1.1 实验内容
本实验为使用 Python 语言及 pygame 开发经典游戏推箱子。
1.2 实验知识点
本实验包括的知识点有：
Python基础语法
pygame开发游戏基础
1.3 实验环境
python3.5
pygame-1.9.3
1.4 适合人群
本课程难度为一般，属于初级级别课程，适合具有Python基础的用户，熟悉python基础知识加深巩固。2.1 游戏描述
推箱子游戏中会有一个封闭的围墙，围成一个不规则的多边形区域，人和箱子只能在这个区域内活动。区域内有一个人，几个箱子和目标点，使用方向键控制人的位置推动箱子到目标点即为成功。一次只能推动一个箱子，如果箱子到了死角则无法继续游戏。
2.2 抽象角色
从上述描述中我们可以抽象出游戏中包括以下角色：
围墙：阻挡活动路线的区域。
空间：可以行走和推动箱子活动的区域。
人：操作对象。
箱子
目标点
其中人，箱子，目标点都应该初始化在空间区域，而围墙区域是不可以出现其他角色的。
2.3 抽象操作
玩推箱子这个游戏我们唯一能操作的就是人这个角色，我们使用方向键控制人上下左右移动，人的移动有两种情况，这两种情况我们都需要分别处理：
自己移动
推动箱子移动
此外，游戏中我们支持下面两个操作：
撤销：撤销刚才的移动，使用回退键控制
重做：重新执行刚被撤销的移动，使用空格键控制
综上，我们需要支持的键盘操作事件为上下左右四个键及回退键和空格键。在下一节pygame的实现中我们需要处理这六个按键操作事件。
为了能够在环境中使用pygame，在实验环境中打开 Xfce 终端，并输入以下命令来安装 pygame：
$ sudo pip3 install pygame
copy
在Python中使用pygame，只需要加载：
import pygame
copy
pygame中的模块很多，包括对鼠标，显示设备，绘图，事件，字体，图片，键盘，声音，视频，音频等操作。在推箱子游戏中，我们将用到下面的模块：
pygame.display：访问显示设备，用来显示图像
pygame.image：加载和存储图片，用来处理雪碧图
pygame.key：读取键盘按键
pygame.event：管理事件，在游戏中处理键盘事件
pygame.time：管理时间和显示的帧信息
上面的介绍中提到了雪碧图，雪碧图是在游戏开发中常用的一种图像合并方法，将小图标和背景图像合并到一张图片上，然后利用pygame的图片定位来显示需要显示的图片部分。
在推箱子游戏中我们使用现成的雪碧图，这里不介绍如何切图及合成雪碧图，网上有无数的方法。
本项目中用到的推箱子雪碧图中的图像元素来自borgar网站。可以在下载的源代码中找到borgar.png这个文件，双击打开后可以看到里面包含游戏所需的所有效果图：
4.1-1
上图所示的游戏图像元素包括：
游戏界面背景色
人
普通箱子
目标点
人和目标点重合效果
箱子到达目标点重合效果
围墙
其中有两个箱子图在我们的实现中不需要。pygame中使用blit方法加载并显示雪碧图中的内容，在后续实现部分我们会详细介开始使用 pygame 把最初的游戏框架搭建起来。
初始化pygame
pygame.init()
copy
设置显示对象
# 设置pygame显示窗口大小为宽400，高300像素
screen = pygame.display.set_mode((400,300))
copy
加载图像元素
#加载图像元素，所有图像元素都写在一个文件中
skinfilename = os.path.join('borgar.png')
try:
skin = pygame.image.load(skinfilename)
except pygame.error as msg:
print('cannot load skin')
raise SystemExit(msg)
skin = skin.convert()
# 设置窗口显示的背景颜色，使用skin文件中坐标为(0,0)的元素
screen.fill(skin.get_at((0,0)))
copy
设置时钟及键盘事件重复发生的时间 key.set_repeat使用参数(delay, interval)调用设置重复事件发生的时间。
clock = pygame.time.Clock()
pygame.key.set_repeat(200,50)
copy
启动主循环
# 游戏主循环
while True:
clock.tick(60)
pass
copy
处理游戏事件及键盘操作。在主循环中我们需要处理键盘事件，在上面的内容中我们提到需要支持上下左右，回退及空格六个键。
# 获取游戏事件
for event in pygame.event.get():
# 退出游戏操作事件
if event.type == QUIT:
pygame.quit()
sys.exit()
# 键盘操作
elif event.type == KEYDOWN:
# 向左移动
if event.key == K_LEFT:
pass
# 向上移动
elif event.key == K_UP:
pass
# 向右移动
elif event.key == K_RIGHT:
pass
# 向下移动
elif event.key == K_DOWN:
pass
# 撤销操作
elif event.key == K_BACKSPACE:
pass
# 重做操作
elif event.key == K_SPACE:
pass
copy
现在我们已经完成基于pygame的游戏框架，开始实现游戏的逻辑。首先我们需要定义sokoban对象，我们使用一个类来容纳所有游戏相关的逻辑。
class Sokoban:
# 初始化推箱子游戏
def __init__(self):
pass
copy
推箱子游戏需要一个操作的区域，即地图区域。我们使用一个字符列表来表示地图，列表中不同的字符表示游戏里不同的元素：
围墙：# 符号
空间：- 符号
人：@ 符号
箱子：$ 符号
目标点：. 符号
人和目标点重合：+ 符号
箱子和目标点重合：* 符号
在游戏启动时我们需要先设置一个默认的地图字符列表，同时我们需要知道这个地图的宽度和高度，从而通过这个一维的列表生成2D的地图。
地图的表示类似于下面的代码，你是否能根据这些代码想象出启动后的样子：
class Sokoban:
# 初始化推箱子游戏
def __init__(self):
# 设置地图
self.level = list(
"----#####----------"
"----#---#----------"
"----#$--#----------"
"--###--$##---------"
"--#--$-$-#---------"
"###-#-##-#---######"
"#---#-##-#####--..#"
"#-$--$----------..#"
"#####-###-#@##--..#"
"----#-----#########"
"----#######--------")
# 设置地图的宽度和高度以及人在地图中的位置（地图列表中的索引值）
# 共19列
self.w = 19
# 共11行
self.h = 11
# 人的初始化位置在self.level[163]
self.man = 163
copy
地图的显示则会对字符列表进行扫描，根据不同的字符在对应的位置上显示不同的雪碧图中的元素。
由于显示为2D，所以扫描字符列表时会用到宽度和高度来判断每个字符在2D显示区域内的位置，我们需要将pygame中提到的screen和skin作为参数传给画图draw函数。
需要注意我们实现画图的函数为pygame的blit，这个函数将雪碧图中的图像提取出来显示在指定的位置：
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (0,0,w,w))
copy
完整的draw函数实现如下，首先进行扫描，然后根据字符显示雪碧图中对应的图像：
class Sokoban:
# 画图，根据地图level将内容显示到pygame的窗口中
def draw(self, screen, skin):
# 获取每个图像元素的宽度
w = skin.get_width() / 4
# 遍历地图level中的每个字符元素
for i in range(0, self.w):
for j in range(0, self.h):
# 获取地图中的第j行第i列
item = self.level[j*self.w + i]
# 该位置显示为墙#
if item == '#':
# 使用pygame的blit方法将图像显示到指定位置，
# 位置坐标为(i*w, j*w)，图像在skin中的坐标及长宽为(0,2*w,w,w)
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (0,2*w,w,w))
# 该位置显示为空间-
elif item == '-':
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (0,0,w,w))
# 该位置显示为人：@
elif item == '@':
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (w,0,w,w))
# 该位置显示为箱子：$
elif item == '$':
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (2*w,0,w,w))
# 该位置显示为目标点：.
elif item == '.':
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (0,w,w,w))
# 该位置显示为人和目标点重合效果
elif item == '+':
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (w,w,w,w))
# 该位置显示为箱子放到了目标点的效果
elif item == '*':
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (2*w,w,w,w))移动操作使用方向键控制上下左右移动，我们分别使用四个字符l(left),r(right),u(up),d(down)来指定移动方向。
因为重做操作和移动操作所需要的流程类似，所以我们为sokoban类定义一个内部函数_move()来处理移动：
class Sokoban:
# 内部移动操作函数：用来更新移动操作后各个元素在地图中的位置变化，d表示移动的方向
def _move(self, d):
# 获得移动在地图中的位移量
h = get_offset(d, self.w)
# 如果移动的目标区域为空间或目标点，则只需要移动人即可
if self.level[self.man + h] == '-' or self.level[self.man + h] == '.':
# 移动人到目标位置
move_man(self.level, self.man + h)
# 人移动后设置人原来的位置
move_floor(self.level, self.man)
# 人所在的新位置
self.man += h
# 将移动操作存入solution
self.solution += d
# 如果移动的目标区域为箱子，则需要移动箱子和人
elif self.level[self.man + h] == '*' or self.level[self.man + h] == '$':
# 箱子下一个位置和人所在位置的位移
h2 = h * 2
# 需要判断箱子下一个位置为空间或目标点才可以移动
if self.level[self.man + h2] == '-' or self.level[self.man + h2] == '.':
# 移动箱子到目标点
move_box(self.level, self.man + h2)
# 移动人到目标点
move_man(self.level, self.man + h)
# 重置人当前位置
move_floor(self.level, self.man)
# 设置人所在的位置
self.man += h
# 将移动操作标为大写字符表示该步骤推了箱子
self.solution += d.upper()
# 将推箱子步数加一
self.push += 1
copy
在_move函数中我们需要用到下面几个函数：
get_offset(d, width)：获取地图中移动的位移量：d为移动的方向，width为游戏窗口宽度
move_man(level, i)：移动人在地图中的位置，level为地图列表，i为人的位置
move_floor(level, i)：移动后的位置重置，人移动走了位置需要重标为空间或目标点
move_box(level, i)：移动箱子在地图上的位置，level为地图列表，i为箱子的位置
这几个函数的实现可见完整代码，需要注意每个元素移动时都要考虑目标位置原来的元素是什么来判断移动后应该设置什么元素。
移动操作只需要调用_move并将todo[]置为空（只有当进行撤销操作时才需要激活重做列表）即可。撤销相当于移动的反向操作，从solution中获得上一步骤的操作，然后执行反向操作，详细代码见：
class Sokoban:
# 撤销操作：撤销前一次移动的步骤
def undo(self):
# 判断是否已经有移动记录
if self.solution.__len__()>0:
# 将移动记录存储到todo列表中，用来实现重做操作
self.todo.append(self.solution[-1])
# 删除移动记录
self.solution.pop()
# 获取撤销操作要移动的位移量：为上次移动的位移量取反
h = get_offset(self.todo[-1],self.w) * -1
# 判断如果该操作步骤没有推箱子，仅是人的移动
if self.todo[-1].islower():
# 将人回退到原来的位置
move_man(self.level, self.man + h)
# 设置人当前位置
move_floor(self.level, self.man)
# 设置人在地图中的位置
self.man += h
else:
# 如果该步骤推了箱子，则依次重新移动人，箱子，对应_move中相关操作
move_floor(self.level, self.man - h)
move_box(self.level, self.man)
move_man(self.level, self.man + h)
self.man += h
self.push -= 1当撤销命令执行时，撤销的内容从solution[]移动到todo[]中，我们只需要从中提取记录调用_move函数。
# 重做操作：当撤销操作执行后被激活，重新移动到撤销前的位置
def redo(self):
# 判断如果记录了撤销操作才执行
if self.todo.__len__()>0:
# 重新移动撤销的步骤
self._move(self.todo[-1].lower())
# 将该条记录删除
self.todo.pop()
copy
通过上述的步骤，游戏的主体内容已经完成。请继续独立完成完整游戏代码，并测试截图，任何不清楚的内容请随时在实验楼问答中提问，实验楼团队和老师都会及时回复你的任何问题。# 引入pygame库
import pygame, sys, os
from pygame.locals import *
# 移动箱子在地图上的位置，level为地图列表，i为箱子的位置
def move_box(level, i):
# 如果位置原来为空间或人，则标为箱子，否则标为箱子和目标点重合效果，自己实现
# 移动人在地图中的位置，level为地图列表，i为人的位置
def move_man(level, i):
# 如果目标位置为空间或箱子，则替换成人，自己实现
# 移动后的位置重置，人移动走了位置需要重标为空间或目标点
def move_floor(level, i):
# 如果原来为人或箱子，则标为空间，否则标为目标点自己实现
# 获取地图中移动的位移量：d为移动的方向，width为游戏窗口宽度
def get_offset(d, width):
offset_map = { 'l': -1, 'u': -width, 'r': 1, 'd': width }
return offset_map[d.lower()]
class Sokoban:
# 初始化推箱子游戏
def __init__(self):
# 设置地图
self.level = list(
"----#####----------"
"----#---#----------"
"----#$--#----------"
"--###--$##---------"
"--#--$-$-#---------"
"###-#-##-#---######"
"#---#-##-#####--..#"
"#-$--$----------..#"
"#####-###-#@##--..#"
"----#-----#########"
"----#######--------")
# 设置地图的宽度和高度以及人在地图中的位置（地图列表中的索引值）
# 共19列
self.w = 19
# 共11行
self.h = 11
# 人的初始化位置在self.level[163]
self.man = 163
# 使用solution记录每次移动，可用来实现撤销操作undo
self.solution = []
# 记录推箱子的次数
self.push = 0
# 使用todo记录撤销操作，用来实现重做操作redo
self.todo = []
# 画图，根据地图level将内容显示到pygame的窗口中
def draw(self, screen, skin):
# 获取每个图像元素的宽度
w = skin.get_width() / 4
# 遍历地图level中的每个字符元素
for i in range(0, self.w):
for j in range(0, self.h):
# 获取地图中的第j行第i列
item = self.level[j*self.w + i]
# 该位置显示为墙#
if item == '#':
# 使用pygame的blit方法将图像显示到指定位置，
# 位置坐标为(i*w, j*w)，图像在skin中的坐标及长宽为(0,2*w,w,w)
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (0,2*w,w,w))
# 该位置显示为空间-
elif item == '-':
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (0,0,w,w))
# 该位置显示为人：@
elif item == '@':
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (w,0,w,w))
# 该位置显示为箱子：$
elif item == '$':
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (2*w,0,w,w))
# 该位置显示为目标点：.
elif item == '.':
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (0,w,w,w))
# 该位置显示为人和目标点重合效果
elif item == '+':
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (w,w,w,w))
# 该位置显示为箱子放到了目标点的效果
elif item == '*':
screen.blit(skin, (i*w, j*w), (2*w,w,w,w))
# 移动操作，d用来表示移动的方向
def move(self, d):
# 调用内部函数_move实现移动操作
self._move(d)
# 重置todo列表为空，一旦有移动操作则重做操作失效，
# 重做操作只有在撤销操作后才可以被激活
self.todo = []
# 内部移动操作函数：用来更新移动操作后各个元素在地图中的位置变化，d表示移动的方向
def _move(self, d):
# 获得移动在地图中的位移量
h = get_offset(d, self.w)
# 如果移动的目标区域为空间或目标点，则只需要移动人即可
if self.level[self.man + h] == '-' or self.level[self.man + h] == '.':
# 移动人到目标位置
move_man(self.level, self.man + h)
# 人移动后设置人原来的位置
move_floor(self.level, self.man)
# 人所在的新位置
self.man += h
# 将移动操作存入solution
self.solution += d
# 如果移动的目标区域为箱子，则需要移动箱子和人
elif self.level[self.man + h] == '*' or self.level[self.man + h] == '$':
# 箱子下一个位置和人所在位置的位移
h2 = h * 2
# 需要判断箱子下一个位置为空间或目标点才可以移动
if self.level[self.man + h2] == '-' or self.level[self.man + h2] == '.':
# 移动箱子到目标点
move_box(self.level, self.man + h2)
# 移动人到目标点
move_man(self.level, self.man + h)
# 重置人当前位置
move_floor(self.level, self.man)
# 设置人所在的位置
self.man += h
# 将移动操作标为大写字符表示该步骤推了箱子
self.solution += d.upper()
# 将推箱子步数加一
self.push += 1
# 撤销操作：撤销前一次移动的步骤
def undo(self):
# 判断是否已经有移动记录
if self.solution.__len__()>0:
# 将移动记录存储到todo列表中，用来实现重做操作
self.todo.append(self.solution[-1])
# 删除移动记录
self.solution.pop()
# 获取撤销操作要移动的位移量：为上次移动的位移量取反
h = get_offset(self.todo[-1],self.w) * -1
# 判断如果该操作步骤没有推箱子，仅是人的移动
if self.todo[-1].islower():
# 将人回退到原来的位置
move_man(self.level, self.man + h)
# 设置人当前位置
move_floor(self.level, self.man)
# 设置人在地图中的位置
self.man += h
else:
# 如果该步骤推了箱子，则依次重新移动人，箱子，对应_move中相关操作
move_floor(self.level, self.man - h)
move_box(self.level, self.man)
move_man(self.level, self.man + h)
self.man += h
self.push -= 1
# 重做操作：当撤销操作执行后被激活，重新移动到撤销前的位置
def redo(self):
# 判断如果记录了撤销操作才执行
if self.todo.__len__()>0:
# 重新移动撤销的步骤
self._move(self.todo[-1].lower())
# 将该条记录删除
self.todo.pop()
def main():
# 启动并初始化pygame
pygame.init()
# 设置pygame显示窗口大小为宽400，高300像素
screen = pygame.display.set_mode((400,300))
# 加载图像元素，所有图像元素都写在一个文件中
skinfilename = os.path.join('borgar.png')
try:
skin = pygame.image.load(skinfilename)
except pygame.error as msg:
print('cannot load skin')
raise SystemExit(msg)
skin = skin.convert()
# 设置窗口显示的背景颜色，使用文件中坐标为(0,0)的元素
screen.fill(skin.get_at((0,0)))
# 设置窗口标题显示的内容
pygame.display.set_caption('Sokoban')
# 创建推箱子游戏对象，并初始化窗口界面
skb = Sokoban()
skb.draw(screen,skin)
#
clock = pygame.time.Clock()
pygame.key.set_repeat(200,50)
# 游戏主循环
while True:
clock.tick(60)
# 获取游戏事件
for event in pygame.event.get():
# 退出游戏操作
if event.type == QUIT:
pygame.quit()
sys.exit()
# 键盘操作
elif event.type == KEYDOWN:
# 向左移动
if event.key == K_LEFT:
# 移动操作，并重新画图
skb.move('l')
skb.draw(screen,skin)
# 向上移动
elif event.key == K_UP:
skb.move('u')
skb.draw(screen,skin)
# 向右移动
elif event.key == K_RIGHT:
skb.move('r')
skb.draw(screen,skin)
# 向下移动
elif event.key == K_DOWN:
skb.move('d')
skb.draw(screen,skin)
# 撤销操作
elif event.key == K_BACKSPACE:
skb.undo()
skb.draw(screen,skin)
# 重做操作
elif event.key == K_SPACE:
skb.redo()
skb.draw(screen,skin)
# 每次操作后都要更新窗口界面的显示内容
pygame.display.update()
# 设置窗口的标题显示的内容：显示已操作的步数及推箱子的步数
pygame.display.set_caption(skb.solution.__len__().__str__() + '/' + skb.push.__str__() + ' - Sokoban')
# 主函数
if __name__ == '__main__':
main()
本文介绍了一种使用Python在控制台中显示动态进度条的方法。通过while循环和time模块，实现了进度条的动态更新效果，同时展示了如何处理键盘中断异常，确保程序的健壮性。
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