Kitabı oxu: «MINI DOOM Современный Python через игру Том 1 Учимся держать оружие»
Предисловие
Привет. Если ты держишь эту книгу, значит, тебе хочется не просто «выучить Python», а сделать что-то своё. Отлично, потому что именно этим мы и займёмся. За двадцать девять глав мы с тобой с нуля напишем игру в духе Doom: с коридорами, дверями, импами, которые швыряются огнём, зомби с винтовками, дробовиком и статус-баром внизу экрана. Без готовых движков, без скачанных картинок и звуков — всё своими руками, строчка за строчкой.
Рисунок 0.1 — Так выглядит MINI DOOM в конце книги: титульный экран, имп в проёме, дробовик в деле, второй уровень. Ни одной картинки из интернета — всё нарисовано кодом
Посмотри на рисунок 0.1. Каждый пиксель на нём — результат кода, который ты напишешь. Текстура кирпича, рожа импа, огонь на титульнике и даже звук выстрела — всё это генерируется программой при запуске. Звучит как магия, но к концу книги ты будешь знать, как работает каждый фокус.
Для кого эта книга
Для тех, кто ни разу не программировал или пробовал, но бросил на третьей странице скучного учебника. Я не буду требовать от тебя знаний математики сверх школьной, а ту, что понадобится, — синус, косинус, векторы, — объясню на пальцах прямо тогда, когда она понадобится, и ни минутой раньше.
Если ты уже немного знаешь Python, тоже не уходи. Первую часть можешь пролистать по диагонали, а со второй начнётся то, чего в обычных учебниках нет: своё окно, пиксели на numpy, псевдо-3D, искусственный интеллект монстров, синтез звука, тесты и профилировщики. Здесь Python не «язык для скриптов», а язык, на котором пишут настоящую игру — и разбираются, почему она тормозит и как её ускорить.
Книга маркирована 18+. Не потому, что тут кровь и кишки (хотя импы истекают пиксельной кровью), а потому что я разговариваю с тобой как со взрослым: иногда крепким словом, когда программа ведёт себя как последняя сволочь. Дозированно, как соль в супе.
Почему Doom и почему Python
Потому что Doom — идеальный учебный проект. Он достаточно простой, чтобы один человек мог написать его за книгу, и достаточно сложный, чтобы по дороге встретилось всё важное: списки и словари, классы и датаклассы, массивы numpy и алгоритмы, конечные автоматы, файлы и исключения, звук и тесты. А ещё потому, что стрелять по демонам веселее, чем считать среднюю зарплату сотрудников в отделе, как в половине учебников.
А Python — потому что на нём проще всего начать и дальше всего можно уйти. Говорят, что Python медленный и игры на нём не пишут. Отчасти правда: цикл по пикселям на чистом Python действительно в сотню раз медленнее, чем надо. Но мы научимся думать массивами и отдавать тяжёлую работу numpy, мерить время профилировщиком и находить, где тормозит на самом деле. Это самый ценный навык, который можно вынести из книги, — и он пригодится далеко за пределами игр: в анализе данных, машинном обучении, науке.
Как устроена книга
Книга разбита на пять частей. Каждая следующая опирается на предыдущую, поэтому читать лучше по порядку.
Таблица 0.1 — Пять частей книги
Внутри главы всё идёт по одному сценарию: сначала объясняю идею на пальцах, потом пишем код, потом смотрим на настоящий вывод программы и разбираем его, потом — грабли, на которые наступают все, и в конце упражнения и задачи. Ответы на них собраны в конце книги.
И главное правило: каждая глава заканчивается работающей программой. Не «допишем в следующей главе», а прямо сейчас: запустил — увидел результат. Я называю это контрольной точкой — как в игре, где можно сохраниться.
Как читать листинги
Код в книге выглядит как окно редактора. Сверху — имя файла и язык, слева — номера строк, на которые я ссылаюсь в тексте. Под кодом тёмная панель: это то, что программа напечатала, когда я её запустил. Вот пример — листинг 0.1.
Листинг 0.1 — Как выглядит листинг: код, номера строк и вывод программы
Первая зелёная строка в тёмной панели, «$ python3 main.py», — команда запуска. На Windows та же команда пишется python main.py, а проще всего — uv run main.py: об этом в главе 1. Строки, начинающиеся с решётки, — мои комментарии, программа их не печатала.
Весь вывод в книге настоящий. Каждый пример я запускал на Python 3.15 и проверял двумя строгими сторожами: линтером ruff с большим набором правил и проверкой типов mypy в строгом режиме. Если у тебя вывод отличается — скорее всего, отличается и код. Сверься с архивом примеров. Исключение — замеры времени: у тебя другой компьютер, и миллисекунды будут другими, а вот соотношения — такими же.
Если Python отказывается запускать программу, панель подписана «интерпретатор ругается». Такие листинги я показываю специально: читать трейсбеки — такой же навык, как писать код. Окна игры в книге сняты «роботом» — программой, которая нажимает клавиши и двигает мышь вместо человека, — поэтому каждый скриншот тоже настоящий и повторяемый. Как это устроено, ты узнаешь в главе 9.
Цветные врезки
По тексту разбросаны цветные врезки четырёх видов. Вот они все.
Что понадобится
— Компьютер с Windows, macOS или Linux. Игра работает везде, где есть Python.
— Python 3.15 и менеджер uv — как их поставить, расскажу в главе 1.
— Редактор Visual Studio Code с расширениями Python и Ruff. Можно и любой другой, но объяснять я буду на нём.
— Две библиотеки: numpy и pygame-ce. Их uv поставит одной командой в главе 9.
— Желание разобраться. Серьёзно, это важнее всего остального.
Мышь тоже пригодится: в Doom без мыши играть можно, но это как есть суп вилкой. И колонки — в главе 26 игра заговорит.
Архив примеров
Весь код из книги лежит на GitHub: https://github.com/RushSex/MiniDoom-Python. Скачать его можно одним архивом — зелёная кнопка Code, затем Download ZIP — или командой git clone; дальше в книге я называю его просто архивом примеров. В папке examples там по папке на каждую главу — от ch01 до ch29, — и в каждой папке программы в том виде, в каком они должны быть в конце главы. Готовая игра целиком — в папке minidoom: uv sync, uv run main.py — и вперёд.
Но не превращай архив в копипасту. Код, набранный своими пальцами, запоминается в десять раз лучше, а опечатки, которые ты при этом наделаешь, научат читать трейсбеки. Это не баг обучения, это его фича.
Поехали
Хватит предисловий. Ставим Python, пишем первую программу и заставляем компьютер сказать «Hello, Doom!». Переворачивай страницу.
Пять томов
Книга «MINI DOOM. Современный Python через игру» выходит в пяти томах — по одному на каждую часть. Каждый заканчивается работающей программой, и в каждом свои ответы, глоссарий и указатель.
— Том 1. Учимся держать оружие — главы 1–8: основы Python в консоли, от первой программы до ссылок и ресурсов.
— Том 2. Окно в ад — главы 9–13: окно pygame-ce, пиксели на numpy, игровой цикл, клавиатура и мышь, свой шрифт.
— Том 3. Третье измерение — главы 14–19: рейкастинг, стены, текстуры, пол и свет, профилировщик, двери.
— Том 4. Здесь кто-то есть — главы 20–25: спрайты, монстры, оружие, конечные автоматы, поиск пути, смерть.
— Том 5. Шум, свет и финальные титры — главы 26–29: звук, экраны, уровни в файлах, uv, ruff, mypy и pytest.
Все исходники серии — на GitHub: https://github.com/RushSex/MiniDoom-Python. Папка examples/chNN для каждой главы, готовая игра — папка minidoom. Там же README: uv sync, uv run main.py — и вперёд.
Часть I. Учимся держать оружие
Прежде чем стрелять по демонам, надо научиться держать оружие. В этой части мы освоим основы Python в самой простой обстановке — в окне терминала. Никакой графики, никаких окон, только ты, код и интерпретатор. Зато к концу части у тебя будет консольный рогалик: герой бегает по карте, монстры бродят вокруг, а код устроен так, как пишут настоящие программисты.
Глава 1. Hello, Doom
Любое путешествие начинается с первого шага, а любой программист — с программы, которая печатает «Hello, World!». Мы поступим так же, только поздороваемся не с миром, а с Doom. В этой главе ты поставишь Python и редактор, создашь первый проект, настроишь его как профи, нарисуешь титульный экран игры буквами и, что не менее важно, научишься не бояться, когда Python начинает ругаться.
Что такое программа и зачем нужен интерпретатор
Процессор твоего компьютера — тупой, но очень быстрый исполнитель. Он понимает только машинный код: длинные последовательности чисел вроде «возьми число отсюда, прибавь вот это, положи туда». Писать так руками можно, люди так и делали в пятидесятых, но удовольствия примерно как от заполнения налоговой декларации на латыни.
Поэтому придумали языки программирования. Ты пишешь текст, понятный человеку, а специальная программа переводит его для машины. В языках вроде C++ переводчик — компилятор — переводит весь текст заранее и выдаёт готовый .exe. В Python всё устроено иначе: переводчик сидит рядом с поваром и читает ему рецепт вслух, строчка за строчкой, прямо во время готовки. Такой переводчик называется интерпретатор, и он тоже называется python.
Если заглянуть под капот, интерпретатор сначала быстро переводит твой файл в промежуточный байт-код — компактные команды для виртуальной машины Python — и потом выполняет их одну за другой. Весь путь показан на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 — Путь от текста программы до результата: перевод и выполнение идут сразу, при каждом запуске
У такого подхода есть плюс и минус, и оба нам важны. Плюс: написал строчку — сразу запустил, никакой долгой сборки. Минус: многие ошибки интерпретатор замечает, только когда до них дойдёт. Опечатка в пятой строке не помешает выполниться первым четырём, а программа упадёт посреди работы. В C++ такую ошибку поймал бы компилятор до запуска. Поэтому в Python мы позовём на помощь двух сторожей — линтер и проверку типов. Знакомство с ними — в этой же главе.
Ставим Python
Нам нужен свежий Python — версии 3.15, она вышла в октябре 2026 года. Подойдёт и любая более новая. Ставить его будем через uv — это современный менеджер Python от команды, которая сделала линтер Ruff. Он ставит сам Python нужной версии, инструменты для него и библиотеки, и делает это быстро. Старый способ — скачать установщик с python.org и не забыть галочку Add python.exe to PATH — тоже работает, но с uv меньше граблей.
— Открой PowerShell (на Windows) или терминал (на Linux и macOS).
— Поставь uv. На Windows: powershell -c «irm https://astral.sh/uv/install.ps1 | iex». На Linux и macOS: curl -LsSf https://astral.sh/uv/install.sh | sh. Точные команды всегда есть на сайте docs.astral.sh/uv.
— Закрой терминал и открой заново, чтобы он увидел uv. Потом поставь Python: uv python install 3.15.
— Поставь двух сторожей: uv tool install ruff и uv tool install mypy. О них — чуть ниже.
Проверить, что всё на месте, можно командами python --version, ruff --version и mypy --version. Каждая должна напечатать номер версии, а не «команда не найдена».
Редактор и первый проект
Писать код можно хоть в «Блокноте», но мы возьмём Visual Studio Code — бесплатный редактор от Microsoft, стандарт для Python. Поставь его с сайта code.visualstudio.com, открой, слева на панели найди «Расширения» и поставь два: Python от Microsoft и Ruff от Astral. Первое учит редактор понимать Python, второе подсвечивает подозрительные места прямо по ходу набора.
Теперь проект. Создай где-нибудь папку mini_doom, в VS Code выбери «Файл → Открыть папку» и открой её. Создай файл main.py — в Python это обычное имя для главного файла программы. Запускать программу будем из встроенного терминала (меню «Терминал → Создать терминал») командой python main.py. Полезные клавиши собраны в таблице 1.1.
Таблица 1.1 — Горячие клавиши VS Code, которые понадобятся сразу
Hello, Doom
Набери в main.py код из листинга 1.1. Именно набери руками, не копируй: пальцы тоже должны учиться.
Листинг 1.1 — Первая программа
Запусти. В терминале появится ровно то, что в тёмной панели под кодом: строка Hello, Doom!. Поздравляю, ты программист. Ну, почти. Одна строчка — и программа готова: ни заголовков, ни функции main, ни точки с запятой. За это Python и любят.
Разберём эту строку по частям. print — это функция, готовая команда, которая печатает в терминал то, что ей дали. Круглые скобки после имени означают «вызвать функцию». Внутри скобок — то, что ей передают, аргумент. Здесь это строка «Hello, Doom!»: текст в кавычках. Кавычки говорят Python, что это не команда, а просто буквы, которые надо оставить как есть. После печати print сам переводит курсор на новую строку.
Функции print можно передать сразу несколько значений через запятую — она напечатает их через пробел. А два особых именованных аргумента меняют поведение: sep задаёт, чем разделять значения, а end — чем закончить строку. Всё это в листинге 1.2.
Листинг 1.2 — Возможности print: несколько значений, sep и end
Строка 1. Четыре значения через запятую — две строки и два числа. Числа пишутся без кавычек, и Python понимает, что это числа. print напечатал всё через пробел.
Строка 2. sep=»» — разделитель пустой, поэтому HEALTH: и 100 слиплись.
Строки 3–5. end=»» отменяет перевод строки в конце. Три вызова print напечатали одну строку Loading… OK — так рисуют индикаторы загрузки.
Строка 6. print без аргументов печатает пустую строку.
Строка 7. «2 + 2 =» в кавычках — это текст, его напечатали как есть. А 2 + 2 без кавычек — выражение: Python его посчитал и напечатал 4. Как print раскладывает значения по строке, показано на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 — Функция print: значения по очереди уезжают в терминал, между ними — разделитель
Рисуем титульный экран
Строка Hello, Doom! — это мило, но у настоящей игры должен быть титульный экран. Нарисуем его буквами, как делали в восьмидесятых, — это называется ASCII-арт. Код в листинге 1.3.
Листинг 1.3 — Титульный экран MINI DOOM из символов
Строки 1 и 2 начинаются с решётки. Это комментарии: всё от # до конца строки Python пропускает. Комментарии пишут для людей — для коллег и для себя через полгода, когда забудешь, что тут происходит. А забудешь обязательно.
Строка 3. TITLE =… — первая в книге переменная: имя, к которому привязано значение. Подробно о переменных — в следующей главе, а пока считай, что мы положили рисунок в коробку с надписью TITLE и в строке 11 достали его оттуда, чтобы напечатать. Имя написано заглавными буквами — так в Python договорились обозначать константы, значения, которые не меняются.
Сам рисунок — это строка в тройных кавычках «»»…»»». Обычная строка в одинарных кавычках должна уместиться в одну строку кода, а тройная может тянуться сколько угодно и сохраняет все переносы. Обрати внимание на первую строку вывода: она пустая. Это не баг: строка начинается сразу после открывающих кавычек, а там стоит перевод строки — он тоже попал в вывод.
Самое хитрое — буква r перед кавычками. В обычной строке обратный слэш \ — особый символ: \n означает перевод строки, \t — табуляцию. А в нашем рисунке слэшей полно. Буква r делает строку «сырой» (raw): все символы в ней — просто символы. Что будет, если её забыть, видно в листинге 1.4: там рисунок без r, и мы проверили файл линтером Ruff.
Листинг 1.4 — Забыли r: Ruff находит подозрительные слэши
Ruff говорит: в строке 3, в столбце 4 стоит неправильная escape-последовательность \/ — такой особой комбинации в Python нет. Таких мест в рисунке два, второе он нашёл в столбце 14, мы его сократили. Ниже Ruff даже подсказывает лекарство: поставить r перед кавычками. Сам Python в таком случае выдаст предупреждение SyntaxWarning, но картинку напечатает. А если бы в рисунке оказалось сочетание \n, на его месте молча появился бы перенос строки, и рисунок разъехался бы без всяких предупреждений.
Когда Python ругается
Рано или поздно — скорее рано — ты запустишь программу, а вместо результата получишь простыню красного текста. Это нормально. Опытные программисты видят такое по сто раз на дню и не расстраиваются. Ошибки бывают трёх видов, и полезно понимать, кто именно ругается и когда.
Первый вид — синтаксическая ошибка. Ты написал то, что вообще не похоже на Python. Такие ошибки интерпретатор замечает сразу, на этапе перевода в байт-код, и не выполняет ни одной строчки. Классика — незакрытая скобка в листинге 1.5.
Листинг 1.5 — Забыли закрывающую скобку в строке 2
Сообщение выглядит пугающе, но устроено всегда одинаково. Разберём его по частям на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 — Анатомия сообщения об ошибке: файл, строка, тип и суть
Python говорит: в файле main.py, в строке 2, открытая скобка так и не закрылась, и галочкой ^ показывает, какая именно. Обрати внимание: строка 1 тоже не выполнилась, MINI DOOM не напечатался. Синтаксическая ошибка останавливает всё ещё до старта.
Второй вид — ошибка во время выполнения. Код написан грамматически правильно, но делает невозможное. Такие ошибки проявляются, только когда выполнение до них дойдёт. В листинге 1.6 вместо print написано pirnt.
Листинг 1.6 — Опечатка в имени функции
Видишь? Первые две строки отработали и напечатали своё, а на третьей программа упала. Это трейсбек (traceback) — отчёт о том, где и почему всё сломалось. Читать его надо снизу: последняя строка — суть. NameError: имени pirnt не существует. Python даже догадывается, что ты имел в виду print. Строкой выше — сама виноватая строка, а над ней — файл и номер строки. Четвёртая строка, Ready., так и не выполнилась.
Вот почему такие ошибки опасны. Представь, что опечатка не в третьей строке, а в коде, который срабатывает, только когда игрок подберёт секретную ракетницу на пятом уровне. Ты можешь сто раз запустить игру, и всё будет работать. А потом игрок дойдёт до ракетницы, и игра вылетит у него. Лучше бы поймать ошибку заранее. Для этого и нужен линтер — программа, которая читает код, не выполняя его, и ищет подозрительное. Мы поставили Ruff. Проверим им тот же файл в листинге 1.7.
Листинг 1.7 — Тот же файл глазами Ruff: ошибка найдена без запуска
Ruff нашёл ошибку, не запуская программу: F821 — неопределённое имя pirnt, строка 3, столбец 1. Буква с цифрами в начале — код правила, по нему удобно искать объяснения в документации Ruff.
Третий вид — ошибка типов. Python строго следит, что с чем можно делать. Число можно сложить с числом, строку — со строкой, но строку с числом — нельзя: непонятно, что получится. В листинге 1.8 мы пытаемся приклеить к надписи число патронов.
Листинг 1.8 — Строку нельзя сложить с числом
Снова трейсбек, и снова строка 2 успела выполниться. TypeError: склеивать можно только строку со строкой, а не с int, то есть целым числом. Волнистая линия под кодом показывает, какая операция не удалась, а галочка — где именно плюс.
Такие ошибки ловит второй сторож — mypy, программа проверки типов. Она тоже читает код без запуска, но смотрит не на опечатки, а на то, сходятся ли типы. Результат — в листинге 1.9.
Листинг 1.9 — Ошибку типов находит mypy
mypy пишет: строка 3, неподдерживаемые типы для + — str и int, то есть строка и целое число. Как правильно печатать числа вместе с текстом, разберём в следующей главе. Самый простой способ ты уже знаешь: print(«AMMO:», ammo) — через запятую, и print сам превратит число в текст.
Сводка — в таблице 1.2.
Таблица 1.2 — Первые ошибки, которые ты встретишь, и кто их ловит
Главные правила чтения ошибок такие:
— Читай трейсбек снизу вверх: последняя строка — что случилось, выше — где.
— Смотри на номер строки и на строку выше.
— Читай суть целиком, а не только слово Error. Python обычно говорит прямо, чего ему не хватает, и часто подсказывает: Did you mean…?
— Если ничего не понятно — скопируй последнюю строку и поищи её в интернете. С этой ошибкой до тебя уже встретились тысячи людей.
Настраиваем строгость
Ruff и mypy по умолчанию добрые: проверяют немного и закрывают глаза на многое. Мы сделаем из них злых прапорщиков. Настройки проекта в Python живут в файле pyproject.toml в корне папки. Создай его рядом с main.py и заполни, как в листинге 1.10.
Листинг 1.10 — Настройки проекта: строгий Ruff и строгий mypy
Раздел [project] описывает сам проект: имя, версию и минимальную версию Python. Раздел [tool.ruff.lint] включает наборы правил Ruff: каждый код — отдельная группа проверок, от стиля (E, W) и явных ошибок (F) до подозрительных конструкций (B), устаревших приёмов (UP) и лишних сложностей (SIM, PL). Названия групп можно не запоминать: Ruff в каждом замечании пишет код правила, а по коду легко найти объяснение. Строка ignore выключает три правила, которые ругаются на русские буквы в комментариях, и одно, которое в учебных примерах только мешает. Раздел [tool.ruff.lint.pylint] чуть смягчает одно правило: Ruff по умолчанию считает подозрительной функцию больше чем с пятью параметрами, а в игре рисование прямоугольника — это четыре координаты, цвет и сам холст. А strict = true в разделе [tool.mypy] включает у mypy самый строгий режим.
Каждый пример в этой книге проходит обе проверки без единого замечания, прежде чем попасть в листинг. Как это выглядит в терминале, показано в листинге 1.11: так стоит проверять свою программу перед каждым запуском.
Листинг 1.11 — Проверка перед запуском: Ruff, mypy и только потом программа
Итоги главы
— Интерпретатор Python выполняет программу строку за строкой, переводя её в байт-код при каждом запуске.
— Python ставим через uv, код пишем в VS Code с расширениями Python и Ruff.
— Программа на Python может состоять из одной строки: print(«Hello, Doom!»).
— print печатает несколько значений через пробел; sep меняет разделитель, end — окончание строки.
— Тройные кавычки хранят многострочный текст, буква r делает строку сырой — идеально для ASCII-арта.
— Ошибки бывают синтаксические (видны сразу) и во время выполнения (видны, когда до них дойдёт). Вторые ловим заранее: опечатки — Ruff, типы — mypy.
— Трейсбек читаем снизу вверх.
Контрольная точка: у тебя есть программа, которая печатает титульный экран MINI DOOM и проходит проверку Ruff и mypy. В следующей главе на экране появятся числа — здоровье, патроны и урон, — и мы посчитаем, сколько выстрелов нужно, чтобы уложить импа.
Упражнения
Упражнение 1.1. Что выведет? Не запуская программу из листинга 1.12, напиши на бумаге, что она напечатает. Потом проверь себя.
Листинг 1.12 — Упражнение 1.1
Упражнение 1.2. Найди баг. Программа из листинга 1.13 не запускается. Почему? Попробуй догадаться до того, как запустишь её.
Листинг 1.13 — Упражнение 1.2
Упражнение 1.3. Напиши сам. Выведи надпись PRESS ENTER в рамке из символов +, — и |. Рамка должна быть ровной: углы на своих местах, стороны одной длины.
Упражнение 1.4. Подумай. Программа из листинга 1.6 успела напечатать две строки, прежде чем упасть. Программа из листинга 1.5 не напечатала ничего. Почему так? Какая из этих двух ошибок опаснее в большой игре?
Задачи
Задача 1.1. Экран загрузки. Напиши программу, которая печатает заголовок с версией игры и несколько строк вида «Loading textures ...... OK», где слово OK во всех строках стоит строго в одном столбце. Закончи боевым кличем.
Задача 1.2. Свой баннер. Нарисуй в сырой строке титульник со своим ником. Потом попробуй закончить рисунок обратным слэшем прямо перед закрывающими кавычками. Что случится и как это обойти?
Задача 1.3. Коллекционер ошибок. Сломай программу из листинга 1.1 пятью разными способами: убери скобку, закавычь не то, напиши Print с большой буквы, добавь лишний пробел в начале и так далее. Для каждой поломки выпиши последнюю строку ошибки и объясни её своими словами. А потом проверь каждую сломанную версию Ruff: какие из ошибок он нашёл бы до запуска?
Глава 2. Переменные и типы
Игра — это числа. Здоровье, патроны, урон, координаты, время на уровне, процент найденных секретов. Даже красивая картинка в конце концов — горсть чисел, которые означают цвета. В этой главе мы научимся хранить числа и строки в переменных, считать с ними, выводить их красиво и не наступать на грабли, разложенные на этом пути. А в конце посчитаем, сколько выстрелов из пистолета нужно, чтобы уложить импа.
Переменная — бирка на коробке
Представь склад, заставленный коробками. В каждой коробке лежит значение: число 100, строка «imp», дробное 3.4. Сами коробки безымянные, зато на них можно повесить бирку с именем. Вот эта бирка и есть переменная в Python: имя, привязанное к значению. Запись health = 100 читается так: «положи на склад коробку со значением 100 и повесь на неё бирку health». Знак = в программировании — не «равно», а «привязать».
Листинг 2.1 — Переменные игрока: создаём, печатаем, меняем
Строки 1–3 создают три переменные. Имена пишем маленькими буквами, слова разделяем подчёркиванием: health, ammo, player_speed. Так в Python принято, и Ruff проследит, чтобы ты не написал PlayerSpeed там, где ждут переменную. Имя не может начинаться с цифры и не может совпадать со словами языка вроде if или for.
Строка 9. ammo = ammo — 1 — с точки зрения математики бред, а для программы нормальная команда: возьми то, на чём висит бирка ammo, отними единицу, а бирку перевесь на результат. Строка 10 делает то же самое короче: health -= 15 значит health = health — 15. Так же работают +=, *=, /= и остальные.
Бирки — не просто красивая метафора, Python действительно так устроен. Смотри листинг 2.2.
Листинг 2.2 — Две бирки на одной коробке и что бывает при изменении
Строка 2. armor = health не копирует число: на ту же самую коробку 100 вешается вторая бирка. Проверка health is armor в строке 3 так и отвечает: True, это один и тот же объект. А type(health) говорит, что в коробке лежит int — целое число.
Строка 5. health -= 15 не меняет число внутри коробки — числа в Python неизменяемые, как надпись на камне. Вместо этого на складе появляется новая коробка 85, и бирку health перевешивают на неё. armor продолжает висеть на старой коробке 100. Как это выглядит, показано на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 — Переменные — бирки на коробках. Изменение числа вешает бирку на новую коробку, а не переписывает старую
Какие бывают типы
У каждой коробки на складе есть тип — что именно в ней лежит. От типа зависит, что с значением можно делать: числа складывают, строки склеивают, а сложить число со строкой, как мы видели в главе 1, нельзя. Узнать тип помогает функция type, а превратить значение одного типа в другой — функции с именами типов. Всё это в листинге 2.3.
Листинг 2.3 — Основные типы и превращения между ними
Строки 6 и 7 показывают пять типов, которые встречаются постоянно. Строка 8 — превращения: int(«42») делает из строки число, к которому можно прибавить единицу; float(«2.5») — дробное; str(7) — строку, которую можно склеить с другой строкой. В строке 9 — правило, которое пригодится в главе 3: ноль и пустая строка считаются ложью, всё остальное — правдой. Сводка — в таблице 2.1.
Таблица 2.1 — Основные типы Python
Длинные числа можно разделять подчёркиваниями: 1_000_000 — то же, что 1000000, но читается без подсчёта нулей.
Числа, которые не ломаются
В большинстве языков у целого числа есть предел. Например, в C++ обычный int заканчивается на 2 147 483 647, и если к нему прибавить единицу, число перескакивает в огромный минус — это называется переполнение. Из-за таких историй в старых играх счётчики очков внезапно становились отрицательными. В Python у int предела нет, смотри листинг 2.4.
Листинг 2.4 — Целые числа Python растут без предела
Число 2**100 — это 2 в сотой степени, две звёздочки означают возведение в степень. А 2 в десятитысячной степени содержит 3011 цифр, и Python посчитал его честно. Платим мы за это скоростью и памятью: чем больше число, тем дольше с ним работать. Для игры это не проблема, у нас числа скромные.
Деление: три разных оператора
Со сложением, вычитанием и умножением всё как в школе: +, — и *. А вот делений в Python три, и путать их — верный способ получить баг. Листинг 2.5.
Листинг 2.5 — Обычное деление, целая часть и остаток
— / — обычное деление. Результат всегда float, даже если делится нацело: 6 / 2 даёт 3.0, а не 3.
— // — целая часть от деления: 7 // 2 даёт 3. Сколько полных обойм помещается в рюкзак.
— % — остаток от деления: 7 % 2 даёт 1. Сколько патронов останется россыпью.
— divmod(a, b) — частное и остаток одним махом: 200 секунд — это 3 минуты и 20 секунд.
Дроби и округление
Посчитаем процент убитых монстров для экрана конца уровня, как в настоящем Doom. Код — в листинге 2.6.
Листинг 2.6 — Проценты, отрезание дроби и округление
Строка 4. kills / total — обычное деление, получаем дробь, умножаем на 100 — проценты. В C++ тут ждала бы ловушка: деление целых там отбрасывает дробь, и вышло бы 0. В Python оператор / всегда честный.
Строки 5–6. round(x) округляет до целого, round(x, 1) — до одного знака после точки.
Строки 9–10. int(83.9) не округляет, а отрезает дробную часть: 83. Если нужно округление — round: 84.
Строка 12. А вот и сюрприз: round(0.5) даёт 0, round(2.5) — 2, а round(1.5) и round(3.5) — 2 и 4. Это не баг, а банковское округление: половинки округляются к ближайшему чётному. Так ошибки округления в среднем гасят друг друга, поэтому так считают в бухгалтерии и в науке.
Есть у дробей и вторая подлость. Компьютер хранит их в двоичной системе, а многие простые десятичные дроби в двоичной системе бесконечны, как 1/3 в десятичной. Поэтому 0.1 хранится не точно, а с крошечной ошибкой. Листинг 2.7.
Листинг 2.7 — Дробные числа хранятся приблизительно
0.1 + 0.2 даёт 0.30000000000000004, и сравнение с 0.3 возвращает False. Десять шагов по 0.1 дают не 1.0, а 0.9999999999999999. Цикл for в строке 8 — забегание вперёд, в главе 3 разберём его подробно. Главное правило: дробные числа не сравнивают через ==. Для этого есть math.isclose, которая проверяет «равны с точностью до крошечной погрешности». Слово import в строке 1 подключает модуль math — набор математических функций. О модулях поговорим в главе 4.
