"""Игра «Космический шутер» на Pygame. Финальный проект главы 21 книги «Python с нуля» (Cartesian School). Запуск: python space_shooter.py Управление: стрелки — движение корабля во всех четырёх направлениях, пробел — стрельба (можно удерживать), P — пауза, Enter — начать/заново, F3 — отладочный оверлей (хитбоксы и FPS), Esc — выход. Архитектура: класс Game владеет игроком (Player), группами спрайтов (Bullet, Enemy, Explosion) и текущим состоянием (GameStatus). Все скорости заданы в пикселях в секунду (px/s) и применяются через delta time, как и учит глава 20. """ from __future__ import annotations import random from dataclasses import dataclass from enum import Enum, auto from pathlib import Path import pygame BASE_DIR = Path(__file__).resolve().parent IMAGE_DIR = BASE_DIR / "assets" / "images" AUDIO_DIR = BASE_DIR / "assets" / "audio" # --------------------------------------------------------------------------- # Логическое разрешение и игровое поле # --------------------------------------------------------------------------- SHIRINA, VYSOTA = 480, 720 FPS = 60 MAX_DT = 0.05 # защита от гигантского dt после паузы отладчика/зависания ОС HUD_HEIGHT = 64 BG_COLOR = (8, 10, 24) HUD_BG_COLOR = (14, 17, 36) HUD_BORDER_COLOR = (40, 46, 80) HUD_TEXT_COLOR = (235, 238, 250) ACCENT_COLOR = (110, 200, 255) WARNING_COLOR = (255, 120, 120) OVERLAY_COLOR = (6, 8, 18, 190) # --------------------------------------------------------------------------- # Игрок # --------------------------------------------------------------------------- STARTING_LIVES = 3 PLAYER_SPEED = 260.0 # px/s PLAYER_INVULNERABLE_SECONDS = 1.2 # окно неуязвимости после столкновения # --------------------------------------------------------------------------- # Стрельба и пули # --------------------------------------------------------------------------- FIRE_INTERVAL = 0.20 # секунд между выстрелами при удержании SPACE BULLET_SPEED = 560.0 # px/s, вверх # --------------------------------------------------------------------------- # Враги и сложность # --------------------------------------------------------------------------- BASE_SPAWN_INTERVAL = 1.10 # секунд между врагами в начале игры MIN_SPAWN_INTERVAL = 0.35 # нижняя граница — иначе появление врагов станет невозможным SPAWN_INTERVAL_SCORE_FACTOR = 0.00055 MAX_ENEMY_SPEED_BONUS = 0.9 # враги ускоряются максимум в 1.9 раза ENEMY_SPEED_SCORE_FACTOR = 0.00045 MAX_FIGHTER_PROBABILITY = 0.55 FIGHTER_PROBABILITY_SCORE_FACTOR = 0.00055 WAVE_SCORE_STEP = 500 # очков на одну «волну» # --------------------------------------------------------------------------- # Взрывы и звёзды # --------------------------------------------------------------------------- EXPLOSION_FRAME_INTERVAL = 0.055 STAR_COUNT = 70 STAR_COLORS = ((255, 255, 255), (170, 200, 255), (255, 230, 180)) STAR_MIN_SPEED, STAR_MAX_SPEED = 20.0, 90.0 class GameStatus(Enum): """Явные состояния игры (раздел 21.18 сайта) — как enum.Enum из главы 20, а не несколько независимых булевых флагов.""" MENU = auto() PLAYING = auto() PAUSED = auto() GAME_OVER = auto() @dataclass(frozen=True) class EnemySpec: """Неизменяемое описание типа врага — не конкретного экземпляра. base_speed ещё не учитывает бонус сложности текущей игры.""" name: str base_speed: float points: int image_key: str ENEMY_SPECS = { "scout": EnemySpec("scout", base_speed=150.0, points=100, image_key="enemy_scout"), "fighter": EnemySpec("fighter", base_speed=85.0, points=200, image_key="enemy_fighter"), } @dataclass class Star: """Одна декоративная звезда фона — не Sprite: у неё нет ни столкновений, ни собственного изображения, поэтому рисуется напрямую через pygame.draw.circle().""" x: float y: float speed: float radius: int color: tuple[int, int, int] # --------------------------------------------------------------------------- # Чистые функции — их можно тестировать без запуска Pygame вообще # --------------------------------------------------------------------------- def interval_poyavleniya_vraga(score: int) -> float: """Интервал между появлением врагов, в секундах — уменьшается вместе со счётом, но не ниже MIN_SPAWN_INTERVAL (иначе появление врагов стало бы физически невозможным на высоком счёте).""" return max(MIN_SPAWN_INTERVAL, BASE_SPAWN_INTERVAL - score * SPAWN_INTERVAL_SCORE_FACTOR) def mnozhitel_skorosti_vraga(score: int) -> float: """Множитель скорости врага (1.0 — обычная скорость), растущий со счётом, но ограниченный сверху — без резких скачков сложности.""" return 1.0 + min(MAX_ENEMY_SPEED_BONUS, score * ENEMY_SPEED_SCORE_FACTOR) def veroyatnost_istrebitelya(score: int) -> float: """Вероятность (0..1) того, что следующий враг — «истребитель» (fighter), а не «разведчик» (scout). Растёт со счётом, ограничена сверху MAX_FIGHTER_PROBABILITY.""" return min(MAX_FIGHTER_PROBABILITY, score * FIGHTER_PROBABILITY_SCORE_FACTOR) def vybrat_tip_vraga(rng: random.Random, score: int) -> EnemySpec: if rng.random() < veroyatnost_istrebitelya(score): return ENEMY_SPECS["fighter"] return ENEMY_SPECS["scout"] def x_poyavleniya_vraga(rng: random.Random, shirina_vraga: float, pole: pygame.Rect) -> float: """Левая граница X для нового врага — вся ширина спрайта гарантированно остаётся внутри игрового поля, без частичного «обрезания» по краю.""" levaya, pravaya = pole.left, pole.right - shirina_vraga if pravaya <= levaya: return float(levaya) return rng.uniform(levaya, pravaya) def nomer_volny(score: int) -> int: return 1 + score // WAVE_SCORE_STEP def ochki_za_unichtozhennyh(vragi) -> int: """Сумма очков за уничтоженных врагов — чистая функция, не завязанная на конкретный способ обнаружения столкновений.""" return sum(vrag.points for vrag in vragi) # --------------------------------------------------------------------------- # Ассеты — загружаются один раз в AssetStore, а не внутри игрового цикла # --------------------------------------------------------------------------- class AssetStore: """Загружает все изображения и звуки ровно один раз при создании игры. Звук — не обязательное условие для запуска: если в системе нет звукового устройства (например, в тестах без физического окна, headless), sounds[key] остаётся None, а AssetStore.play() просто ничего не делает.""" def __init__(self, image_dir: Path, audio_dir: Path) -> None: self.images: dict[str, pygame.Surface] = {} self.explosion_frames: list[pygame.Surface] = [] self.sounds: dict[str, pygame.mixer.Sound | None] = {} self._load_images(image_dir) self._load_sounds(audio_dir) def _load_images(self, image_dir: Path) -> None: for key in ("player_ship", "enemy_scout", "enemy_fighter", "bullet"): self.images[key] = pygame.image.load(image_dir / f"{key}.png").convert_alpha() sheet = pygame.image.load(image_dir / "explosion_sheet.png").convert_alpha() frame_side = sheet.get_height() frame_count = sheet.get_width() // frame_side self.explosion_frames = [ sheet.subsurface((i * frame_side, 0, frame_side, frame_side)).copy() for i in range(frame_count) ] def _load_sounds(self, audio_dir: Path) -> None: for key in ("laser", "explosion", "player_hit"): path = audio_dir / f"{key}.wav" try: self.sounds[key] = pygame.mixer.Sound(str(path)) except (pygame.error, FileNotFoundError): self.sounds[key] = None def play(self, key: str) -> None: sound = self.sounds.get(key) if sound is not None: sound.play() # --------------------------------------------------------------------------- # Игровые объекты # --------------------------------------------------------------------------- class Player(pygame.sprite.Sprite): """Корабль игрока. Позиция хранится как pygame.Vector2 (с плавающей точкой) — Rect использует только целые числа и молча теряет мелкое движение при накоплении, поэтому Rect каждый кадр пересобирается ИЗ position, а не обновляется напрямую.""" def __init__(self, image: pygame.Surface, center: tuple[float, float]) -> None: super().__init__() self.image = image self.rect = self.image.get_rect() self.position = pygame.Vector2(center) self.rect.center = (round(self.position.x), round(self.position.y)) self.speed = PLAYER_SPEED self.fire_cooldown = 0.0 self.invulnerable_timer = 0.0 @property def is_invulnerable(self) -> bool: return self.invulnerable_timer > 0.0 def move(self, direction: pygame.Vector2, dt: float, playfield: pygame.Rect) -> None: if direction.length_squared() > 0: direction = direction.normalize() self.position += direction * self.speed * dt half_w, half_h = self.rect.width / 2, self.rect.height / 2 self.position.x = max(playfield.left + half_w, min(self.position.x, playfield.right - half_w)) self.position.y = max(playfield.top + half_h, min(self.position.y, playfield.bottom - half_h)) self.rect.center = (round(self.position.x), round(self.position.y)) def update_timers(self, dt: float) -> None: self.fire_cooldown = max(0.0, self.fire_cooldown - dt) self.invulnerable_timer = max(0.0, self.invulnerable_timer - dt) def take_hit(self) -> None: self.invulnerable_timer = PLAYER_INVULNERABLE_SECONDS class Bullet(pygame.sprite.Sprite): def __init__(self, image: pygame.Surface, center: tuple[float, float]) -> None: super().__init__() self.image = image self.rect = self.image.get_rect() self.position = pygame.Vector2(center) self.velocity = pygame.Vector2(0.0, -BULLET_SPEED) self.rect.center = (round(self.position.x), round(self.position.y)) def update(self, dt: float, playfield: pygame.Rect) -> None: self.position += self.velocity * dt self.rect.center = (round(self.position.x), round(self.position.y)) if self.rect.bottom < playfield.top: self.kill() class Enemy(pygame.sprite.Sprite): def __init__(self, image: pygame.Surface, center: tuple[float, float], points: int, speed: float) -> None: super().__init__() self.image = image self.rect = self.image.get_rect() self.position = pygame.Vector2(center) self.velocity = pygame.Vector2(0.0, speed) self.points = points self.rect.center = (round(self.position.x), round(self.position.y)) def update(self, dt: float, playfield: pygame.Rect) -> None: # Побег за нижнюю границу поля — отдельный, явный шаг конвейера # обновления (Game.resolve_enemy_escapes), поэтому здесь враг # только двигается и не убивает себя сам. self.position += self.velocity * dt self.rect.center = (round(self.position.x), round(self.position.y)) class Explosion(pygame.sprite.Sprite): """Анимация взрыва — тот же while-based аккумулятор времени, что и на странице 20.23: длинный кадр продвигает несколько кадров анимации подряд, а не теряет остаток времени.""" def __init__(self, frames: list[pygame.Surface], center: tuple[float, float]) -> None: super().__init__() self.frames = frames self.frame_index = 0 self.animation_time = 0.0 self.image = self.frames[0] self.rect = self.image.get_rect(center=center) def update(self, dt: float) -> None: self.animation_time += dt while self.animation_time >= EXPLOSION_FRAME_INTERVAL: self.animation_time -= EXPLOSION_FRAME_INTERVAL self.frame_index += 1 if self.frame_index >= len(self.frames): self.kill() return self.image = self.frames[self.frame_index] center = self.rect.center self.rect = self.image.get_rect(center=center) # --------------------------------------------------------------------------- # Game — владеет всем состоянием и управляет игровым циклом # --------------------------------------------------------------------------- class Game: def __init__(self, *, rng: random.Random | None = None, debug: bool = False) -> None: pygame.init() try: pygame.mixer.init() except pygame.error: pass # нет звукового устройства — игра всё равно должна запуститься self.screen = pygame.display.set_mode((SHIRINA, VYSOTA)) pygame.display.set_caption("Космический шутер") self.clock = pygame.time.Clock() self.font = pygame.font.SysFont(None, 28) self.font_big = pygame.font.SysFont(None, 56) self.font_small = pygame.font.SysFont(None, 22) self.assets = AssetStore(IMAGE_DIR, AUDIO_DIR) self.rng = rng if rng is not None else random.Random() self.debug = debug self.playfield = pygame.Rect(0, HUD_HEIGHT, SHIRINA, VYSOTA - HUD_HEIGHT) self.state = GameStatus.MENU self.bullets: pygame.sprite.Group = pygame.sprite.Group() self.enemies: pygame.sprite.Group = pygame.sprite.Group() self.explosions: pygame.sprite.Group = pygame.sprite.Group() self.stars: list[Star] = [] self.player = self._make_player() self.score = 0 self.high_score = 0 self.lives = STARTING_LIVES self.spawn_timer = interval_poyavleniya_vraga(0) self.running = True self._reset_stars() # -- сборка и сброс состояния ----------------------------------------- def _make_player(self) -> Player: image = self.assets.images["player_ship"] center = (SHIRINA / 2, self.playfield.bottom - image.get_height()) return Player(image, center) def _reset_stars(self) -> None: self.stars = [ Star( x=self.rng.uniform(0, SHIRINA), y=self.rng.uniform(self.playfield.top, self.playfield.bottom), speed=self.rng.uniform(STAR_MIN_SPEED, STAR_MAX_SPEED), radius=self.rng.choice((1, 1, 2)), color=self.rng.choice(STAR_COLORS), ) for _ in range(STAR_COUNT) ] def start_new_game(self) -> None: """Полный сброс контракта перезапуска (раздел 21.19 сайта): игрок, пули, враги, взрывы, счёт, жизни, таймер появления врагов, интервал между выстрелами и неуязвимость возвращаются к начальному состоянию. Рекорд сессии (high_score) сознательно не сбрасывается.""" self.bullets.empty() self.enemies.empty() self.explosions.empty() self.player = self._make_player() self.score = 0 self.lives = STARTING_LIVES self.spawn_timer = interval_poyavleniya_vraga(0) self._reset_stars() self.state = GameStatus.PLAYING def toggle_pause(self) -> None: if self.state is GameStatus.PLAYING: self.state = GameStatus.PAUSED elif self.state is GameStatus.PAUSED: self.state = GameStatus.PLAYING # -- ввод --------------------------------------------------------------- def handle_events(self) -> None: """Разовые события — переходы между состояниями. QUIT и Esc работают из любого состояния.""" for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: self.running = False elif event.type == pygame.KEYDOWN: if event.key == pygame.K_ESCAPE: self.running = False elif event.key == pygame.K_RETURN: if self.state in (GameStatus.MENU, GameStatus.GAME_OVER): self.start_new_game() elif event.key == pygame.K_p: self.toggle_pause() elif event.key == pygame.K_F3: self.debug = not self.debug def handle_input(self, dt: float) -> None: """Удерживаемые клавиши — движение и стрельба. Работает только в PLAYING: это гарантирует, что в PAUSED/MENU/GAME_OVER корабль не реагирует на управление (раздел 21.18 сайта).""" if self.state is not GameStatus.PLAYING: return keys = pygame.key.get_pressed() direction = pygame.Vector2( keys[pygame.K_RIGHT] - keys[pygame.K_LEFT], keys[pygame.K_DOWN] - keys[pygame.K_UP], ) self.player.move(direction, dt, self.playfield) self.player.update_timers(dt) if keys[pygame.K_SPACE] and self.player.fire_cooldown <= 0.0: self._spawn_bullet() self.player.fire_cooldown = FIRE_INTERVAL # -- появление игровых объектов -------------------------------------- def _spawn_bullet(self) -> None: image = self.assets.images["bullet"] center = (self.player.rect.centerx, self.player.rect.top) self.bullets.add(Bullet(image, center)) self.assets.play("laser") def _spawn_enemy(self) -> None: spec = vybrat_tip_vraga(self.rng, self.score) image = self.assets.images[spec.image_key] x = x_poyavleniya_vraga(self.rng, image.get_width(), self.playfield) + image.get_width() / 2 y = self.playfield.top - image.get_height() / 2 speed = spec.base_speed * mnozhitel_skorosti_vraga(self.score) self.enemies.add(Enemy(image, (x, y), spec.points, speed)) def _spawn_explosion(self, center: tuple[float, float]) -> None: self.explosions.add(Explosion(self.assets.explosion_frames, center)) self.assets.play("explosion") # -- столкновения ----------------------------------------------------- def resolve_bullet_enemy_collisions(self) -> int: """pygame.sprite.groupcollide() удаляет столкнувшиеся спрайты из обеих групп сразу. Один и тот же враг может попасть в результат только один раз (он один физический объект), но если сразу несколько пуль задели его в этом кадре, они всё равно вернут его как один и тот же объект в разных списках-значениях — поэтому подсчёт очков идёт через множество (set), а не суммированием по всем найденным парам, иначе один враг был бы засчитан дважды.""" collisions = pygame.sprite.groupcollide(self.bullets, self.enemies, True, True) destroyed = {vrag for vragi in collisions.values() for vrag in vragi} for vrag in destroyed: self._spawn_explosion(vrag.rect.center) return ochki_za_unichtozhennyh(destroyed) def resolve_enemy_player_collisions(self) -> bool: """Столкнувшиеся враги удаляются безусловно. Но берёт ли игрок урон — решает отдельная проверка неуязвимости в _update_playing(): так три одновременно столкнувшихся врага не отнимают три жизни разом (раздел 21.16 сайта).""" hit = pygame.sprite.spritecollide(self.player, self.enemies, True) for vrag in hit: self._spawn_explosion(vrag.rect.center) return len(hit) > 0 def resolve_enemy_escapes(self) -> int: """Враг, полностью пересекший нижнюю границу игрового поля, стоит игроку одну жизнь за каждого сбежавшего — правило намеренно простое и явное, а не выведено случайно из порядка мутации списка.""" escaped = [vrag for vrag in self.enemies if vrag.rect.top > self.playfield.bottom] for vrag in escaped: vrag.kill() return len(escaped) # -- обновление и отрисовка -------------------------------------------- def update(self, dt: float) -> None: dt = min(dt, MAX_DT) self.handle_input(dt) if self.state is GameStatus.PLAYING: self._update_playing(dt) def _update_playing(self, dt: float) -> None: """Порядок обновления одного кадра (разделы 21.14–21.16 сайта): 1) ввод и движение игрока уже обработаны в handle_input(); 2) пули; 3) враги; 4) взрывы; 5) звёзды; 6) появление новых врагов (с сохранением остатка времени сверх интервала); 7) столкновения пуль с врагами; 8) столкновения врагов с игроком; 9) враги, покинувшие игровое поле; 10) обновление счёта/жизней и, если нужно, переход в GAME_OVER.""" self.bullets.update(dt, self.playfield) self.enemies.update(dt, self.playfield) self.explosions.update(dt) self._update_stars(dt) self.spawn_timer -= dt while self.spawn_timer <= 0.0: self._spawn_enemy() self.spawn_timer += interval_poyavleniya_vraga(self.score) self.score += self.resolve_bullet_enemy_collisions() collided = self.resolve_enemy_player_collisions() if collided and not self.player.is_invulnerable: self.lives -= 1 self.player.take_hit() self.assets.play("player_hit") self.lives -= self.resolve_enemy_escapes() self.high_score = max(self.high_score, self.score) if self.lives <= 0: self.lives = 0 self.state = GameStatus.GAME_OVER def _update_stars(self, dt: float) -> None: for star in self.stars: star.y += star.speed * dt if star.y > self.playfield.bottom: star.y = self.playfield.top star.x = self.rng.uniform(0, SHIRINA) def render(self) -> None: self.screen.fill(BG_COLOR) self._render_stars() self.enemies.draw(self.screen) self.bullets.draw(self.screen) self.screen.blit(self.player.image, self.player.rect) if self.player.is_invulnerable: # Ровное кольцо, а не мигание — спокойный, не раздражающий # индикатор временной неуязвимости (раздел 21.16 сайта). pygame.draw.circle(self.screen, ACCENT_COLOR, self.player.rect.center, self.player.rect.width // 2 + 6, width=2) self.explosions.draw(self.screen) if self.debug: self._render_debug_overlay() self._render_hud() if self.state is GameStatus.MENU: self._render_menu_overlay() elif self.state is GameStatus.PAUSED: self._render_pause_overlay() elif self.state is GameStatus.GAME_OVER: self._render_game_over_overlay() pygame.display.flip() def _render_stars(self) -> None: for star in self.stars: pygame.draw.circle(self.screen, star.color, (round(star.x), round(star.y)), star.radius) def _render_hud(self) -> None: pygame.draw.rect(self.screen, HUD_BG_COLOR, (0, 0, SHIRINA, HUD_HEIGHT)) pygame.draw.line(self.screen, HUD_BORDER_COLOR, (0, HUD_HEIGHT), (SHIRINA, HUD_HEIGHT), 2) schet_tekst = self.font.render(f"Счёт: {self.score}", True, HUD_TEXT_COLOR) self.screen.blit(schet_tekst, (14, 12)) zhizni_tekst = self.font.render(f"Жизни: {self.lives}", True, HUD_TEXT_COLOR) rect = zhizni_tekst.get_rect(topright=(SHIRINA - 14, 12)) self.screen.blit(zhizni_tekst, rect) volna_tekst = self.font_small.render(f"Волна {nomer_volny(self.score)}", True, ACCENT_COLOR) self.screen.blit(volna_tekst, (14, 38)) if self.high_score > 0: rekord_tekst = self.font_small.render(f"Рекорд: {self.high_score}", True, ACCENT_COLOR) rekord_rect = rekord_tekst.get_rect(topright=(SHIRINA - 14, 38)) self.screen.blit(rekord_tekst, rekord_rect) def _render_debug_overlay(self) -> None: pygame.draw.rect(self.screen, (255, 80, 80), self.player.rect, width=1) for vrag in self.enemies: pygame.draw.rect(self.screen, (255, 80, 80), vrag.rect, width=1) for pulya in self.bullets: pygame.draw.rect(self.screen, (255, 80, 80), pulya.rect, width=1) fps_tekst = self.font_small.render(f"FPS: {self.clock.get_fps():.0f}", True, (150, 255, 150)) self.screen.blit(fps_tekst, (14, VYSOTA - 24)) def _overlay_backdrop(self) -> pygame.Surface: overlay = pygame.Surface((SHIRINA, VYSOTA), pygame.SRCALPHA) overlay.fill(OVERLAY_COLOR) return overlay def _render_menu_overlay(self) -> None: self.screen.blit(self._overlay_backdrop(), (0, 0)) stroki = [ ("КОСМИЧЕСКИЙ ШУТЕР", self.font_big, ACCENT_COLOR), ("", self.font_small, HUD_TEXT_COLOR), ("Enter — начать", self.font, HUD_TEXT_COLOR), ("Стрелки — движение", self.font_small, HUD_TEXT_COLOR), ("Space — огонь", self.font_small, HUD_TEXT_COLOR), ("P — пауза", self.font_small, HUD_TEXT_COLOR), ("Esc — выход", self.font_small, HUD_TEXT_COLOR), ] self._render_center_block(stroki, VYSOTA // 2 - 120) def _render_pause_overlay(self) -> None: self.screen.blit(self._overlay_backdrop(), (0, 0)) stroki = [ ("ПАУЗА", self.font_big, ACCENT_COLOR), ("P — продолжить", self.font, HUD_TEXT_COLOR), ] self._render_center_block(stroki, VYSOTA // 2 - 60) def _render_game_over_overlay(self) -> None: self.screen.blit(self._overlay_backdrop(), (0, 0)) stroki = [ ("ИГРА ОКОНЧЕНА", self.font_big, WARNING_COLOR), (f"Счёт: {self.score}", self.font, HUD_TEXT_COLOR), (f"Рекорд сессии: {self.high_score}", self.font_small, ACCENT_COLOR), ("Enter — заново", self.font, HUD_TEXT_COLOR), ("Esc — выход", self.font_small, HUD_TEXT_COLOR), ] self._render_center_block(stroki, VYSOTA // 2 - 120) def _render_center_block(self, stroki: list[tuple[str, pygame.font.Font, tuple[int, int, int]]], top: int) -> None: y = top for tekst, shrift, cvet in stroki: if not tekst: y += shrift.get_height() // 2 continue poverhnost = shrift.render(tekst, True, cvet) rect = poverhnost.get_rect(center=(SHIRINA // 2, y)) self.screen.blit(poverhnost, rect) y += shrift.get_height() + 6 # -- цикл --------------------------------------------------------------- def run(self) -> None: while self.running: dt = self.clock.tick(FPS) / 1000.0 self.handle_events() self.update(dt) self.render() pygame.quit() if __name__ == "__main__": Game().run()