Python專案實踐之二：外星人（1）

Python專案實踐之二：外星人

在本文中，我們將在遊戲《外星人入侵》中新增外星人。首先，我們在螢幕上邊緣附近新增一個外星人，然後生成一群外星人。我們讓這群外星人向兩邊和下面移動，並刪除被子彈擊中的外星人。最後，我們將顯示玩家擁有的飛船數量，並在玩家的飛船用完後結束遊戲。

一、回顧專案

開發較大的專案時，進入每個開發階段前回顧一下開發計劃，搞清楚接下來要通過編寫程式碼來完成哪些任務都是不錯的主意。

1、alien_invasion.py

主檔案alien_invasion.py建立一系列整個遊戲都要用到的物件：
1、ai_settings：設定遊戲相關的內容（遊戲介面尺寸、飛船速度、子彈尺寸及速度等等）
2、screen：顯示遊戲相關的內容（遊戲介面、飛船、子彈等）
3、ship：例項化了一個飛船
4、bullets：例項化了一個子彈的編組
5、while迴圈：提供了一個遊戲執行的主迴圈，用於動態更新遊戲狀態

2、settings.py

檔案settings.py包含 Settings 類，這個類只包含方法 init() ，它初始化控制遊戲外觀和飛船速度的屬性。

3、game_functions.py

檔案game_functions.py包含一系列函式：
1、check_keydown_events：監聽鍵盤某個鍵按下時需要提供的操作
2、check_keyup_events：監聽鍵盤某個按下的鍵鬆開後需要提供的操作
3、check_events：監聽全部鍵盤和滑鼠的行為操作
4、update_screen：實時重繪遊戲介面
5、update_bullets：對子彈數量進行控制
6、fire_bullet：根據實際情況，建立併發射子彈

4、ship.py

檔案ship.py包含 Ship 類，這個類包含方法 init() 、管理飛船位置的方法 update() 以及在螢幕上繪製飛船的方法 blitme() 。

5、bullet.py

檔案bullet.py包含 Bullet 類，這個類包含方法 init() 、管理子彈位置的方法 update() 以及在螢幕上繪製飛船的方法 draw_bullet() 。

二、建立第一個外星人

建立一個外星人的方式與建立一個飛船的方式基本是一樣的，我們需要先找到一個外星人的圖片，圖片最好是無背景或者背景顏色與遊戲介面顏色一致的，這樣可以大大提升遊戲的美觀和體驗，把它放入到images資料夾中，如下圖就是一個背景顏色與遊戲介面一致的圖片：

1、建立 Alien 類

alien.py：

import pygame
from pygame.sprite import Sprite

class Alien(Sprite):
    """表示單個外星人的類"""

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

        # 載入外星人影像，並設定其rect屬性
        self.image = pygame.image.load('images/alien.png')
        self.rect = self.image.get_rect()

        # 每個外星人最初都在螢幕左上角附近
        self.rect.x = self.rect.width
        self.rect.y = self.rect.height

        # 儲存外星人的準確位置
        self.x = float(self.rect.x)

        def blitme(self):
            """在指定位置繪製外星人"""
            self.screen.blit(self.image, self.rect)

解釋：Alien類與Ship類基本設定都是一樣的，只是位置設定不同而已，需要注意的是Alien類繼承了Sprite（精靈，不是雪碧哦），和子彈一樣，外星人也是多個不是一個，而Ship 只有一個。

2、建立Alien例項

在alien_invasion.py中例項化Alien：

1、在主迴圈外例項化Alien：

    #建立一個外星人
    alien = Alien(ai_settings, screen)

2、在主迴圈內顯示外星人：

        #每次迴圈重繪螢幕
        gf.update_screen(ai_settings, screen, ship, alien, bullets)

3、讓外星人出現在螢幕上

為讓外星人出現在螢幕上，我們在 game_functions.py的update_screen() 中呼叫其方法 blitme() ：

def update_screen(ai_settings, screen, ship, alien, bullets):
    """更新螢幕上的影像，並切換到新螢幕"""
    # 每次迴圈時都重繪螢幕
    screen.fill(ai_settings.bg_color)

    # 在飛船和外星人後面重繪所有子彈 
    for bullet in bullets.sprites():
        bullet.draw_bullet()
    ship.blitme()
    alien.blitme()
    # 讓最近繪製的螢幕可見
    pygame.display.flip()

三、建立一群外星人

要繪製一群外星人，需要確定一行能容納多少個外星人以及要繪製多少行外星人。我們將首先計算外星人之間的水平間距，並建立一行外星人，再確定可用的垂直空間，並建立整群外星人。

確定一行可容納多少個外星人：

容納外星人寬度 = 遊戲介面寬度 - 2倍的外星人寬度（兩邊遊戲介面的空出來的寬度）

available_space_x = ai_settings.screen_width – (2 * alien_width)

容納外星人的個數 = 容納外星人的寬度 / 2倍的外星人寬度（一個寬度用於放置外星人，另一個寬度為外星人右邊的空白區域）

number_aliens_x = available_space_x / (2 * alien_width)

建立多行外星人：

為建立一行外星人，首先在alien_invasion.py中建立一個名為 aliens 的空編組（類似於建立子彈的編組），用於儲存全部外星人，再呼叫game_functions.py中建立外星人群的函式：
alien_invasion.py的run_game()函式中，主迴圈while之外新增：

	#建立一個外星人編組
	aliens = Group()
	#建立一個外星人
    # alien = Alien(ai_settings, screen) #替換為建立外星人群
    # 建立外星人群
    gf.create_fleet(ai_settings, screen, aliens)

game_functions.py中用於更新遊戲影像的update_screen()函式：

def update_screen(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets):
    """更新螢幕上的影像，並切換到新螢幕"""
    # 每次迴圈時都重繪螢幕
    screen.fill(ai_settings.bg_color)

    # 在飛船和外星人後面重繪所有子彈 
    for bullet in bullets.sprites():
        bullet.draw_bullet()
    ship.blitme()
    aliens.draw(screen)
    # 讓最近繪製的螢幕可見
    pygame.display.flip()

建立外星人群：

主程式中呼叫了game_functions.py中的建立外星人群的新函式 create_fleet()，但是我們還未定義此，函式，現在來定義此函式：
game_functions.py中新增新函式 create_fleet()：

def create_fleet(ai_settings, screen, aliens):
    """建立外星人群"""
    # 建立一個外星人，並計算一行可容納多少個外星人
    # 外星人間距為外星人寬度
    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))
    # 建立第一行外星人
    for alien_number in range(number_aliens_x):
        # 建立一個外星人並將其加入當前行
        alien = Alien(ai_settings, screen)
        alien.x = alien_width + 2 * alien_width * alien_number
        alien.rect.x = alien.x
        aliens.add(alien)

解釋：
1、首先，別忘記把Alien類匯入到game_functions.py中，要不然你再怎麼呼叫alien的屬性都會報錯。
2、計算遊戲介面每一行能放置幾個外星人，由於外星人的圖片素材是外部提供的，Alien類中並沒有它的長寬屬性，所以必須例項化一個外星人，通過rect對其確定大小，然後再計算個數。
3、通過for迴圈將允許建立的外星人的個數新增到外星人組中，當然，這裡要明確外星人組中每個外星人在遊戲介面的定位alien.x = alien_width + 2 * alien_width * alien_number（每個外星人都往右
推一個外星人的寬度）。

重構 create_fleet()

分析create_fleet()函式，我們發現函式內容結構複雜，而且不便於以後的使用，它在內部處理了一系列的問題而得到了很多結論性的結果，但是假設後面我們要使用它內部的結果，就不能直接呼叫了，這樣非常的不方便，因此，我們要對其進行重構，方便於後面的開發。

新增新函式 get_number_aliens_x() ：用於計算每行可容納多少個外星人

def get_number_aliens_x(ai_settings, alien_width):
    """計算每行可容納多少個外星人"""
    available_space_x = ai_settings.screen_width - 2 * alien_width
    number_aliens_x = int(available_space_x / (2 * alien_width))
    return number_aliens_x

新增新函式 create_alien() ：用於建立一個外星人，並設定其位置後放入外星人組

def create_alien(ai_settings, screen, aliens, alien_number):
    """建立一個外星人並將其放在當前行,新增到外星人組中"""
    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)

最後：重構 create_fleet()

def create_fleet(ai_settings, screen, aliens):
    """建立外星人群"""
    # 建立一個外星人，並計算一行可容納多少個外星人
    # 外星人間距為外星人寬度
    alien = Alien(ai_settings, screen)
    number_aliens_x = get_number_aliens_x(ai_settings, alien.rect.width)
    # 建立第一行外星人
    for alien_number in range(number_aliens_x):
        # 建立一個外星人並將其加入當前行
        create_alien(ai_settings, screen, aliens, alien_number)

這樣做就舒服了，以後要是別的程式還用到每行可容納多少個外星人，直接來這裡呼叫就可以了

新增行

目前，已經完成了新增一行外星人的目的，但是遊戲設定需要新增多行外星人。接下來，我們就來計算一下，遊戲介面能新增多少行外星人。

容納外星人的高度 = 遊戲介面高度 - 外星人高度（外星人與遊戲介面頂部的區域）- 最初外星人群與飛船的距離（外星人高度的兩倍）- 飛船的高度

available_space_y = ai_settings.screen_height – 3 * alien_height – ship_height

容納外星人的行數 = 容納外星人的高度 / 2倍外星人的高度（每個外星人間距1個外星人高度的距離）

number_rows = available_height_y / (2 * alien_height)

接下來，我們在game_functions.py新增新函式get_number_rows()用於獲取一共可以新增多少行外星人：

def get_number_rows(ai_settings, ship_height, alien_height):
    """計算螢幕可容納多少行外星人"""
    available_space_y = (ai_settings.screen_height - (3 * alien_height) - ship_height)
    number_rows = int(available_space_y / (2 * alien_height))
    return number_rows

我們修改外星人的y座標，並在第一行外星人上方留出與外星人等高的空白區域。相鄰外星人行的y座標相差外星人高度的兩倍，因此我們將外星人高度乘以2，再乘以行號。第一行的行號為0，因此第一行的垂直位置不變，而其他行都沿螢幕依次向下放置。
修改game_functions.py中的create_alien()，將建立：

def create_alien(ai_settings, screen, aliens, row_number, alien_number):
    """建立一個外星人並將其放在當前行,新增到外星人組中"""
    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，現在再把game_functions.py中的create_fleet()進行修改，把外星人群新增到遊戲介面中去：

def create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens):
    """建立外星人群"""
    # 建立一個外星人，並計算一行可容納多少個外星人
    # 外星人間距為外星人寬度
    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)
    # 建立一組外星人
    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)

解釋：
1、number_aliens_x：每行最多可以放多少個外星人
2、number_rows：遊戲介面一共可以放多少行外星人
3、通過雙層for迴圈實現外星人群體佈局

最後，修改alien_invasion.py主程式中“# 建立外星人群”的程式碼（需要新增一個ship引數，因為計算行數的時候用到了飛船的高度）：

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

四、移動外星人群

需求：外星人撞到螢幕邊緣後下移一定的距離，再沿相反的方向移動。

1、向右移動外星人

首先，在settings.py中的__init__方法中新增一個控制外星人速度的設定，繫結到物件本身：

		# 外星人設定
        self.alien_speed_factor = 1

然後，使用這個設定來建立 alien.py 中的 update()方法，表示向右移動外星人 ：

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

接下來，在game_functions.py末尾新增新函式 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()

最後，在主程式的主迴圈中新增game_functions.py的呼叫即可：

		#呼叫外星人群移動顯示的函式
        gf.update_aliens(aliens)

2、建立表示外星人移動方向的設定

目前，已經實現外星人群整體向右移動，直至全部移出遊戲介面，接下來，我們需要實現外星人群移動到遊戲介面邊界後向下移動，然後再反向移動的功能。

在settings.py中的外星人設定新增向下移動的速度屬性和移動方向的判斷標準：

# 外星人設定
        self.alien_speed_factor = 1
        self.fleet_drop_speed = 10  #表示向下移動的速度
        # fleet_direction為1表示向右移，為-1表示向左移
        self.fleet_direction = 1

3、檢查外星人是否撞到了螢幕邊緣

現在需要編寫一個方法來檢查是否有外星人撞到了螢幕邊緣，還需修改 alien.py 中的 update() ，以讓每個外星人都沿正確的方向移動。

首先，在alien.py中新增一個判斷外星人是否撞到了螢幕邊緣的函式check_edges()：

    def check_edges(self):
        """如果外星人位於螢幕邊緣，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):
        """向左或向右移動外星人"""
        self.x += (self.ai_settings.alien_speed_factor * self.ai_settings.fleet_direction)
        self.rect.x = self.x

解釋：self.x（當前外星人的位置） = self.x + self.ai_settings.alien_speed_factor（移動速度）* self.ai_settings.fleet_directio（移動方向）

4、向下移動外星人群並改變移動方向

有外星人到達螢幕邊緣時，需要將整群外星人下移，並改變它們的移動方向。下面我們就對game_functions.py做修改，因為我們要在這裡檢查是否有外星人到達了左邊緣或右邊緣，game_functions.py是為遊戲提供邏輯處理的函式庫。

首先，要對外星人碰撞到螢幕邊界實現轉向向下的功能，所以在game_functions.py中新增一個change_fleet_direction函式：

def change_fleet_direction(ai_settings, aliens):
    """將整群外星人下移，並改變它們的方向"""
    for alien in aliens.sprites():
        alien.rect.y += ai_settings.fleet_drop_speed
        ai_settings.fleet_direction *= -1

其次，要對外星人碰撞到螢幕邊緣採取相應措施，因此，在game_functions.py中新增一個check_fleet_edges()函式：

def check_fleet_edges(ai_settings, aliens):
    """有外星人到達邊緣時採取相應的措施"""
    for alien in aliens.sprites():
        if alien.check_edges():
            change_fleet_direction(ai_settings, aliens)
            break

最後，就是要修改game_functions.py中用於更新外星人群位置的update_aliens()函式，使外星人群能正確的顯示自己在螢幕的位置：

def update_aliens(ai_settings, aliens):
    """檢查是否有外星人位於螢幕邊緣，並更新整群外星人的位置"""
    check_fleet_edges(ai_settings, aliens)
    aliens.update()

我們修改了函式 update_aliens() ，在其中通過呼叫 check_fleet_edges() 來確定是否有外星人位於螢幕邊緣。現在，函式 update_aliens() 包含形參 ai_settings ，因此我們在主程式alien_invasion.py呼叫它時也要指定與ai_settings 對應的實參：

		#呼叫外星人群的函式
        # gf.update_aliens(aliens)
        gf.update_aliens(ai_settings, aliens)

如果你現在執行這個遊戲，外星人群將在螢幕上來回移動，並在抵達螢幕邊緣後向下移動。現在可以開始射殺外星人，檢查是否有外星人撞到飛船，或抵達了螢幕底端。

這是一篇讀書筆記，如有不妥之處，請各位指正！！！