Python项目实践之二：外星人（1）

2022-10-25 09:00:29

Python项目实践之二：外星人

在本文中，我们将在游戏《外星人入侵》中添加外星人。首先，我们在屏幕上边缘附近添加一个外星人，然后生成一群外星人。我们让这群外星人向两边和下面移动，并删除被子弹击中的外星人。最后，我们将显示玩家拥有的飞船数量，并在玩家的飞船用完后结束游戏。

一、回顾项目

开发较大的项目时，进入每个开发阶段前回顾一下开发计划，搞清楚接下来要通过编写代码来完成哪些任务都是不错的主意。

1、alien_invasion.py

主文件alien_invasion.py创建一系列整个游戏都要用到的对象：
1、ai_settings：设置游戏相关的内容（游戏界面尺寸、飞船速度、子弹尺寸及速度等等）
2、screen：显示游戏相关的内容（游戏界面、飞船、子弹等）
3、ship：实例化了一个飞船
4、bullets：实例化了一个子弹的编组
5、while循环：提供了一个游戏运行的主循环，用于动态更新游戏状态

2、settings.py

文件settings.py包含 Settings 类，这个类只包含方法 init() ，它初始化控制游戏外观和飞船速度的属性。

3、game_functions.py

文件game_functions.py包含一系列函数：
1、check_keydown_events：监听键盘某个键按下时需要提供的操作
2、check_keyup_events：监听键盘某个按下的键松开后需要提供的操作
3、check_events：监听全部键盘和鼠标的行为操作
4、update_screen：实时重绘游戏界面
5、update_bullets：对子弹数量进行控制
6、fire_bullet：根据实际情况，创建并发射子弹

4、ship.py

文件ship.py包含 Ship 类，这个类包含方法 init() 、管理飞船位置的方法 update() 以及在屏幕上绘制飞船的方法 blitme() 。

5、bullet.py

文件bullet.py包含 Bullet 类，这个类包含方法 init() 、管理子弹位置的方法 update() 以及在屏幕上绘制飞船的方法 draw_bullet() 。

二、创建第一个外星人

创建一个外星人的方式与创建一个飞船的方式基本是一样的，我们需要先找到一个外星人的图片，图片最好是无背景或者背景颜色与游戏界面颜色一致的，这样可以大大提升游戏的美观和体验，把它放入到images文件夹中，如下图就是一个背景颜色与游戏界面一致的图片：

1、创建 Alien 类

alien.py：

import pygame
from pygame.sprite import Sprite

class Alien(Sprite):
    """表示单个外星人的类"""

    def __init__(self, ai_settings, screen):
        super(Alien, self).__init__()
        self.screen = screen
        self.ai_settings = ai_settings

        # 加载外星人图像，并设置其rect属性
        self.image = pygame.image.load('images/alien.png')
        self.rect = self.image.get_rect()

        # 每个外星人最初都在屏幕左上角附近
        self.rect.x = self.rect.width
        self.rect.y = self.rect.height

        # 存储外星人的准确位置
        self.x = float(self.rect.x)

        def blitme(self):
            """在指定位置绘制外星人"""
            self.screen.blit(self.image, self.rect)

解释：Alien类与Ship类基本设置都是一样的，只是位置设置不同而已，需要注意的是Alien类继承了Sprite（精灵，不是雪碧哦），和子弹一样，外星人也是多个不是一个，而Ship 只有一个。

2、创建Alien实例

在alien_invasion.py中实例化Alien：

1、在主循环外实例化Alien：

    #创建一个外星人
    alien = Alien(ai_settings, screen)

2、在主循环内显示外星人：

        #每次循环重绘屏幕
        gf.update_screen(ai_settings, screen, ship, alien, bullets)

3、让外星人出现在屏幕上

为让外星人出现在屏幕上，我们在 game_functions.py的update_screen() 中调用其方法 blitme() ：

def update_screen(ai_settings, screen, ship, alien, bullets):
    """更新屏幕上的图像，并切换到新屏幕"""
    # 每次循环时都重绘屏幕
    screen.fill(ai_settings.bg_color)

    # 在飞船和外星人后面重绘所有子弹 
    for bullet in bullets.sprites():
        bullet.draw_bullet()
    ship.blitme()
    alien.blitme()
    # 让最近绘制的屏幕可见
    pygame.display.flip()

三、创建一群外星人

要绘制一群外星人，需要确定一行能容纳多少个外星人以及要绘制多少行外星人。我们将首先计算外星人之间的水平间距，并创建一行外星人，再确定可用的垂直空间，并创建整群外星人。

确定一行可容纳多少个外星人：

容纳外星人宽度 = 游戏界面宽度 - 2倍的外星人宽度（两边游戏界面的空出来的宽度）

available_space_x = ai_settings.screen_width – (2 * alien_width)

容纳外星人的个数 = 容纳外星人的宽度 / 2倍的外星人宽度（一个宽度用于放置外星人，另一个宽度为外星人右边的空白区域）

number_aliens_x = available_space_x / (2 * alien_width)

创建多行外星人：

为创建一行外星人，首先在alien_invasion.py中创建一个名为 aliens 的空编组（类似于创建子弹的编组），用于存储全部外星人，再调用game_functions.py中创建外星人群的函数：
alien_invasion.py的run_game()函数中，主循环while之外添加：

	#创建一个外星人编组
	aliens = Group()
	#创建一个外星人
    # alien = Alien(ai_settings, screen) #替换为创建外星人群
    # 创建外星人群
    gf.create_fleet(ai_settings, screen, aliens)

game_functions.py中用于更新游戏图像的update_screen()函数：

def update_screen(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets):
    """更新屏幕上的图像，并切换到新屏幕"""
    # 每次循环时都重绘屏幕
    screen.fill(ai_settings.bg_color)

    # 在飞船和外星人后面重绘所有子弹 
    for bullet in bullets.sprites():
        bullet.draw_bullet()
    ship.blitme()
    aliens.draw(screen)
    # 让最近绘制的屏幕可见
    pygame.display.flip()

创建外星人群：

主程序中调用了game_functions.py中的创建外星人群的新函数 create_fleet()，但是我们还未定义此，函数，现在来定义此函数：
game_functions.py中添加新函数 create_fleet()：

def create_fleet(ai_settings, screen, aliens):
    """创建外星人群"""
    # 创建一个外星人，并计算一行可容纳多少个外星人
    # 外星人间距为外星人宽度
    alien = Alien(ai_settings, screen)
    alien_width = alien.rect.width
    available_space_x = ai_settings.screen_width - 2 * alien_width
    number_aliens_x = int(available_space_x / (2 * alien_width))
    # 创建第一行外星人
    for alien_number in range(number_aliens_x):
        # 创建一个外星人并将其加入当前行
        alien = Alien(ai_settings, screen)
        alien.x = alien_width + 2 * alien_width * alien_number
        alien.rect.x = alien.x
        aliens.add(alien)

解释：
1、首先，别忘记把Alien类导入到game_functions.py中，要不然你再怎么调用alien的属性都会报错。
2、计算游戏界面每一行能放置几个外星人，由于外星人的图片素材是外部提供的，Alien类中并没有它的长宽属性，所以必须实例化一个外星人，通过rect对其确定大小，然后再计算个数。
3、通过for循环将允许创建的外星人的个数添加到外星人组中，当然，这里要明确外星人组中每个外星人在游戏界面的定位alien.x = alien_width + 2 * alien_width * alien_number（每个外星人都往右
推一个外星人的宽度）。

重构 create_fleet()

分析create_fleet()函数，我们发现函数内容结构复杂，而且不便于以后的使用，它在内部处理了一系列的问题而得到了很多结论性的结果，但是假设后面我们要使用它内部的结果，就不能直接调用了，这样非常的不方便，因此，我们要对其进行重构，方便于后面的开发。

添加新函数 get_number_aliens_x() ：用于计算每行可容纳多少个外星人

def get_number_aliens_x(ai_settings, alien_width):
    """计算每行可容纳多少个外星人"""
    available_space_x = ai_settings.screen_width - 2 * alien_width
    number_aliens_x = int(available_space_x / (2 * alien_width))
    return number_aliens_x

添加新函数 create_alien() ：用于创建一个外星人，并设置其位置后放入外星人组

def create_alien(ai_settings, screen, aliens, alien_number):
    """创建一个外星人并将其放在当前行,添加到外星人组中"""
    alien = Alien(ai_settings, screen)
    alien_width = alien.rect.width
    alien.x = alien_width + 2 * alien_width * alien_number
    alien.rect.x = alien.x
    aliens.add(alien)

最后：重构 create_fleet()

def create_fleet(ai_settings, screen, aliens):
    """创建外星人群"""
    # 创建一个外星人，并计算一行可容纳多少个外星人
    # 外星人间距为外星人宽度
    alien = Alien(ai_settings, screen)
    number_aliens_x = get_number_aliens_x(ai_settings, alien.rect.width)
    # 创建第一行外星人
    for alien_number in range(number_aliens_x):
        # 创建一个外星人并将其加入当前行
        create_alien(ai_settings, screen, aliens, alien_number)

这样做就舒服了，以后要是别的程序还用到每行可容纳多少个外星人，直接来这里调用就可以了

添加行

目前，已经完成了添加一行外星人的目的，但是游戏设定需要添加多行外星人。接下来，我们就来计算一下，游戏界面能添加多少行外星人。

容纳外星人的高度 = 游戏界面高度 - 外星人高度（外星人与游戏界面顶部的区域）- 最初外星人群与飞船的距离（外星人高度的两倍）- 飞船的高度

available_space_y = ai_settings.screen_height – 3 * alien_height – ship_height

容纳外星人的行数 = 容纳外星人的高度 / 2倍外星人的高度（每个外星人间距1个外星人高度的距离）

number_rows = available_height_y / (2 * alien_height)

接下来，我们在game_functions.py添加新函数get_number_rows()用于获取一共可以添加多少行外星人：

def get_number_rows(ai_settings, ship_height, alien_height):
    """计算屏幕可容纳多少行外星人"""
    available_space_y = (ai_settings.screen_height - (3 * alien_height) - ship_height)
    number_rows = int(available_space_y / (2 * alien_height))
    return number_rows

我们修改外星人的y坐标，并在第一行外星人上方留出与外星人等高的空白区域。相邻外星人行的y坐标相差外星人高度的两倍，因此我们将外星人高度乘以2，再乘以行号。第一行的行号为0，因此第一行的垂直位置不变，而其他行都沿屏幕依次向下放置。
修改game_functions.py中的create_alien()，将创建：

def create_alien(ai_settings, screen, aliens, row_number, alien_number):
    """创建一个外星人并将其放在当前行,添加到外星人组中"""
    alien = Alien(ai_settings, screen)
    alien_width = alien.rect.width
    alien.x = alien_width + 2 * alien_width * alien_number
    alien.rect.x = alien.x
    alien.rect.y = alien.rect.height + 2 * alien.rect.height * row_number
    aliens.add(alien)

好了，现在再把game_functions.py中的create_fleet()进行修改，把外星人群添加到游戏界面中去：

def create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens):
    """创建外星人群"""
    # 创建一个外星人，并计算一行可容纳多少个外星人
    # 外星人间距为外星人宽度
    alien = Alien(ai_settings, screen)
    number_aliens_x = get_number_aliens_x(ai_settings, alien.rect.width)
    number_rows = get_number_rows(ai_settings, ship.rect.height, alien.rect.height)
    # 创建一组外星人
    for row_number in range(number_rows):
        for alien_number in range(number_aliens_x):
            create_alien(ai_settings, screen, aliens, row_number, alien_number)

解释：
1、number_aliens_x：每行最多可以放多少个外星人
2、number_rows：游戏界面一共可以放多少行外星人
3、通过双层for循环实现外星人群体布局

最后，修改alien_invasion.py主程序中“# 创建外星人群”的代码（需要添加一个ship参数，因为计算行数的时候用到了飞船的高度）：

gf.create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)

四、移动外星人群

需求：外星人撞到屏幕边缘后下移一定的距离，再沿相反的方向移动。

1、向右移动外星人

首先，在settings.py中的__init__方法中添加一个控制外星人速度的设置，绑定到对象本身：

		# 外星人设置
        self.alien_speed_factor = 1

然后，使用这个设置来创建 alien.py 中的 update()方法，表示向右移动外星人：

    def update(self):
        """向右移动外星人"""
        self.x += self.ai_settings.alien_speed_factor
        self.rect.x = self.x

接下来，在game_functions.py末尾添加新函数 update_aliens()，表示更新外星人的位置：

def update_aliens(aliens):
    """更新外星人群中所有外星人的位置"""
    aliens.update()

最后，在主程序的主循环中添加game_functions.py的调用即可：

		#调用外星人群移动显示的函数
        gf.update_aliens(aliens)

2、创建表示外星人移动方向的设置

目前，已经实现外星人群整体向右移动，直至全部移出游戏界面，接下来，我们需要实现外星人群移动到游戏界面边界后向下移动，然后再反向移动的功能。

在settings.py中的外星人设置添加向下移动的速度属性和移动方向的判断标准：

# 外星人设置
        self.alien_speed_factor = 1
        self.fleet_drop_speed = 10  #表示向下移动的速度
        # fleet_direction为1表示向右移，为-1表示向左移
        self.fleet_direction = 1

3、检查外星人是否撞到了屏幕边缘

现在需要编写一个方法来检查是否有外星人撞到了屏幕边缘，还需修改 alien.py 中的 update() ，以让每个外星人都沿正确的方向移动。

首先，在alien.py中添加一个判断外星人是否撞到了屏幕边缘的函数check_edges()：

    def check_edges(self):
        """如果外星人位于屏幕边缘，就返回True"""
        screen_rect = self.screen.get_rect()
        if self.rect.right >= screen_rect.right:
            return True
        elif self.rect.left <= 0:
            return True

其次，修改修改 alien.py 中的 update() ：

    def update(self):
        """向左或向右移动外星人"""
        self.x += (self.ai_settings.alien_speed_factor * self.ai_settings.fleet_direction)
        self.rect.x = self.x

解释：self.x（当前外星人的位置） = self.x + self.ai_settings.alien_speed_factor（移动速度）* self.ai_settings.fleet_directio（移动方向）

4、向下移动外星人群并改变移动方向

有外星人到达屏幕边缘时，需要将整群外星人下移，并改变它们的移动方向。下面我们就对game_functions.py做修改，因为我们要在这里检查是否有外星人到达了左边缘或右边缘，game_functions.py是为游戏提供逻辑处理的函数库。

首先，要对外星人碰撞到屏幕边界实现转向向下的功能，所以在game_functions.py中添加一个change_fleet_direction函数：

def change_fleet_direction(ai_settings, aliens):
    """将整群外星人下移，并改变它们的方向"""
    for alien in aliens.sprites():
        alien.rect.y += ai_settings.fleet_drop_speed
        ai_settings.fleet_direction *= -1

其次，要对外星人碰撞到屏幕边缘采取相应措施，因此，在game_functions.py中添加一个check_fleet_edges()函数：

def check_fleet_edges(ai_settings, aliens):
    """有外星人到达边缘时采取相应的措施"""
    for alien in aliens.sprites():
        if alien.check_edges():
            change_fleet_direction(ai_settings, aliens)
            break

最后，就是要修改game_functions.py中用于更新外星人群位置的update_aliens()函数，使外星人群能正确的显示自己在屏幕的位置：

def update_aliens(ai_settings, aliens):
    """检查是否有外星人位于屏幕边缘，并更新整群外星人的位置"""
    check_fleet_edges(ai_settings, aliens)
    aliens.update()

我们修改了函数 update_aliens() ，在其中通过调用 check_fleet_edges() 来确定是否有外星人位于屏幕边缘。现在，函数 update_aliens() 包含形参 ai_settings ，因此我们在主程序alien_invasion.py调用它时也要指定与ai_settings 对应的实参：

		#调用外星人群的函数
        # gf.update_aliens(aliens)
        gf.update_aliens(ai_settings, aliens)

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Python项目实践之二：外星人（1）