摘要：現(xiàn)在開始創(chuàng)建多行外星人。小結(jié)本篇講述了如何在游戲中添加大量相同的元素如何用嵌套循環(huán)來創(chuàng)建元素網(wǎng)格如何控制對象在屏幕上移動的方向以及響應(yīng)事件如何檢測和響應(yīng)元素碰撞如何在游戲中跟蹤統(tǒng)計信息如何使用標志來判斷游戲是否結(jié)束。

《Python編程：從入門到實踐》筆記。
本章主要是對上一篇的繼續(xù)，添加“外星人”，“外星人”與飛船的交互。

開發(fā)較大的項目時，進入每個開發(fā)階段前回顧一下開發(fā)計劃，搞清楚接下來要通過代碼實現(xiàn)哪些功能至關(guān)重要。本篇將設(shè)計一下內(nèi)容：

研究即有代碼，確定實現(xiàn)新功能前是否需要重構(gòu)代碼

在屏幕左上角添加一個外星人，并指定合適的邊距

根據(jù)第一個外星人的邊距和屏幕尺寸計算屏幕上可容納多少個外星人。編寫一個循環(huán)來填滿屏幕的上半部分

讓外星艦隊向兩邊和下方移動，直到外星人被全部擊落，或有外星人撞到飛船，或有外星人抵達屏幕底部。如果所有外星人都被擊落，再創(chuàng)建一批外星人。如果有外星人撞到飛船或到達屏幕底部，則銷毀飛船并再創(chuàng)建一群外星人。

限制玩家可用的飛機數(shù)，消耗完則游戲結(jié)束

希望各位上一篇的代碼沒有刪掉。在開始新的代碼前，我們先在前面的check_keydown_events()函數(shù)中添加“通過快捷鍵Q結(jié)束游戲”的代碼:

def check_keydown_event(event, ship, ai_settings, screen, bullets):
    -- snip --
    elif event.key == pygame.K_q:
        sys.exit()

首先我們需要編寫一個外星人Alien類。新建alien.py模塊，在其中加入如下代碼：

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):
        """初始化外星人并設(shè)置其起始位置"""
        super(Alien, self).__init__()
        self.screen = screen
        self.ai_settings = ai_settings

        # 加載外星人圖像，并設(shè)置其rect屬性
        self.image = pygame.image.load("images/alien.bmp")
        self.rect = self.image.get_rect()

        # 每個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

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

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

它和Bullet類一樣繼承自Sprite類。現(xiàn)在開始創(chuàng)建多行外星人。

首先在game_functions.py模塊中添加create_fleet()函數(shù)用于創(chuàng)建外星艦隊：

def create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens):
    """創(chuàng)建外星艦隊"""
    alien = Alien(ai_settings, screen)
    # 計算每行能放多少個
    number_aliens_x = get_number_aliens_x(ai_settings, alien.rect.width)
    # 計算能放多少行
    number_rows = get_number_rows(ai_settings, ship.rect.height,
                                  alien.rect.height)

    # 嵌套循環(huán)創(chuàng)建外星艦隊
    for row_number in range(number_rows):
        for alien_number in range(number_aliens_x):
            # 創(chuàng)建外星人并將其加入艦隊
            create_alien(ai_settings, screen, aliens, alien_number, row_number)

然后我們依次補充下面三個函數(shù)（注意各個函數(shù)的參數(shù)），這三個函數(shù)也位于game_functions.py中：

get_number_aliens_x(): 計算一行能放多少個外星人

def get_number_aliens_x(ai_settings, alien_width):
    """計算每行可容納多少個外星人"""
    # 左右兩側(cè)留出一個外星人的寬度
    available_space_x = ai_settings.screen_width - 2 * alien_width
    # 列間距為一個外星人寬度
    number_aliens_x = int(available_space_x / (2 * alien_width))
    return number_aliens_x

get_number_rows(): 計算能放多少行外星人

def get_number_rows(ai_settings, ship_height, alien_height):
    """計算屏幕可容納多少行外星人"""
    # 可用高度 = 窗口高度 - 上方一個外星人高度 - 下方一個飛船高度 - 兩個外星人高度作為緩沖空間
    available_space_y = (ai_settings.screen_height - 3 * alien_height - ship_height)
    # 行距為一個外星人高度
    number_rows = int(available_space_y / (2 * alien_height))
    return number_rows

create_alien(): 創(chuàng)建外星人

def create_alien(ai_settings, screen, aliens, alien_number, row_number):
    """創(chuàng)建一個外星人并將其放在當前行"""
    alien = Alien(ai_settings, screen)
    # 下面就是根據(jù)上面的公式計算每一個外星人在窗口中的位置（這是左上角的坐標）
    alien.x = alien.rect.width * (1 + 2 * alien_number)
    alien.rect.x = alien.x
    alien.rect.y = alien.rect.height * (1 + 2 * row_number)
    aliens.add(alien)

現(xiàn)在我們還需要修改update_screen()函數(shù)：

def update_screen(ai_settings, screen, ship, bullets, aliens):
    -- snip --
    # 繪制外星人，放在繪制子彈的代碼后面，讓外星人的圖像覆蓋掉子彈的圖像
    aliens.draw(screen)
    -- snip --

注意，該函數(shù)增加了一個參數(shù)aliens，這是個Group對象，所以代碼中的draw()方法也跟前一篇中的bullets.update()方法一樣，一行代碼更新所有對象。

在主程序中添加創(chuàng)建外星人的代碼：

def run_game():
    -- snip --
    gf.create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)

    while True:
        -- snip --
        # 比之前代碼多傳入了一個aliens參數(shù)
        gf.update_screen(ai_settings, screen, ship, bullets, aliens)
        
-- snip --

現(xiàn)在我們執(zhí)行程序?qū)玫饺缦陆Y(jié)果：

我們將讓外星艦隊在窗體中向右移動，撞到屏幕邊緣后下以一定距離下降，再沿反方向移動，直到外星人被消滅，或外星人撞上飛船，或有外星人到達窗體底部。

class Settings:
    def __init__(self):
        -- snip --
        self.fleet_drop_speed = 10
        # 外星艦隊方向標志：1向右，-1向左
        # 也可以用如left, right之類的標志，但這樣會很麻煩
        self.fleet_direction = 1

我們需要在Alien類中添加兩個方法，一個用于檢測窗體邊緣，一個用于更新Alien對象：

class Alien(Sprite):
    -- snip --
    def check_edges(self):
        """如果外星人位于屏幕邊緣則返回True"""
        screen_rect = self.screen.get_rect()
        return self.rect.right >= screen_rect.right or self.rect.left <= 0

    def update(self):
        """向右移動外星人"""
        # 以后這樣的方式會用的很多
        self.x += self.ai_settings.alien_speed_factor * self.ai_settings.fleet_direction
        self.rect.x = self.x

如果使用文本值來控制方向，那就需要添加if-else語句來檢測艦隊移動方向。鑒于只有兩個可能的方向，這里使用-1和1來表示，這樣更容易改變外星人對象的坐標。

首先，我們在該模塊中添加一個更新外星艦隊的函數(shù)update_aliens()：

def update_aliens(ai_settings, aliens):
    """檢查是否有外星人位于屏幕邊緣，并更新外星艦隊中所有外星人的位置"""
    check_fleet_edges(ai_settings, aliens)
    aliens.update()  # “一鍵更新”

check_fleet_edges()函數(shù)用于檢測艦隊是否碰到了窗體邊緣，代碼如下：

def check_fleet_edges(ai_settings, aliens):
    """有外星人到達邊緣時采取相應(yīng)的措施"""
    # 檢測艦隊中每一個外星人是否碰到了窗體邊緣
    for alien in aliens.sprites():
        if alien.check_edges():
            change_fleet_direction(ai_settings, aliens)
            break

change_fleet_direction()函數(shù)用于改變艦隊的移動方向，以及讓艦隊向下移動，代碼如下：

def change_fleet_direction(ai_settings, aliens):
    """將外星艦隊下移，并改變它們的方向"""
    for alien in aliens.sprites():
        alien.rect.y += ai_settings.fleet_drop_speed
    ai_settings.fleet_direction *= -1

上面三個函數(shù)就是在game_functions.py中的所有變動。

在該模塊中我們只需要在while循環(huán)中添加一行代碼：

# 開始游戲的主循環(huán)
    while True:
        gf.check_events(ai_settings, screen, ship, bullets)
        ship.update()
        gf.update_bullets(bullets)
        # 添加對外星艦隊的修改
        gf.update_aliens(ai_settings, aliens)
        gf.update_screen(ai_settings, screen, ship, bullets, aliens)

最后運行主程序，得到如下效果：

截了一張靜態(tài)圖，實際是動態(tài)的。

對于當前的程序，如果發(fā)射子彈，子彈將穿過外星人，而不是擊殺，下面我們繼續(xù)完善該項目，使其能擊殺外星人。而要實現(xiàn)這一點，關(guān)鍵就是要檢測到子彈圖像與外星人圖像是否重疊，重疊了則表示擊中。

為何檢測子彈與衛(wèi)星人的碰撞，我們需要修改update_bullets()函數(shù)，這里我們增加了update_bullets()的參數(shù)，還調(diào)用了一個新函數(shù)：

def update_bullets(bullets, aliens, ship, screen, ai_settings):
    -- snip --
    check_bullet_alien_collisions(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets)

函數(shù)check_bullet_alien_collisions()用于檢測子彈與外星人的碰撞，當外星人被消滅光時，清空現(xiàn)有子彈，并生成新的外星艦隊，它的代碼如下：

def check_bullet_alien_collisions(ai_settings, screen, ship, aliens, bullets):
    """檢測是否有子彈擊中了外星人，如果有，就刪除相應(yīng)的子彈和外星人"""
    # 下一篇中我們將用該變量實現(xiàn)分數(shù)統(tǒng)計
    collisions = pygame.sprite.groupcollide(bullets, aliens, True, True)
    
    #如果外星人被消滅光，則生成新的外星人艦隊
    if len(aliens) == 0:
        # 刪除現(xiàn)有的子彈并創(chuàng)建新的艦隊
        bullets.empty()
        create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)

sprite.groupcollide()方法用于檢測對象之間的碰撞，它將bullets中的每個子彈的rect與aliens中的每個外星人的rect進行比較，并返回一個字典。該字典以第一個參數(shù)中的對象為鍵，以第二個參數(shù)中的鍵為值，在這里，以bullets中發(fā)生了碰撞的bullet為鍵，它的值為與之碰撞的alien（不是aliens）！第三個參數(shù)表示是否刪除第一個參數(shù)中發(fā)生了碰撞的對象，而四個參數(shù)表示是否刪除第二個參數(shù)中發(fā)生了碰撞的對象。

只需要修改調(diào)用update_bullets()函數(shù)的那行代碼即可，增加幾個參數(shù)：

gf.update_bullets(bullets, aliens, ship, screen, ai_settings)

基礎(chǔ)功能基本完成。

對于上述代碼，我們可能需要測試當消滅完外星人后，新的艦隊是否能被正確創(chuàng)建等，如果我們以現(xiàn)在游戲的設(shè)定，即子彈速度為1，子彈寬度為3，那測試起來將會很痛苦。此時，我們可以修改修改游戲的參數(shù)，比如將子彈寬度修改為300，子彈速度修改為3，這樣就相當于對游戲進行了快進，此時代碼的運行效果如下：

不過最后記得將參數(shù)修改回去。

接下來我們實現(xiàn)外星人碰到飛船，外星人抵達窗體底部，飛船數(shù)用光導(dǎo)致游戲結(jié)束的代碼。

首先我們創(chuàng)建一個用于存儲游戲信息的GameStats類，存放在game_stats.py文件中：

class GameStats:
    """跟蹤游戲的統(tǒng)計信息"""
    def __init__(self, ai_settings):
        """初始化統(tǒng)計信息"""
        # 用于控制游戲啟動與否
        self.game_active = True
        self.ai_settings = ai_settings
        self.reset_stats()

    def reset_stats(self):
        """初始化在游戲運行期間可能變化的統(tǒng)計信息"""
        # 重置飛船數(shù)
        self.ships_left = self.ai_settings.ship_limit

從上述代碼可以看出，我們需要在settings.py中添加一項表示“飛船數(shù)”的信息：

class Settings:
    def __init__(self):
        """初始化游戲的設(shè)置"""
        # 屏幕設(shè)置
        -- snip --
        # 設(shè)置飛船數(shù)量限制
        self.ship_limit = 3
        -- snip --

我們在更新每個外星人的位置后立即檢測外星人和飛船之間的碰撞，隨后再檢查外星人是否到達了窗體底部。修改update_aliens()函數(shù)，使用sprite中的spritecollideany()方法來檢測碰撞：將第二參數(shù)中的每一個元素與第一個參數(shù)比較，檢測是否碰撞，返回第二個參數(shù)中第一個發(fā)生碰撞的對象，如果沒有發(fā)生碰撞則返回None:

# 增加了參數(shù)和碰撞檢測
def update_aliens(ai_settings, aliens, ship, screen, bullets, stats):
    -- snip --
    # 檢測外星人和飛船之間的碰撞
    if pygame.sprite.spritecollideany(ship, aliens):
        ship_hit(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets)

    check_aliens_bottom(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets)

為此我們需要增加兩個函數(shù)：

ship_hit():當外星人與飛船發(fā)生碰撞時，調(diào)用次函數(shù)

-- snip --
from time import sleep

def ship_hit(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets):
    """響應(yīng)被外星人撞到的飛船"""
    # 將ship_left減1
    if stats.ships_left > 0:
        stats.ships_left -= 1

        # 清空外星人列表和子彈列表
        aliens.empty()
        bullets.empty()

        # 創(chuàng)建一群新的外星人，并將飛船恢復(fù)到初始位置
        create_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)
        ship.center_ship()

        # 暫停
        sleep(0.5)
    else:
        stats.game_active = False

從上面的代碼還可以看出，我們還需要在Ship類中添加一個center_ship()方法：

def center_ship(self):
    """讓飛船在屏幕上居中"""
    self.center = self.screen_rect.centerx

check_aliens_bottom(): 當飛船到達窗體底部時調(diào)用次函數(shù)

def check_aliens_bottom(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets):
    """檢測是否有外星人到達了屏幕底部"""
    screen_rect = screen.get_rect()
    for alien in aliens.sprites():
        if alien.rect.bottom >= screen_rect.bottom:
            # 和飛船被碰撞是的代碼沒啥區(qū)別，故調(diào)用同一個函數(shù)
            ship_hit(ai_settings, stats, screen, ship, aliens, bullets)
            break

修改游戲的循環(huán)部分：

# 開始游戲的主循環(huán)
while True:
    gf.check_events(ai_settings, screen, ship, bullets)
    
    # 決定程序運行時該執(zhí)行的部分
    if stats.game_active:
        ship.update()
        gf.update_bullets(bullets, aliens, ship, screen, ai_settings)
        gf.update_aliens(ai_settings, aliens, ship, screen, bullets, stats)

    gf.update_screen(ai_settings, screen, ship, bullets, aliens)

在主循環(huán)中，任何情況下都需要調(diào)用check_events()，即使游戲處于非活動狀態(tài)；還需要不斷更新屏幕，以便在等待玩家是否選擇重新開始游戲時能夠修改屏幕；其他函數(shù)僅在游戲處于活動狀態(tài)時太需要調(diào)用。

本篇講述了：

如何在游戲中添加大量相同的元素；

如何用嵌套循環(huán)來創(chuàng)建元素網(wǎng)格；

如何控制對象在屏幕上移動的方向以及響應(yīng)事件；

如何檢測和響應(yīng)元素碰撞；

如何在游戲中跟蹤統(tǒng)計信息；

如何使用標志game_active來判斷游戲是否結(jié)束。

下一篇中，同時也是本項目的最后一篇，我們將：

添加一個Play按鈕讓玩家能夠開始游戲，以及游戲結(jié)束后再開始；

每當玩家消滅一群外星人后，加快游戲節(jié)奏；

添加一個分數(shù)系統(tǒng)。

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