turtle，一个让Python编程变得快乐的库 – 煅魂-JeffreyChu的修炼屋

今天是六一儿童节，为了回归童心，所以今天学习下Python的turtle库，写几个小游戏玩玩。

简介

Python的turtle库源自Logo编程语言，用于绘制图形和制作简单动画。它通过控制“海龟”在屏幕上移动绘制图像而得名。

turtle库广泛用于编程教学，可以帮助零基础的初学者理解编程概念和逻辑结构。它通过可视化反馈，增强学习体验，并用于绘制图形、创建简单游戏和模拟物理现象。

安装与设置

因为turtle库是Python标准库的一部分，所以大多数情况下只需要确保安装了Python，然后就可以直接使用turtle库了。

基础用法

要使用Turtle库绘图，首先需要创建一个Turtle图形窗口Screen：

import turtle

# 创建一个屏幕对象
screen = turtle.Screen()
screen.title("Turtle图形窗口示例")  # 设置窗口标题
# 进入主循环，保持窗口打开
screen.mainloop()

创建Turtle对象后，可以开始绘图。以下是画一条线和一个圆的示例：

import turtle

# 创建一个屏幕对象
screen = turtle.Screen()
# 创建一个Turtle对象
t = turtle.Turtle()
# 画一条线
t.forward(100)  # 向前移动100像素
# 画一个圆
t.circle(50)  # 画一个半径为50像素的圆
# 进入主循环，保持窗口打开
screen.mainloop()

要创建一个Turtle对象并进行移动：

import turtle

# 创建一个屏幕对象
screen = turtle.Screen()
# 创建一个Turtle对象
t = turtle.Turtle()
# 向前移动150像素
t.forward(150)
# 向后移动50像素
t.backward(50)
# 进入主循环，保持窗口打开
screen.mainloop()

可以控制Turtle对象的方向和速度：

import turtle

# 创建一个屏幕对象
screen = turtle.Screen()
# 创建一个Turtle对象
t = turtle.Turtle()
# 向前移动100像素
t.forward(100)
# 向右转90度
t.right(90)
# 向前移动100像素
t.forward(100)
# 设置Turtle的移动速度（1到10，1最慢，10最快）
t.speed(5)
# 进入主循环，保持窗口打开
screen.mainloop()

可以改变Turtle对象的颜色和形状，使其更加有趣：

import turtle

# 创建一个屏幕对象
screen = turtle.Screen()
# 创建一个Turtle对象
t = turtle.Turtle()
# 改变Turtle的形状（'turtle', 'arrow', 'circle', 'square', 'triangle', 'classic'等）
t.shape('turtle')
# 改变Turtle的颜色
t.color('blue')
# 改变Turtle的填充颜色
t.fillcolor('red')
# 向前移动100像素
t.forward(100)
# 画一个圆
t.circle(50)
# 进入主循环，保持窗口打开
screen.mainloop()

进阶用法

图形绘制

使用循环可以绘制出复杂且对称的图形，例如螺旋图案或对称的多边形。以下示例展示了如何使用循环绘制一个螺旋图形：

import turtle

# 创建一个屏幕对象
screen = turtle.Screen()
# 创建一个Turtle对象
t = turtle.Turtle()
# 设置Turtle的速度
t.speed(10)

# 使用循环绘制螺旋图形
for i in range(50):
    t.forward(i * 10)
    t.right(144)

# 进入主循环，保持窗口打开
screen.mainloop()

使用Turtle库可以很容易地绘制多边形和星形。以下是绘制五边形和五角星的示例：

import turtle

# 创建一个屏幕对象
screen = turtle.Screen()
# 创建一个Turtle对象
t = turtle.Turtle()
# 设置Turtle的速度
t.speed(5)

# 绘制五边形
for _ in range(5):
    t.forward(100)
    t.right(72)

# 移动Turtle到新位置绘制星形
t.penup()
t.goto(-200, 0)
t.pendown()

# 绘制五角星
for _ in range(5):
    t.forward(200)
    t.right(144)

# 进入主循环，保持窗口打开
screen.mainloop()

填充与颜色

使用begin_fill()和end_fill()进行图形填充
turtle库允许使用begin_fill()和end_fill()方法进行图形填充，比如填充一个矩形：

import turtle

# 创建一个屏幕对象
screen = turtle.Screen()
# 创建一个Turtle对象
t = turtle.Turtle()
# 设置填充颜色
t.fillcolor("yellow")
# 开始填充
t.begin_fill()

# 绘制矩形
for _ in range(4):
    t.forward(100)
    t.right(90)

# 结束填充
t.end_fill()
# 进入主循环，保持窗口打开
screen.mainloop()

虽然turtle库不直接支持渐变效果，但可以通过逐步改变颜色实现渐变效果：

import turtle

# 创建一个屏幕对象
screen = turtle.Screen()
# 创建一个Turtle对象
t = turtle.Turtle()
# 设置初始颜色
r = 0
g = 0
b = 0
# 设置Turtle的速度
t.speed(10)

# 使用循环绘制渐变色螺旋图形
for i in range(50):
    t.pencolor(r/255, g/255, b/255)
    t.forward(i * 10)
    t.right(144)
    r = (r + 20) % 256
    g = (g + 25) % 256
    b = (b + 30) % 256


# 进入主循环，保持窗口打开
screen.mainloop()

文本和字体

turtle库提供了在绘图窗口中添加文本的方法。

import turtle

# 创建一个屏幕对象
screen = turtle.Screen()

# 创建一个Turtle对象
t = turtle.Turtle()

# 在窗口中写入文本
t.penup()
t.goto(0, 0)
t.pendown()
t.write("Hello, Turtle!", align="center", font=("Arial", 24, "normal"))

# 进入主循环，保持窗口打开
screen.mainloop()

可以通过指定字体名称、大小和样式来自定义文本的外观:

import turtle

# 创建一个屏幕对象
screen = turtle.Screen()

# 创建一个Turtle对象
t = turtle.Turtle()

# 在窗口中写入文本，设置字体样式和大小
t.penup()
t.goto(0, 0)
t.pendown()
t.write("Custom Font!", align="center", font=("Times New Roman", 30, "bold"))

# 进入主循环，保持窗口打开
screen.mainloop()

更复杂应用

以上的使用场景都是没有加上键盘绑定事件的（即键盘按下某些按键后会触发一些变化事件），所以加了键盘绑定后会更加复杂。

以开发一个小时候都玩过的《井字棋》为例, 源码地址：

https://gitee.com/jeffrey2021/children-day20240601/blob/master/jingziqi.py

以下是部分源码展示（不全）

import turtle

# 创建一个屏幕对象
screen = turtle.Screen()
screen.title("井字棋游戏")
screen.setup(width=600, height=600)
screen.setworldcoordinates(-300, -300, 300, 300)
# 初始化游戏状态
board = [["" for _ in range(3)] for _ in range(3)]
current_player = "X"  # "X" starts the game
positions = {
    "1": (-200, 200), "2": (0, 200), "3": (200, 200),
    "4": (-200, 0), "5": (0, 0), "6": (200, 0),
    "7": (-200, -200), "8": (0, -200), "9": (200, -200)
}

# 画井字棋盘
def draw_board():
    board_drawer = turtle.Turtle()
    board_drawer.speed(0)
    board_drawer.hideturtle()
    for i in range(1, 3):
        board_drawer.penup()
        board_drawer.goto(-300, 200 * i - 300)
        board_drawer.pendown()
        board_drawer.goto(300, 200 * i - 300)
        board_drawer.penup()
        board_drawer.goto(200 * i - 300, -300)
        board_drawer.pendown()
        board_drawer.goto(200 * i - 300, 300)
    board_drawer.penup()

draw_board()

# 定义绘制X和O的函数
def draw_x(x, y):
    pen = turtle.Turtle()
    pen.pencolor("blue")
    pen.penup()
    pen.goto(x - 50, y - 50)
    pen.pendown()
    pen.setheading(45)
    pen.forward(141)
    pen.penup()
    pen.goto(x + 50, y - 50)
    pen.pendown()
    pen.setheading(135)
    pen.forward(141)
    pen.hideturtle()


def draw_o(x, y):
    pen = turtle.Turtle()
    pen.pencolor("red")
    pen.penup()
    pen.goto(x, y - 50)
    pen.pendown()
    pen.circle(50)
    pen.hideturtle()

# 检查胜利条件
def check_winner():
    pass

# 定义放置棋子的函数
def place_mark(key):
    global current_player

    if key not in positions:
        return

    x, y = positions[key]
    row = int((y + 300) // 200)
    col = int((x + 300) // 200)

    if board[row][col] == "":
        if current_player == "X":
            draw_x(x, y)
            board[row][col] = "X"
            current_player = "O"
        else:
            draw_o(x, y)
            board[row][col] = "O"
            current_player = "X"

        winner = check_winner()
        if winner:
            screen.title(f"井字棋游戏 - {winner} 赢了!")
            screen.ontimer(reset_game, 2000)
        elif all(all(cell != "" for cell in row) for row in board):
            screen.title("井字棋游戏 - 平局!")
            screen.ontimer(reset_game, 2000)

# 重置游戏
def reset_game():
    pass

def bind_key():
    # 键盘事件绑定
    for key in positions.keys():
        screen.onkey(lambda k=key: place_mark(k), key)

bind_key()
# 让屏幕开始监听键盘事件
screen.listen()
# 进入主循环，保持窗口打开
screen.mainloop()

Turtle调试与优化

常见问题与解决方法

图形显示异常：可能是因为坐标计算错误或绘制逻辑有误，检查坐标计算和绘制逻辑，确保每个图形元素的位置和大小正确。同时，使用try-except结构捕获异常，输出调试信息以排查错误。
Turtle响应慢的问题，可能是由于绘制过程中的重复计算或不必要的绘制操作。尽量减少不必要的绘制操作。使用合适的数据结构来缓存和重复利用计算结果。

性能优化

tracer()函数：用于控制Turtle绘制过程的速度，可通过设置参数来调节绘制速度和刷新频率。
update()函数：用于手动刷新Turtle窗口，可在绘制完成后调用以一次性刷新窗口，提高绘制效率。

控制绘制速度

时间控制：使用time模块来控制绘制速度，例如使用time.sleep()函数来在绘制过程中添加延迟，调节绘制速度。
循环控制：在绘制循环中适当添加条件判断，控制绘制过程的速度和流畅度，避免过快或过慢的绘制效果。

总结

Python的turtle库使用还是相对比较简单，很适合新手用来练习，主要是写完之后有结果出来，能刺激学习欲望。
除了开发《井字棋》以外，turtle库还可以开发其他经典游戏，比如《1024》、《贪吃蛇》、《坦克大战》等，都可以尝试用来练练手。

参考文献

Python官方文档：https://docs.python.org/zh-cn/3/library/turtle.html#turtle.onkeypress

最后，祝大家六一儿童节快乐，玩游戏快乐！

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