed * dy / distance);
    }

    thiefBox.Location = ToBoxLocation(thiefPosition, thiefBox);
}

Stage 2：ロジックをGameWorldへ分離する

責務の分離カプセル化見た目は変化なし

ゴール：遊び方や挙動はStage1と1ミリも変えずに、状態と更新処理だけをGameWorldクラスへ引っ越す。「なぜUIとロジックを分けるのか」を体で覚える回。

git checkout stage2

Form1（UI）は、ボタンやタイマーのイベントが起きたら GameWorld に「更新して」と頼み、結果の座標を PictureBox に反映するだけの薄い層になる。GameWorld 側は Windows Forms を一切 using していない。

public class GameWorld
{
    public const float ThiefSpeed = 2.5f;
    public const int CatchRadius = 20;

    public PointF BreadPosition { get; private set; }
    public PointF ThiefPosition { get; private set; }
    public int Score { get; private set; }

    public void StartNewGame(int playAreaWidth, int playAreaHeight) { /* ... */ }
    public void Update(int playAreaWidth, int playAreaHeight)      { /* ... */ }
    public void CatchThief(int playAreaWidth, int playAreaHeight)  { /* ... */ }
}

Stage 3：複数ターゲット・ライフ制・LINQ

List<T>LINQ Where / Allゲームオーバー設計

ゴール：パンを5個に増やし、ランダムに1個を狙わせる。3回盗まれたらゲームオーバーになる「ライフ制」と、リスタート導線を追加する。

git checkout stage3

パンの配置は playAreaWidth（実際の画面幅）から計算するので、ウィンドウ幅を変えても棚からはみ出さない。パンどろぼうの標的は、LINQの Where で「まだ盗まれていないパン」だけに絞り込んでからランダムに選ぶ。

private void SpawnThief(int playAreaWidth, int playAreaHeight)
{
    // LINQのWhereで「まだ盗まれていないパン」だけを候補にする
    var remaining = breadSpots.Where(b => !b.IsStolen).ToList();
    if (remaining.Count == 0) { return; }

    int maxX = Math.Max(41, playAreaWidth - 40);
    int spawnY = Math.Max(40, playAreaHeight - 40);
    ThiefPosition = new PointF(random.Next(40, maxX), spawnY);

    var target = remaining[random.Next(remaining.Count)];
    TargetBreadIndex = breadSpots.IndexOf(target);
}

private void LoseLife()
{
    Lives--;
    // 練習問題: Livesの初期値(3)とパンの個数(5)を見比べると、
    // breadSpots.All(IsStolen) の方の条件は実際に成立しうるだろうか？
    if (Lives <= 0 || breadSpots.All(b => b.IsStolen))
    {
        IsGameOver = true;
    }
}

Stage 4：難易度カーブを追加する

計算プロパティ数式でのバランス調整Math.Min によるクランプ

ゴール：固定速度の定数を、スコアに応じて変化する計算プロパティに置き換える。「慣れると誰でも延々と遊べてしまう」問題への対処。

git checkout stage4

Stage3までは ThiefSpeed が定数だったため、捕まえ続けられる人には永久に難易度が上がらなかった。ここではスコアに連動する CurrentThiefSpeed という「計算されるだけのプロパティ」に置き換える。

private const int SpeedRampScoreStep = 30; // このスコア幅ごとに加速
private const float SpeedIncrement = 0.4f;

// スコアが伸びるほど速くなり、MaxThiefSpeedで頭打ちになる
public float CurrentThiefSpeed =>
    Math.Min(BaseThiefSpeed + Score / SpeedRampScoreStep * SpeedIncrement, MaxThiefSpeed);

注意：このステージでもStage3のLoseLifeはそのまま残っている。Livesとパンの個数の不一致は、まだ解消されていない。

Stage 5：ウェーブ制で状態遷移を設計する（完成形）

状態遷移の設計責務の一本化Stage3の不一致を解消

ゴール：「盗まれた」「捕まえて守った」の2状態でパンの決着をつけ、5個すべて決着したらライフ・スコアを持ち越したまま次のウェーブへ進む。ライフと棚のパン数を、それぞれ独立した意味を持つ値として扱えるようにする。

git checkout stage5

Stage3では「捕まえる」＝「標的をやり直すだけ」で、同じパンが何度も標的に戻ってくることがあった。ここでは捕まえた瞬間にそのパンを IsProtected として確定させ、二度と狙われないようにする。盗まれる／守られるの決着処理と、ウェーブ進行の判定を ResolveBread という1箇所に一本化した。

// 標的だったパンの決着（盗まれた／守られた）をつけ、ウェーブが終わっていれば
// ライフを持ち越したまま次のウェーブへ進む
private void ResolveBread(int index, bool stolen, int playAreaWidth, int playAreaHeight)
{
    var spot = breadSpots[index];
    spot.IsStolen = stolen;
    spot.IsProtected = !stolen;

    if (stolen)
    {
        Lives--;
        if (Lives <= 0)
        {
            IsGameOver = true;
            return;
        }
    }

    if (breadSpots.All(b => b.IsStolen || b.IsProtected))
    {
        Wave++;
        SetupBreadSpots(playAreaWidth); // ライフ・スコアはそのまま、パンだけ再配置
    }

    SpawnThief(playAreaWidth, playAreaHeight);
}

Gitコマンド早見表

すべて tutorial ブランチ上のタグ。行き来しても手元の Main ブランチ（製品版）には影響しない。

git checkout stage1   # 最小プレイアブル
git checkout stage2   # GameWorldへ分離
git checkout stage3   # 複数ターゲット・ライフ制
git checkout stage4   # 難易度カーブ
git checkout stage5   # ウェーブ制（完成形）

git checkout Main     # 製品版へ戻る

Mainブランチとの違いについて：製品版（Main）には、ウィンドウのリサイズに合わせて棚の幅を再計算する GamePanel_Resize が残っているが、これは Anchor 設定だけで同じ結果になる冗長な処理のため、この教材では学習のノイズを減らす目的で省略している。ゲームとしての挙動に違いはない。

各ステージのコードは Visual Studio のフォームデザイナーで開けるよう、Form1.Designer.cs にコントロール定義を、Form1.cs にロジックを分けて管理している。