Python实例：小游戏2048

本节教程通过 2048 的小游戏快速、完整地呈现了使用 Python 语言编程的过程，将之前介绍的内容有机地结合在了一起 。2048是一款流行于手机、平板等终端设备上的益智小游戏，最早于 2014 年 3 月发行，主界面如图 1 所示。 

图 1：2048 小游戏的主界面

其游戏规则是：每次可以选择上下左右其中一个方向去滑动，每滑动一次，所有的数字方块都会往滑动的方向靠拢，系统也会在空白的地方随机出现一个数字方块，相同数字的方块在靠拢、相撞时会相加。系统给予的数字方块不是 2 就是 4，玩家要想办法在这小小的 16 格范围中凑出“2048”这个数字方块。

网友总结的游戏技巧有：

• 最大数尽可能放在角落；
• 数字按顺序紧邻排列；
• 首先满足最大数和次大数在的那一列/行是满的；
• 时刻注意活动较大数（32以上）旁边要有相近的数；
• 以大数所在的一行为主要移动方向；
• 不要急于“清理桌面”；
• 根据游戏规则，可以整理出游戏的流程，如图 2 所示。

图 2：2048 小游戏的主要流程

根据流程图，可以将整个游戏程序大致分为三个部分：

1. 程序初始化；
2. 判断用户输入；
3. 进入游戏主循环。

其中第三部分可以继续细分为以下三个部分：

1. 等待操作；
2. 判断操作并处理；
3. 重新开始或退出。

为了游戏界面效果美观，这里使用了 pygame 库。安装 pygame 库的命令如下：

pip install pygame

安装过程如图 3 所示。

图 3：pygame 库安装过程

下面我们继续关注 2048 小游戏。首先来看程序初始化，这里主要完成以下工作：导入所需模块，初始化棋盘和窗口界面，初始化各种组件和变量。根据游戏规则，棋盘大小为 4×4 共 16 格的正方形棋盘，简便起见我们使用二维列表存储每个格子里的数字。

定义棋盘并初始化每个格子存储的数字的语句如下：

以下语句用于初始化窗口的相关属性：

#每个格子的边长，单位：像素(下同)
box_size = 50
#格子之间的间距
box_gap = 5
#中心棋盘区域上边缘离窗口顶部的距离
top_of_window = 100
#中心棋盘区域下边缘离窗口底部的距离
bottom_of_window = 30
#中心棋盘区域左边缘离窗口左边的距离
left_of_window = 2 0
#窗口宽度
window_width = box_size * 4 + box_gap * 5 + left_of_window * 2
#窗口高度
window_height = top_of_window + box_gap * 5 + box_size * 4 + left_of_window + bottom_of_window
#初始化窗口
window = pygame.display.set_mode((window_width, window_height), 0, 32)
#窗口标题
pygame.display.set_caption("2048")
#得分
score = 0
#使用 pygame 内置颜色值定义一些颜色常量
OLDLACE = pygame.color.THECOLORS["oldlacen"]
IVORY = pygame.color.THECOLORS["ivory3"]
BLACK = pygame.color.THECOLORS["black"]
RED = pygame.color.THECOLORS["red"]
RED2 = pygame.color.THECOLORS["red2"]
DARKGOLD = pygame.color.THECOLORS["darkgoldenrodl"]
GOLD = pygame.color.THECOLORS["gold"]
GRAY = pygame.color.THECOLORS["gray41"]
CHOCOLATE = pygame.color.THECOLORS["chocolate"]
CHOCOLATE1 = pygame.color.THECOLORS["chocolate1"]
CORAL = pygame.color.THECOLORS["coral"]
CORAL2 = pygame.color.THECOLORS["coral2"]
ORANGED = pygame.color.THECOLORS["orangered"]
ORANGED2 = pygame.color.THECOLORS["orangered2"]
DARKORANGE = pygame.color.THECOLORS["darkorange"]
DARKORANGE2 = pygame.color.THECOLORS["darkorange2"]
FORESTGREEN = pygame.color.THECOLORS["forestgreen"]
#界面字体
FONTNAME = "SimHei"

绘制棋盘格子主要由 Box 类和 draw_box( ) 函数完成：

class Box:
    def __init__(self, topleft, text, color):
        self.topleft = topleft
        self.text = text
        self.color = color
    def render(self, surface):
        x, y = self.topleft
        #绘制棋盘格
        pygame.draw.rect(surface, self.color, (xz y, box_size, box_ size))
        #定义棋盘格中数字的高度
        text_height = int(box_size * 0.35)
        #设置棋盘格中数字使用的字体
        font_obj = pygame.font.SysFont(FONTNAME, text_height)
        text_surface = font_obj.render(self.text, True, BLACK)
        text_rect = text_surface.get_rect()
        text_rect.center = (x + box_size / 2, y + box_size / 2)
        surface.blit(text_surface, text_rect)
def draw_box():
    giobal board
    #定义棋盘上每个格子中不同数字的颜色
    colors = {0 : (192, 192, 192) , 2 : (176, 224, 230) , 4 : (127, 255, 212), 8 : (135, 206, 235) , 16 : (64, 224, 208),
                   32 : (0, 255, 255), 64 : (0, 201, 87), 128: (50, 205, 50), 256 : (34, 139, 34),
    512 : (0, 255, 127) , 1024 : (61, 145, 64), 2048 : (48, 128, 20), 4096 : (65, 105, 255),
    8192 : (8, 46, 84) , 16384 : (11, 23, 70), 32 768: (25, 25, 112), 65536 : (0, 0, 255) }
    x, y = left_of_window, top_of_window
    size = box_size * 4 + box gap * 5
    pygame.draw.rect(window, BLACK, (x, y, size, size))
    x, y = x + box_gap, y + box_gap
    #使用嵌套循环绘制棋盘上所有格子
    for i in range(4):
        for j in range(4):
            idx = board. [ i ] [ j ]
            if idx == 0:
                text =""
            else :
                text = str(idx)
            if idx > 65536: idx = 65536
            color = colors[idx]
            box = Box((x, y), text, color) box.render(window)
            x += box_size + box_gap
    x = left_of_window + box_gap
    y += box_size + box_gap

接下来需要初始化棋盘上开局的数字，来看 set_random_number( ) 函数：

def set_random_number():
    pool =[]
    for i in range(4):
        for j in range (4):
            if board[i][j] == 0:
                pool. append. ( (if j ))
    m = random.choice(pool)
    pool.remove(m)
    value = random.uniform(0, 1)
    if value < 0.1:
        value = 4
    else :
        value = 2
    board[m[0]][m[1]] = value

其作用是在棋盘上随机选取两个格子，将其值设置为 2 或 4。

以下代码将绘制游戏窗口其余的界面内容：

#显示游戏名称
window.blit(write ("2048", height = 45, color = GOLD), (left_of_ window, left_of_window // 2))
#显示当前得分
window.blit(write("得分", height=14, color=FORESTGREEN), (left_of_window+105, left_of_window//2 + 5))
rect1 = pygame.draw.rect(window, FORESTGREEN, (left_of_window+100, left_of_window//2 + 30, 60, 20))
text1 = write(str(score), height=14, color=GOLD)
text1_rect = text1.get_rect()
text1_rect.center = (left_of_window+100+30, left_of_window//2 + 40)
window.blit(textlf textl_rect)
#显示历史最高分
window.blit(write("最高", height=14, color=FORESTGREEN), (left_of_window+175, left_of_window//2 + 5))
rect2 = pygame.draw.rect(window, FORESTGREEN, (left_of_window+165, left_of_window//2 + 30, 60, 20))
#读取历史最高分
best = read_best()
if best < score:
    best = score
text2 = write(str(best), height=14, color=GOLD)
text2_rect = text2.get_rect()
text2_rect.center = (left_of_window+165+30, left_of_window//2 + 40)
window.blit(text2, text2_rect)
#显示游戏操作提示
window.blit(write("使用上下左右方向键控制", height=16, color=GRAY), (left_of_window, window_height - bottom_of_Window))

判断用户操作并处理是通过无限循环完成的，代码如下：

while True:
    #通过事件机制获取当前用户操作
    for event in pygame.event.get():
        #用户操作为退出窗口或按下ESC键时写入最高分，并退出游戏窗口
        if event.type == QUIT or (event.type == KEYUP and event.key == K_ESCAPE):
            write_best(best)
            pygame.quit ()
            exit ()
        #游戏没有正常结束时监听用户的操作
        elif not gameover:
        #用户按下键盘上的向上方向键
            if event.type == KEYUP and event.key == K_UP:
                up()
               #用户按下键盘上的向下方向键   
            elif event.type ==KEYUP and event.key == K DOWN:
                        down()    
                    #用户按下键盘上的向左方向键    
                    elif event.type ==KEYUP and event.key == K_LEFT:
                        left ()    
                    # 用户按下键盘上的向右方向键    
                    elif event.type ==KEYUP and event.key == K_ RHGHT:
              right ()
                    #开始新游戏
                    if newboard != board:
                        set_random_number()
                        newboard = deepcopy(board) draw_box()
        gameover = is_over()
        rect1 = pygame.draw.rect(window, FORESTGREEN,(left_ of_window+100, left_of_window//2 + 30, 60, 20))
        text1 = write(str(score), height=14, color=GOLD)
        text_rect = text1.get_rect()
        text_rect.center = (left_of_window+100+30Aleft_of_window//2 + 4 0)
        window.blit(text1, text_rect)
        rect2 = pygame.draw.rect(window, FORESTGREEN, (left_of_window+165, left_of_window//2 + 30, 60, 20))
        if best < score:
         best = score
        text2 = write(str(best), height=14, color=GOLD)
        text2_rect = text2.get_rect()
        text2_rect.center = (left_of_window+l65+30, left_of_window//2 + 4 0)
        window.blit(text2, text2_rect)
        #游戏正常结束(即用户合成了 2048或未合成2048但棋盘上已经无法继续下一步操作)
     else :
            write_best(best)
        window.blit(write("游戏结束！ ", height = 40, color = FORESTGREEN), (left_of_windowz window_height // 2))

为了实现游戏效果，还有几个关键函数需要定义：一是对棋盘上的数字求和，用于当用户按下上下左右操作键后合并棋盘上的数字，代码如下：

def combinate(L):
    glbal score
    ans = [0, 0, 0 , 0]
    num =[]
    for i in L:
        if i != 0:
            num. append. (i)
    length = len(num)
#当不为0的数字有4个时
    if length == 4:
    if num[0] == num[1]:
        ans[0] = num[0] + num[1]
        score += ans[0]
        if num[2] == num[3]:
            ans[1] = num[2] + num [3]
            score += ans[1]
        else :
            ans[1]=num[2]
            ans [2]=num[3]
    elif num[1] ==num[2]
        ans [0]= num[0] 
        ans[1]= num[1] + num[2]
        ans [2]= num[3] 
        score += ans[1] 
    elif num[2] ==num[3]
        ans [ 0]= num[0] 
        ans[1]= num[1] 
        ans [2]= num[2] + num[3]
        score += ans[2] 
    else :  
        for i in range(length): 
        ans[i] = num[i]
#当不为0的数字有3个时
    elif length == 3:
        if num[0] == num[1]:
            ans[0] = num[0] + num[1]
            ans[1] = num[2]
            score += ans[0]
    elif num[1] == num[2]:
        ans [0] = num[0]
        ans[1]=num[1] + num[2]
        score += ans[1]
    else :
        for i in range(length):
            ans[i] = num[i]
#当不为0的数字有2个时
    elif length == 2:
        if num[0] == num[1]:
            ans[0] = num[0] + num[1]
            score += ans[0]
    else :
        for i in range(length):
            ans[i] = num[i]
#当不为0的数字只有1个时
    elif length == 1:
        ans[0] = num[0]
    else :
        pass
    return ans

二是用户按下上下左右控制键后对应的操作，需要注意的是，我们定义存放棋盘上数字的列表是行式二维列表，故处理左右键相对容易，只需对左右相邻的数字判断是否应该合并即可，而处理上下键时则需要按照对应的列找到目标数字，再判断是否应该合并。代码如下：

def left():
    for i in range(4):
        temp = combinate (boa:rd [ i ])
        for j in range (4):
            board[i][j] = temp[j]

def right():
    for i in range(4):
        temp = combinate (boaird[i][::-1]
        for j in range (4):
                board[i][3-j] = temp[j]

def up():
    for i in range(4):
        to_comb =[]
        for j in range (4):
            to_comb.append(board[j][i])
        temp = combinate(to_comb)
        for k in range(4):
            board[k][i] = temp[k]

def down():
    for i in range(4):
        to_comb =[]
        for j in range (4):
            to_comb.append(board[3-j][i])
        temp = combina.te(to_comb)
        for k in range (4):
            board[3-k][i] = temp[k]

三是判断游戏是否结束的函数 is_over( )。按照游戏规则，当棋盘上仍然存在空格，或是同一行/列存在相邻且相同的数字时，游戏方可继续进行，否则游戏结束，该函数可做如下定义：

def is_over():
#棋盘上仍然存在空格
    for i in range(4):
        for j in range(4):
            if board[i][j]==0:
                return False

#同一行中存在相邻且相同的数字
    for i in range(4):
        for j in range(3):
            if board[i][j] == board[i][j+1]:
                return False

#同一列中存在相邻且相同的数字
    for i in range(3):
        for j in range(4):
            if board[i][j] == board[i+1][j]:
                return False

    return True

至此，小游戏 2048 的主要内容和关键代码介绍完毕。