导入需要的包

import curses
from random import randrange, choice
from collections import defaultdict

主逻辑

1.用户行为

所有的有效输入都可以转换为”上，下，左，右，游戏重置，退出”这六种行为，用 actions 表示

actions = ['Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Restart', 'Exit']

有效输入键是最常见的 W（上），A（左），S（下），D（右），R（重置），Q（退出），这里要考虑到大写键开启的情况，获得有效键值列表：

letter_codes = [ord(ch) for ch in 'WASDRQwasdrq']

ord的作用是返回字母对应的数字

1554781296196

将输入与行为进行关联：

actions_dict = dict(zip(letter_codes, actions * 2))

这里的关联分为两步

第一，zip把letter_codes和actions * 2一一对应组成元组

1554781243022

第二，dict把元组转化成相应的字典

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2.状态机

处理游戏主逻辑的时候我们会用到一种十分常用的技术：状态机，或者更准确的说是有限状态机（FSM）

你会发现 2048 游戏很容易就能分解成几种状态的转换。

1554781327706

state 存储当前状态， state_actions 这个词典变量作为状态转换的规则，它的 key 是状态，value 是返回下一个状态的函数：

Init: init()
- Game
Game: game()
- Game
- Win
- GameOver
- Exit
Win: lambda: not_game(‘Win’)
- Init
- Exit
Gameover: lambda: not_game(‘Gameover’)
- Init
- Exit
Exit: 退出循环

状态机会不断循环，直到达到 Exit 终结状态结束程序。

下面是经过提取的主逻辑的代码，会在后面进行补全：

def main(stdscr):

    def init():
        #重置游戏棋盘
        return 'Game'

    def not_game(state):
        #画出 GameOver 或者 Win 的界面
        #读取用户输入得到action，判断是重启游戏还是结束游戏
        responses = defaultdict(lambda: state) ＃默认是当前状态，没有行为就会一直在当前界面循环
        responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init', 'Exit' #对应不同的行为转换到不同的状态
        return responses[action]

    def game():
        #画出当前棋盘状态
        #读取用户输入得到action
        if action == 'Restart':
            return 'Init'
        if action == 'Exit':
            return 'Exit'
        #if 成功移动了一步:
            if 游戏胜利了:
                return 'Win'
            if 游戏失败了:
                return 'Gameover'
        return 'Game'


    state_actions = {
            'Init': init,
            'Win': lambda: not_game('Win'),
            'Gameover': lambda: not_game('Gameover'),
            'Game': game
        }

    state = 'Init'

    #状态机开始循环
    while state != 'Exit':
        state = state_actions[state]()

2.2 用户输入处理

阻塞＋循环，直到获得用户有效输入才返回对应行为：

def get_user_action(keyboard):    
    char = "N"
    while char not in actions_dict:    
        char = keyboard.getch()
    return actions_dict[char]

这里的keyboard后面输入的是stdscr，这个是代表windows设备屏幕的一个对象，getch()是获取一遍输入

但是python使用curses库有一个问题就是，一个经常出现的问题就是你会把你的终端搞得一团糟，通常是因为你的代码产生了 bug 并且引发了一个没有捕获的异常。例如：键盘输入不会在回显在屏幕上，这回让终端使用起来很困难。

在 Python 中你可以使用 curses.wrapper()来避免这种问题，让调试变得简单。

wrapper()函数接收一个可调用对象并且执行上文描述的初始化过程。如果支持颜色配置，同时会初始化颜色配置。然后会运行你的代码。一旦代码返回，wrapper() 会重置终端一开始的状态，并且代码会放在try …except中执行，如果获取异常会将终端重置为原始状态然后将异常抛出。因此，在有异常抛出的时候，你的终端不会处在一个可笑的状态，并且能够根据异常信息定位问题。

参考链接:https://juejin.im/entry/5ade979e6fb9a07aa43bd5c6

2.3 矩阵转置与矩阵逆转

加入这两个操作可以大大节省我们的代码量，减少重复劳动，看到后面就知道了。

矩阵转置：

def transpose(field):
    return [list(row) for row in zip(*field)]

这一步涉及到了zip和zip(*)的用法，前者是压缩后者是解压。可用于矩阵的转置，相当于两者是一个逆过程，zip后的结果必须要加上list才能看出结果。

zip在英文中有拉链的意思，我们由此可以形象的理解它的作用：将可迭代的对象作为参数，将对象中对应的元素打包成一个个元组，然后返回由这些元组组成的列表。如果各个迭代器的元素个数不一致，则返回列表长度与最短的对象相同。语法： zip([iterable, …]) 示例：

a = [1,2,3]
b = [4,5,6]
c = [4,5,6,7,8]
zipped = zip(a,b)     # 打包为元组的列表
[(1, 4), (2, 5), (3, 6)]
zip(a,c)              # 元素个数与最短的列表一致
[(1, 4), (2, 5), (3, 6)]
zip(*zipped)          # 与 zip 相反，可理解为解压，为zip的逆过程，可用于矩阵的转置
[(1, 2, 3), (4, 5, 6)]

参考资料： https://www.cnblogs.com/Aurora-Twinkle/p/8660778.html

矩阵逆转（不是逆矩阵）：

def invert(field):
    return [row[::-1] for row in field]

2.4 创建棋盘

初始化棋盘的参数，可以指定棋盘的高和宽以及游戏胜利条件，默认是最经典的 4x4～2048。

class GameField(object):
    def __init__(self, height=4, width=4, win=2048):
        self.height = height       #高
        self.width = width         #宽
        self.win_value = 2048      #过关分数
        self.score = 0             #当前分数
        self.highscore = 0         #最高分
        self.reset()               #棋盘重置

这一步是初始化棋盘这个类

2.5 棋盘操作

1.随机生成一个 2 或者 4

def spawn(self):
        new_element = 4 if randrange(100) > 89 else 2
        (i,j) = choice([(i,j) for i in range(self.width) for j in range(self.height) if self.field[i][j] == 0])
        self.field[i][j] = new_element

1.这里注意choice函数的用法，这个函数是来自random模块，随机返回一个列表，元组或字符串的随机项。

2.注意列表生成式的写法

2.重置棋盘

def reset(self):
    if self.score > self.highscore:
        self.highscore = self.score
    self.score = 0
    self.field = [[0 for i in range(self.width)] for j in range(self.height)]
    self.spawn()
    self.spawn()

先刷新分数再重置棋盘，两次spawn（）产生两个初始数字

3.一行向左合并

(注：这一操作是在 move 内定义的，拆出来是为了方便阅读)

def move_row_left(row):
    def tighten(row): # 把零散的非零单元挤到一块
        new_row = [i for i in row if i != 0]
        new_row += [0 for i in range(len(row) - len(new_row))]
        return new_row

    def merge(row): # 对邻近元素进行合并
        pair = False
        new_row = []
        for i in range(len(row)):
            if pair:
                new_row.append(2 * row[i])
                self.score += 2 * row[i]
                pair = False
            else:
                if i + 1 < len(row) and row[i] == row[i + 1]:
                    pair = True
                    new_row.append(0)
                else:
                    new_row.append(row[i])
        assert len(new_row) == len(row)
        return new_row
    #先挤到一块再合并再挤到一块
    return tighten(merge(tighten(row)))

这一步的两个函数都是针对一行而言的, tighten()是把一行里面零散的非零元素挤到一块，本质就是把一行非零的元素放到左边，剩下的0放右边。merge这个就是具体判断的逻辑了，注意最后的assert，断言的写法。

4.棋盘走一步

通过对矩阵进行转置与逆转，可以直接从左移得到其余三个方向的移动操作

def move(self, direction):
    def move_row_left(row):
        #一行向左合并
        moves = {}
        moves['Left']  = lambda field: [move_row_left(row) for row in field]
        moves['Right'] = lambda field: invert(moves['Left'](invert(field)))
        moves['Up']    = lambda field: transpose(moves['Left'](transpose(field)))
        moves['Down']  = lambda field: transpose(moves['Right'](transpose(field)))

if direction in moves:
    if self.move_is_possible(direction):
        self.field = moves[direction](self.field)
        self.spawn()
        return True
    else:
        return False

这里用到的知识点有，lambda表达式(匿名函数)。另外使用left来表示其他的矩阵操作是一个为了节省代码量的操作，可以借鉴。

游戏逻辑：下一步可以走，则移动，然后产生一个新的数。

所谓lambda表达式是指的一种匿名函数的书写形式，看起来更简洁。

看个例子：

g = lambda x:x+1

看一下执行的结果：

g(1)
>>>2
g(2)
>>>3

当然，你也可以这样使用：

lambda x:x+1(1)
>>>2

5.判断输赢

def is_win(self):
    return any(any(i >= self.win_value for i in row) for row in self.field)

def is_gameover(self):
    return not any(self.move_is_possible(move) for move in actions)

知识点:

any()的用法是在一个可迭代对象里有一个非零的数就返回true

6.判断能否移动

def move_is_possible(self, direction):
    def row_is_left_movable(row): 
        def change(i):
            if row[i] == 0 and row[i + 1] != 0: # 可以移动
                return True
            if row[i] != 0 and row[i + 1] == row[i]: # 可以合并
                return True
            return False
        return any(change(i) for i in range(len(row) - 1))
    check = {}
    check['Left']  = lambda field: any(row_is_left_movable(row) for row in field)

    check['Right'] = lambda field: check['Left'](invert(field))

    check['Up']    = lambda field: check['Left'](transpose(field))

    check['Down']  = lambda field: check['Right'](transpose(field))

    if direction in check:
        return check[direction](self.field)
    else:
        return False

用左移的逻辑去匹配上下右的情况，这里因为只要考虑布尔值，所以不用把变换后的矩阵再转回来。

2.6 绘制游戏界面

（注：这一步是在棋盘类内定义的）

def draw(self, screen):
    help_string1 = '(W)Up (S)Down (A)Left (D)Right'
    help_string2 = '     (R)Restart (Q)Exit'
    gameover_string = '           GAME OVER'
    win_string = '          YOU WIN!'
    def cast(string):
        screen.addstr(string + '\n')
        
    #绘制水平分割线
    def draw_hor_separator():
        line = '+' + ('+------' * self.width + '+')[1:]
        separator = defaultdict(lambda: line)
        if not hasattr(draw_hor_separator, "counter"):
            draw_hor_separator.counter = 0
        cast(separator[draw_hor_separator.counter])
        draw_hor_separator.counter += 1

    def draw_row(row):
        cast(''.join('|{: ^5} '.format(num) if num > 0 else '|      ' for num in row) + '|')

    screen.clear()

    cast('SCORE: ' + str(self.score))
    if 0 != self.highscore:
        cast('HIGHSCORE: ' + str(self.highscore))

    for row in self.field:
        draw_hor_separator()
        draw_row(row)

	draw_hor_separator()

    if self.is_win():
        cast(win_string)
    else:
        if self.is_gameover():
            cast(gameover_string)
        else:
            cast(help_string1)
    cast(help_string2)

注意这一段

#绘制水平分割线
def draw_hor_separator():
    line = '+' + ('+------' * self.width + '+')[1:]
    separator = defaultdict(lambda: line)
    if not hasattr(draw_hor_separator, "counter"):
        draw_hor_separator.counter = 0
    cast(separator[draw_hor_separator.counter])
    draw_hor_separator.counter += 1

defaultdict这个针对的是dict key若不存在会报错的问题，这里的意思是对于不存在的key默认设置为line的内容

hasattr是代表着判断某个对象是否有某个属性

这里是画若干行出来

def draw_row(row):
    cast(''.join('|{: ^5} '.format(num) if num > 0 else '|      ' for num in row) + '|')

这里是画一行，非零数字就打印出来，零就略过

2.7 完成主逻辑

完成以上工作后，我们就可以补完主逻辑了！

def main(stdscr):
    def init():
        #重置游戏棋盘
        game_field.reset()
        return 'Game'
        
    def not_game(state):
        #画出 GameOver 或者 Win 的界面
        game_field.draw(stdscr)
        #读取用户输入得到action，判断是重启游戏还是结束游戏
        action = get_user_action(stdscr)
        responses = defaultdict(lambda: state) #默认是当前状态，没有行为就会一直在当前界面循环
        responses['Restart'], responses['Exit'] = 'Init', 'Exit' #对应不同的行为转换到不同的状态
        return responses[action]

    def game():
        #画出当前棋盘状态
        game_field.draw(stdscr)
        #读取用户输入得到action
        action = get_user_action(stdscr)

        if action == 'Restart':
            return 'Init'
        if action == 'Exit':
            return 'Exit'
        if game_field.move(action): # move successful
            if game_field.is_win():
                return 'Win'
            if game_field.is_gameover():
                return 'Gameover'
        return 'Game'
    
    state_actions = {
            'Init': init,
            'Win': lambda: not_game('Win'),
            'Gameover': lambda: not_game('Gameover'),
            'Game': game
        }

    curses.use_default_colors()
    game_field = GameField(win=2048)
    state = 'Init'

    #状态机开始循环
    while state != 'Exit':
        state = state_actions[state]()

运行

python3 2048.py

最后的运行结果

1554824923221

总结:用到的知识点

ord函数
zip函数和zip(*)函数
curses库
lambda表达式
choice函数

待完成