6.4 状态管理
上例中马里奥只有走路一种状态，仅作为演示，下面尝试将走路动画集成到游戏中。
考虑到马里奥拥有多种状态，每种状态对应不同的图片，且朝向左右的图片也会有所不同，因此，我们需要单独创建一个类来存储不同状态对应的图片信息。
现在的时间差累计值，实际仅用于马里奥的走路状态，站立和跳跃状态并不需要该值，因为它们仅包含单张图片。但考虑到未来肯定会加入更多的状态，比如游泳、爬藤蔓等等，它们都包含多帧动画，并需要根据时间进行帧切换。因此，为每种多帧动画状态保存时间差累计值、帧切换间隔、帧下标等变量是必要的。
此外，当前状态切换过程较为复杂，按键处理需考虑多种状态，导致代码混乱不清晰。
综合以上几点，考虑编写一个马里奥状态的父类，封装动画帧处理的逻辑，并实现多个子类，分别对应不同状态，每个子类负责处理按键和状态切换等复杂逻辑，而Mario类的主要功能就是负责状态管理。
6.4.1 Mario类
修改后Mario类的代码如下所示：
06\04\Mario.py
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import pygame from pygame import Rect from utils.utils import * from game_globals.Globals import Globals from mario.state.StandState import *
# 马里奥 class Mario(object):
# 构造方法，记录初始坐标 def __init__(self, x, y, screen): self.screen = screen self.rect = Rect(x, y, MAP_BLOCK_SIZE, MAP_BLOCK_SIZE) self.walkStepDefault = 2 # 走路步伐，默认值 self.jumpStepDefault = 10 # 跳跃步伐，默认值 self.dropStepDefault = 4 # 掉落步伐，默认值 self.walkStep = 2 # 走路步伐，实际值 self.jumpStep = 10 # 跳跃步伐，实际值 self.dropStep = 4 # 掉落步伐，实际值
self.walkSpeed = 128 # 走路速度，每秒128像素 self.direction = DIRECTION_RIGHT # 运动方向,右是1，左 self.image = Globals.marioImageCache.marioStand # 站立图片 self.currentState = StandState(self) # 站立状态
# 更新 def update(self, keys, deltaTime):
# 步伐，先恢复默认值 self.walkStep = self.walkStepDefault self.jumpStep = self.jumpStepDefault self.dropStep = self.dropStepDefault
# 由当前状态类，处理按键，并返回新状态类（如果状态变化的话） newState = self.currentState.update(keys, deltaTime) print("state=" + newState.getStateName())
# 状态没变，则施加重力 # 状态变化，先不管重力，下一帧再施加重力。 # 否则站立变跳跃时，跳不起来（因为新状态是跳跃，这里直接检测到碰撞，又变成了站立）。 if newState == self.currentState: # ----重力影响---- # 下一步预判断 nextStepRect = self.rect.move(0, self.dropStep) pipeIndex = screenToMap(nextStepRect).collidelist(Globals.game.objectArray) if pipeIndex != -1: self.dropStep = mapToScreen(Globals.game.objectArray[pipeIndex]).y - self.rect.bottom
# 下边界碰撞，通知状态类 self.currentState = self.currentState.updateGravity(True) self.rect = self.rect.move(0, self.dropStep) else: self.currentState = newState
# 显示马里奥 self.screen.blit(self.image, self.rect)
# 滚动地图 if self.currentState.getScrollMap(): Globals.game.scrollMap(self.walkStep) |
代码中使用currentState变量保存当前状态对象，由当前状态的update方法进行主要逻辑处理。如果需要切换状态，则update()方法会返回新状态，保存到currentState变量即可。
6.4.2 MarioState父类
多个状态类的文件结构如图6‑11所示。
图6‑11状态类的文件结构
其中，MarioState类是父类，其他三个子类分别对应站立、走路和跳跃三种状态。
MarioState类的代码如下所示：
06\04\mario\state\MarioState.py
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import abc
# 马里奥状态，父类 class MarioState(abc.ABC): # 初始化 def __init__(self, mario, frameDuration): self.mario = mario # 马里奥 self.frames = [] # 动画图片 self.frameDuration = frameDuration # 每帧显示时间，单位为毫秒 self.frameIndex = 0 # 当前帧的下标 self.elapsedTime = 0 # 时间差累计 self.isScrollMap = False # 是否滚动地图
# 设置动画帧 self._setFrames(mario.direction)
# 设置动画帧（运行时动态切换方向） def _setFrames(self, direction): print("----setFrames:"+str(direction)) self.frames = self._getFrames(direction) self.frameIndex = 0 # 当前帧的下标 self.elapsedTime = 0 # 时间差累计
# 切换后，显示第一帧 self.mario.image = self.frames[0]
# 获取动画帧（子状态负责实现） @abc.abstractmethod def _getFrames(self, direction): pass
# 更新动画，处理按键 def update(self, keys, deltaTime):
# 只有一帧，无需累积时间差 if len(self.frames) == 1: self.mario.image = self.frames[0] else: # 时间差累计 self.elapsedTime += deltaTime
# 切换动画图片 if self.elapsedTime > self.frameDuration: self.elapsedTime -= self.frameDuration # 减去差值 self.frameIndex += 1 if self.frameIndex >= len(self.frames): self.frameIndex = 0 self.mario.image = self.frames[self.frameIndex]
# 处理按键 return self._updateKeys(self.mario, keys, deltaTime)
# 处理按键（子状态负责实现） @abc.abstractmethod def _updateKeys(self, mario, keys, deltaTime): pass
# 获取状态名称（子状态负责实现） @abc.abstractmethod def getStateName(self): pass
# 重力处理，下边界碰撞（子状态负责实现） @abc.abstractmethod def updateGravity(self, isHitBottom): pass
# 是否滚动地图 def getScrollMap(self): return self.isScrollMap |
父类封装了动画帧相关的变量和处理逻辑，并提供了一些方法，具体如下：
l _setFrames()方法：设置动画帧内容，用来切换动画帧，主要就是马里奥变更方向时调用。
l _getFrames()抽象方法：由每个子类具体实现，获取动画帧内容。
l update()方法：封装了动画帧切换的逻辑，最后会调用_updateKeys()方法处理按键。
l _updateKeys()抽象方法：由每个子类具体实现，处理按键。
l getStateName()抽象方法：由每个子类具体实现，返回状态名称。
l updateGravity()抽象方法：由每个子类具体实现，马里奥由于重力下边界碰撞时会调用该方法。
l getScrollMap()方法：获取是否滚动地图。
6.4.3 站立状态StandState类
StandState类的代码如下所示：
06\04\mairo\state\StandState.py
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import pygame from mario.state.JumpState import JumpState from mario.state.MarioState import MarioState from utils.utils import * from mario.state.WalkState import WalkState
# 站立状态 class StandState(MarioState): # 初始化 def __init__(self, mario): super().__init__(mario, 80)
# 设置动画帧 def _getFrames(self, direction): cache = Globals.marioImageCache if direction == DIRECTION_RIGHT: return [cache.marioStand] else: return [cache.marioLeftStand]
# 获取状态名称 def getStateName(self): return "stand"
# 处理按键（子类必须实现这个方法） def _updateKeys(self, mario, keys, deltaTime): # 按键状态 if keys[pygame.K_LEFT]: print("按了左方向键") mario.direction = DIRECTION_LEFT return WalkState(mario) elif keys[pygame.K_RIGHT]: print("按了右方向键") mario.direction = DIRECTION_RIGHT return WalkState(mario)
if keys[pygame.K_g]: # 原地跳跃，原来脸朝向哪边就是哪边 return JumpState(mario)
# 没按方向键和跳跃键，则保持站立状态 return self
# 重力处理，下边界碰撞 def updateGravity(self, isHitBottom): return self
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代码比较简单，主要功能如下：
l 实现_getFrames()方法，根据方向设置不同的图片。
l 实现_updateKeys()方法，根据按键返回不同的状态子类。
l 实现updateGravity()方法，直接返回自身。因为站立状态时，下边界肯定是碰撞状态，继续保持站立状态即可，无需变更。
6.4.4 走路状态WalkState类
WalkState类代码如下所示：
06\04\mario\state\WalkState.py
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import pygame from mario.state.MarioState import MarioState from mario.state.JumpState import JumpState
from utils.utils import *
# 走路状态 class WalkState(MarioState): # 初始化 def __init__(self, mario): super().__init__(mario, 80)
# 设置动画帧 def _getFrames(self, direction): cache = Globals.marioImageCache if direction == DIRECTION_RIGHT: return [cache.marioWalk1, cache.marioWalk2, cache.marioWalk3] else: return [cache.marioLeftWalk1, cache.marioLeftWalk2, cache.marioLeftWalk3]
# 获取状态名称 def getStateName(self): return "walk"
# 处理按键（子类必须实现这个方法） def _updateKeys(self, mario, keys, deltaTime):
# 是否滚动地图 self.isScrollMap = False
# 移动距离 mario.walkStep = mario.walkSpeed * deltaTime / 1000.0
# 按键状态 if keys[pygame.K_LEFT]: print("按了左方向键")
# 之前马里奥向右走，现在变成向左走，切换动画帧 if mario.direction == DIRECTION_RIGHT: mario.direction = DIRECTION_LEFT self._setFrames(DIRECTION_LEFT)
# 窗口边界判断 if mario.rect.x - mario.walkStep <= 0: mario.walkStep = mario.rect.x
# 下一步预判断 nextStepRect = mario.rect.move(-1 * mario.walkStep, 0) pipeIndex = screenToMap(nextStepRect).collidelist(Globals.game.objectArray) # 是否碰撞 if pipeIndex != -1: mario.walkStep = mario.rect.x - mapToScreen(Globals.game.objectArray[pipeIndex]).right mario.rect = mario.rect.move(-1 * mario.walkStep, 0) elif keys[pygame.K_RIGHT]: print("按了右方向键")
# 之前马里奥向左走，现在变成向右走，切换动画帧 if mario.direction == DIRECTION_LEFT: mario.direction = DIRECTION_RIGHT self._setFrames(DIRECTION_RIGHT)
# 超过屏幕中线才滚动地图，地图末尾右半屏也不滚动 if mario.rect.x >= SCREEN_WIDTH / 2 and screenToMap( mario.rect).x < Globals.game.mapViewFromMax + SCREEN_WIDTH / 2:
# 如果地图滚动后，有碰撞发生，则不能滚动 # 地图向左滚动，相当于马里奥向右移动。 # 这里不能修改mapViewFrom的值 nextStepRect = mario.rect.move(mario.walkStep, 0) pipeIndex = screenToMap(nextStepRect).collidelist(Globals.game.objectArray) if pipeIndex == -1: self.isScrollMap = True else: # 窗口边界判断 if mario.rect.right + mario.walkStep >= SCREEN_WIDTH: mario.walkStep = SCREEN_WIDTH - mario.rect.right
# 下一步预判断 nextStepRect = mario.rect.move(mario.walkStep, 0) pipeIndex = screenToMap(nextStepRect).collidelist(Globals.game.objectArray) if pipeIndex != -1: mario.walkStep = mapToScreen(Globals.game.objectArray[pipeIndex]).x - mario.rect.right mario.rect = mario.rect.move(mario.walkStep, 0)
# （1）如果跳跃，则返回JumpState # （2）只走路，不跳跃，返回WalkState # （3）没走路，没跳跃，返回StandState if keys[pygame.K_g]: print("按了跳跃键") return JumpState(mario) elif keys[pygame.K_LEFT] or keys[pygame.K_RIGHT]: return self else: # 没有走路，没有跳跃，则变成站立 from mario.state.StandState import StandState return StandState(mario)
# 重力处理，下边界碰撞 def updateGravity(self, isHitBottom): return self |
代码实现类似，只是将走路状态的处理进行了封装。当马里奥改变方向时，只需重新设置动画帧即可。如果没有走路也没有跳跃，则返回站立状态子类。
由于走路状态和站立状态二者之间存在交叉引用，因此将"import StandState"语句放在使用之前，而不是放在Python文件的顶部，避免交叉引用导致的错误。
6.4.5 跳跃状态JumpState类
JumpState类的代码如下所示：
06\04\mario\state\JumpState.py
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import pygame from mario.state.MarioState import MarioState from utils.utils import *
# 跳跃状态 class JumpState(MarioState): # 初始化 def __init__(self, mario): super().__init__(mario, 80)
# 设置动画帧 def _getFrames(self, direction): cache = Globals.marioImageCache if direction == DIRECTION_RIGHT: return [cache.marioJump] else: return [cache.marioLeftJump]
# 获取状态名称 def getStateName(self): return "jump"
# 处理按键（子类必须实现这个方法） def _updateKeys(self, mario, keys, deltaTime):
# 是否滚动地图 self.isScrollMap = False
# 移动距离 mario.walkStep = mario.walkSpeed * deltaTime / 1000.0
# 按键状态 if keys[pygame.K_LEFT]: print("按了左方向键")
# 之前马里奥向右走，现在变成向左走，切换动画帧 if mario.direction == DIRECTION_RIGHT: mario.direction = DIRECTION_LEFT self._setFrames(DIRECTION_LEFT)
# 窗口边界判断 if mario.rect.x - mario.walkStep <= 0: mario.walkStep = mario.rect.x
# 下一步预判断 nextStepRect = mario.rect.move(-1 * mario.walkStep, 0) pipeIndex = screenToMap(nextStepRect).collidelist(Globals.game.objectArray) # 是否碰撞 if pipeIndex != -1: mario.walkStep = mario.rect.x - mapToScreen(Globals.game.objectArray[pipeIndex]).right mario.rect = mario.rect.move(-1 * mario.walkStep, 0) elif keys[pygame.K_RIGHT]: print("按了右方向键")
# 之前马里奥向左走，现在变成向右走，切换动画帧 if mario.direction == DIRECTION_LEFT: mario.direction = DIRECTION_RIGHT self._setFrames(DIRECTION_RIGHT)
# 超过屏幕中线才滚动地图，地图末尾右半屏也不滚动 if mario.rect.x >= SCREEN_WIDTH / 2 and screenToMap( mario.rect).x < Globals.game.mapViewFromMax + SCREEN_WIDTH / 2:
# 如果地图滚动后，有碰撞发生，则不能滚动 # 地图向左滚动，相当于马里奥向右移动。 # 这里不能修改mapViewFrom的值 nextStepRect = mario.rect.move(mario.walkStep, 0) pipeIndex = screenToMap(nextStepRect).collidelist(Globals.game.objectArray) if pipeIndex == -1: self.isScrollMap = True else: # 窗口边界判断 if mario.rect.right + mario.walkStep >= SCREEN_WIDTH: mario.walkStep = SCREEN_WIDTH - mario.rect.right
# 下一步预判断 nextStepRect = mario.rect.move(mario.walkStep, 0) pipeIndex = screenToMap(nextStepRect).collidelist(Globals.game.objectArray) if pipeIndex != -1: mario.walkStep = mapToScreen(Globals.game.objectArray[pipeIndex]).x - mario.rect.right mario.rect = mario.rect.move(mario.walkStep, 0)
if keys[pygame.K_g]: print("按了跳跃键")
# 窗口边界判断 if mario.rect.y - mario.jumpStep <= 0: mario.jumpStep = mario.rect.y
# 下一步预判断 nextStepRect = mario.rect.move(0, -1 * mario.jumpStep) pipeIndex = screenToMap(nextStepRect).collidelist(Globals.game.objectArray) if pipeIndex != -1: mario.jumpStep = (mapToScreen(Globals.game.objectArray[pipeIndex]).bottom - mario.rect.y) * -1 mario.rect = mario.rect.move(0, -1 * mario.jumpStep)
# 没有走路，没有跳跃，则是空中掉落状态，暂不处理 if not (keys[pygame.K_LEFT] or keys[pygame.K_RIGHT] or keys[pygame.K_g]): pass
return self
# 重力处理，下边界碰撞 def updateGravity(self, isHitBottom): # 掉落碰到物体，则转为站立状态 if isHitBottom: from mario.state.StandState import StandState return StandState(self.mario) return self |
代码与走路状态类似。目前，跳跃处理与原作仍有一些差异，比如空中可以进行二次跳跃、可以改变方向、松开按键后直线掉落等，有待后续进一步优化。尽管还存在一些不完美之处，但整体效果已相当不错。