20230616223234-header.png

现在是时候来看我们的第一个设计模式了：游戏循环模式（Game Loop Pattern）！这个模式可以为我们提供许多很好的思路，以非常有效的方式重构我们的游戏

游戏循环模式

游戏循环模式有几个不同的版本。这里我介绍一个简单的情况，使用单线程。以下5个函数组成了这个模式：
20230616235132-08_gameloop.png

  • init()函数在启动时被调用，用于初始化游戏及其数据。在接下来的内容中，我将这些数据称为游戏状态（game state）
  • processInput()函数在每次游戏迭代中被调用，用于处理控制输入（键盘、鼠标、手柄）。
    update()函数用于改变游戏状态。processInput()的结果被用于更新游戏状态，同时也可以包含自动处理的过程。
  • render()函数负责处理显示，它将游戏状态转化为可视内容。

  • run()函数包含了游戏循环。在许多情况下，这个循环看起来像下面这样：

    def run():

     init() 
 while True: 
     processInput() 
     update() 
     render()

游戏循环模式，就像其他模式一样，是一个为解决问题提供思路的方案。并没有唯一的使用方式：它取决于具体情况。

遵循模式的使用强迫你考虑可能没有想到的问题。例如，在创建“猜数字”游戏时，将用户输入、数据更新和渲染分开可能不是首先想到的。然而，根据经验丰富的开发者的说法，这种分离是至关重要的。所以，作为初学者，我们现在遵循这个建议，以后会理解它为什么重要。并且请相信我：当你理解了这些想法背后的所有精妙之处时，你会感到惊叹不已！

猜数字游戏： init()函数

从这个循环模式的init函数入手：

def init():    
    return None, random.randint(1,10)

这个函数返回一个初始游戏状态。我将游戏数据称为“游戏状态”，因为游戏可以被看作是有限状态机。对于这个游戏，状态包括：

  • 游戏状态：表示游戏的整体状态的字符串：

    • "win"：玩家获胜并结束游戏；
    • "end"：玩家离开游戏；
    • "lower"：玩家仍在游戏中，并提供了一个比魔术数字小的数字；
    • "higher"：同样，但是为一个比魔术数字大的数字。
  • 魔术数字：玩家需要猜测的数字。

将所有的游戏数据捆绑在一起是一个重要的任务；我们将在接下来的文章中详细讨论这个问题。

猜数字游戏：processInput()函数

def processInput():
    while True:
        word = input("What is the magic number? ")
        if word == "quit":
            return None

        try:
            playerNumber = int(word)
            break
        except ValueError:
            print("Please type a number without decimals!")
            continue

    return playerNumber

这个函数要求玩家输入一个数字。它处理与用户输入相关的所有问题，比如检查输入的数字是否正确。它返回输入的数字，如果玩家想要停止游戏，则返回None。

对于使用这个函数的用户（比如run()函数），它就像一个神奇的盒子，返回玩家的指令。收集这些指令的方式并不重要。可以是通过键盘、鼠标、手柄、网络甚至是通过人工智能来获取。

猜数字游戏： update()函数

update()函数使用玩家的指令来更新游戏状态：

def update(gameStatus,magicNumber,playerNumber):
    if playerNumber is None:
        gameStatus = "end"
    elif playerNumber == magicNumber:
        gameStatus = "win"
    elif magicNumber < playerNumber:
        gameStatus = "lower"
    elif magicNumber > playerNumber:
        gameStatus = "higher"

return gameStatus, magicNumber

在我们的情况下，玩家的指令是playerNumber，而游戏状态和魔术数字形成了游戏状态。根据playerNumber的值，函数会更新游戏状态。

需要注意的是，我们没有将gameStatus作为输入，也从未更改magicNumber的值。所以，我们可以考虑从参数中移除gameStatus，以及从返回值中移除magicNumber。除非这是游戏的最终版本，并且必须减少计算复杂性，否则这并不是一个好主意。也许在游戏的未来改进中，我们需要根据gameStatus更新游戏，或者改变magicNumber的值。从设计的角度来看，当前的输入和输出定义是稳健的，没有改变的理由。

猜数字游戏： render()函数

render()函数用于显示当前的游戏状态。它应该无论发生什么都能正常工作，始终清晰地展示游戏的情况：

def render(gameStatus,magicNumber):
    if gameStatus == "win":
        print("This is correct! You win!")
    elif gameStatus == "end":
        print("Bye!")
    elif gameStatus == "lower":
        print("The magic number is lower")
    elif gameStatus == "higher":
        print("The magic number is higher")
    else:
        raise RuntimeError("Unexpected game status {}".format(gameStatus))

这个函数的输入是游戏状态，没有输出。过程很简单：根据gameStatus的值显示相应的消息。

需要注意的是，我们还处理了gameStatus具有意外值的情况。这是一个好习惯，它在你更新游戏并忘记更新某些部分时非常有帮助。

猜数字游戏：runGame()函数

def runGame():
    gameStatus, magicNumber = init()
    while gameStatus != "win" and gameStatus != "end":
        playerNumber = processInput()
        gameStatus, magicNumber = update(gameStatus,magicNumber,playerNumber)
        render(gameStatus,magicNumber)

你可以看到流程如下：

  • init()函数返回一个初始的游戏状态；
  • processInput()函数从玩家那里收集指令；
  • update()函数使用指令来更新游戏状态；
  • render()函数显示游戏状态。

猜数字游戏：最终代码

# Import the random package
import random

def init():
    """
    Initialize game

    Outputs:
      * gameStatus
      * magicNumber
    """
    # Generate a random Magic number
    return None, random.randint(1,10)


def processInput():
    """
    Handle player's input

    Output:
      * playerNumber: the number entered by the player, or None if the player wants to stop the game
    """

    while True:
        # Player input
        word = input("What is the magic number? ")
        # Quit if the player types "quit"
        if word == "quit":
            return None

        # Int casting with exception handling
        try:
            playerNumber = int(word)
            break
        except ValueError:
            print("Please type a number without decimals!")
            continue

    return playerNumber

def update(gameStatus,magicNumber,playerNumber):
    """
    Update game state

    Inputs:
      * gameStatus: the status of the game
      * magicNumber: the magic number to find
      * playerNumber: the number entered by the player
    Output:
      * gameStatus: the status of the game
      * magicNumber: the magic number to find
    """
    if playerNumber is None:
        gameStatus = "end"
    elif playerNumber == magicNumber:
        gameStatus = "win"
    elif magicNumber < playerNumber:
        gameStatus = "lower"
    elif magicNumber > playerNumber:
        gameStatus = "higher"

    return gameStatus, magicNumber

def render(gameStatus,magicNumber):
    """
    Render game state

    Input:
      * gameStatus: the status of the game, "win", "end", "lower" or "higher"
    """
    # Cases
    if gameStatus == "win":
        print("This is correct! You win!")
    elif gameStatus == "end":
        print("Bye!")
    elif gameStatus == "lower":
        print("The magic number is lower")
    elif gameStatus == "higher":
        print("The magic number is higher")
    else:
        raise RuntimeError("Unexpected game status {}".format(gameStatus))

def runGame():
    gameStatus, magicNumber = init()
    while gameStatus != "win" and gameStatus != "end":
        playerNumber = processInput()
        gameStatus, magicNumber = update(gameStatus,magicNumber,playerNumber)
        render(gameStatus,magicNumber)


# Launch the game
runGame()

游戏循环模式有助于帮助我们合理组织代码，适应更复杂的程序设计！！

标签: none