使用 Python 的 PyGame 库写一个俄罗斯方块游戏的逐步指南

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在这篇教程中，我们会用 Python 的 PyGame 库写一个简单的俄罗斯方块游戏。里面的算法很简单，但对新手可能有一点挑战性。我们不会太关注 PyGame 的内部原理，而更关注游戏的逻辑。如果你懒得阅读整篇文章，你可以简单地复制粘贴文末的代码。

准备工作

  1. Python 3。这可以从 官方网站 下载。
  2. PyGame。根据你正在使用的操作系统，打开命令提示符或者终端，输入 pip install pygame 或 pip3 install pygame 。
  3. Python 的基本知识。如果有需要，可以看看我的其他博文。

你在安装 Python 或者 PyGame 的时候可能会遇到一些问题，但这超出了本文的范围。请参考 StackOverflow :)

我个人在 Mac 上遇到了没办法在屏幕上显示任何东西的问题，安装某些特定版本的 PyGame 可以解决这个问题： pip install pygame==2.0.0.dev4 。

Figure 类

让我们从 Figure 类开始。我们的目标是储存图形的各种类型和它们的旋转结果。我们当然可以通过矩阵旋转来实现，但是这会让问题变得太复杂了。

所以，我们简单地用这样的列表表示图形：

class Figure:

    figures = [

        [[1, 5, 9, 13], [4, 5, 6, 7]],

        [[1, 2, 5, 9], [0, 4, 5, 6], [1, 5, 9, 8], [4, 5, 6, 10]],

        [[1, 2, 6, 10], [5, 6, 7, 9], [2, 6, 10, 11], [3, 5, 6, 7]],

        [[1, 4, 5, 6], [1, 4, 5, 9], [4, 5, 6, 9], [1, 5, 6, 9]],

        [[1, 2, 5, 6]],

    ]

复制代码

其中，列表第一维度存储图形的类型，第二维度存储它们的旋转结果。每个元素中的数字代表了在 4 × 4 矩阵中填充为实心的位置。例如，[1,5,9,13] 表示一条竖线。为了更好地理解，请参考上面的图片。

作为练习，试着添加一些这里没有的图形，比如 Z 字形。

__init__ 函数如下所示：

class Figure:

    ...

    def __init__(self, x, y):

        self.x = x

        self.y = y

        self.type = random.randint(0, len(self.figures) - 1)

        self.color = random.randint(1, len(colors) - 1)

        self.rotation = 0

复制代码

在这里，我们随机选择一个形状和颜色。

并且，我们需要能够快速地旋转图形并获得当前的旋转结果，为此我们给出这两个简单的方法：

class Figure:

    ...

    def image(self):

        return self.figures[self.type][self.rotation]

    def rotate(self):

        self.rotation = (self.rotation + 1) % len(self.figures[self.type])

复制代码

Tetris 类

我们先用一些变量初始化游戏：

class Tetris:

    level = 2

    score = 0

    state = "start"

    field = []

    height = 0

    width = 0

    x = 100

    y = 60

    zoom = 20

    figure = None

复制代码

其中， state 表示我们是否仍在进行游戏； field 表示游戏的场地，为 0 处表示为空，有颜色值则表示此处有图形（除了仍在下落的）。

我们通过下面这个简单的方法来初始化游戏：

class Tetris:

    ...

    def __init__(self, height, width):

        self.height = height

        self.width = width

        for i in range(height):

            new_line = []

            for j in range(width):

                new_line.append(0)

            self.field.append(new_line)

复制代码

这会创建一个大小为 height x width 的场地。

创建一个新的图形，并把它定位到坐标 (3, 0) 是很简单的：

class Tetris:

    ...

    def new_figure(self):

        self.figure = Figure(3, 0)

复制代码

更有意思的函数是检查目前正在下落的图形是否与已经固定的相交。这种情形可能在图形向左、向右、向下或者旋转时发生。

class Tetris:

    ...

    def intersects(self):

        intersection = False

        for i in range(4):

            for j in range(4):

                if i * 4 + j in self.figure.image():

                    if i + self.figure.y > self.height - 1 or \

                            j + self.figure.x > self.width - 1 or \

                            j + self.figure.x < 0 or \

                            self.field[i + self.figure.y][j + self.figure.x] > 0:

                        intersection = True

        return intersection

复制代码

这很简单：我们遍历并检查当前图形的 4 × 4 矩阵的每个格子，不管它是否超出了游戏的边界或者或者与场地已填充的块重合。我们还检查 self.field[..][..] > 0 ，因为场地的那一块可能有颜色。如果那里是 0，就说明那一块是空的，那就没问题。

有了这个函数，我们就可以检查是否可以移动或旋转图形了。如果它向下移动并且满足相交，那就说明我们已经到底了，所以我们需要 “冻结” 场地上的这个图形：

class Tetris:

    ...

    def freeze(self):

        for i in range(4):

            for j in range(4):

                if i * 4 + j in self.figure.image():

                    self.field[i + self.figure.y][j + self.figure.x] = self.figure.color

        self.break_lines()

        self.new_figure()

        if self.intersects():

            game.state = "gameover"

复制代码

冻结以后，我们需要检查有没有已填满的、需要删除的水平线。然后创建一个新的图形，如果它刚创建就满足相交，那就 Game Over 了 :) 。

检查填满的水平线相当简单直接，但注意，删除水平线需要由下而上地进行：

class Tetris:

    ...

    def break_lines(self):

        lines = 0

        for i in range(1, self.height):

            zeros = 0

            for j in range(self.width):

                if self.field[i][j] == 0:

                    zeros += 1

            if zeros == 0:

                lines += 1

                for i1 in range(i, 1, -1):

                    for j in range(self.width):

                        self.field[i1][j] = self.field[i1 - 1][j]

        self.score += lines ** 2

复制代码

现在，我们还差移动的方法：

class Tetris:

    ...

    def go_space(self):

        while not self.intersects():

            self.figure.y += 1

        self.figure.y -= 1

        self.freeze()

    def go_down(self):

        self.figure.y += 1

        if self.intersects():

            self.figure.y -= 1

            self.freeze()

    def go_side(self, dx):

        old_x = self.figure.x

        self.figure.x += dx

        if self.intersects():

            self.figure.x = old_x

    def rotate(self):

        old_rotation = self.figure.rotation

        self.figure.rotate()

        if self.intersects():

            self.figure.rotation = old_rotation

复制代码

如你所见， go_space 方法重复了 go_down 的，但它会一直向下运动直到接触到场景底部或者某个固定的图形。

并且在每个方法中，我们记忆了之前的位置，改变坐标，然后检查是否满足相交。如果有相交，我们就回退到前一个状态。

PyGame 和完整的代码

我们快搞定了！

还剩下一些游戏循环和 PyGame 方面的逻辑。所以，现在一起看看完整的代码吧：

import pygame

import random

colors = [

    (0, 0, 0),

    (120, 37, 179),

    (100, 179, 179),

    (80, 34, 22),

    (80, 134, 22),

    (180, 34, 22),

    (180, 34, 122),

]

class Figure:

    x = 0

    y = 0

    figures = [

        [[1, 5, 9, 13], [4, 5, 6, 7]],

        [[1, 2, 5, 9], [0, 4, 5, 6], [1, 5, 9, 8], [4, 5, 6, 10]],

        [[1, 2, 6, 10], [5, 6, 7, 9], [2, 6, 10, 11], [3, 5, 6, 7]],

        [[1, 4, 5, 6], [1, 4, 5, 9], [4, 5, 6, 9], [1, 5, 6, 9]],

        [[1, 2, 5, 6]],

    ]

    def __init__(self, x, y):

        self.x = x

        self.y = y

        self.type = random.randint(0, len(self.figures) - 1)

        self.color = random.randint(1, len(colors) - 1)

        self.rotation = 0

    def image(self):

        return self.figures[self.type][self.rotation]

    def rotate(self):

        self.rotation = (self.rotation + 1) % len(self.figures[self.type])

class Tetris:

    level = 2

    score = 0

    state = "start"

    field = []

    height = 0

    width = 0

    x = 100

    y = 60

    zoom = 20

    figure = None

    def __init__(self, height, width):

        self.height = height

        self.width = width

        for i in range(height):

            new_line = []

            for j in range(width):

                new_line.append(0)

            self.field.append(new_line)

    def new_figure(self):

        self.figure = Figure(3, 0)

    def intersects(self):

        intersection = False

        for i in range(4):

            for j in range(4):

                if i * 4 + j in self.figure.image():

                    if i + self.figure.y > self.height - 1 or \

                            j + self.figure.x > self.width - 1 or \

                            j + self.figure.x < 0 or \

                            self.field[i + self.figure.y][j + self.figure.x] > 0:

                        intersection = True

        return intersection

    def break_lines(self):

        lines = 0

        for i in range(1, self.height):

            zeros = 0

            for j in range(self.width):

                if self.field[i][j] == 0:

                    zeros += 1

            if zeros == 0:

                lines += 1

                for i1 in range(i, 1, -1):

                    for j in range(self.width):

                        self.field[i1][j] = self.field[i1 - 1][j]

        self.score += lines ** 2

    def go_space(self):

        while not self.intersects():

            self.figure.y += 1

        self.figure.y -= 1

        self.freeze()

    def go_down(self):

        self.figure.y += 1

        if self.intersects():

            self.figure.y -= 1

            self.freeze()

    def freeze(self):

        for i in range(4):

            for j in range(4):

                if i * 4 + j in self.figure.image():

                    self.field[i + self.figure.y][j + self.figure.x] = self.figure.color

        self.break_lines()

        self.new_figure()

        if self.intersects():

            game.state = "gameover"

    def go_side(self, dx):

        old_x = self.figure.x

        self.figure.x += dx

        if self.intersects():

            self.figure.x = old_x

    def rotate(self):

        old_rotation = self.figure.rotation

        self.figure.rotate()

        if self.intersects():

            self.figure.rotation = old_rotation

# 初始化游戏引擎

pygame.init()

# 定义一些颜色

BLACK = (0, 0, 0)

WHITE = (255, 255, 255)

GRAY = (128, 128, 128)

size = (400, 500)

screen = pygame.display.set_mode(size)

pygame.display.set_caption("Tetris")

# 循环，直到用户点击关闭按钮

done = False

clock = pygame.time.Clock()

fps = 25

game = Tetris(20, 10)

counter = 0

pressing_down = False

while not done:

    if game.figure is None:

        game.new_figure()

    counter += 1

    if counter > 100000:

        counter = 0

    if counter % (fps // game.level // 2) == 0 or pressing_down:

        if game.state == "start":

            game.go_down()

    for event in pygame.event.get():

        if event.type == pygame.QUIT:

            done = True

        if event.type == pygame.KEYDOWN:

            if event.key == pygame.K_UP:

                game.rotate()

            if event.key == pygame.K_DOWN:

                pressing_down = True

            if event.key == pygame.K_LEFT:

                game.go_side(-1)

            if event.key == pygame.K_RIGHT:

                game.go_side(1)

            if event.key == pygame.K_SPACE:

                game.go_space()

        if event.type == pygame.KEYUP:

            if event.key == pygame.K_DOWN:

                pressing_down = False

    screen.fill(WHITE)

    for i in range(game.height):

        for j in range(game.width):

            pygame.draw.rect(screen, GRAY, [game.x + game.zoom * j, game.y + game.zoom * i, game.zoom, game.zoom], 1)

            if game.field[i][j] > 0:

                pygame.draw.rect(screen, colors[game.field[i][j]],

                                 [game.x + game.zoom * j + 1, game.y + game.zoom * i + 1, game.zoom - 2, game.zoom - 1])

    if game.figure is not None:

        for i in range(4):

            for j in range(4):

                p = i * 4 + j

                if p in game.figure.image():

                    pygame.draw.rect(screen, colors[game.figure.color],

                                     [game.x + game.zoom * (j + game.figure.x) + 1,

                                      game.y + game.zoom * (i + game.figure.y) + 1,

                                      game.zoom - 2, game.zoom - 2])

    font = pygame.font.SysFont('Calibri', 25, True, False)

    font1 = pygame.font.SysFont('Calibri', 65, True, False)

    text = font.render("Score: " + str(game.score), True, BLACK)

    text_game_over = font1.render("Game Over :( ", True, (255, 0, 0))

    screen.blit(text, [0, 0])

    if game.state == "gameover":

        screen.blit(text_game_over, [10, 200])

    pygame.display.flip()

    clock.tick(fps)

pygame.quit()

复制代码

试试复制然后粘贴到一个 py 文件里。运行，然后享受游戏吧！ :)

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