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《Python程序设计》实验四实验报告

news 2026/6/16 23:06:48

20254318 2025-2026-2 《Python程序设计》实验四实验报告

课程：《Python程序设计》
班级： 2543
姓名：李观其
学号： 20254318
实验教师：王志强
实验日期：2026年6月12日
必修/选修：公选课

1. 实验内容

（1）选择游戏开发方向，基于韩国回合制游戏《边狱巴士》的战斗规则，设计并实现一款回合制战斗模拟系统；
（2）系统需完整模拟硬币拼点、技能释放、多种状态效果（烧伤、流血、破裂、沉沦、呼吸法等），支持罪人（Sinner）与敌人（Enemy）单位，拥有独立的属性、抗性、混乱阈值；
（3）提供命令行交互界面，用户可为每个行动槽选择技能和目标，并可切换防御或EGO技能；
（4）程序代码托管到码云；
（5）重点实践Python面向对象编程中的抽象类（ABC）、继承、多态、组合等机制，并与C语言数据结构（结构体+函数指针）进行对比学习；
（6）分析关键代码的功能和使用方法，重点说明抽象类与多态的设计价值；
（7）总结生成程序的优点，特别是对于有C语言基础的学习者的提升作用；
（8）给出运行过程和结果截图；
（9）程序代码托管到码云。

2. 实验过程及结果

2.1 游戏整体架构设计（要求1）

2.1.1 关键代码

本系统采用分层模块化设计，核心模块包括枚举定义、状态效果、硬币与技能、单位与行动槽、战斗管理器、显示接口等。以下重点展示体现面向对象抽象特性的关键代码。

（1）抽象基类（ABC）定义显示接口
from abc import ABC, abstractmethod
class BattleDisplay(ABC):
@abstractmethod
def battle_start(self): pass
@abstractmethod
def choose_slot(self, slots, selected): pass
@abstractmethod
def choose_skill(self, slot): pass
@abstractmethod
def choose_target(self, enemies): pass
@abstractmethod
def coin_toss(self, coin, original_power, coin_power, final_power): pass
@abstractmethod
def battle_end(self, success): pass

该抽象类强制所有子类实现上述方法，确保战斗管理器可以统一调用，而不依赖具体显示方式（命令行或图形）。这与C语言中通过结构体包含函数指针来实现接口规范的做法类似，但Python的ABC提供了编译期检查和更清晰的契约。

（2）状态效果体系（继承与多态）
class StatusEffect:
def init(self, owner, name, count, potency):
self.owner = owner; self.potency = potency; self.count = count
def turn_start(self): pass
def coin_toss(self): pass
def hit_taken(self, attacker): pass
def attack_coin(self): return 1.0, False
def turn_end(self): pass
def is_expired(self): return self.count <= 0

class Burn(StatusEffect):
def turn_start(self):
if self.count > 0:
self.owner.take_direct_damage(self.potency, SinType.NONE, 0)
self.decrease_count()

class Bleed(StatusEffect):
def coin_toss(self):
if self.count > 0:
self.owner.take_direct_damage(self.potency, SinType.NONE, 0)
self.decrease_count()

每个子类只重写自己关心的生命周期方法，基类提供空实现。在Unit的turn_start等方法中遍历status_effects并调用相应方法，无需判断具体类型，由Python动态分派执行正确的重写版本。对比C语言，若用结构体+函数指针实现，需要为每个状态定义独立的处理函数并手动赋值，维护和扩展成本更高。

（3）组合与封装（Unit类）
class Unit:
def init(self, name, level, hp, ...):
self.status_effects = []
self.action_slots = []
# ...
def take_damage(self, attacker, ...):
# 计算伤害并调用 hit_taken
self.hit_taken(attacker)
def hit_taken(self, attacker):
for status in self.status_effects:
status.hit_taken(attacker)

Unit通过组合包含多个状态对象和行动槽对象，这种“有一个”的关系比继承更灵活，便于动态增删。在C语言中，需要用链表或数组管理这些子对象，并手动遍历调用函数指针，而Python的列表和迭代器简化了操作。

（4）策略模式（Pattern抽象类）
class Pattern(ABC):
@abstractmethod
def choose_skill(self) -> Skill: pass
def choose_target(self, alive_sinner_slots): return None

不同敌人可继承实现不同AI策略，算法被封装在独立类中，可互相替换，体现了策略模式。C语言中可通过函数指针数组实现类似功能，但缺乏类型安全。

2.1.2 运行结果

（截图略，实际运行时命令行输出每一步的拼点过程、伤害计算、状态触发，交互流畅。）

2.1.3 提交到gitee

项目已托管至码云，地址：https://gitee.com/romebody/limbus_combat_sim

2.2 面向对象特性的学习与实践（要求2）

本次实验重点在于通过游戏逻辑理解Python面向对象的高级特性，尤其针对已有C语言数据结构基础的学习者，对比两种语言的设计差异。

2.2.1 关键代码功能及使用方法

（1）抽象类（ABC）与接口设计
用法：定义BattleDisplay抽象类，要求所有显示子类实现规定方法。BattleManager仅依赖该抽象类型，运行时注入具体子类（如TextDisplay），实现解耦。
学习价值：C语言中通常用“函数指针结构体”模拟接口，但需手动维护，而Python的ABC在类定义时强制检查，减少了运行时错误。

（2）继承与多态——状态效果
用法：所有状态继承自StatusEffect，仅重写需要的方法。Unit统一调用，无需关心具体状态类型。
C语言对比：若用结构体，需在结构体中包含类型标识和多个函数指针，并在处理函数中用switch-case判断类型，增加新状态需修改多处代码。Python的多态让扩展新状态只需新增子类，符合开闭原则。

（3）组合与封装
用法：Unit包含状态列表和行动槽列表，通过公开方法操作内部状态，外部无法直接修改血量等关键属性。
C语言对比：结构体成员默认公开，需依赖编程规范控制访问，Python的封装（私有属性约定）更易实施。

（4）策略模式——Pattern
用法：定义敌人AI抽象，不同敌人实现不同选技能和目标逻辑。战斗管理器调用接口，无需关心具体策略。
学习价值：将算法与上下文分离，提高代码复用性和可测试性。

3. 实验过程中遇到的问题和解决过程

拼点平局处理：初始未考虑双方威力相等的情况，导致while循环无法退出。解决：增加平局分支（返回0），双方均不折断硬币，并设置最大拼点次数防止死循环。
状态遍历删除异常：在遍历status_effects列表时直接删除当前元素，导致漏处理或索引错误。解决：使用切片副本for status in self.status_effects[:]:遍历，循环结束后统一清理过期状态。
动态导入关卡文件路径问题：importlib加载外部模块时，文件路径含中文或特殊字符导致失败。解决：使用Path对象规范化路径，并确保sys.modules中模块名唯一。
抽象方法未实现的运行时错误：初始未用@abstractmethod装饰，子类忘记重写时只触发NotImplementedError。解决：显式继承ABC并使用@abstractmethod，让Python在实例化时立即检查，提前暴露问题。

4. 其他（感悟、思考等）

通过本次综合实践，我深刻体会到Python作为高级语言在建模复杂现实问题时的便利性。相较于C语言需要手动管理内存和函数指针，Python的类和继承机制让代码结构更加清晰，逻辑更加贴近人类思维。尤其在实现状态效果体系时，每个状态作为一个独立类，新增效果无需修改已有代码，这让我切实理解了“开闭原则”和“多态”的价值。同时，抽象基类的使用让我意识到接口设计是大型项目协作的关键，通过定义清晰的抽象方法，团队不同成员可以并行开发不同模块。本次实验不仅提升了我的Python编程能力，更让我从宏观上理解了面向对象分析与设计的方法论，为后续学习设计模式、软件工程乃至游戏开发奠定了坚实基础。