手把手教你写Python小游戏——外星人入侵

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前言

开发游戏是学习语言的理想方式。看别人玩你写的游戏能获得满足感，而编写简单的游戏有助于你明白专业级游戏是怎样编写出来的。在阅读本文章的同时，请手动输入每一行代码，以明白各行代码的用处，并尝试不同的值和设置，以对如何改进游戏的交互性有更深的认识。

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提示：以下为本文主要内容，共分为六个部分，具体可以参考本文目录。
 

1、写在前面

本文时基于Python开发的一款小游戏，你必须具备一定的Python基础，这样你写起来才能得心应手。
如果你对Python游戏感兴趣，请接着看下去。

 

2、对游戏的基本介绍

2.1 游戏界面

这款游戏类似于“飞机大战”，就是一开始你会控制一架飞机，在屏幕的底端，你可以左右移动，发射子弹，然后射杀外星人。随着游戏的进行，游戏的节奏会越来越快，飞船的移动速度加快，外星人的下降速度也会变快。界面大概长这个样子：
 

2.2 项目规划

开发大型项目时，制定好规划后再动手编写代码很重要。规划可以确保你不偏离轨道，从而提高项目成功的可能性。
这是有关“外星人入侵”游戏的描述，其中大概的描述了游戏的玩法：
游戏开始时，玩家驾驶一架飞船出现在屏幕的底部中央，玩家可以通过方向键控制飞船的左右移动，还可以按空格键发射子弹，用来射杀出现在屏幕顶部的外星人。当所有的外星人都被射杀后，将会出现一群新的外星人，并且移动速度更快，但同时你的飞船移动速度也会变快，子弹飞行速度也会更快。当由外星人碰到飞船或到达屏幕底部时，玩家就损失一架飞船，当所有飞船都损坏时，游戏结束。

3、安装库

该游戏使用到的库有Pygame.

3.1使用pycharm安装

我使用的编译器是pycharm，如果有想了解的可以自行搜索。下面来介绍安装流程。
1.打开pycharm设置（Ctrl+Alt+s）
2.找到Project:(Project name)
3.点击Python Interpreter
4.点击左上角的加号（版本可能不同，找那个小加号就行）
5.搜索Pygame
6.点击Install Package
7.安装完成会弹出一个绿色的条儿

3.2 使用cmd安装

快捷键：
1.win+R
2.输入cmd
3.输入pip install Pygame
安装完成会显示Successfully installed Pygame

4、着手编写程序

做好一切准备工作后，现在来正式编写代码。
首先创建一个Pygame窗口，在这个窗口里我们来显示我们的游戏画面。

4.1 创建Pygame游戏窗口以及响应用户输入

在文本编辑器中新建一个文件，将其保存为alien_invasion.py 在其中输入以下代码：

import sys

import pygame


class AlienInvasion:
    """管理游戏资源和行为的类"""

    def __init__(self):
        """初始化游戏并创建游戏资源"""
        pygame.init()    # 对硬件的初始化(initialize) 可以看下面的链接

        self.screen = pygame.display.set_mode((1200, 800))   # 设置窗口大小
        pygame.display.set_caption("Alien Invasion")   # 设置窗口上的游戏名

    def run_game(self):
        """开始游戏的主循环"""
        while True:
            # 监视键盘和鼠标事件。
            for event in pygame.event.get():
                if event.type == pygame.QUIT:   # 鼠标点击右上角的叉叉时就退出
                    sys.exit()

            # 让最近绘制的屏幕可见
            pygame.display.flip()


if __name__ == '__main__':   # 见下方链接
    # 创建游戏实例并运行游戏
    ai = AlienInvasion()   # 创建一个AlienInvasion实例
    ai.run_game()   # 调用run_game方法

pygame.init()初始化链接

if name == ‘main’:链接
 
 
首先，导入模块sys和pygame，模块中包含了开发游戏所具有的功能，玩家退出时，就使用了模块sys中的工具退出游戏。
 
接下来，创建了一个类AlienInvasion，在这个类中调用pygame.display.set_mode来设置窗口大小，并将此赋给属性self.screen，目的是让这个类中的所有方法都可以使用它。
 
这个游戏由方法run_game控制。该方法包含一个while循环，这个循环包含一个事件循环和管理屏幕更新的代码。事件是用户玩游戏时进行的操作，如按键或移动鼠标。
 
为访问Pygame检测到的事件，这里使用了pygame.event.get()，并创建了一个循环，在这个循环中，使用if语句来检测并响应特定的事件。例如，当玩家单击右上角的关闭按钮时，将检测到pygame.QUIT事件，进而调用sys.exit()来退出游戏。
 
在while循环的最后，调用了pygame.display.flip()函数，这个函数在每次执行while循环时，都会被调用。玩家对游戏做出一定操作后，pygame.display.flip()将不断更新屏幕，所以玩家可以看到游戏元素的移动。
 
在文件的末尾，创建一个游戏实例并调用run_game()。这时如果运行alien_invasion.py，将看到一个空的Pygame 窗口。

4.2 设置背景色

Pygame默认创建一个黑色的屏幕，我们来添加一个属性，改变一下游戏窗口的背景颜色。
 
在方法__init()__的末尾添加属性bg_color:

        self.bg_color = (230, 230, 230)   # 这是一种浅灰色

然后在方法run_game()中调用此属性:

    def run_game(self):
        """开始游戏的主循环"""
        while True:
            # 监视键盘和鼠标事件。
            for event in pygame.event.get():
                if event.type == pygame.QUIT:   # 鼠标点击右上角的叉叉时就退出
                    sys.exit()

            # 每次循环时都重新绘制屏幕
            self.screen.fill(self.bg_color)

            # 让最近绘制的屏幕可见
            pygame.display.flip()

 
如果现在运行代码，将会出现一个灰色的窗口。

 

4.3 创建一个设置的类

一个游戏通常由很多的设置，下面我们创建一个settings模块，将所有的设置都放在其中。这样，每当需要访问设置时，只需使用一个设置对象。另外，在项目增大时，每次修改设置将变得更加容易。
 
创建一个新文件，并命名为setting.py。并添加一个类Settings：

class Settings:
    """存储游戏Alien_invasion中所有设置的类"""

    def __init__(self):
        """初始化游戏的设置"""
        # 屏幕设置
        self.screen_width = 1200
        self.screen_height = 800
        self.bg_color = (230, 230, 230)
        

 
为了在项目中创建Settings实例并用它来访问设置，需要将alien_invasion.py修改成这样:
首先在主程序文件alien_invasion.py中导入Settings类：

from settings import Settings

然后修改类AlienInvasion：

    def __init__(self):
        """初始化游戏并创建游戏资源"""
        pygame.init()    # 对硬件的初始化(initialize) 可以看下面的链接
        self.settings = Settings()

        self.screen = pygame.display.set_mode((self.settings.screen_width, self.settings.screen_height))

        pygame.display.set_caption("Alien Invasion")   # 设置窗口上的游戏名


    def run_game(self):
        """开始游戏的主循环"""
        while True:
            # 监视键盘和鼠标事件。
            for event in pygame.event.get():
                if event.type == pygame.QUIT:   # 鼠标点击右上角的叉叉时就退出
                    sys.exit()

            # 每次循环时都重新绘制屏幕
            self.screen.fill(self.settings.bg_color)

            # 让最近绘制的屏幕可见
            pygame.display.flip()

如果这时运行代码，结果不会有任何不同。
 

4.4 添加飞船图像

这就是飞船的图像，可右键保存到本地。
 

4.4.1 创建ship类

创建一个新的文件，命名为ship，并创建Ship类。提前将小飞船的图像和程序放在一个文件夹里。

import pygame


class Ship:
    """管理飞船的类"""

    def __init__(self, ai_game):
        """初始化飞船并设置其初始位置"""
        self.screen = ai_game.screen
        self.screen_rect = ai_game.screen.get_rect()

        # 加载飞船图像并获取其外界矩形
        self.image = pygame.image.load('ship.png')
        self.rect = self.image.get_rect()

        # 对于每艘新的飞船，都将其放在屏幕底部的中央
        self.rect.midbottom = self.screen_rect.midbottom   # 意思是飞船底部中央和屏幕底部中央对齐

    def blitme(self):
        """在指定的位置绘制飞船"""
        self.screen.blit(self.image, self.rect)

ship的方法__init()__接收两个参数：引用self和指向当前AlienInvasion实例的引用。这让ship可以访问AlienInvasion中的所有资源。在第9行，将屏幕赋给了Ship的一个属性，以便在这个类中的所有方法中轻松访问。在第10行，使用方法get_rect()访问屏幕的属性rect，并将其赋给了self.screen_rect,这让我们能够将飞船放到屏幕上合适的位置。
 
第13，14行将小飞船的图像加载进来，然后获取小飞船的图像大小，将其赋给self.rect。
 
最后在方法blitme()中绘制飞船。
 
注意：
在pygame中，原点(0,0) 位于屏幕左上角。在1200*800的屏幕上，右下角的坐标为(1200,800)。
 

4.4.2 在屏幕上绘制飞船

下面更新alien_invasion.py，创建一艘飞船并调用其方法blitme():
首先导入ship类：

from ship import Ship

然后在创建屏幕后创建一个ship实例:

self.ship = Ship(self)

调用Ship()时，必须提供一个参数：一个AlienInvasion实例。在这里，self指向的是当前AlienInvasion实例。这个参数让Ship能访问游戏资源，如对象screen。我们将这个实例赋给了self.ship。
在方法run_game()中，调用self.ship.blitme()将飞船绘制到屏幕上。

self.ship.blitme()

 
修改后的代码：

class AlienInvasion:
    """管理游戏资源和行为的类"""

    def __init__(self):
        --snip--   # 重复部分省略
        pygame.display.set_caption("Alien Invasion")   # 设置窗口上的游戏名

        self.ship = Ship(self)
     def run_game(self):
     		--snip--   # 重复部分省略
            # 每次循环时都重新绘制屏幕
            self.screen.fill(self.settings.bg_color)
            self.ship.blitme()

            # 让最近绘制的屏幕可见
            pygame.display.flip()
--snip--

如果现在运行alien_invasion.py，将看到一艘飞船出现在屏幕底部中央。

4.5重构：方法_check_events()和_update_screen()

在大型项目中，经常需要在添加新代码之前重构既有代码。旨在简化既有代码的结构，使其更容易拓展。本节把越来越长的方法run_game()拆分成两个辅助方法(helper method)。辅助方法在类中执行任务，但并非是通过实例调用的。在python中，辅助方法以单个下划线开头。

4.5.1 新方法_check_events()

我们把管理事件的代码移到一个名为_check_events()的方法中，以简化run_game()并隔离事件管理。通过事件管理循环，可将事件管理与游戏的其他方面分离。
在方法run_game()后新增方法_check_events()：

    def _check_events(self):
        """响应键盘和鼠标事件。"""
        for event in pygame.event.get():
            if event.type == pygame.QUIT:  # 鼠标点击右上角的叉叉时就退出
                sys.exit()

简化后的run_game()方法：

    def run_game(self):
        """开始游戏的主循环"""
        while True:
        	# 调用方法 _check_events
            self._check_events()
            # 每次循环时都重新绘制屏幕
            self.screen.fill(self.settings.bg_color)
            --snip--

4.5.2 新方法_update_screen()

为进一步简化run_game()，将更新屏幕的代码移到一个名为_update_screen()的方法中。
在方法_check_events后新增方法_update_screen()：

    def _update_screen(self):
        """更新屏幕上的图像，并切换到新屏幕"""
        self.screen.fill(self.settings.bg_color)
        self.ship.blitme()

        pygame.display.flip()

简化后的run_game()方法：

    def run_game(self):
        """开始游戏的主循环"""
        while True:
            self._check_events()
            self._update_screen()

经过新增的两个方法的重构，run_game()部分变得简单许多。
 
在开发大型项目时应该遵循的原则：先编写尽可能简单的代码，等项目越来越复杂后再对其进行重构。

4.6 驾驶飞船

这一部分我们将编写代码来让飞船动起来！

4.6.1 响应按键

当用户在按下方向键时，飞船将做出响应。当一个按键被按下时，都会在Pygame中注册一个事件。事件都是通过方法pygame.event.get()获取的，因此需要在方法_check_events()中指定要检查那些类型的事件。每次按键都被注册为一个KEYDOWN事件。
Pygame检测到KEYDOWN事件时，需要检查按下的是否是触发行动的键。例如，如果玩家按下的是右方向键，就增大飞船的rect.centerx值，将飞船向右移动，在方法_check_events中添加以下代码：

    def _check_events(self):
        """# 监视键盘和鼠标事件。"""
        for event in pygame.event.get():
            if event.type == pygame.QUIT:  # 鼠标点击右上角的叉叉时就退出
                sys.exit()
            elif event.type == pygame.KEYDOWN:
                if event.key == pygame.K_RIGHT:
                    # 向右移动飞船
                    self.ship.rect.x += 1

在方法_check_events()中，为事件添加了一个elif代码块，以便Pygame检测到KEYDOWN事件时做出响应。我们检查按下键（event.key）是否是右方向键（pygame.K_RIGHT），如果是，就将self.ship.rect.centerx的值加1，从而飞船向右移动。
如果现在运行alien_invasion.py，当你每按下一次右方向键，飞船都向右移动1像素。这是一个开端，但并不是控制飞船的高效方式。我们下面来继续改进，让飞船可以持续移动。

4.6.2 允许持续移动

玩家按住右方向键不放时，我们希望飞船不断向右移动，直至松开为止。我们将让游戏检测pygame.KEYUP事件，以便知道玩家何时松开右方向键。然后结合使用KEYDOWN和KEYUP事件以及一个名为moving_right的标志来实现持续移动。
当标志moving_right为False时，飞船不会移动。玩家按下方向键时，我们将此标志设为True，当玩家松开按键时将该标志设为False。
飞船的属性由ship类控制，因此要给这个类添加一个moving_right的属性，再新增一个方法update()。方法update()检查标志的状态。
修改ship.py,首先添加属性self.moving_right,然后新增方法update():

    def __init__(self, ai_game):
    	--snip--
        self.rect.midbottom = self.screen_rect.midbottom   # 意思是飞船底部中央和屏幕底部中央对齐

        # 移动标志
        self.moving_right = False
        
    def update(self):
        """根据移动标志调整飞船的位置"""
        if self.moving_right:
            self.rect.x += 1
	def blitme(self):
    	--snip--

接下来修改alien_invasion.py中的方法_check_events(),使其在玩家按下方向键时将moving_right设为True，松开时设为False。

    def _check_events(self):
        """# 监视键盘和鼠标事件。"""
        for event in pygame.event.get():
            if event.type == pygame.QUIT:  # 鼠标点击右上角的叉叉时就退出
                sys.exit()
            elif event.type == pygame.KEYDOWN:
                if event.key == pygame.K_RIGHT:
                    self.ship.moving_right = True
                    
            elif event.type == pygame.KEYUP:
                if event.key == pygame.K_RIGHT:
                    self.ship.moving_right = False

最后，修改run_game中的while循环，在每次游戏开始时都能调用方法update()。

    def run_game(self):
        """开始游戏的主循环"""
        while True:
            self._check_events()
            self.ship.update()
            self._update_screen()

如果现在运行代码并按住右箭头键，飞船将持续向右移动。

4.6.3左右移动

和向右持续移动一样，接下来我们来添加持续向左移动的代码。
修改ship.py:

    def __init__(self, ai_game):
        --snip--
        # 移动标志
        self.moving_right = False
        self.moving_left = False

    def update(self):
        """根据移动标志调整飞船的位置"""
        if self.moving_right:
            self.rect.x += 1
        if self.moving_left:
            self.rect.x -= 1
    def blitme(self):
    	--snip--

再修改alien_invasion.py：

    def _check_events(self):
        """# 监视键盘和鼠标事件。"""
        for event in pygame.event.get():
            if event.type == pygame.QUIT:  # 鼠标点击右上角的叉叉时就退出
                sys.exit()
            elif event.type == pygame.KEYDOWN:
                if event.key == pygame.K_RIGHT:
                    self.ship.moving_right = True
                if event.key == pygame.K_LEFT:
                    self.ship.moving_left = True

            elif event.type == pygame.KEYUP:
                if event.key == pygame.K_RIGHT:
                    self.ship.moving_right =