Python编程：《外星人入侵》

Pygame是一组功能强大而有趣的的模块，可以用于管理图形、动画乃至声音，让你能够更轻松地开发复杂的游戏。

《外星人入侵》游戏简介:

在游戏《外星人入侵》中，玩家控制着一艘最初出现在屏幕底部中央的飞船。玩家可以使用箭头左右移动飞船，还可以使用空格键进行射击。游戏开始时，一群外星人出现在天空中，他们在屏幕中向下移动。玩家的任务时射杀这些外星人。玩家将所有外星人都消灭干净后，将出现一群新的外星人，他们移动的速度更快。只要有外星人撞到了玩家的飞船或到达了屏幕底部，玩家就损失一艘飞船。玩家损失三艘飞船后，游戏结束。

1.1 安装Pygame

本人的系统是macOS Monterey，要安装Pygame依赖的有些包，需要Home-brew。为安装Pygame依赖的库，请执行下面的命令：

(base) liuxiaowei@MacBook-Air ~ % brew install hg sdl sdl_image sdl_ttf

如果还想启用较高级的功能，如在游戏中包含声音，可安装下面两个额外的库：

(base) liuxiaowei@MacBook-Air ~ % brew install sdl_mixer_portmidi

使用下面的命令来安装Pygame（如果你运行的是Python2.7, 请将pip3替换为pip ）：

(base) liuxiaowei@MacBook-Air ~ % pip3 install --user hg+http://bitbucker.org/pygame/pygame

启动一个Python终端会话，并导入Pygame以检查安装是否成功（如果你运行的是Python2.7，请将python3替换为python）：

(base) liuxiaowei@MacBook-Air ~ % python3
>>>import pygame

1.2开始游戏项目

游戏UML图如下所示：

1.2.1 创建alien_invasion.py

实现如下功能：

创建Pygame窗口以及响应用户输入
设置背景颜色
创建一个用于存储游戏统计信息的实例
创建一艘飞船，一个子弹编组和一个外星人编组
创建外星人群
监视键盘和鼠标事件

源码如下：

import pygamefrom settings import Settingsfrom ship import Shipimport game_functions as gf from pygame.sprite import Group from alien import Alienfrom scoreboard import Scoreboardfrom game_stats import GameStatsdef run_game():# 初始化游戏并创建一个屏幕对象pygame.init()ai_settings = Settings()screen = pygame.display.set_mode((ai_settings.screen_width, ai_settings.screen_height))pygame.display.set_caption("Alien Invasion")# 创建一个用于存储游戏统计信息的实例stats = GameStats(ai_settings)# 创建一艘飞船，一个子弹编组和一个外星人编组ship = Ship(ai_settings, screen)bullets = Group()aliens = Group()# 创建一艘飞船ship = Ship(ai_settings, screen)#创建一个用于存储子弹的编组bullets = Group()# 创建外星人群gf.create_fleet(ai_settings, screen,  ship, aliens)# 创建存储游戏统计信息的实例，并创建记分牌# stats = GameStats(ai_settings)# sb = Scoreboard(ai_settings, screen, stats)# 开始游戏的主循环while True:gf.check_events(ai_settings, screen, ship, bullets)if stats.game_active:ship.update()gf.update_bullets(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)gf.update_aliens(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets)# bullets.update()# gf.update_aliens(ai_settings, ship,  aliens)gf.update_screen(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)# 在飞船和外星人后面重绘所有的子弹for bullet in bullets:bullet.draw_bullet()# 监视键盘和鼠标事件for event in pygame.event.get():if event.type == pygame.QUIT:sys.exit()# 每次循环时都重绘屏幕screen.fill(ai_settings.bg_color)ship.blitme()# 让最近绘制的屏幕可见pygame.display.flip()run_game()

1.2.2 创建settings.py

实现功能如下：

创建名为Settings的类，用于将所有设置存储在一个地方

程序源码如下：

class Settings():"""存储《外星人入侵》的所有设置的类"""def __init__(self):"""初始化游戏的设置"""# 屏幕设置self.screen_width = 1200self.screen_height = 800self.bg_color = (230, 230, 230)# 飞船的设置self.ship_speed_factor = 1.5self.ship_limit = 3# 子弹设置self.bullet_speed_factor = 12self.bullet_width = 3self.bullet_height = 12self.bullet_color = 60, 60, 60self.bullets_allowed = 30000# 外星人设置self.alien_speed_factor =  1self.fleet_drop_speed = 10# fleet_direction为1表示向右转，为-1表示向左转self.fleet_direction = 1#以什么样的速度加快游戏节奏self.speedup_scale = 1.1# 加快游戏节奏的速度self.score_scale = 1.5self.initialize_dynamic_settings()def initialize_dynamic_settings(self):"""初始化随游戏进行而变化的设置"""self.ship_speed_factor = 1.5self.bullet_speed_factor = 3self.alien_speed_factor = 1# fleet_direction为1表示向右； 为-1表示向左self.fleet_direction = 1# 记分self.alien_points = 50def increase_speed(self):"""提高速度设置"""self.ship_speed_factor *= self.speedup_scaleself.bullet_speed_factor *= self.speedup_scaleself.alien_speed_factor *= self.speedup_scaleself.alien_points = int(self.alien_points * self.score_scale)print(self.alien_points)

1.2.3创建ship.py

实现功能如下：

负责管理飞船的大部分行为

源码如下：

"""
处理图像用矩形代替游戏图像元素，矩形是简单的几何形状
"""
import pygame
from pygame.sprite import Spriteclass Ship(Sprite):"""初始化飞船并设置初始位置"""def __init__(self, ai_settings, screen):"""初始化飞船，并设置其起始位置"""super(Ship, self).__init__()self.screen = screenself.ai_settings = ai_settings# 加载飞船图像并获取其外接矩形, load返回surfaceself.image = pygame.image.load('images/ship.bmp')# rect是rectangle缩写, get_rect()获取相应的surface属性rectself.rect = self.image.get_rect()self.screen_rect = screen.get_rect()# 将每艘新飞船放在屏幕底部中央self.rect.centerx = self.screen_rect.centerxself.rect.bottom = self.screen_rect.bottom# 在飞船的属性center中存储小数值self.center = float(self.rect.centerx)# 移动标志self.moving_right = False self.moving_left = Falsedef update(self):"""根据移动标志调整飞船的位置"""# 更新飞船的center值，而不是rectif self.moving_right and self.rect.right < self.screen_rect.right:self.center += self.ai_settings.ship_speed_factorif self.moving_left and self.rect.left > 0:self.center -= self.ai_settings.ship_speed_factor# 根据self.center更新rect对象self.rect.centerx = self.centerdef blitme(self):"""在指定位置绘制飞船"""self.screen.blit(self.image, self.rect)def center_ship(self):"""让飞船在屏幕上居中"""self.center = self.screen_rect.centerx

1.2.4 创建game_functions.py

实现功能如下：

游戏事件管理

程序源码如下：

from asyncio import events
# from fcntl import F_SEAL_SEAL
import imp
from re import A
import sys
from zoneinfo import available_timezonesfrom time import sleepimport pygamefrom settings import Settingsfrom ship import Ship from bullet import Bulletfrom alien import Aliendef check_events(ai_settings, screen,  ship, bullets):"""响应按键和鼠标事件"""for event in pygame.event.get():if event.type == pygame.QUIT:sys.exit()elif event.type == pygame.KEYDOWN:check_keydown_events(event, ai_settings, screen, ship, bullets)elif event.type == pygame.KEYUP:check_keydown_events(event, ai_settings, screen, ship, bullets)elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:mouse_x, mouse_y = pygame.mouse.get_pos()check_play_button(ai_settings, screen, stats, sb, play_button, ship, aliens, bullets, mouse_x, mouse_y)def check_keydown_events(event, ai_settings, screen, ship, bullets):"""响应按键"""if event.key == pygame.K_RIGHT:ship.moving_right = Trueelif event.key == pygame.K_LEFT:ship.moving_left = Trueelif event.key == pygame.K_SPACE:fire_bullet(ai_settings, screen, ship, bullets)# 创建一颗子弹，并将其加入到编组bullets中if len(bullets) < ai_settings.bullets_allowed:new_bullet = Bullet(ai_settings, screen, ship)bullets.add(new_bullet)# 如果按q键，退出elif event.key == pygame.K_q:sys.exit()def check_keyup_events(event, ai_settings, screen, ship, bullets):"""响应松开"""if event.key == pygame.K_RIGHT:ship.moving_right = Falseelif event.key == pygame.K_LEFT:ship.moving_left = Falsedef check_aliens_bottom(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets):"""检查是否有外星人抵达屏幕底端"""screen_rect = screen.get_rect()for alien in aliens.sprites():if alien.rect.bottom >= screen_rect.bottom:# 像飞船被撞到一样进行处理ship_hit(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets)break# 检测子弹和外星人之间的碰撞
def check_bullet_alien_collisions(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets):"""响应子弹和外星人发生碰撞"""# 删除发生碰撞的子弹和外星人collisions = pygame.sprite.groupcollide(bullets, aliens, True, True)if len(aliens) == 0:# 删除现有的所有子弹， 并创建一个新的外星人群bullets.empty()create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)if len(aliens) == 0:# 如果整群外星人都被消灭，就提高一个等级bullets.empty()ai_settings.increase_speed()# 提高等级stats.level += 1sb.prep_level()create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)def check_play_button(ai_settings, screen, stats, sb, play_button, ship, aliens, bullets, mouse_x, mouse_y):"""在玩家单击Play按钮时开始游戏"""button_clicked = play_button.rect.collidepoint(mouse_x, mouse_y)if button_clicked and not stats.game_active:# 重置游戏设置ai_settings.initialize_dynamic_settings()# 隐藏光标pygame.mouse.set_visible(False)# 重置游戏统计信息stats.reset_stats()stats.game_active = True# 重置记分牌图像sb.prep_score()sb.prep_high_score()sb.prep_level()sb.prep_ships()# 清空外星人列表和子弹列表aliens.empty()bullets.empty()def check_high_score(stats, sb):"""检查是否诞生了新的最高分"""if stats.score > stats.high_score:stats.high_score = stats.score  sb.prep_high_score()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)breakdef 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_speedai_settings.fleet_direction *= -1def update_aliens(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets):"""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()# 检测外星人和飞船之间的碰撞if pygame.sprite.spritecollideany(ship, aliens):ship_hit(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets)print("Ship hit!!!")# 检测是否有外星人到达屏幕底端check_aliens_bottom(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets)def update_screen(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets):"""更新屏幕上的图案，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()aliens.draw(screen)# 让最近绘制的屏幕可见pygame.display.flip()def update_bullets(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets):"""更新子弹的位置，并删除已消失的子弹"""# 更新子弹的位置bullets.update()# 删除已消失的子弹for bullet in bullets.copy():if bullet.rect.bottom <= 0:bullets.remove(bullet)check_bullet_alien_collisions(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)# 检查是否有子弹击中了外星人# 如果是这样，就删除相应的子弹和外星人collisions = pygame.sprite.groupcollide(bullets, aliens, True, True)if len(aliens) == 0:#删除现有的子弹并新建一群外星人bullets.empty()create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)def ship_hit(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets):"""响应被外星人撞到的飞船"""# 将ships_left减1stats.ships_left -= 1# 清空外星人列表和子弹列表aliens.empty()bullets.empty()# 创建一群新的外星人，并将飞船放到屏幕底端中央create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)ship.center_ship()# 暂停sleep(0.5)if stats.ships_left > 0:# 将ships_left减1stats.ships_left -= 1# 更新记分牌# sb.prep_ships()else:stats.game_active = Falsedef fire_bullet(ai_settings, screen, ship, bullets):"""如果没有到达限制，就发射一颗子弹"""if len(bullets) < ai_settings.bullets_allowed:new_bullet = Bullet(ai_settings, screen, ship)bullets.add(new_bullet)def get_number_aliens_x(ai_settings, alien_width):"""计算每行可容纳多少个外星人"""# 屏幕的宽度减掉2个外星人的宽度，因为两侧各空出一个外星人available_space_x = ai_settings.screen_width - 2 * alien_width# 外星人和空格间距是相等的， 所以除以2number_aliens_x = int(available_space_x / (2 * alien_width))return number_aliens_xdef create_alien(ai_settings, screen, aliens, alien_number, row_number):"""创建一个外星人并将其放在当前行"""alien = Alien(ai_settings, screen)alien_width = alien.rect.widthalien.x = alien_width + 2 * alien_width * alien_numberalien.rect.x = alien.xalien.rect.y = alien.rect.height + 2 * alien.rect.height * row_numberaliens.add(alien)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)# 创建外星人群for row_number in range(number_rows):# 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, row_number)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

1.2.5 创建bullet.py

实现功能如下：

射击功能，按空格键时发射子弹（小矩形）

源码如下：

# Sprite：小妖怪,调皮鬼
import impimport pygame
from pygame.sprite import Spriteclass Bullet(Sprite):"""一个对飞船发射的子弹进行管理的类"""def __init__(self, ai_settings, screen, ship):"""在飞船所处的位置创建一个子弹对象"""super(Bullet, self).__init__()self.screen = screen# 在(0,0)处创建一个表示子弹的矩形，再设置正确的位置self.rect = pygame.Rect(0, 0, ai_settings.bullet_width,ai_settings.bullet_height)# x代表坐标，centerx代表中心的x坐标, 子弹的矩形中心x坐标等于飞船的矩形中心x坐标self.rect.centerx = ship.rect.centerx# 子弹的顶在飞船的矩形顶self.rect.top = ship.rect.top# 存储用小数表示的子弹位置self.y = float(self.rect.y)self.color = ai_settings.bullet_colorself.speed_factor = ai_settings.bullet_speed_factordef update(self):"""向上移动子弹"""# 更新表示子弹位置的小数值self.y -= self.speed_factor# 更新表示子弹的rect的位置self.rect.y = self.ydef draw_bullet(self):"""在屏幕上绘制子弹"""pygame.draw.rect(self.screen, self.color, self.rect)

1.2.6创建alien.py

实现功能如下：

创建名为Alien类，实现外星人具备的功能模块

源码如下：

import pygame
from pygame.sprite import Spriteclass Alien(Sprite):"""表示单个外星人的类"""def __init__(self, ai_settings, screen):"""初始化外星人并设置其起始位置"""super(Alien, self).__init__()self.screen = screenself.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.bmp')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.widthself.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)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.xdef 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 Trueelif self.rect.left <= 0:return True

1.2.7创建game_stats.py

实现如下功能：

标志游戏状态

源码如下：

class GameStats():"""跟踪游戏的统计信息"""def __init__(self, ai_settings):"""初始化统计信息"""self.ai_settings = ai_settingsself.reset_stats()# 游戏刚启动时处于活动状态self.game_active = True def reset_stats(self):"""初始化在游戏运行期间可能变化的统计信息"""self.ships_left = self.ai_settings.ship_limit

游戏运行画面如下：