《從零開始PYTHON3》第十四講

通常來說，Python解釋執行，執行速度慢，並不適合完整的開發遊戲。隨著電腦速度的快速提高，這種情況有所好轉，但開發遊戲仍然不是Python的重點工作。
大多應用是利用Python開發效率高的特點，進行遊戲原型驗證，或者在大的遊戲系統中，使用Python進行地圖、場景等定製。還有就是使用遊戲開發的技術和理念,將Python用於商業視覺展示、工程效果展示。

原型驗證：指的是有了一個好的遊戲想法，完整的開發出來肯定需要大量的人員、費用、時間，利用Python程式設計簡單高效的特點，先模擬完成一部分遊戲的功能，從而能夠展示給投資人、客戶，獲取大家的認可，進而得到經費投入。
地圖、場景定製：遊戲的開發肯定需要很多專業技術方面的高精尖人才，但遊戲的運營、地圖的設計、故事情節等。這都是商業或者藝術方面的專業強項，而這些人員不大可能使用c/c++等常用的遊戲開發工具來做這些工作。因此，遊戲開發過程中，通常完成Python語言的介面，讓這些商業、藝術工作人員也能使用比較方便的手段進行遊戲功能的調整。

此外，現代的遊戲開發已經是一個大團隊合作的產物，已經非常難以單打獨鬥完成一款遊戲。所以學習遊戲程式設計的目標並不是希望自己獨立完成一個遊戲，而是用這種思路來解決具體問題。
通常遊戲開發的工作分工是這樣的：

其中音效、畫面都會由更專業的團隊完成。最後由程式人員整合在遊戲中。在遊戲中，音樂音效、操作控制、遊戲邏輯、畫面幾個部分，都是並行在同時進行的。它們必須共同生效，遊戲才會好玩。

Pygame程式設計和音樂播放

Pygame是一個強大的遊戲擴充套件包，首先也是安裝：

#使用管理員模式啟動cmd命令列，然後執行：
pip install pygame  #某些系統是pip3 install pygame
 

這個安裝擴充套件包的過程，我們重複了很多遍，這個算是最後一遍了。因為Pygame是我們課程講解的最後一個擴充套件包。比起來其它的軟體，Python的擴充套件包，只要你知道了名字，安裝幾乎都是相同的。即便不同的作業系統，差別也不大。

在這一講，我們會採用跟以前不同的方法來講述Pygame擴充套件包的使用。原因是Python有非常多的擴充套件包。即便官方內建的擴充套件包，也量非常大。如果完全等待別人教你使用這種方式是不可能的，此外即便是別人教過了，Python和擴充套件包的升級也非常的快。原有的使用方法，很可能現在已經不適用了。這些都要求你有自己探索的能力，在Python基本技能的學習掌握之後，根據自己的程式設計需求，選擇相應的擴充套件包，查詢資料、文件。在網上資料的幫助下，掌握擴充套件包的使用方法。

從目前行業內的使用情況看，最大的障礙在於目前主要的文件來源都是英文的，這要求我們具備一定的英文閱讀能力。此外，雖然版本的更新對擴充套件包的使用有一些差別，但這種差別畢竟不算大。所以在國內一些相對較早的文件幫助下，再對應國外新版本的文件，也能降低你的學習門檻。

只是播放mp3，Python有很多擴充套件包可以選，很多操作起來也更簡便。不過pygame是為了遊戲設計，除了背景音樂，音效、與畫面的協作也考慮的更多。所以雖然用起來複雜一些，我們依然還是選擇學習用Pygame播放mp3音樂。目的，更多是期望學習者除了學習python相關的知識，也更多理解現代計算機併發多工和多種約束條件下的程式設計思維。

拿到一個新的擴充套件包，通常你有這樣幾種途徑瞭解它的使用：

• 到官網檢視官方文件（通常是英文）

• 在搜尋引擎網站比如百度搜索中文的資料，這種情況比較多見，因為大多情況下，你之所以知道這個擴充套件包，也是在網上搜索相關資料的時候，別人介紹的。而通常這種情況下，都已經有包簡單實用的介紹。

• 使用Python內建的dir()/help()函式，當前還是英文資料，適合已經瞭解擴充套件包的基本架構，只是在函式選擇、呼叫的時候查詢資料

  所以，實際上，通過搜尋引擎查詢相關資料，應當是你上手的最優選擇。以pygame為例，通過查詢中文的資料，總結之後，應當能寫出這樣的程式：

#MP3播放器

#引入擴充套件庫
import pygame
    
#歌曲檔案
file='rongHua.mp3'

#初始化聲音庫
pygame.mixer.init(frequency=44100)
print("播放音樂-絨花")

#載入音樂檔案
pygame.mixer.music.load(file)
#播放聲音
pygame.mixer.music.play()

程式每一條語句都有註釋，大概的框架上看，應當也是順序執行的。有一些引數可能你還不能明白，比如frequency=44100，不過應當不影響你抄過來用。這個是指定音訊庫使用的取樣頻率，44100一般已經是高保真音樂的取樣頻率了。通常mp3檔案都是這種格式。另外忘了交代，rongHua.mp3是我們要播放的聲音檔名稱，記得要提前準備好，放到程式同一個目錄。

執行程式之後發現，詭異的事情發生了，程式只顯示了一行文字：“播放音樂-絨花”，然後就退出了，並沒有事情發生，也沒有音樂播放出來。

一開始就說過了，本講重點不完全是播放一首音樂，而是希望能引導大家使用探索的方式，來了解一個新的擴充套件包如何學習和使用。所以不要等待著我說出答案，而是積極的思考，判斷出現了什麼問題，並且嘗試去解決。

首先要說明的是，程式本身引入pygame庫、庫的初始化還有播放語句語句本身都並沒有什麼錯誤。通常在網上查詢資料的時候，只要認真閱讀，比較容易保證這一點。難以馬上學會並應用到程式設計中的，是關於某個庫“架構”方面的內容，也就是影響程式結構方面的內容。如果覺得這句話比較抽象的話，你可以回憶一下上一講我們嘗試過的flask網路程式設計框架。框架、架構，這兩個詞在這裡基本可以劃等號了。

我們的程式沒有能播放出來音樂，也是這方面的原因。
通常遊戲程式要包含至少4部分的內容，我們用本講開始的那張圖來說明，音樂、畫面、操控、邏輯這四部分內容是並行執行，相互配合，才能展現給使用者一個圖文並茂、流暢、吸引人的遊戲。
因此作為遊戲的一部分，音樂的播放也不可能像我們前面學過的繪圖、計算等操作一樣，在音樂沒有播放完成前，程式停止在那裡一直等待。事實上通常遊戲的做法都是，發出播放音樂的命令之後，命令本身馬上返回，讓程式有能力並行去處理按鍵輸入、繪圖等動作。
而在我們上面的程式中，播放這個命令肯定是發出去了，但沒有等音樂聲響起，程式就已經結束退出了。程式的結束退出將自動的釋放程式開啟的各項資源，清理執行的痕跡，從而音樂也就不可能再放出來了。
這僅僅是我們推測分析的結果，我們來證明一下，方法就是在程式最後增加一行語句：

#程式等待5秒鐘
pygame.time.delay(1000*5)

使用這樣語句的目的是，如果我們上面的推測成立，那肯定要對程式做結構上的調整。這個工作量會比較大，所以我們先使用簡單的語句來驗證一下我們的思考。
再次執行程式，你會聽到音樂響了5秒鐘，然後程式退出，音樂也停止了。
這基本可以證明，我們的思考正確。此外似乎還有些別的問題，比如音樂一開始有一個“破音”，這讓人感覺不好。而且程式似乎有的時候能正常播放，有的時候還是不穩定，無法播放成功。
下面要如何改程序序呢？

通常我們會繼續在網上搜索pygame模組使用的案例，閱讀別人的程式，有的時候運氣好，你碰到的程式程式碼，跟你想寫的程式碼是完全相同的功能，這時候你可以拷貝過來直接使用。但大多時候，你只能找到功能相近的程式碼，所以仍然需要你閱讀別人的程式，並從其中學習對你有用的部分。
比如，你可能搜尋到我們第一講演示的遊戲，其中當然也有聲音處理的部分，你會重點閱讀這部分的程式碼，來找出同自己程式的區別，以求解決問題。

在這個過程中，我們又做出了一些判斷，當然這些判斷依然需要大量程式的經驗，所以並不能要求初學者也能輕易做到。但複雜的做不到，你可以從簡單的入手，逐漸積累。這裡只是想告訴你正確的學習思路：

• Pygame作為一個遊戲開發庫，聲音的播放需要依賴一個視窗，也就是遊戲的畫面。沒有視窗的情況下，播放程序無法穩定的工作。這一項原因推測來自於，很多網上找到的程式碼，在聲音處理上並沒有太多不同，但能正常工作，所以會有這樣的猜測。
• Python的各個功能，初始化一般意味著建立各項必須的資源，完成工作後，退出之前，應當釋放掉這些資源，特別是系統公用的聲音、顯示等，如果程式只是退出，沒有釋放，就可能導致再次執行的時候，聲音無法正確完成初始化，畢竟一個系統的裝置，是被所有程式所公用的。
• 系統本身原因，不能快速的連續的初始化及釋放，兩次執行之間應當等待片刻。這個判斷，在多次執行程式，查詢規律的過程中，能很快的發現，當然需要你足夠的細心觀察。
• “破音”是因為在聲音裝置初始化後，尚未穩定之前就開始傳送音訊資料，此時的資料無法被正常解析，造成破音。這僅為猜測，需要實驗的證實。

驗證思考最好的辦法就是修改程式，然後再次執行實驗，因此我們再完成一版程式：

#引入擴充套件庫
import pygame
    
#歌曲檔案
file='rongHua.mp3'

#初始化pygame顯示庫
pygame.display.init()
#開啟一個視窗
screen = pygame.display.set_mode([200,100])
#初始化pygame聲音庫
pygame.mixer.init(frequency=44100)
print("播放音樂-絨花")
#載入音樂檔案
pygame.mixer.music.load(file)
#儲存當前音量
v = pygame.mixer.music.get_volume()
#設定為靜音，防止開始的爆破音
pygame.mixer.music.set_volume(0)
#播放聲音
pygame.mixer.music.play()
#延時0.2秒開啟聲音，避過爆破音
pygame.time.delay(200)
pygame.mixer.music.set_volume(v)
#播放5秒鐘
pygame.time.delay(1000*5)
#停止播放
pygame.mixer.music.stop()
#退出聲音庫和顯示庫
pygame.mixer.quit()
pygame.display.quit()

每一行程式碼都有註釋，我只講解跟上一版不同的程式碼：

• 初始化的時候開啟一個視窗，雖然什麼也沒有顯示，但讓播放器有了載體。
• 一開始關閉聲音，延時再開啟音量，避開一開始的爆破音。
• 程式退出前關閉播放，釋放各項資源。

此外這些工作中，用到了很多新的函式，這些函式一開始你並不可能知道。這些函式的學習一般是兩個方向，一是概要的瀏覽pygame的手冊或者幫助，在心中有一個粗的概念，這樣用到什麼功能的時候，你會想起來可能有某個函式能完成這個功能，然後再精細檢視。第二是希望用到某個功能，在網上查詢使用Python或者pygame如何做到這個功能。當然還有另外一種渠道，有可能你直接搜尋到了功能相近的程式碼，從中間直接抄過來使用。

試執行之後我們開心的發現，穩定性問題和爆破音都解決了，剩下最關鍵的，如何完整的播放音樂檔案？
這涉及到了我們前面講過的程式結構問題，也是一個框架型的程式庫對程式結構的要求。這一部分一般沒有好辦法，只能通過閱讀官方的文件或者閱讀其它程式的成熟程式碼來獲取，這個過程一般會較長。好在我們大多情況下不會上來就碰到這麼複雜的問題，都是循序漸進。並且大多的擴充套件包只是增加功能性的函式，並不要求程式的結構有多少改變。

我們通過一張對比圖來說明pygame對程式結構的要求：

傳統程式雖然我們不怎麼熟悉聲音處理，但結構我們都比較熟悉。程式中可能有迴圈，但總體是序列執行的，完成一件事情，才去做另外一件。
從外觀上看，右側的遊戲程式結構，跟左側不過多了一個迴圈。但你要記得，這裡面每一項都是並行執行的，每一個步驟並不會等待這一項工作做完，就會返回接受新的命令，所以程式的聲音、影象、程式邏輯、鍵盤控制，才可能一起發生作用。
這種並行處理的程式，同傳統的程式比，有很多不可協調的理念區別，pygame為了做到並行，採用了“事件驅動”的理念來完成這種控制。
事件驅動實際是存在很久的程式設計方式了，一般傳統的Windows程式，都使用微軟公司提供的訊息迴圈，來處理所有的視窗事件。Python pygame的事件處理，也是採用類似的機制。
總結一下使用事件驅動的方式來編寫pygame程式的要點：

• 聲音、影象、鍵盤滑鼠輸入、遊戲邏輯必須並行進行，任何一個區域性不能長時間無限制的執行（網路程式設計實際也是並行的，但在小型網站專案中，沒有體現那麼清晰和嚴格）
• 各個環節之間的同步、配合，都是通過互相傳送訊息的方式來完成的。從獨立一個功能（模組）角度來看，往往是得到某個訊息之後，開始進行某項任務，這種方式叫做事件驅動
• 各種訊息都是通過核心的訊息傳遞模組完成的，程式的主迴圈一般就是不停的讀取訊息，根據訊息的定義分發給不同模組，並執行不同功能，也稱為訊息迴圈

我們根據剛才這些理念，重新改寫程式，這個程式最終形成code4.py，這裡只介紹重點的訊息迴圈部分：

#... 初始化及基本播放程式碼忽略...
#自定義一條訊息(一個事件)用於表示播放結束
#pygame.USEREVENT是pygame中預定義的使用者訊息起始值
MUSIC_END = pygame.USEREVENT + 1
#設定當前音樂播放完成後，傳送自定義的訊息
pygame.mixer.music.set_endevent(MUSIC_END)

#延時0.2秒開啟聲音，避過爆破音
pygame.time.delay(200)
pygame.mixer.music.set_volume(v)

#定義一個退出程式標誌
requireQuit = False
#程式主迴圈
while not requireQuit:
    #迴圈接受各種事件
    for event in pygame.event.get():
        #如果是自定義的播放完成訊息
        if event.type == MUSIC_END:
            requireQuit=True  #退出
            break
        #介面視窗選單關閉申請
        elif event.type == pygame.QUIT:
            requireQuit=True
            break
        #有鍵盤擡起
        elif event.type == pygame.KEYUP:
            #q鍵
            if event.key == pygame.K_q:
                requireQuit=True
                break
#... 退出操作 ...

程式中，我們自己定義了一條訊息。所謂訊息，並不是平常人類喜聞樂見的一條簡訊或者語音，其實就是一個整數數字。為了容易記憶，我們當然自己定義了一個變數名來代表它，但實際它就是一個數字。
原因是對計算機來講，其實一切都是數字，我們用一個字串反而讓計算機執行的更慢。
隨後，因為我們的訊息迴圈中肯定還可能巢狀迴圈，一個break語句只能打破內部的迴圈，並不能讓外部迴圈也退出，所以我們定義了一個bool的變數，來表示程式是否需要退出迴圈。
這裡的訊息迴圈從技術上並沒有啥難度，主要是你需要適應這麼多新的函式和預定義的變數（這裡當然當做常量來用，比如表示pygame需要退出）。
在內部迴圈中，我們判斷了三種可能需要退出的訊息。一是自己定義的，如果音樂播放結束，應當退出；二是使用者用滑鼠關閉視窗，程式應當退出；三是按q鍵表示使用者希望退出播放。
按下按鍵遊戲採取相應動作是很常見的遊戲處理工作，我們在這裡等待使用者按下按鍵然後再鬆開的這一刻退出，這樣防止使用者按下q鍵一直沒有鬆手所導致的程式退出後，螢幕上還會出現很多q字元的情況。

現在的程式已經能正常的播放音樂了，實際上我們的程式還能進一步優化。比如1.新增播放的時間顯示；2.向前向後跳轉播放。
這兩個功能都可以在訊息迴圈中處理，這樣程式才是並行的。現在你可能感覺到了，實際上訊息迴圈中，才是程式的主要邏輯。的確如此，其實所有的遊戲基本都是在訊息迴圈中做所有的主要工作，當然具體工作細節，都是由已經定義好的函式或叫子程式來具體執行完成的，在主迴圈中，只是對這些函式的組織、管理和呼叫。

顯示播放位置：

#程式主迴圈
while not requireQuit:
    #獲取當前播放位置
    pos=pygame.mixer.music.get_pos()
    #顯示
    print("Playing:", pos,end='\r')

訊息迴圈中，在按鍵部分新增程式碼：

  #如果是向右鍵，則前跳10秒
   elif event.key == pygame.K_LEFT:
      pygame.mixer.music.set_pos(pos/1000-10)
  #如果是向左鍵，則後跳10秒
   elif event.key == pygame.K_RIGHT:
      pygame.mixer.music.set_pos(pos/1000+10)

這樣的功能增加，依賴於你對pygame擴充套件庫越來越熟悉，通過閱讀文件，發現pygame擴充套件庫能提供什麼樣的功能。而這個功能你又需要，就可以加入到程式中。

練習時間

其實本講可以說從開始到現在都是挑戰，因此沒有再設定單獨的挑戰環節。

我們直接進入練習的環節：

• 以本講前面最終版程式碼code5.py為藍本，修改程式，實現由命令列引數接受mp3檔名，並播放
• 除了q鍵之外，請設定ESC鍵也作為退出按鍵。提示，ESC鍵的程式碼為：pygame.K_ESCAPE

本講小結

• python並不是很適合進行遊戲程式設計，但遊戲程式設計的學習能讓你的程式更友好，並具有豐富的表現力
• 並行、事件驅動的程式設計思想，是現代程式開發的前沿思想，對於提高程式的效率和穩定性有重要的幫助
• 在一個新模組的學習中，循序漸進，逐步完善程式碼是常用的一種手段。在本講，我們更側重講述，你接觸到一個新的擴充套件包，如何查詢資料、分析問題，最終掌握它的使用

練習答案

請參考mp3Player.py程式。
（所有本系列中出現、使用過的原始碼將會在連載完成後統一整理提供下載。）