《Python多人游戏项目实战》第一节 简单的方块移动

目录

1.1 设置游戏窗口

1.2 绘制一个方块

1.3 编写服务端代码

1.4 完善客户端代码

1.5 完整代码下载地址

在本节，我们将通过一个简单的方块移动程序进入多人联机游戏的大门。每个玩家打开游戏窗口后都可以控制一个方块，当某个玩家移动方块后，其余玩家的窗口上会自动更新该玩家的方块位置。运行示例如下：

本项目结构显示如下：

├── client.py         # 客户端代码

└── server.py         # 服务端代码

在client.py中我们一共导入了以下几个模块或库：

import sys
import json
import pygame
import socket
from random import randint

在server.py中我们一共导入了以下几个模块或库：

import json
import socket
from threading import Thread

1.1 设置游戏窗口

我们首先要设置好游戏窗口的相关属性，比如窗口标题、宽高以及背景等等。

# client.py
class GameWindow:
    def __init__(self):
        self.width = 500
        self.height = 500
        self.window = self.init_window()

    def init_window(self):                      # 1
        pygame.init()
        pygame.display.set_caption('移动方块')
        return pygame.display.set_mode((self.width, self.height))

    def update_window(self):                    # 2
        self.window.fill((255, 255, 255))
        pygame.display.update()

    def start(self):                            # 3
        clock = pygame.time.Clock()

        while True:
            clock.tick(60)

            for event in pygame.event.get():
                if event.type == pygame.QUIT:
                    pygame.quit()
                    sys.exit()

            self.update_window()


if __name__ == "__main__":
    game = GameWindow()
    game.start()

代码解释如下：

1. init_window()函数用来初始化pygame窗口的相关属性，我们在该函数中设置了窗口的标题和大小。

2. update_window()函数用来更新窗口，将窗口背景设置为白色，后续我们也会在该函数中不断更新玩家的状态。

3. start()函数是游戏入口，重点是要调用update_window()函数不断更新窗口。

运行结果如下：

1.2 绘制一个方块

游戏窗口设置好了之后，我们就可以往窗口上添加方块了。一个方块代表一个玩家，我们就用Player类来实现方块的相关功能。

class Player:
    def __init__(self, win, p_id, x, y, color):
        self.win = win              # 1
        self.id = p_id              # 2
        self.dis = 3                # 3
        self.x = x
        self.y = y
        self.width = 100
        self.height = 100
        self.color = color

    def move(self):                 # 4
        keys = pygame.key.get_pressed()

        if keys[pygame.K_LEFT]:
            self.x -= self.dis
        elif keys[pygame.K_RIGHT]:
            self.x += self.dis
        elif keys[pygame.K_UP]:
            self.y -= self.dis
        elif keys[pygame.K_DOWN]:
            self.y += self.dis

    def draw(self):                 # 5
        pygame.draw.rect(self.win, self.color, (self.x, self.y, self.width, self.height))

代码解释如下：

1. Player类接收一个游戏窗口实例，后面我们会在GameWindow类中实例化一个Player对象并传入游戏窗口实例的。

2. 每个玩家都会拥有一个id，该id会在服务端生成并从服务端获取过来。

3. dis变量为方块每次移动的距离。方块的宽高都为100，坐标和颜色是随机的。

4. 根据按键改变方块位置。

5. 将方块绘制到窗口上。

玩家类已经编写好了，接下来就是要在游戏窗口上添加玩家了。

# client.py
class GameWindow:
    def __init__(self):
        ...
        self.player = Player(win=self.window,           # 1
                             p_id=None,
                             x=randint(0, self.width - 100),
                             y=randint(0, self.height - 100),
                             color=(randint(0, 200), randint(0, 200), randint(0, 200)))

    ...

    def update_window(self):
        self.window.fill((255, 255, 255))
        self.player.move()                              # 2
        self.player.draw()
        pygame.display.update()
    
    ...

代码解释如下：

1. 实例化一个Player对象并传入相关参数。因为还没有连接到服务端，所以p_id先设置为None。x和y坐标是随机的，减去100（也就是方块的宽高）是为了让方块显示在窗口内。之所以将颜色值设定在0-200之间，是为了防止方块和窗口背景颜色太接近。假如方块颜色特别接近白色，那和窗口背景就混在一起，很难辨别了。

2. 在update_window()函数中调用Player实例对象的move()和draw()方法，不断在游戏窗口中更新自身的状态。

运行结果如下：

1.3 编写服务端代码

服务端的代码逻辑很简单，就是创建套接字等待客户端连接，然后将各个客户端发送过来的玩家数据保存起来，整理之后再发送出去。代码编写如下：

# server.py
import json
import socket
from threading import Thread


class Server:
    def __init__(self):
        self.port = 5000                # 1
        self.host = "127.0.0.1"
        self.sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        self.players_data = {}          # 2

    def start(self):                    # 3
        self.get_socket_ready()
        self.handle_connection()

    def get_socket_ready(self):         # 4
        self.sock.bind((self.host, self.port))
        self.sock.listen()
        print("服务器已准备接收客户端连接")

    def handle_connection(self):        # 5
        while True:
            conn, addr = self.sock.accept()
            print(f"接收到来自{addr}的连接")
            conn.send(str(id(conn)).encode("utf-8"))
            Thread(target=self.handle_message, args=(conn, )).start()

    def handle_message(self, conn):     # 6
        while True:
            try:
                data = conn.recv(2048)
                if not data:
                    print("未接收到数据，关闭连接")
                    self.players_data.pop(str(id(conn)))
                    conn.close()
                    break
                else:
                    data = json.loads(data.decode("utf-8"))
                    self.update_one_player_data(data)
                    conn.sendall(json.dumps(self.get_other_players_data(data["id"])).encode("utf-8"))
            except Exception as e:
                print(repr(e))
                break

    def update_one_player_data(self, data):
        key = data["id"]
        pos = data["pos"]
        color = data["color"]
        self.players_data[key] = {"pos": pos, "color": color}

    def get_other_players_data(self, current_player_id):
        data = {}
        for key, value in self.players_data.items():
            if key != current_player_id:
                data[key] = value
        return data


if __name__ == '__main__':
    server = Server()
    server.start()

代码解释如下：

1. 服务端监听的地址为127.0.0.1:5000，所以后续再客户端中编写代码时要连接到这个地址。

2. players_data是一个字典变量，用来存储各个玩家的数据。该字典的各个键是玩家id，值包含玩家的位置和颜色。示例如下：

{
    "玩家id": {
        "pos" [x坐标值, y坐标值],
        "color": (r, g, b)
    }
}

3. start()函数是程序入口。

4.  在get_socket_ready()函数中，我们让套接字绑定监听了127.0.0.1:5000，准备就绪。

5. 如果服务端收到了来自客户端的连接，那就会将str(id(conn))作为玩家id值发送到客户端，而客户端也会将该值保存到Player对象的id属性中。为了不让连接堵塞，我们使用多线程技术来处理后续的消息通信。

6. 在handle_message()函数中，我们不断接收来自客户端的消息。如果客户端没有发送消息过来（data为空），说明客户端已经被关闭，玩家离开游戏了，那我们就要从players_data变量中删除对应玩家的数据并关闭套接字。如果有消息发送过来（data不为空），那么我们就将该玩家的数据保存或更新到player_data变量中，通过update_one_player_data()函数实现。最后将其他玩家的数据全部发送给该玩家，好让客户端窗口更新其他玩家的位置信息，其他玩家的数据通过get_other_players_data()函数获取。

简而言之：玩家A发送自身数据到服务端，服务端保存并返回除A之外的其他所有玩家的数据。玩家B发送自身数据到服务端，服务端保存并返回除B之外的其他所有玩家的数据。

注：或者也可以这样通信，玩家A发送自身数据到服务端，服务端将该数据发送给其他所有玩家。玩家B发送自身数据到服务端，服务端将该数据发送给其他所有玩家。这种通信方式有个缺点，就是服务端的发送的消息次数会很多。假如现在有10个玩家，当每个玩家发送1次数据到服务端，服务端还需要发送9次将数据同步给其他玩家。

运行结果如下：

1.4 完善客户端代码

最后一步就是要在客户端程序中添加和服务端通信的代码。客户端会把玩家数据发送到服务端，然后把服务端接收过来的其他玩家的数据更新到窗口上。代码编写如下：

class GameWindow:
    def __init__(self):
        ...
        self.port = 5000                # 1
        self.host = "127.0.0.1"
        self.sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

        self.connect()                  # 2
        self.other_players_dict = {}    # 3

    ...

    def connect(self):
        self.sock.connect((self.host, self.port))
        self.player.id = self.sock.recv(2048).decode("utf-8")

    def send_player_data(self):         # 4
        data = {
            "id": self.player.id,
            "pos": [self.player.x, self.player.y],
            "color": self.player.color
        }
        self.sock.send(json.dumps(data).encode("utf-8"))
        return self.sock.recv(2048).decode("utf-8")

    def update_window(self):            # 5
        self.window.fill((255, 255, 255))

        self.player.move()
        self.player.draw()

        other_players_data = json.loads(self.send_player_data())
        self.update_other_players_data(other_players_data)
        self.delete_offline_players(other_players_data)

        pygame.display.update()

    def update_other_players_data(self, data):  # 6
        for key, value in data.items():
            if not self.other_players_dict.get(key):
                self.add_one_player(key, value)
            else:
                pos = value["pos"]
                self.other_players_dict[key].x = pos[0]
                self.other_players_dict[key].y = pos[1]
                self.other_players_dict[key].draw()

    def add_one_player(self, player_id, value): # 7
        pos = value["pos"]
        color = value["color"]
        self.other_players_dict[player_id] = Player(self.window, player_id, pos[0], pos[1], color)

    def delete_offline_players(self, data):     # 8
        new_dict = {}
        for key in self.other_players_dict.keys():
            if data.get(key):
                new_dict[key] = self.other_players_dict[key]
        self.other_players_dict = new_dict

    ...

代码解释如下：

1. 客户端要连接到127.0.0.1:5000，即服务端监听的地址。

2. 在connect()函数中，我们让客户端和服务端进行了连接。连接后，服务端会发送str(id(conn))作为玩家id，我们将该值保存到Player对象的id属性中。

3. other_players_dict字典变量用来保存其他所有玩家的数据，字典的键是玩家id，值是代表该玩家的Player对象，格式如下所示。

{
    "玩家id": Player实例对象
}

4. send_player_data()函数用来将当前玩家的数据发送到服务端，并返回从服务端接收到的其他玩家的数据。

5. 在update_window()函数中，我们不仅要更新当前玩家的状态，还要更新其他所有玩家的状态。

6.&7. 在update_other_players_data()函数中，我们分析从服务端接收回来的数据，如果出现一个新的玩家id，那么就实例化一个Player对象并保存到other_players_dict字典变量中。如果该玩家id已存在，则更新该玩家的位置即可。

8. 如果某个玩家退出了游戏，那从服务端接收回来的数据中，肯定会少一个玩家id。但是该玩家id之前又已经保存到other_players_dict字典变量中，所以我们每次还要更新下other_players_dict，把不需要的玩家id给去掉。

现在先运行服务端程序，然后再运行任意数量的客户端程序，笔者这里就打开三个客户端。我们发现，每个游戏窗口上都会出现三个方块，在任何一个窗口上移动方块，其他两个窗口也会立即更新方块位置。运行结果如下：

1.5 完整代码下载地址

链接:https://pan.baidu.com/s/15uFqYp98R0LoH92LOsRzug  

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