十行代码编写一个Python小游戏，你准备好了吗？（文末赠书）

准备好了吗？我们即将开始激动人心的游戏编程之旅。

或许你之前学习过一点编程，但若是你从没接触过游戏编程，那么你仍然会对游戏程序的运行感到不解。游戏程序不像计算一个公式或谜题，得到答案之后程序就结束了，游戏程序一直是处于运行中的，只要你不主动退出，那么你可以永远呆在游戏之中。这就游戏循环的神奇魔力。

下面我们尝试用最少的代码来编写一个小游戏。

准备工作

01

选择合适的开发工具

“工欲善其事必先利其器”，编写游戏之前得挑选一款合适的工具，这样可以大大地简化程序编写工作。Python语言有很多第三方库都提供游戏编程功能，最有名的要属Pygame库，它提供了丰富的API来实现游戏的各种效果。但是对于初学者来说Pygame库还是显得有些复杂，我们希望采用更加简洁高效的工具，使得可以把注意力集中在游戏算法的实现上，而不需花费太多精力去学习游戏开发库的使用。

这里采用Pgzero库来编写游戏。Pgzero的完整名称是Pygame Zero，不难看出它是从Pygame库衍生而来的。可以说Pgzero就是Pygame的一个精简版本，能够实现Pygame库的主要功能，但是屏蔽了一些复杂的细节，使得初学者能够快速上手。

02

设置开发环境

由于Pgzero是Python的第三方库，它不能独立工作，必须在Python代码中来使用，因此我们首先需要安装Python开发环境。可以去Python官网下载最新的安装包进行安装，然后便可以使用Python提供的IDLE编辑器来编写代码了。

且慢，你是否觉得使用IDLE编辑器来编写程序不是那么方便呢？对于简单的小程序当然无所谓了，但是游戏程序相对来说还是比较复杂的，而且游戏中需要调用一些图片或声音资源，我们还要对所有的游戏资源进行统一管理。因此我们还得寻找一个更加灵活方便的游戏编写工具，在这里我采用的是Mu编辑器。Mu是一个专门为Python学习者设计的一个开发工具，它的编辑器非常友好，提供了很多的便捷操作，比如代码自动提示、代码缩进标示、语法检查等等功能。更重要的是，它已经集成了Pgzero库，而且还提供对游戏资源的管理，这正是我们所需要的不是吗？Mu编辑器可以在官网（https://codewith.mu/）下载安装，现在我们直接运行Mu试一下。在初次打开Mu的时候会提示选择运行模式，如图1所示。

▍图1 Mu编辑器的模式选择界面

我们单击鼠标来选择“Pygame Zero模式”，接下来Mu便会切换到Pgzero模式，看到的运行界面如图2所示。

▍图2 “Pygame Zero”运行模式

Mu编辑器中的空白区域便是我们将要编写代码的地方，当程序写好之后，我们单击界面上方的“开始”按钮便可以运行程序了。看起来真是太棒了，还等什么呢？赶快开工吧！

从何处开始

接下来开始编写游戏。可是，游戏程序究竟什么样呢？或许你会在屏幕输出“Hello World”，或者你知道如何编程计算斐波拉契数列的值，但是你真的确定游戏程序应该如何编写么？

首先，游戏运行得有一个图形界面（当然，早期的计算机游戏可能是文本界面的，但那已经是很古老的事了，现在我们探讨的都是基于图形界面的游戏）。为了显示图形界面，我们的程序应该能够生成一个“窗口”，在其中可以显示各种图形或图像，而游戏的内容正是由各种不同的图形或图像来表示的。

我们试着来创建一个程序窗口。

01

创建程序窗口

在Mu编辑器上方的工具栏中单击“新建”按钮，可以看到编辑器中出现了一块空白区域，这便是新创建的Python源程序文件。

然后，单击“运行”按钮试试，你会看到屏幕上出现了一个窗口，如图3所示。

▍图3 游戏窗口界面

感觉如何？是不是惊讶得合不拢嘴？明明连一行代码都没有写，竟然就能出现一个窗口。这正是Pgzero的神奇之处。事实上，Pygzero已经帮我们做了大量的“幕后工作”，使得我们可以专注于编写游戏逻辑，而不用太关注显示方面的问题。

然而眼前这个窗口黑乎乎的，并不是不太好看，而且窗口的大小也不是自己想要的。不要着急，我们一点点的来解决问题。

02

改变窗口大小和颜色

首先解决窗口尺寸问题。在Pgzero中，通过定义两个常量值来确定程序窗口的大小，代码如下所示:

WIDTH = 500

HEIGHT = 300

注意WIDTH和HEGIHT是Pgzero预设的两个常量，分别用来表示程序窗口的宽度和高度值（单位为像素）。上面的代码表示将程序窗口的宽度值设为600像素，高度设为400像素。我们将这两行代码敲入刚刚新建的源程序文件中，然后再次运行一下，可以看到窗口的大小发生了改变。

接下来我们试着改变一下窗口的背景颜色。在Pgzero中，窗口的背景颜色默认是黑色（原来如此），若要改变背景颜色，需要在程序中定义一个draw()函数。那么这个draw()函数又是个什么来头呢？

draw()函数是Pgzero的“幕后主使”之一，它负责显示游戏中的各种图形或图像。我们只需在程序中定义自己的draw()函数，然后将需要绘制图形图像的代码写进draw()函数中，程序便会自动地执行draw()函数来进行显示。

那么，要改变窗口的颜色，究竟要在draw()函数中编写什么代码呢？此时我们还需要借助Pgzero提供的内置对象screen来完成。事实上，Pgzero为了简化游戏编程，在内部设置了很多的对象来协助完成游戏中的各项操作。screen对象主要就是用来在窗口绘图的，它提供了很多的绘图方法，不仅能够绘制图形和图像，还能绘制文字信息，在游戏编程中我们会经常使用到它。

目前我们需要使用的是screen对象的fill()方法，它表示用某种颜色来填满整个窗口。该方法接受一个RGB元组作为参数。那什么是RGB元组呢？RGB元组是由三个数所组成的元组，每一个数代表一个颜色分量，比如（255，0，0）表示红色，（0，255，0）表示绿色，（0，0，255）表示蓝色，（0，0，0）代表黑色，（255，255，255）代表白色等。

于是我们可以在源代码中加入以下两行代码：

def draw():

screen.fill((255, 255, 255))

保存并运行程序，可以看到如图4所示的界面。没错，我们的窗口背景变成了白色。

▍图4 改变背景颜色后的程序窗口

03

显示图像

现在我们拥有了一个程序窗口，但它似乎空空如也，并没有什么内容。我们希望在窗口里面显示点什么。比如我们准备了一幅精美的图片，想将它显示在窗口中，如何做到呢？

首先我们要将图片文件放到指定的位置，即“images”文件夹中。单击Mu编辑器上方的“图片”按钮，会自动打开“images”文件夹。我们将图片文件复制到该文件夹中即可。

将图片文件准备好并放入“images”文件夹后，我们便可以将其显示在窗口中，这需要调用screen对象的blit()方法。比如要显示一个名为“breakout_ball”的小球图片，我们只需要在程序中加入一行代码：

screen.blit(“breakout_ball”, (200, 100))

blit()方法的第一个参数是要显示的图片文件名，以字符串来表示（不要带后缀），第二个参数为图像显示的坐标。该坐标是由两个数所组成的元组，第一个数表示图像的横坐标，第二个数则为图像的纵坐标。由于Pgzero中窗口的坐标原点位于左上角，向右横坐标值增加，向下纵坐标值增加，因此坐标（200，100）表示图像从窗口左边界向右偏移200个像素，从窗口上边界向下偏移100个像素。

到目前为止我们已经编写了5行代码，如下所示：

WIDTH = 500

HEIGHT = 300

def draw():

   screen.fill((255, 255, 255))

   screen.blit("breakout\_ball", (200, 100))

现在运行程序，可以看到图5所示的程序界面，其中标示了图像的坐标值所代表的含义。

▍图5 显示图像的程序界面

现在我们不仅拥有了一个程序窗口，而且还在里面显示了一幅图像，真是太了不起了。但别高兴太早，现在这个程序还不能称为游戏。我们都知道，游戏中的图形或图像是会“活动”的，也就是说它们可以不断地改变位置进行显示，而我们的程序目前只能在某个固定的位置显示一幅图像，它根本就不能动。不要灰心，接下来我们就想办法让它动起来。

建立游戏世界

在采取行动之前，我们有必要来了解一下游戏的基本概念。在游戏的世界中有两个基本要素：场景和角色。游戏场景是指游戏发生的场所，或者说游戏的一个特定情景。通常我们会为游戏制作一些尺寸比较大的图片，以此作为游戏场景的背景图像；游戏角色是指游戏场景中的各种物体，它们不仅有特定的图像，更重要的是它们能够活动（通常是在场景范围内活动），而且彼此之间还能发生相互作用。

若是我们想设计游戏，则必须要为游戏创建场景和角色。那么如何操作呢？

01

创建游戏场景

首先来创建游戏场景。其实游戏场景我们之前已经做好了。没听错吧？我们好像什么都没做啊，仅仅是建立了一个程序窗口，然后用白色将它填充了一下。没错，这就算是一个游戏场景。游戏场景可以很复杂，也可以很简单，就如同我们所做的，仅仅是用单一色彩来填充窗口，也可以作为游戏的场景。因为场景的主要作用是为各个游戏角色提供一个活动的场所，只要能够保证角色能够正确地显示其中就可以了。

02

创建游戏角色

接下来创建游戏角色。角色的创建似乎没那么简单，因为角色是需要活动的，而我们之前在窗口中显示的小球根本无法活动，所以它还不能算作游戏角色，仅仅只是一幅图像而已。怎么办呢？好在Pgzero事先已经为我们准备好了，它通过提供一个叫做Actor的类来帮助我们创建游戏角色。比如要创建一个小球角色，可以这样编写代码：

ball = Actor(“breakout_ball”, (200, 100))

上面这行代码调用Actor类的构造方法来生成小球角色对象，并将其保存在一个变量ball中，今后若要操作小球则只需访问ball变量即可。Actor类的构造方法有两个基本参数，第一个是角色的图片文件名，第二个是角色的初始位置。这和之前显示图像的参数是一样的。

小球角色是创建好了，那么如何将它显示在窗口中呢？是不是还和之前一样，需要调用screen的blit()方法呢？当然不需要了。现在的小球已经不再是一幅图像了，而是一个真正的角色对象，它拥有很多的属性和方法可以使用。其中有一个叫做draw()的方法，可以用来将自身显示在窗口中。

我们将之前的代码改写如下：

WIDTH = 500

HEIGHT = 300

ball = Actor(“breakout_ball”, (200, 100))

def draw():

screen.fill((255, 255, 255))

ball.draw()

运行一下你会发现，程序的结果和图5所显示的效果是一模一样的。可是现在小球还是不会动呀？不要着急，我们已经做好了一切准备工作，现在是时候让它动起来了。

移动小球

01

改变小球坐标

倘若想要移动小球，必须改变它在窗口中的位置，即小球显示的坐标。在Pgzero中，角色对象拥有两个属性：x和y，前者表示角色在窗口中的横坐标，后者表示角色在窗口中的纵坐标。由于小球目前已经被定义为角色对象，我们就可以直接修改它的x和y属性来改变其坐标值。

还有一件事需要注意，Pgzero规定所有对角色操作的代码都要放置在一个叫做update()函数中。因此我们首先定义一个update()函数，然后将改变小球坐标的代码放入其中，如下所示：

def update():

    ball.x += 1

运行一下程序，你会发现小球开始缓缓地向右移动。真是棒极了！可这到底是怎么回事呢？明明只写一行代码啊，小球的x坐标应该只增加1一个单位才对，怎么它会一直朝着右边移动呢？

嘿嘿，这就是游戏循环的神奇魔力！

02

游戏循环

究竟什么是游戏循环呢？如果你有一点编程经验，你一定编写过循环程序。所谓循环程序，就是程序在满足指定的条件下，重复不断地执行某些操作。游戏循环也是类似的原理，即把游戏操作的程序代码放置在一个循环语句中，让其自动地重复执行。那么游戏循环的执行条件是什么呢？循环体中又该执行什么样的语句呢？

先来看看游戏循环的条件。想一想你玩游戏的经历，当你玩游戏的时候，除非你主动选择退出，否则你是一直处于游戏之中的。难道不是吗？从程序角度来看，自从你进入游戏开始玩的那一刻开始，你就已经处于游戏循环之中了，而且是一直处于其中的。因此，游戏循环的执行是无条件的，它本质上就是个死循环！天哪没听错吧，编程课时老师可特别强调过，“编写循环程序时要检查循环条件，千万别写成了死循环”，没想到游戏程序竟然是个死循环。没错，游戏就是个死循环，或者称为无限循环。

我们可以用while语句来表示游戏循环，代码如下所示：

while True:

执行游戏操作

可以看到，while语句的循环条件设为了True，而True是个布尔类型的常数，表达的含义就是“真”。因此，while循环会一直重复地执行下去。

接着看看游戏循环中的操作语句应该如何编写。作为一个游戏，它要执行两个最基本的操作：一个是更新游戏逻辑，包括改变角色位置或图像，处理角色之间的相互作用，切换游戏场景，等等；另一个是绘制游戏图像，包括绘制游戏的背景，绘制角色的图像，绘制文字信息，等等。如图6所示

▍图6 游戏循环示意图

在之前的程序中，我们编写了update()函数来改变小球坐标，也编写了draw()函数来绘制小球图像，而这两个函数就恰好分别对应了游戏循环中的两个基本操作：update()函数用来更新游戏逻辑，而draw()函数则用来绘制游戏图像。由于游戏是不断地在运行着的，需要不断地更新游戏逻辑，同时将更新后的内容重新显示出来，因此要将update()函数和draw()函数放入游戏循环中重复执行。程序看起来应该像这样：

while True:

  update()

  draw()

然而，我们编写代码的时候可并不是这样写的，我们只是在程序中定义了update()和draw()函数，却并没有通过类似的无限循环语句来调用它们。确实是这样，因为Pgzero不需要我们这样做，它已经在内部预先设定好了一个游戏循环，我们只负责定义update()和draw()函数，并将更新游戏逻辑和显示游戏图像的代码分别写入其中即可，Pgzero内部的游戏循环会自动调用这两个函数。

当单击Mu编辑器上的“开始”按钮时，程序会启动游戏循环来开始游戏；当单击“停止”按钮时，程序便会终止游戏循环来退出游戏。

现在终于明白游戏程序竟然是这样运作的，有一点小小的满足感，原来游戏并没有想象的那么神秘嘛。既然Pgzero已经幕后安排好了一切，那我们只需要集中精力为update()和draw()这两个函数编写代码就好啦。没错，就是这么简单！

完善游戏规则

目前还存在一个问题，那就是当小球移动到窗口之外后，它便消失得无影无踪了。作为游戏角色的小球竟然跑到了场景外面！玩过游戏的朋友都知道，游戏角色是不能置于场景之外的，可怎样将小球的活动范围限定到窗口之内呢？

我们需要做两件事情：一是检查小球是否跑到了场景外面；二是让小球重新回到场景之中。

01

检测小球的位置

若要知道小球是否跑到场景之外，我们可以将它的位置与窗口进行比较，比如，如果小球的右边界超过了窗口的右边界，则可判定小球即将从右方跑出场景。那么如何用程序来表达这个意思呢？

目前我们只知道小球的x属性表示横坐标，y属性表示纵坐标。而不论是x还是y的值，都是根据角色中心点的位置来计算的，所以准确来说，小球的x属性其实是小球中心点的横坐标，而y属性是小球中心点的纵坐标。那么如何表示小球右边界的坐标呢？

Pgzero为角色对象提供了4个属性left、right、top、bottom，分别表示角色的左、右、上、下各个边界的位置。具体来说，left和right分别表示角色左边界和右边界与窗口左边界的距离；top和bottom分别表示角色上边界和下边界与窗口上边界的距离。于是可以通过ball对象的right属性来获取小球右边界的位置。而要想知道小球的右边界是否超过了窗口右边界，则需要判断小球的right属性是否大于窗口的宽度WIDTH，这可以借助条件语句if来实现，代码类似如下形式：

if ball.right > WIDTH:

 让小球重新回到窗口内

倘若条件成立，那如何让小球回到窗口之内呢？这就看你的意思了。换句话就是说，你想怎样让小球回到窗口之内都可以，比如可以让小球从窗口右边跑出去，然后从窗口左边重新跑进来；或者当小球跑到场景之外后，让它直接回到窗口中的某个指定位置，等等。你完全可以按照自己的想法来规定小球的动作，然后去编写代码实现，游戏便会忠实地按照你的想法来执行。其实这就是所谓的游戏规则设计，也是游戏设计的最大乐趣所在，因为此刻你就是造物主，游戏世界将会按照你制定的规则来运转。超有成就感是不是？！

02

让小球回到窗口内

下面考虑这样一种规则，那就是当小球超出窗口边界后，让它重新回到窗口的另一侧。比如，小球如果向右移动时超出了窗口右边界，则让它从窗口左边界出现。

我们将update()修改为如下代码：

def update():

ball.x += 1

if ball.right > WIDTH:

     ball.x = 0

我们把这段代码“翻译”一下，它表示：小球的横坐标先是增加1个单位，如果它的右边超出了窗口右边界，则将它的横坐标设为0。运行看看是什么效果，是不是发现小球乐此不疲地在窗口中跑起来了呢？

好了，我们的小游戏至此就编写完成了，想必你已经了解游戏程序是怎么一回事了。是不是觉得很简单？想不想自己动手试一试呢？

下面给出小游戏的完整源程序。不多不少，刚好十行代码！

WIDTH = 800

HEIGHT = 600

ball = Actor(“breakout_ball”)

def update():

ball.x += 1

if ball.right > WIDTH:

    ball.x = 0

def draw():

screen.fill((255, 255, 255))  

ball.draw()

▍最终运行程序结果

（本文节选自《趣学Python游戏编程》一书）

▍ISBN 978-7-302-54977-2

内容简介

本书是高校教师多年开发经验的结晶之作，深入浅出地讲解使用 Python语言进行游戏开发，帮助读者快速掌握游戏设计的基本原理和方法，同时提高应用 Python语言的编程能力。

全书精选十个游戏案例，涵盖不同的游戏类型，每一章围绕一个经典游戏案例展开，并突出一个游戏编程的主题。本书涉及的主要知识点有游戏循环的原理、鼠标及键盘事件处理、碰撞检测及处理、随机数的运用、定时器的使用、游戏场景的滚动、角色动画的播放、音效及音乐的播放、缓动效果、游戏关卡设计、游戏人工智能的原理及运用等。本书将 Python语法知识及常用的编程技巧糅合在各个游戏案例中介绍，为读者展示 Python语言的实际运用场景。

本书内容安排合理，架构清晰，注重理论与实践相结合，适合作为零基础学习 Python开发初学者的教程，也可作为本科院校及大专院校的教材，还可供职业技术学校和各类游戏培训机构使用。

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