20191302 实验四《Python程序设计》实验报告
学号 2019-2020-2 《Python程序设计》实验四报告
课程：《Python程序设计》
班级： 1913
姓名： 董佳帅
学号：20191302
实验教师：王志强
实验日期：2020年6月2日
必修/选修： 公选课
一、实验内容
在这次python综合实践中，我仿照教材，利用python中的pygame做了《外星人入侵》的游戏。
游戏规则：
1、按←和→控制飞船移动，按空格发射子弹
2、消灭一个外星人记50分，最高分记录在界面最上方
3、每过一关外星人的移动速度会增加
4、飞船共四滴血，飞船触碰到外星人或让外星人运动到最下端，则损失1滴血，血耗尽，游戏结束，可再次开始
二、实验分析
开发这个游戏应该分为多个模块，依次是：飞船的设计、外星人的设计、子弹的设计、游戏属性等的设置、计分系统和主函数，同时更要处理好各模块之间的导入和联系，为了代码更整洁，要将让游戏运行的函数单独放在一个模块里。
三、实验内容
飞船的设计---ship.py
import pygame
from pygame.sprite import Sprite
class Ship(Sprite):
def __init__(self, ai_settings, screen): # screen用于
"""初始化飞船并设置其初始位置"""
super(Ship, self).__init__()
self.screen = screen
self.ai_settings = ai_settings
# 加载飞船图像并获取其外接矩形
self.image = pygame.image.load('images/ship.bmp')
self.rect = self.image.get_rect()
self.screen_rect = screen.get_rect()
# 将每艘新飞船放置在屏幕底部中央
self.rect.centerx = self.screen_rect.centerx
self.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 = False
def update(self):
"""根据移动标志调整飞船的位置"""
# 更新飞船的center值
if self.moving_right and self.rect.right < self.screen_rect.right: # 控制飞船不飞出屏幕
self.center += self.ai_settings.ship_speed_factor
if 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.center
def 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
在该板块中，利用Pygame中的sprit类blit方法绘制飞船图像，利用sprit类中的rect属性来确定飞船的坐标使其移动
外星人的设计---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):
"""初始化外星人并设置其初始位置"""
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.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.width
self.rect.y = self.rect.height
# 存储外星人的准确位置
self.x = float(self.rect.x)
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
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
def blitme(self):
"""在指定位置绘制外星人"""
self.screen.blit(self.image, self.rect)
这个模块与上一个模块类似，创建外星人类，并控制其移动。
子弹的设计---bullet.py
import pygame
from pygame.sprite import Sprite
class 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):
"""在飞船所在位置创建一个子弹对象"""
super().__init__()
self.screen = screen
# C在（0，0）出创建一个表示子弹形状，再设置正确的位置
self.rect = pygame.Rect(0, 0, ai_settings.bullet_width,
ai_settings.bullet_height)
self.rect.centerx = ship.rect.centerx
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_color
self.speed_factor = ai_settings.bullet_speed_factor
def 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.y
def draw_bullet(self):
"""在屏幕上绘制子弹"""
pygame.draw.rect(self.screen, self.color, self.rect)
该类与前两个类做法类似
游戏属性的设置---setting.py和button.py
class Settings():
"""存储游戏的所以设置的类"""
def __init__(self):
"""初始化游戏的静态设置"""
# 屏幕设置
self.screen_width = 1200
self.screen_height = 800
self.bg_color = (230, 230, 230)
# 飞船的设置
self.ship_speed_factor = 1
self.ship_limit = 3
# 子弹设置
self.bullet_speed_factor = 3
self.bullet_width = 3
self.bullet_height = 15
self.bullet_color = 60, 60, 60
self.bullets_allowed = 3
# 外星人设置
self.alien_speed_factor = 1
self.fleet_drop_speed = 10
# 以什么样的速度加快游戏节奏
self.speedup_scale = 1.1
# 外星人点数的提高速度
self.score_scale = 1.5
def initialize_dynamic_settings(self):
"""初始化随游戏进行而变化的设置"""
self.ship_speed_factor = 1.5
self.bullet_speed_factor = 3
self.alien_speed_factor = 1
# 计分
self.alien_points = 50
# fleet_direction为1表示向右移，为-1表示向左移
self.fleet_direction = 1
def increase_speed(self):
"""提高速度设置和外星人点数"""
self.ship_speed_factor *= self.speedup_scale
self.bullet_speed_factor *= self.speedup_scale
self.alien_speed_factor *= self.speedup_scale
self.alien_points = int(self.alien_points * self.score_scale)
setting模块主要储存游戏的相关设置，方便更改,同时通过改变变化速度来使游戏难度逐渐增加
import pygame.font
class Button():
def __init__(self, ai_settings, screen, msg):
"""初始化按钮属性"""
self.screen = screen
self.screen_rect = screen.get_rect()
# 设置按钮的尺寸和其他属性
self.width, self.height = 200, 50
self.button_color = (0, 255, 0)
self.text_color = (255, 255, 255)
self.font = pygame.font.SysFont(None, 48)
# 创建按钮的rect对象，并使其居中
self.rect = pygame.Rect(0, 0, self.width, self.height)
self.rect.center = self.screen_rect.center
# 按钮的标签只需创建一次
self.prep_msg(msg)
def prep_msg(self, msg):
"""将msg渲染为图像，并使其在按钮上居中"""
self.msg_image = self.font.render(msg, True, self.text_color, self.button_color)
self.msg_image_rect = self.msg_image.get_rect()
self.msg_image_rect.center = self.rect.center
def draw_button(self):
# 绘制一个用颜色填充的按钮，再绘制文本
self.screen.fill(self.button_color, self.rect)
self.screen.blit(self.msg_image, self.msg_image_rect)
button模块控制的是游戏开始按钮，利用font模块加载文字，并将其渲染为图像按钮
记分系统---game_stats.py和scoreboard.py
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_settings
self.reset_stats()
# 游戏刚启动时处于非活跃状态
self.game_active = False
# 不重置最高评分
self.high_score =0
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
self.score = 0
self.level = 1
game_stats模块用于信息统计
import pygame.font
from pygame.sprite import Group
from ship import Ship
class Scoreboard():
"""显示得分的类"""
def __init__(self,ai_settings,screen,stats):
self.screen = screen
self.screen_rect = screen.get_rect()
self.ai_settings = ai_settings
self.stats = stats
# 显示得分信息时使用的字体
self.text_color = (30,30,30)
self.font = pygame.font.SysFont(None,48)
# 准备最高得分和当前得分的图像
self.prep_score()
self.prep_high_score()
self.prep_level()
self.prep_ships()
def prep_score(self):
"""将得分转换为一幅渲染的图像"""
rounded_score = int(round(self.stats.score, -1))
score_str = "{:,}".format(rounded_score)
score_str = str(self.stats.score)
self.score_image = self.font.render(score_str, True, self.text_color,self.ai_settings.bg_color)
# 将得分放在屏幕右上角
self.score_rect = self.score_image.get_rect()
self.score_rect.right = self.screen_rect.right - 20
self.score_rect.top = 20
def show_score(self):
"""在屏幕上显示得分"""
self.screen.blit(self.score_image, self.score_rect)
self.screen.blit(self.high_score_image, self.high_score_rect)
self.screen.blit(self.level_image, self.level_rect)
# 绘制飞船
self.ships.draw(self.screen)
def prep_high_score(self):
"""将最高得分转换为渲染的图像"""
high_score = int(round(self.stats.high_score, -1))
high_score_str = "{:,}".format(high_score)
self.high_score_image = self.font.render(high_score_str, True,
self.text_color, self.ai_settings.bg_color)
# 将最高得分放在屏幕顶部中央
self.high_score_rect = self.high_score_image.get_rect()
self.high_score_rect.centerx = self.screen_rect.centerx
self.high_score_rect.top = self.score_rect.top
def prep_level(self):
"""将等级转换为渲染的图像"""
self.level_image = self.font.render(str(self.stats.level), True, self.text_color, self.ai_settings.bg_color)
# 将等级放在得分下面
self.level_rect = self.level_image.get_rect()
self.level_rect.right = self.score_rect.right
self.level_rect.top = self.score_rect.bottom + 10
def prep_ships(self):
"""显示还余下多少艘飞船"""
self.ships =Group()
for ship_number in range(self.stats.ships_left):
ship = Ship(self.ai_settings, self.screen)
ship.rect.x = 10 + ship_number * ship.rect.width
ship.rect.y = 10
self.ships.add(ship)
scoreboard模块用来计算关卡等级、得分、最高分以及还剩下的生命值
储存函数的模块---game_functions.py
import sys
import pygame
from bullet import Bullet
from alien import Alien
from time import sleep
def check_keydown_events(event, ai_settings, screen, ship, bullets):
"""响应按键"""
if event.key == pygame.K_RIGHT:
ship.moving_right = True
elif event.key == pygame.K_LEFT:
ship.moving_left = True
elif event.key == pygame.K_SPACE:
fire_bullet(ai_settings, screen, ship, bullets)
elif event.key == pygame.K_q: # 快速关闭游戏快捷键
sys.exit()
def check_keyup_events(event, ship):
"""响应松开"""
if event.key == pygame.K_RIGHT:
ship.moving_right = False
elif event.key == pygame.K_LEFT:
ship.moving_left = False
def check_events(ai_settings, screen, stats, sb, play_button, ship, aliens, 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_keyup_events(event, ship)
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_play_button(ai_settings, screen, stats, sb, play_button, ship, aliens, bullets, mouse_x, mouse_y):
"""玩家在单击Play按钮时开始新游戏"""
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()
# 创建一群新的外星人，并让飞船居中
creat_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)
ship.center_ship()
def update_screen(ai_settings,screen,stats, sb, ship,aliens,bullets, play_button):
"""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) # 填充颜色
# 在飞船和外星人后面重绘所以子弹
for bullets in bullets.sprites():
bullets.draw_bullet()
ship.blitme() # 绘制飞船
aliens.draw(screen) # 绘制外星人
# 显示得分
sb.show_score()
# 如果游戏处于非活动状态，就绘制Play按钮
if not stats.game_active:
play_button.draw_button()
# 让最近绘制的屏幕可见
pygame.display.flip()
def update_bullets(ai_settings, screen, stats, sb, 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, stats, sb, ship, aliens, bullets)
def fire_bullet(ai_settings, screen, ship, bullets):
"""如果还每到达限制就发射一颗子弹"""
# 创建新子弹，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)
def creat_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens):
"""创建外星人群"""
# 创建一个外星人，并计算一行和容纳多少个外星人
# 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)
# 创建外星人群
for row_number in range(number_rows):
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_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
def 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.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)
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
def update_aliens(ai_settings, stats, sb, 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, sb, screen, ship, aliens, bullets)
check_aliens_bottom(ai_settings, stats, sb, screen, ship, aliens, bullets)
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
def change_fleet_direction(ai_settings, aliens):
"""将整群外星人下移，并改变他们的方向"""
for alien in aliens.sprites():
alien.rect.y += ai_settings.fleet_drop_speed
ai_settings.fleet_direction *= -1
def check_bullet_alien_collisions(ai_settings, screen, stats, sb, ship, aliens, bullets):
"""响应子弹和外星人的碰撞"""
# 删除发生碰撞的子弹和外星人
collisions = pygame.sprite.groupcollide(bullets, aliens, True, True)
if collisions:
for aliens in collisions.values():
stats.score += ai_settings.alien_points * len(aliens)
sb.prep_score()
check_high_score(stats, sb)
if len(aliens) == 0: # 删除现有的子弹，加快游戏节奏，并新创建一群外星人 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 += 1
sb.prep_level()
creat_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)
def ship_hit(ai_settings, stats, sb, screen, ship, aliens, bullets):
"""响应被外星人撞到的飞船"""
if stats.ships_left > 0:
# 将ships_left减1
stats.ships_left -= 1
# 更新记分牌
sb.prep_ships()
else:
stats.game_active = False
pygame.mouse.set_visible(True)
# 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
creat_fleet(ai_settings, screen, ship, aliens)
ship.center_ship()
# 暂停
sleep(0.5)
def check_aliens_bottom(ai_settings, stats, sb, screen, ship, aliens, bullets):
"""检查是否有外星人到达了屏幕底部"""
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, sb, screen, ship, aliens, bullets)
break
def check_high_score(stats, sb):
"""检查是否诞生了新的最高得分"""
if stats.score > stats.high_score:
stats.high_score = stats.score
sb.prep_high_score()
game_functions模块是游戏的灵魂，串联其他模块，存储游戏运行过程中的函数，供主函数和其他模块引用。
主函数---alien_invasion.py
import pygame
from settings import Settings
from ship import Ship
import game_functions as gf
from pygame.sprite import Group
from game_stats import GameStats
from button import Button
from scoreboard import Scoreboard
def run_game():
# 初始化游戏并创建一个屏幕对象
pygame.init() # 初始化背景设置
ai_settings = Settings()
screen = pygame.display.set_mode((ai_settings.screen_width, ai_settings.screen_height)) # 设置窗口大小
pygame.display.set_caption("Alien Invasion") # 设置窗口标题
# 创建play按钮
play_button = Button(ai_settings, screen, "Play")
# 创建一个用于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)
# 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()
# 创建一个外星人群
aliens = Group()
gf.creat_fleet(ai_settings, screen,ship, aliens)
# 开始游戏的循环
while True:
# 监视键盘和鼠标事件
gf.check_events(ai_settings, screen, stats, sb, play_button, ship, aliens, bullets)
if stats.game_active:
ship.update()
gf.update_bullets(ai_settings, screen, stats, sb, ship, aliens, bullets)
gf.update_aliens(ai_settings, stats, sb, screen, ship, aliens, bullets)
gf.update_screen(ai_settings, screen, stats, sb, ship, aliens, bullets, play_button)
run_game()
主函数模块相当于总分结构中的总，使其他所有的模块发挥作用，通过运行该文件开始游戏。
四、实验结果
游戏运行视频已发至B站https://www.bilibili.com/video/BV1sz4y197bf/
五、课程总结
通过Python程序设计这节课，我了解了python的基本语法和基本功能，已有了一点利用python来编程的能力，同时当天作业当天完成的要求也治好了自己的拖延症，增强了自己自主学习的能力和动手的能力。
从一开始的基本语法，到后来的面向对象编程，到文件的操作，到数据库，再到爬虫和pygame，我深刻了解到python强大的魅力和无限的潜能，在以后的学习和工作中还要对python有更进一步的研究。
对于本课的建议：很感谢王老师的教导，每次看到您不厌其烦地为同学们解答问题（即使是一些rz问题），我都为自己有这样的好老师而庆幸，关于建议，我希望可以再加一些python程序的演示，向同学们展示python的强大，激发同学们的兴趣。最后希望python程序设计这堂课越办越好！
