// ガジェットレシピ 記憶ゲーム
// Arduino UNO R3 / R4 Minima 共通（追加ライブラリは不要です）
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// 配線
//   LED    赤=D2  黄=D3  緑=D4 （それぞれ 1kΩ を直列に入れてGNDへ）
//   ボタン SW1=D5 SW2=D6 SW3=D7（INPUT_PULLUP。押すとLOW）
//   受動圧電スピーカー = D8
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// 音の作り
//   赤=ド(C4) 黄=ファ(F4) 緑=シ(B4)。LEDが光るときと、そのボタンを押したときに同じ音が鳴ります。
//   場面ごとに5つのメロディが鳴ります（スタート／1段クリア／ミス／全問クリア／ゲームオーバー）。
//   音を変えたいときは、下の「音の高さ」と「メロディ」だけを書き換えれば動きます。

/* ------------------------------------------------------------ ピン設定 */

constexpr byte kLedPins[] = {2, 3, 4};      // 赤・黄・緑
constexpr byte kButtonPins[] = {5, 6, 7};   // SW1・SW2・SW3
constexpr byte kBuzzerPin = 8;
constexpr byte kMaxRounds = 10;             // 何段まで続けるか
constexpr unsigned long kInputTimeoutMs = 10000;  // 無入力で失敗にするまでの時間

byte sequence[kMaxRounds];

/* ---------------------------------------------------------- 音の高さ */
// 数字は周波数(Hz)です。数が大きいほど高い音になります。

constexpr int NOTE_C2 = 65;
constexpr int NOTE_C3 = 131;
constexpr int NOTE_G3 = 196;
constexpr int NOTE_A3 = 220;
constexpr int NOTE_B3 = 247;
constexpr int NOTE_C4 = 262;   // ド
constexpr int NOTE_D4 = 294;
constexpr int NOTE_E4 = 330;
constexpr int NOTE_F4 = 349;   // ファ
constexpr int NOTE_G4 = 392;
constexpr int NOTE_B4 = 494;   // シ
constexpr int NOTE_G5 = 784;
constexpr int NOTE_B5 = 988;

constexpr int kRest = 0;   // 休符
constexpr int kEnd = -1;   // メロディの終わりの目印

// LEDごとの音。赤=ド、黄=ファ、緑=シ
constexpr int kLedTones[] = {NOTE_C4, NOTE_F4, NOTE_B4};

/* ------------------------------------------------------------ メロディ */
// 音の並びと、その長さ。長さは「1000 ÷ この数字」ミリ秒です（4なら250ms、8なら125ms）。

const int kStartMelody[] = {NOTE_C3, kRest, NOTE_C3, kRest, NOTE_C3, kRest, NOTE_B3, kEnd};
const int kStartBeats[]  = {4, 4, 4, 4, 4, 4, 2};

const int kOkMelody[] = {NOTE_B5, NOTE_G5, kEnd};          // 1段クリア
const int kOkBeats[]  = {8, 2};

const int kNgMelody[] = {NOTE_C2, NOTE_C2, kEnd};          // ミス
const int kNgBeats[]  = {8, 2};
// ↑ C2は65Hzとかなり低く、小さな圧電スピーカーでは音量が出にくい音域です。
//   聞こえにくいときは NOTE_C2 を NOTE_C3（131Hz）や NOTE_G3（196Hz）に変えると鳴りやすくなります。

const int kSuccessMelody[] = {                              // 全問クリア（歓びの歌）
  NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_F4, NOTE_G4,
  NOTE_G4, NOTE_F4, NOTE_E4, NOTE_D4,
  NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4,
  NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_D4, kEnd
};
const int kSuccessBeats[] = {4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 2, 8, 4};

const int kFailMelody[] = {                                 // ゲームオーバー
  NOTE_C4, NOTE_G3, NOTE_G3, NOTE_A3, NOTE_G3, kRest, NOTE_B3, NOTE_C4, kEnd
};
const int kFailBeats[] = {4, 8, 8, 4, 4, 4, 4, 4};

/* ---------------------------------------------------------------- 部品 */

void setAllLeds(bool on) {
  for (byte pin : kLedPins) digitalWrite(pin, on ? HIGH : LOW);
}

// メロディを最後（kEnd）まで鳴らす
void playMelody(const int notes[], const int beats[]) {
  for (int i = 0; notes[i] != kEnd; i++) {
    const int duration = 1000 / beats[i];
    if (notes[i] == kRest) {
      noTone(kBuzzerPin);          // 休符。tone()に0を渡してはいけない
    } else {
      tone(kBuzzerPin, notes[i], duration);
    }
    const int pause = duration + duration * 3 / 10;  // 音と音の間を少し空けると区切りが聞こえる
    delay(pause);
    noTone(kBuzzerPin);
  }
}

// 出題：LEDを光らせながら、その色の音を鳴らす
void playSignal(byte index, int durationMs = 350) {
  digitalWrite(kLedPins[index], HIGH);
  tone(kBuzzerPin, kLedTones[index], durationMs);
  delay(durationMs);
  digitalWrite(kLedPins[index], LOW);
  noTone(kBuzzerPin);
  delay(150);
}

// ボタンが押されるまで待つ。押されたら 0/1/2、時間切れなら -1 を返す
int waitForButton(unsigned long timeoutMs = kInputTimeoutMs) {
  const unsigned long startedAt = millis();
  while (millis() - startedAt < timeoutMs) {
    for (byte i = 0; i < 3; i++) {
      if (digitalRead(kButtonPins[i]) == LOW) {
        delay(20);                                   // チャタリング対策
        digitalWrite(kLedPins[i], HIGH);             // 押した色を光らせる
        tone(kBuzzerPin, kLedTones[i], 50);          // 押した色の音を鳴らす
        while (digitalRead(kButtonPins[i]) == LOW) delay(5);  // 離すまで待つ
        digitalWrite(kLedPins[i], LOW);
        noTone(kBuzzerPin);
        return i;
      }
    }
  }
  return -1;
}

// SW1（赤）が押されるまで、3つのLEDを点滅させて待つ
void waitForStart() {
  while (digitalRead(kButtonPins[0]) == HIGH) {
    setAllLeds(true);
    delay(400);
    setAllLeds(false);
    delay(400);
  }
  while (digitalRead(kButtonPins[0]) == LOW) delay(5);
  setAllLeds(false);
}

// 全問クリアのときに3色を順番に走らせる
void flashAll() {
  for (byte n = 0; n < 3; n++) {
    for (byte i = 0; i < 3; i++) {
      digitalWrite(kLedPins[i], HIGH);
      delay(50);
      digitalWrite(kLedPins[i], LOW);
      delay(50);
    }
  }
}

/* ---------------------------------------------------------------- 本体 */

void setup() {
  for (byte pin : kLedPins) pinMode(pin, OUTPUT);
  for (byte pin : kButtonPins) pinMode(pin, INPUT_PULLUP);
  pinMode(kBuzzerPin, OUTPUT);
  randomSeed(analogRead(A0));   // 毎回ちがう順番にするための種
  setAllLeds(false);
}

void loop() {
  waitForStart();
  playMelody(kStartMelody, kStartBeats);

  bool cleared = true;

  for (byte round = 0; round < kMaxRounds; round++) {
    sequence[round] = random(0, 3);   // 1段ずつ問題を伸ばしていく
    delay(600);

    // 出題
    for (byte i = 0; i <= round; i++) playSignal(sequence[i]);

    // 解答
    for (byte i = 0; i <= round; i++) {
      const int pressed = waitForButton();
      if (pressed < 0 || pressed != sequence[i]) {   // 時間切れ、または違う色
        cleared = false;
        break;
      }
    }

    delay(300);
    if (!cleared) {
      playMelody(kNgMelody, kNgBeats);
      break;
    }
    playMelody(kOkMelody, kOkBeats);
  }

  delay(500);
  if (cleared) {
    flashAll();
    playMelody(kSuccessMelody, kSuccessBeats);
  } else {
    playMelody(kFailMelody, kFailBeats);
  }

  delay(1000);   // このあと最初へ戻り、またSW1の押下待ちになります
}