Python易學就會（三）turtle繪圖入門--初級篇

　　turtle圖形庫源於1966年誕生的Logo語言，是入門Python的有趣工具。因其簡單便捷的圖形化方法、和當即反饋式的繪畫效果，成爲衆多編程入門者的首選。相對於大多數入門教材中枯燥的語法學習，和函數、方法的演練來講，turtle的趣味性顯得別具一格、極富效果。

　　一直但願能用一篇小短文來說清楚turtle，可是嘗試組織了幾回以後，感受一篇文章門檻仍是有點高，最終決定仍是分紅兩篇，即你們如今看到的「初級篇」和「高級篇」，以利更好的分層次闡述。

　　一個類庫是否利於入門，首先了要解它的背景，它能作什麼，不能作什麼，沒有十全十美的事物，不要指望太高。turtle原意是水生的龜類，能夠譯成海龜或烏龜。是由1966年Wally Feurzig和Seymour Papert開發出的一種簡單易用的編程語言。咱們這裏的turtle庫，指的是turtle語言用Python的實現，turtle庫如今已進入Python的內置模塊，位於Lib/turtle.py，用於繪圖。我們這裏選擇turtle庫，主要是用來了解和學習Python的貼身入門、語法入門、面向對像入門、認識方向、角度與顏色、簡單的數學運算、方法定義、循環與遞歸等。

　　在使用turtle庫以前最重要的事，是須要認識turtle的兩個座標、角度系統：standard和logo。以下圖所示：

　　這裏standard模式，也就是標準座標系，在turtle庫的使用過程當中，默認使用這套座標、角度系統，即以繪圖界面的中心點爲座標圓點(0,0)，以x座標正方向爲0度角，逆時針旋轉。不要小看這簡單的三句話，這是最基礎的約定前提，請熟記於胸，不然編程的時候，容易懵的。

　　除了standard標準座標系外，在turtle庫的編程中還常用另一套座標、角度系統，叫作logo！對，就是那個Logo，那個原來的獨立編程語言，這套logo座標、角度系統就是用來跟原logo兼容的，對於瞭解過Logo語言的用戶來講，會更加熟悉，上圖：

　　看出差異來了嗎，logo座標系是以繪圖界面的中心點爲座標圓點(0,0)，以y座標正方向爲0度角，順時針旋轉。跟standard座標不一樣的地方在於0度方向的選擇，和旋轉方式。在編程中使用 mode() 方法進行切換。

# 切換座標、角度系統
# mode('standard')
mode('logo')

　　因此，若是見到這個方法，您首先得切換本身大腦中的座標、角度系統。：）這是編程的底層邏輯，必需先弄清楚。

　　接下來，再認識turtle的畫圖方式：落筆、擡筆、清空、設置顏色、粗細等等。

　　如何讓這隻烏龜在界面上畫一條線呢，就如同我們用筆寫字同樣，須要用通過「落筆」、「劃過」、「擡筆」、「結束」的過程，用turtle庫來表達，一樣很是直觀，翻譯成簡單的英文就能夠：

import turtle as t     # 導入turtle庫
t.pendown()            # 落筆
t.forward(300)         # 劃過300個單位的長度
t.penup()              # 擡筆
t.done()               # 結束

　　在IDE中鍵入這段代碼，執行，就能看到在窗口上畫出了這樣一條直線。「#」號後面的是註釋。（IDE的選擇及環境安裝見《第一節》）

　　用turtle畫出了Python的第一條直線以後，接着來看看怎麼「轉彎」。下面以繪製一個正方形爲例子，演示turtle怎麼前進、怎麼左轉、右轉。

import turtle as t     # 導入turtle庫
t.pendown()            # 落筆
t.forward(100)         # 劃過100個單位的長度
t.left(90)             # 左轉90度
t.forward(100)
t.left(90)
t.forward(100)
t.left(90)
t.forward(100)
t.left(90)
t.penup()              # 擡筆
t.done()               # 結束

　　在IDE中鍵入這段代碼，執行，就能看到在窗口上畫出了一個標準的正方形。

　　有一點編程基礎的小夥伴，當即就能夠看出來，上面代碼中有四組相同的語句，嗯，這不是能夠用循環來實現嗎？沒錯，改進一下：

import turtle as t
t.pendown()
for j in range(4):    # 重複執行4次
    t.forward(100)
    t.left(90)
t.penup()
t.done()

　　放到IDE中執行，能夠看到效果跟順序執行的徹底一致。range()是Python的內置函數，這裏表示循環執行的次數。

　　注意縮進，Python中不使用括號來表示語句塊，而靠冒號:和後面的縮進(空格縮進)來表示語句塊。所以縮進成爲了語法的一部分，要嚴格遵循，從其它語言轉過來的小夥伴須要習慣一下。

　　學習任何一項新知識，就像爬坡同樣，有個量變積累到質變的過程。接下來就來寫一個烏龜爬坡的小程序吧，上代碼：

import turtle as t
t.pendown()
t.forward(50)
t.left(90)             # 左轉90度
t.forward(50)
t.right(90)            # 右轉90度
t.forward(50)
t.left(90)
t.forward(50)
t.right(90)            # 右轉90度
t.forward(50)
t.left(90)
t.forward(50)
t.right(90)            # 右轉90度
t.penup()
t.done()

　　放到IDE中執行，能夠看到一段3次爬坡的動畫。left(90)是向左轉動90度；right(90)是向右轉動90度。固然這3次爬坡，也是能夠用順序來作的，代碼以下：

import turtle as t
t.pendown()
for j in range(3):         # 重複執行3次
    t.forward(50)
    t.left(90)             # 左轉90度
    t.forward(50)
    t.right(90)            # 右轉90度
t.penup()
t.done()

　　for循環的執行效果，跟順序執行的徹底同樣，更改range(3)的參數，能夠執行不一樣的次數。

　　彩蛋來了：turtle既然是烏龜，我怎麼畫到如今沒有看到一隻烏龜呢？的確有點奇怪，明明是一個小箭頭一直在畫畫，爲何要說成是turtle烏龜呢？

　　不要着急，加一行小代碼，烏龜當即出現：

t.shape('turtle')

　　把這行代碼，加到「落筆」的前面，就會發現小箭頭變成小烏龜了，仍是挺萌吧！上面畫直線、畫正方形、爬坡三個例子你均可以加上試試試試！

　　上面的left(90)和right(90)分別表示左轉90度和右轉90度，那怎麼設置烏龜的角度，讓它向咱們指定的任意方向前進呢？嗯，調整90這個參數，在界面上畫一個本身的名字吧！哦，中文就算了，畫出來太複雜，畫個拼音首字母仍是能夠的，上代碼：

import turtle as t
t.mode('logo')        # 切換成Logo座標、角度系統
t.shape('turtle')     # 顯示出小烏龜
t.penup()             # 擡筆，先不要畫
t.goto(-200, 100)     # 移動到起始點
t.setheading(180)     # 設置要畫的方面，Logo座標的180度方向，即向下
t.pendown()           # 落筆，準備開始畫第一個字母
t.forward(200)
t.left(90)
t.forward(100)
t.penup()             # 第一個字母"L"畫完，擡筆

t.forward(100)        # 到達第二個字母的起始位置
t.pendown()           # 落筆，準備開始畫第二個字母
t.left(90)
t.forward(200)
t.right(135)
t.forward(100)
t.left(90)
t.forward(100)
t.right(135)
t.forward(200)
t.penup()             # 第二個字母"M"畫完，擡筆
t.done()

　　在IDE中運行這段代碼，能夠看到小烏龜在窗口左側畫了兩個大寫的字母「L」和「M」。須要注意的地方是，程序中使用mode('logo')切換到了Logo的座標、角度系統，setheading(180)將小烏龜的前進方向設置爲Logo座標的180度方向，即向下的方向，若是有疑問，能夠參考本文開篇時對座標系的描述。

　　goto(x, y)是一個新方法，可讓小烏龜去到界面上的任意一個座標點。（固然，畫名字的這個小例子，若是所有使用goto(x,y)會比使用forward()要簡單不少，具體代碼你能夠本身嘗試）

　　配合for循環、forward()和角度度化，可讓turtle在變與不變中創造出不少有意思的圖形。好比把上面畫正方形的例子稍作變化：

import turtle as t
t.pendown()
for j in range(10):    # 重複執行10次
    # 畫正方形-開始
    t.forward(100)         
    t.left(90)
    t.forward(100)
    t.left(90)
    t.forward(100)
    t.left(90)
    t.forward(100)
    t.left(90)             # 畫正方形-結束
    # 右轉36度
    t.right(36)            
t.penup()
t.done()

　　執行後，能夠看到，畫出一個很是規整、漂亮的組合圖案。

　　填充，可讓turtle的圖形更炫麗。主要有如下幾個方法：

t.pencolor('red')        #設置畫筆的顏色
t.fillcolor('green')     #設置填充的顏色
t.begin_fill()           #開始填充
t.end_fill()             #結束填充

　　下面來改造一下咱們前面畫正方形的例子，

import turtle as t
t.pencolor('red')        #設置畫筆的顏色
t.fillcolor('green')     #設置填充的顏色
t.pendown()
t.begin_fill()           #開始填充
for j in range(4):
    t.forward(100)
    t.left(90)
t.end_fill()             #結束填充
t.penup()
t.done()

　　執行一下，能夠看到turtle畫出一個紅色邊框的實心綠正方形。

　　在Python中使用def進行方法定義或者叫函數定義，可讓指揮turtle畫畫這件事，更輕鬆一點。再次改造一下上面畫正方形的例子：

import turtle as t

def drawRect():            # 定義一個函數，名爲 drawRect()
    t.pendown()
    for j in range(4):
        t.forward(100)
        t.left(90)
    t.penup()
    
drawRect()                 # 調用這個函數
t.done()

　　在這個例子中，咱們使用def定義了一個函數，名爲drawRect()，內容就是帶一個正方形，跟前面的描述同樣。

　　自定義好函數之後，只要調用這個函數名，就能夠執行函數體內的代碼內容。咱們再來豐富一下這個例子，對上面畫多個正方形的例子進行優化：

import turtle as t

def drawRect():            # 定義函數
    t.pendown()
    for j in range(4):
        t.forward(100)
        t.left(90)
    t.penup()
    
for j in range(10):        # 重複執行10次
    drawRect()             # 調用這個自定義的函數
    t.right(36)
    
t.done()

　　執行一下，可見效果同樣，可是代碼更爲簡潔，可讀性更好。

　　下面給這段代碼加上填充效果：

import turtle as t

def drawRect():
    t.pendown()
    for j in range(4):
        t.forward(100)
        t.left(90)
    t.penup()
    
clrs = ['red', 'green', 'blue', 'gray', 'brown']　# 顏色列表
for j in range(10): 
    t.fillcolor(clrs[j % 5])                      # 從列表中選擇顏色
    t.begin_fill()                                # 開始填充
    drawRect()
    t.end_fill()                                  # 結束填充
    t.right(36)
    
t.done()

　　運行一下這個小例子，能夠看到，turtle畫出了用五種不一樣顏色填充的正方形組合圖案。例子中爲了使得每一個正方形填充的顏色不同，咱們先定義了一個顏色列表clrs，列表clrs中預先存入了5個顏色。在for循環中，每次執行時根據j值的變化，用取餘數%的方式，每次取到不重複的顏色。

　　固然，turtle的功能不僅於此，對於Python的入門者來講，經過turtle生動的例子，能夠畫漂亮的圖形，也能夠同時熟悉Python的語法和規則，何樂而不爲呢？

　　期待咱們下一節《高級篇》，用turtle畫更有趣的圖形、更深刻的應用Python吧！