python编写2048小游戏 教程

本实验仅用200行的 python 代码完成2048小游戏的编写。通过本实验将学习 Python 基本知识，状态机的概念，以及编写 python 游戏的步骤。为 Python 的进阶课程，需要用户具有 Python 的语法基础。

 

一、实验介绍

2048 是 20 岁的 Gabriele Cirulli 开发的一款数字游戏，曾风靡一时。这次实验我们用 200 行 Python 代码，在终端环境中实现一个 2048 规则的小游戏。

 

实验知识点

本节实验中将学习和实践以下知识点：

• Python 基本知识
• curses 终端图形编程库
• random 随机数模块
• collections 容器数据类型库
• 状态机的概念

 

适合人群

本课程通过 Python 实现了一个在终端上运行的 2048 小游戏，体现了 Python 语法的简洁和强大。适合已经有 Python 基础，想要通过挑战进一步提高自己 Python 编码能力的同学。

 

二、实验步骤

在 /home/shiyanlou/ 目录下创建游戏文件 2048.py

首先导入需要的包：

# curses 用来在终端上显示图形界面
import curses
# random 模块用来生成随机数
from random import randrange, choice
# collections 提供了一个字典的子类 defaultdict。可以指定 key 值不存在时，value 的默认值。
from collections import defaultdict

 

1、主逻辑

 

用户行为

所有的有效输入都可以转换为"上，下，左，右，游戏重置，退出"这六种行为，用 actions 表示

actions = ['Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Restart', 'Exit']

有效输入键是最常见的 W（上），A（左），S（下），D（右），R（重置），Q（退出），这里要考虑到大写键开启的情况，获得有效键值列表：

# ord() 函数以一个字符作为参数，返回参数对应的 ASCII 数值，便于和后面捕捉的键位关联
letter_codes = [ord(ch) for ch in 'WASDRQwasdrq']

 

将输入与行为进行关联：

actions_dict = dict(zip(letter_codes, actions * 2))

# actions_dict 的输出结果为
{87: 'Up', 65: 'Left', 83: 'Down', 68: 'Right', 82: 'Restart', 81: 'Exit', 119: 'Up', 97: 'Left', 115: 'Down', 100: 'Right', 114: 'Restart', 113: 'Exit'}

 

状态机

处理游戏主逻辑的时候我们会用到一种十分常用的技术：状态机，或者更准确的说是有限状态机（FSM）

你会发现 2048 游戏很容易就能分解成几种状态的转换。

state 存储当前状态， state_actions 这个词典变量作为状态转换的规则，它的 key 是状态，value 是返回下一个状态的函数：

• Init: init()
• Game
• Game: game()
• Game
• Win
• GameOver
• Exit
• Win: lambda: not_game('Win')
• Init
• Exit
• Gameover: lambda: not_game('Gameover')
• Init
• Exit
• Exit: 退出循环

状态机会不断循环，直到达到 Exit 终结状态结束程序。

下面我们来理清主逻辑的代码： （代码不完整的地方会在后面补全）

 

init函数用来初始化我们的游戏棋盘，使游戏变成初始状态。

def init():
        ''' 初始化游戏棋盘 '''
        return 'Game'

 

not_game函数表示的是游戏结束时的状态。游戏结束时，只有胜利和失败两种结果。在展示这两种结果的同时，我们还需要为玩家提供“Restart”和“Exit”功能。

 def not_game(state):
        '''展示游戏结束界面。
        读取用户输入得到 action，判断是重启游戏还是结束游戏
        '''
        # defaultdict 参数是 callable 类型，所以需要传一个函数
        responses = defaultdict(lambda: state)
        # 在字典中新建两个键值对
        responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init', 'Exit'
        return responses[action]

这里 defaultdict 作用是生成一个特殊的字典 responses。 在普通的字典里，我们都知道如果使用字典里不存在的 key 来取 value，程序就会报错。

但在 defaultdict 生成的特殊字典里，如果要取的 key 不存在，程序不仅不会报错，还能取到一个我们设定的默认 value 值。

也就是说，在 responses 这个特殊字典里，responses[action] 在 action 为 'Restart' 、'Exit' 这两种行为时分别对应 'Init' 和 'Exit' 状态。

在 keyaction 为 actions = ['Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Restart', 'Exit'] 中的其他行为时，对应的都是默认的 valuestate。

这样一来，在游戏结束界面，玩家输入 r 和 q 以外的键位都不能对游戏界面造成影响。

 

（如果对 defaultdict 的作用仍感到疑惑，可以自己在新建一个 py 文件试试）

game函数表示的是游戏进行时的状态，在不重新开始或退出的情况下，只要游戏没有胜利或失败，就会一直处于游戏状态。

def game():
        '''画出当前棋盘状态
        读取用户输入得到 action
        '''
        if action == 'Restart':
            return 'Init'
        if action == 'Exit':
            return 'Exit'
        # if 成功移动了一步:
            if 游戏胜利了:
                return 'Win'
            if 游戏失败了:
                return 'Gameover'
        return 'Game'

这里同样会获取用户输入得到 action。 当 action 为 'Restart'、'Exit'时会执行“Restart”、“Exit”功能。

不同的是，当 action 为 'Up'、'Left'、'Down'、'Right' 行为时，棋盘会进行相应移动一次，然后判断游戏是否结束。如果结束就返回相应的结束状态，没有结束就返回状态 'Game'，表示还在游戏进行状态。

 

状态机循环

state_actions = {
            'Init': init,
            'Win': lambda: not_game('Win'),
            'Gameover': lambda: not_game('Gameover'),
            'Game': game
    }

    state = 'Init'

    # 状态机开始循环
    while state != 'Exit':
        state = state_actions[state]()

这里我们先定义了一个字典 state_actions，让 Init、Win、Gameover、Game 四个状态作为 key 对应四个函数作为 value。

因为字典 state_actionsvalue 里函数的返回值为 Init、Win、Gameover、Game、Exit中的一个。

所以状态机会一直循环，直到 state 等于 Exit 时退出。

 

这些就是主逻辑的主要代码：

def main(stdscr):

    def init():
        # 初始化游戏棋盘
        return 'Game'

    def not_game(state):
        '''画出 GameOver 或者 Win 的界面
        读取用户输入得到 action，判断是重启游戏还是结束游戏
        '''
        # 默认是当前状态，没有'Restart'或'Exit'行为就会一直保持当前状态
        responses = defaultdict(lambda: state)
        # 新建键值对，将行为和状态对应
        responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init', 'Exit'
        return responses[action]

    def game():
        # 画出当前棋盘状态
        # 读取用户输入得到 action
        if action == 'Restart':
            return 'Init'
        if action == 'Exit':
            return 'Exit'
        # if 成功移动了一步:
            if 游戏胜利了:
                return 'Win'
            if 游戏失败了:
                return 'Gameover'
        return 'Game'


    state_actions = {
            'Init': init,
            'Win': lambda: not_game('Win'),
            'Gameover': lambda: not_game('Gameover'),
            'Game': game
    }

    state = 'Init'

    # 状态机开始循环
    while state != 'Exit':
        state = state_actions[state]()

 

2、用户输入处理

阻塞＋循环，直到获得用户有效输入才返回对应行为：

def get_user_action(keyboard):    
    char = "N"
    while char not in actions_dict:  
        # 返回按下键位的 ASCII　码值
        char = keyboard.getch()
    # 返回输入键位对应的行为
    return actions_dict[char]

 

3、创建棋盘

初始化棋盘的参数，可以指定棋盘的高和宽以及游戏胜利条件，默认是最经典的 4x4～2048。

class GameField(object):
    def __init__(self, height=4, width=4, win=2048):
        self.height = height       # 高
        self.width = width         # 宽
        self.win_value = 2048      # 过关分数
        self.score = 0             # 当前分数
        self.highscore = 0         # 最高分
        self.reset()               # 棋盘重置

 

4、棋盘操作

随机生成一个 2 或者 4

def spawn(self):
    # 从 100 中取一个随机数，如果这个随机数大于 89，new_element 等于 4，否则等于 2
    new_element = 4 if randrange(100) > 89 else 2
    # 得到一个随机空白位置的元组坐标
    (i,j) = choice([(i,j) for i in range(self.width) for j in range(self.height) if self.field[i][j] == 0])
    self.field[i][j] = new_element

按照游戏规则，这里需要在棋盘中随机找到一个空白的位置，并在这个位置上随机生成一个 2 或 4。
于是，我们用到了 random 库的 randrange 和 choice 方法。randrange 用法参考上面代码块中的注释。
choice 方法会从一个非空的序列（list、str、tuple 等）中随机返回一个元素。可是我们需要知道象征着棋盘的这个二维数组的 i 和 j 才能确定棋盘上的位置。

因此，在上面的代码中，我们往 choice 方法中传入一个列表，并在列表生成式中将二维数组变成一个以 (i,j) 为元素的列表，同时排除掉非零的位置。

 

重置棋盘

def reset(self):
    # 更新分数
    if self.score > self.highscore:
        self.highscore = self.score
    self.score = 0
    # 初始化游戏开始界面
    self.field = [[0 for i in range(self.width)] for j in range(self.height)]
    self.spawn()
    self.spawn()

reset 方法在棋盘初始化的时候被调用。它的主要作用是将棋盘所有位置元素复原为 0，然后再在随机位置生成游戏初始的数值。

 

一行向左合并

(注：这一操作是在 move 内定义的，拆出来是为了方便阅读)

def move_row_left(row):
    def tighten(row):
        '''把零散的非零单元挤到一块'''
        # 先将非零的元素全拿出来加入到新列表
        new_row = [i for i in row if i != 0]
        # 按照原列表的大小，给新列表后面补零
        new_row += [0 for i in range(len(row) - len(new_row))]
        return new_row

    def merge(row):
        '''对邻近元素进行合并'''
        pair = False
        new_row = []
        for i in range(len(row)):
            if pair:
                # 合并后，加入乘 2 后的元素在 0 元素后面
                new_row.append(2 * row[i])
                # 更新分数
                self.score += 2 * row[i]
                pair = False
            else:
                # 判断邻近元素能否合并
                if i + 1 < len(row) and row[i] == row[i + 1]:
                    pair = True
                    # 可以合并时，新列表加入元素 0
                    new_row.append(0)
                else:
                    # 不能合并，新列表中加入该元素
                    new_row.append(row[i])
        # 断言合并后不会改变行列大小，否则报错
        assert len(new_row) == len(row)
        return new_row
    # 先挤到一块再合并再挤到一块
    return tighten(merge(tighten(row)))

 

矩阵转置与矩阵逆转

加入这两个操作可以大大节省我们的代码量，减少重复劳动。

矩阵转置：

 

对于像我们棋盘一样，4 × 4 的二维矩阵，我们可以直接利用 Python 内置的 zip(*) 方法来进行矩阵转置。

def transpose(field):
    return [list(row) for row in zip(*field)]

 

矩阵逆转（不是逆矩阵）：

这里只是将矩阵的每一行倒序，和逆矩阵的概念无关。

def invert(field):
    return [row[::-1] for row in field]

 

棋盘走一步

通过对矩阵进行转置与逆转，可以直接从左移得到其余三个方向的移动操作

(注：这里省略 move 函数里的部分代码)

def move(self, direction):
    # 创建 moves 字典，把不同的棋盘操作作为不同的 key，对应不同的方法函数
    moves = {}
    moves['Left']  = lambda field: [move_row_left(row) for row in field]
    moves['Right'] = lambda field: invert(moves['Left'](invert(field)))
    moves['Up']    = lambda field: transpose(moves['Left'](transpose(field)))
    moves['Down']  = lambda field: transpose(moves['Right'](transpose(field)))
    # 判断棋盘操作是否存在且可行
    if direction in moves:
        if self.move_is_possible(direction):
            self.field = moves[direction](self.field)
            self.spawn()
            return True
        else:
            return False

在 moves 字典中有 Left、Right、Up、Down 四个 key 对应四种棋盘操作。

我们先判断传进来作为 key 的 direction 操作是否存在 move 字典中。如果存在的话，我们再用 move_is_possible 方法判断这个操作是否能在棋盘执行。

这两个判断都通过后，就会对棋盘进行相应移动操作。

这里的难点在于理解矩阵转置和逆转后和原矩阵的关系。如果想不明白，可以在纸上画出变化前后的矩阵对比。

 

判断输赢

def is_win(self):
    # 任意一个位置的数大于设定的 win 值时，游戏胜利
    return any(any(i >= self.win_value for i in row) for row in self.field)

def is_gameover(self):
    # 无法移动和合并时，游戏失败
    return not any(self.move_is_possible(move) for move in actions)

在 is_win 函数方法中，我们使用了 Python 内置的 any 函数，any 接收一个可迭代对象作为参数(iterable),返回 bool 值。

这里的 any 里面嵌套了另一个 any，里层的 any 传入了每一行的元素并依次比较这一行的每个元素与 self.win_value 的大小，如果有任何一个元素大于 self.win_value，就返回 True,否则返回 False；外层的 any 传入的是矩阵每一行元素在内层 any 里处理后返回的 bool 值，如果有任何一个 bool 值为 True，外层的 any 就返回 True。

is_gameover 函数用来判断游戏是否结束。当上下左右四个方向都不能移动时，游戏结束。

 

判断能否移动

def move_is_possible(self, direction):
    '''传入要移动的方向
    判断能否向这个方向移动
    '''
    def row_is_left_movable(row):
        '''判断一行里面能否有元素进行左移动或合并
        '''
        def change(i):
            # 当左边有空位（0），右边有数字时，可以向左移动
            if row[i] == 0 and row[i + 1] != 0:
                return True
            # 当左边有一个数和右边的数相等时，可以向左合并
            if row[i] != 0 and row[i + 1] == row[i]:
                return True
            return False
        return any(change(i) for i in range(len(row) - 1))

    # 检查能否移动（合并也可以看作是在移动）
    check = {}
    # 判断矩阵每一行有没有可以左移动的元素
    check['Left']  = lambda field: any(row_is_left_movable(row) for row in field)
    # 判断矩阵每一行有没有可以右移动的元素。这里只用进行判断，所以矩阵变换之后，不用再变换复原
    check['Right'] = lambda field: check['Left'](invert(field))

    check['Up']    = lambda field: check['Left'](transpose(field))

    check['Down']  = lambda field: check['Right'](transpose(field))

    # 如果 direction 是“左右上下”即字典 check 中存在的操作，那就执行它对应的函数
    if direction in check:
        # 传入矩阵，执行对应函数 
        return check[direction](self.field)
    else:
        return False

在 move_is_possible 函数中，我们只用实现判断能否向左移动的代码，然后同样利用矩阵的转置和逆转来转换矩阵，完成能否向其他方向移动的判断。

 

5、绘制游戏界面

（注：这一步是在棋盘类内定义的）

def draw(self, screen):
    help_string1 = '(W)Up (S)Down (A)Left (D)Right'
    help_string2 = '     (R)Restart (Q)Exit'
    gameover_string = '           GAME OVER'
    win_string = '          YOU WIN!'

    # 绘制函数
    def cast(string):
        # addstr() 方法将传入的内容展示到终端
        screen.addstr(string + '\n')

    # 绘制水平分割线的函数
    def draw_hor_separator():
        line = '+' + ('+------' * self.width + '+')[1:]
        cast(line)

    # 绘制竖直分割线的函数
    def draw_row(row):
        cast(''.join('|{: ^5} '.format(num) if num > 0 else '|      ' for num in row) + '|')

    # 清空屏幕
    screen.clear()
    # 绘制分数和最高分
    cast('SCORE: ' + str(self.score))
    if 0 != self.highscore:
        cast('HIGHSCORE: ' + str(self.highscore))

    # 绘制行列边框分割线
    for row in self.field:
        draw_hor_separator()
        draw_row(row)
    draw_hor_separator()

    # 绘制提示文字
    if self.is_win():
        cast(win_string)
    else:
        if self.is_gameover():
            cast(gameover_string)
        else:
            cast(help_string1)
    cast(help_string2)

这部分代码的关键在于 cast 函数。在 draw 函数传入的 screen 参数表示绘画的窗体对象，这里我们先记住 screen.addstr() 的作用是绘制字符，screen.clear() 的作用是清空屏幕，达到刷新的目的。在下一部分主逻辑后面，我们再结合两部分内容来理解 curses 库的用法。

 

6、完成主逻辑

完成以上工作后，我们就可以补完主逻辑了！

def main(stdscr):
    def init():
        # 重置游戏棋盘
        game_field.reset()
        return 'Game'

    def not_game(state):
        # 根据状态画出游戏的界面
        game_field.draw(stdscr)
        # 读取用户输入得到 action，判断是重启游戏还是结束游戏
        action = get_user_action(stdscr)
        # 如果没有 'Restart' 和 'Exit' 的 action，将一直保持现有状态
        responses = defaultdict(lambda: state)
        responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init', 'Exit'
        return responses[action]

    def game():
        # 根据状态画出游戏的界面
        game_field.draw(stdscr)
        # 读取用户输入得到 action
        action = get_user_action(stdscr)

        if action == 'Restart':
            return 'Init'
        if action == 'Exit':
            return 'Exit'
        if game_field.move(action):  # move successful
            if game_field.is_win():
                return 'Win'
            if game_field.is_gameover():
                return 'Gameover'
        return 'Game'


    state_actions = {
            'Init': init,
            'Win': lambda: not_game('Win'),
            'Gameover': lambda: not_game('Gameover'),
            'Game': game
        }
    # 使用颜色配置默认值
    curses.use_default_colors()

    # 实例化游戏界面对象并设置游戏获胜条件为 2048
    game_field = GameField(win=2048)


    state = 'Init'

    # 状态机开始循环
    while state != 'Exit':
        state = state_actions[state]()

curses.wrapper(main)

这里的主要内容在实验的开始就分析过了。

所以我们来结合上一部分出现的 screen.addstr() 和 screen.clear() 理解 curses 库的用法。

 

首先， curses.wrapper 函数会激活并初始化终端进入 'curses 模式'。

在这个模式下会禁止输入的字符显示在终端上、禁止终端程序的行缓冲（line buffering），即字符在输入时就可以使用，不需要遇到换行符或回车。

接着，curses.wrapper 函数需要传一个函数作为参数，这个传进去的函数必须满足第一个参数为主窗体（main window） stdscr。 在前面的代码里，可以看到我们给 curses.wrapper(main) 的 main 函数中传入了一个 stdscr。

最后，stdscr 作为 window.addstr(str)、window.clear() 方法的调用需要窗体对象（window object），在 game_field.draw(stdscr) 中传入 draw 方法中。

 

7、运行

最后在终端运行：

$ python3 2048.py

注意：

如果你在Windows上运行的时候，报错“ModuleNotFoundError: No module named '_curses'”，

请查看：Windows下Python的Curses库出错：No module named '_curses' 原因与解决方法

 

三、200行python编写2048小游戏 完整代码如下：

# -*- coding: utf-8 -*-

import curses
from random import randrange, choice  # generate and place new tile
from collections import defaultdict

letter_codes = [ord(ch) for ch in 'WASDRQwasdrq']
# print(letter_codes)
actions = ['Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Restart', 'Exit']
actions_dict = dict(zip(letter_codes, actions * 2))


# print(actions_dict)

def get_user_action(keyboard):
    char = 'N'
    while char not in actions_dict:
        # 返回按下键的 ascii 码值
        char = keyboard.getch()

    return actions_dict[char]


def transpose(field):
    return [list(row) for row in zip(*field)]


def invert(field):
    return [row[::-1] for row in field]


class GameField(object):
    def __init__(self, height=4, width=4, win=2048):
        self.height = height
        self.width = width
        self.win_value = win
        self.score = 0
        self.highscore = 0
        self.reset()

    def reset(self):
        if self.score > self.highscore:
            self.highscore = self.score
        self.score = 0
        self.field = [[0 for i in range(self.width)] for j in range(self.height)]
        self.spawn()
        self.spawn()

    def move(self, direction):
        def move_row_left(row):
            def tighten(row):  # squeese non-zero elements together
                new_row = [i for i in row if i != 0]
                new_row += [0 for i in range(len(row) - len(new_row))]
                return new_row

            def merge(row):
                pair = False
                new_row = []
                for i in range(len(row)):
                    if pair:
                        new_row.append(2 * row[i])
                        self.score += 2 * row[i]
                        pair = False
                    else:
                        if i + 1 < len(row) and row[i] == row[i + 1]:
                            pair = True
                            new_row.append(0)
                        else:
                            new_row.append(row[i])
                assert len(new_row) == len(row)
                return new_row

            return tighten(merge(tighten(row)))

        moves = {}
        moves['Left'] = lambda field: [move_row_left(row) for row in field]
        moves['Right'] = lambda field: invert(moves['Left'](invert(field)))
        moves['Up'] = lambda field: transpose(moves['Left'](transpose(field)))
        moves['Down'] = lambda field: transpose(moves['Right'](transpose(field)))

        if direction in moves:
            if self.move_is_possible(direction):
                self.field = moves[direction](self.field)
                self.spawn()
                return True
            else:
                return False

    def is_win(self):
        return any(any(i >= self.win_value for i in row) for row in self.field)

    def is_gameover(self):
        return not any(self.move_is_possible(move) for move in actions)

    def draw(self, screen):
        help_string1 = '(W)Up (S)Down (A)Left (D)Right'
        help_string2 = '     (R)Restart (Q)Exit'
        gameover_string = '           GAME OVER'
        win_string = '          YOU WIN!'

        def cast(string):
            screen.addstr(string + '\n')

        def draw_hor_separator():
            line = '+' + ('+------' * self.width + '+')[1:]
            separator = defaultdict(lambda: line)
            if not hasattr(draw_hor_separator, "counter"):
                draw_hor_separator.counter = 0
            cast(separator[draw_hor_separator.counter])
            draw_hor_separator.counter += 1

        def draw_row(row):
            cast(''.join('|{: ^5} '.format(num) if num > 0 else '|      ' for num in row) + '|')

        screen.clear()
        cast('SCORE: ' + str(self.score))
        if 0 != self.highscore:
            cast('HIGHSCORE: ' + str(self.highscore))
        for row in self.field:
            draw_hor_separator()
            draw_row(row)
        draw_hor_separator()
        if self.is_win():
            cast(win_string)
        else:
            if self.is_gameover():
                cast(gameover_string)
            else:
                cast(help_string1)
        cast(help_string2)

    def spawn(self):
        new_element = 4 if randrange(100) > 89 else 2
        (i, j) = choice([(i, j) for i in range(self.width) for j in range(self.height) if self.field[i][j] == 0])
        self.field[i][j] = new_element

    def move_is_possible(self, direction):
        def row_is_left_movable(row):
            def change(i):  # true if there'll be change in i-th tile
                if row[i] == 0 and row[i + 1] != 0:  # Move
                    return True
                if row[i] != 0 and row[i + 1] == row[i]:  # Merge
                    return True
                return False

            return any(change(i) for i in range(len(row) - 1))

        check = {}
        check['Left'] = lambda field: \
            any(row_is_left_movable(row) for row in field)

        check['Right'] = lambda field: \
            check['Left'](invert(field))

        check['Up'] = lambda field: \
            check['Left'](transpose(field))

        check['Down'] = lambda field: \
            check['Right'](transpose(field))

        if direction in check:
            return check[direction](self.field)
        else:
            return False


def main(stdscr):
    def init():
        # 重置游戏棋盘
        game_field.reset()
        return 'Game'

    def not_game(state):
        # 画出 GameOver 或者 Win 的界面
        # 怎么画出的
        game_field.draw(stdscr)
        # 读取用户输入得到action，判断是重启游戏还是结束游戏
        #
        action = get_user_action(stdscr)
        responses = defaultdict(lambda: state)  # 默认是当前状态，没有行为就会一直在当前界面循环
        responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init', 'Exit'  # 对应不同的行为转换到不同的状态
        return responses[action]

    def game():
        # 画出当前棋盘状态
        game_field.draw(stdscr)
        # 读取用户输入得到action
        action = get_user_action(stdscr)

        if action == 'Restart':
            return 'Init'
        if action == 'Exit':
            return 'Exit'
        if game_field.move(action):  # move successful
            if game_field.is_win():
                return 'Win'
            if game_field.is_gameover():
                return 'Gameover'
        return 'Game'

    state_actions = {
        'Init': init,
        'Win': lambda: not_game('Win'),
        'Gameover': lambda: not_game('Gameover'),
        'Game': game
    }

    curses.use_default_colors()

    # 设置终结状态最大数值为 32
    game_field = GameField(win=32)

    state = 'Init'

    # 状态机开始循环
    while state != 'Exit':
        state = state_actions[state]()


curses.wrapper(main)

 

四、用面向对象方法重构 200行python编写2048小游戏 完整代码如下：

# -*- coding: utf-8 -*-
import random
import curses
from itertools import chain


class Action(object):

    UP = 'up'
    LEFT = 'left'
    DOWN = 'down'
    RIGHT = 'right'
    RESTART = 'restart'
    EXIT = 'exit'

    letter_codes = [ord(ch) for ch in 'WASDRQwasdrq']
    actions = [UP, LEFT, DOWN, RIGHT, RESTART, EXIT]
    actions_dict = dict(zip(letter_codes, actions * 2))

    def __init__(self, stdscr):
        self.stdscr = stdscr

    def get(self):
        char = "N"
        while char not in self.actions_dict:
            char = self.stdscr.getch()
        return self.actions_dict[char]


class Grid(object):

    def __init__(self, size):
        self.size = size
        self.cells = None
        self.reset()

    def reset(self):
        self.cells = [[0 for i in range(self.size)] for j in range(self.size)]
        self.add_random_item()
        self.add_random_item()

    def add_random_item(self):
        empty_cells = [(i, j) for i in range(self.size) for j in range(self.size) if self.cells[i][j] == 0]
        (i, j) = random.choice(empty_cells)
        self.cells[i][j] = 4 if random.randrange(100) >= 90 else 2

    def transpose(self):
        self.cells = [list(row) for row in zip(*self.cells)]

    def invert(self):
        self.cells = [row[::-1] for row in self.cells]

    @staticmethod
    def move_row_left(row):
        def tighten(row):
            new_row = [i for i in row if i != 0]
            new_row += [0 for i in range(len(row) - len(new_row))]
            return new_row

        def merge(row):
            pair = False
            new_row = []
            for i in range(len(row)):
                if pair:
                    new_row.append(2 * row[i])
                    # self.score += 2 * row[i]
                    pair = False
                else:
                    if i + 1 < len(row) and row[i] == row[i + 1]:
                        pair = True
                        new_row.append(0)
                    else:
                        new_row.append(row[i])
            assert len(new_row) == len(row)
            return new_row
        return tighten(merge(tighten(row)))

    def move_left(self):
        self.cells = [self.move_row_left(row) for row in self.cells]

    def move_right(self):
        self.invert()
        self.move_left()
        self.invert()

    def move_up(self):
        self.transpose()
        self.move_left()
        self.transpose()

    def move_down(self):
        self.transpose()
        self.move_right()
        self.transpose()

    @staticmethod
    def row_can_move_left(row):
        def change(i):
            if row[i] == 0 and row[i + 1] != 0:
                return True
            if row[i] != 0 and row[i + 1] == row[i]:
                return True
            return False
        return any(change(i) for i in range(len(row) - 1))

    def can_move_left(self):
        return any(self.row_can_move_left(row) for row in self.cells)

    def can_move_right(self):
        self.invert()
        can = self.can_move_left()
        self.invert()
        return can

    def can_move_up(self):
        self.transpose()
        can = self.can_move_left()
        self.transpose()
        return can

    def can_move_down(self):
        self.transpose()
        can = self.can_move_right()
        self.transpose()
        return can


class Screen(object):

    help_string1 = '(W)up (S)down (A)left (D)right'
    help_string2 = '     (R)Restart (Q)Exit'
    over_string = '           GAME OVER'
    win_string = '          YOU WIN!'

    def __init__(self, screen=None, grid=None, score=0, best_score=0, over=False, win=False):
        self.grid = grid
        self.score = score
        self.over = over
        self.win = win
        self.screen = screen
        self.counter = 0

    def cast(self, string):
        self.screen.addstr(string + '\n')

    def draw_row(self, row):
        self.cast(''.join('|{: ^5}'.format(num) if num > 0 else '|     ' for num in row) + '|')

    def draw(self):
        self.screen.clear()
        self.cast('SCORE: ' + str(self.score))
        for row in self.grid.cells:
            self.cast('+-----' * self.grid.size + '+')
            self.draw_row(row)
        self.cast('+-----' * self.grid.size + '+')

        if self.win:
            self.cast(self.win_string)
        else:
            if self.over:
                self.cast(self.over_string)
            else:
                self.cast(self.help_string1)

        self.cast(self.help_string2)


class GameManager(object):

    def __init__(self, size=4, win_num=2048):
        self.size = size
        self.win_num = win_num
        self.reset()

    def reset(self):
        self.state = 'init'
        self.win = False
        self.over = False
        self.score = 0
        self.grid = Grid(self.size)
        self.grid.reset()

    @property
    def screen(self):
        return Screen(screen=self.stdscr, score=self.score, grid=self.grid, win=self.win, over=self.over)

    def move(self, direction):
        if self.can_move(direction):
            getattr(self.grid, 'move_' + direction)()
            self.grid.add_random_item()
            return True
        else:
            return False

    @property
    def is_win(self):
        self.win = max(chain(*self.grid.cells)) >= self.win_num
        return self.win

    @property
    def is_over(self):
        self.over = not any(self.can_move(move) for move in self.action.actions)
        return self.over

    def can_move(self, direction):
        return getattr(self.grid, 'can_move_' + direction)()

    def state_init(self):
        self.reset()
        return 'game'

    def state_game(self):
        self.screen.draw()
        action = self.action.get()

        if action == Action.RESTART:
            return 'init'
        if action == Action.EXIT:
            return 'exit'
        if self.move(action):
            if self.is_win:
                return 'win'
            if self.is_over:
                return 'over'
        return 'game'

    def _restart_or_exit(self):
        self.screen.draw()
        return 'init' if self.action.get() == Action.RESTART else 'exit'

    def state_win(self):
        return self._restart_or_exit()

    def state_over(self):
        return self._restart_or_exit()

    def __call__(self, stdscr):
        curses.use_default_colors()
        self.stdscr = stdscr
        self.action = Action(stdscr)
        while self.state != 'exit':
            self.state = getattr(self, 'state_' + self.state)()


if __name__ == '__main__':
    curses.wrapper(GameManager())

注意：

用面向对象方法实现的代码后，在游戏运行时 SCORE 始终为 0，大家可以思考一下如何修改代码以实现正确的计分。

 

总结：

这次实验我们用 Python 的 curses 库在终端实现了一个 2048 规则的图形界面小游戏。学习了 random 库函数 randrange、choice 和 collections 中 defaultdict 特殊字典的使用。

在实验过程中，我们仅部分使用了面向对象的开发方法。 下面为大家提供使用面向对象重构这次实验内容后的代码，作为实验的补充和思考。