Python易学就会（三）turtle绘图入门--初级篇

摘要：比如把上面画正方形的例子稍做变化重复执行次画正方形开始画正方形结束右转度执行后，可以看到，画出一个非常规整漂亮的组合图案。

　　turtle图形库源于1966年诞生的Logo语言，是入门Python的有趣工具。因其简单便捷的图形化方法、和立即反馈式的绘画效果，成为众多编程入门者的首选。相对于大多数入门教材中枯燥的语法学习，和函数、方法的演练来说，turtle的趣味性显得别具一格、极富效果。

　　一直希望能用一篇小短文来讲清楚turtle，但是尝试组织了几次之后，感觉一篇文章门槛还是有点高，最终决定还是分成两篇，即大家现在看到的“初级篇”和“高级篇”，以利更好的分层次阐述。

　　一个类库是否利于入门，首先了要解它的背景，它能做什么，不能做什么，没有十全十美的事物，不要期望过高。turtle原意是水生的龟类，可以译成海龟或乌龟。是由1966年Wally Feurzig和Seymour Papert开发出的一种简单易用的编程语言。我们这里的turtle库，指的是turtle语言用Python的实现，turtle库现在已进入Python的内置模块，位于Lib/turtle.py，用于绘图。咱们这里选择turtle库，主要是用来了解和学习Python的贴身入门、语法入门、面向对像入门、认识方向、角度与颜色、简单的数学运算、方法定义、循环与递归等。

　　在使用turtle库之前最重要的事，是需要认识turtle的两个坐标、角度系统：standard和logo。如下图所示：

　　这里standard模式，也就是标准坐标系，在turtle库的使用过程中，默认使用这套坐标、角度系统，即以绘图界面的中心点为坐标圆点(0,0)，以x坐标正方向为0度角，逆时针旋转。不要小看这简单的三句话，这是最基础的约定前提，请熟记于胸，否则编程的时候，容易懵的。

　　除了standard标准坐标系外，在turtle库的编程中还经常使用另外一套坐标、角度系统，叫做logo！对，就是那个Logo，那个原来的独立编程语言，这套logo坐标、角度系统就是用来跟原logo兼容的，对于了解过Logo语言的用户来说，会更加熟悉，上图：

　　看出差别来了吗，logo坐标系是以绘图界面的中心点为坐标圆点(0,0)，以y坐标正方向为0度角，顺时针旋转。跟standard坐标不同的地方在于0度方向的选择，和旋转方式。在编程中使用 mode() 方法进行切换。

# 切换坐标、角度系统
# mode("standard")
mode("logo")

　　所以，如果见到这个方法，您首先得切换自己大脑中的坐标、角度系统。：）这是编程的底层逻辑，必需先弄清楚。

　　接下来，再认识turtle的画图方式：落笔、抬笔、清空、设置颜色、粗细等等。

　　如何让这只乌龟在界面上画一条线呢，就如同咱们用笔写字一样，需要用经过“落笔”、“划过”、“抬笔”、“结束”的过程，用turtle库来表达，同样非常直观，翻译成简单的英文就可以：

import turtle as t     # 导入turtle库
t.pendown()            # 落笔
t.forward(300)         # 划过300个单位的长度
t.penup()              # 抬笔
t.done()               # 结束

　　在IDE中键入这段代码，执行，就能看到在窗口上画出了这样一条直线。“#”号后面的是注释。（IDE的选择及环境安装见《第一节》）

　　用turtle画出了Python的第一条直线之后，接着来看看怎么“转弯”。下面以绘制一个正方形为例子，演示turtle怎么前进、怎么左转、右转。

import turtle as t     # 导入turtle库
t.pendown()            # 落笔
t.forward(100)         # 划过100个单位的长度
t.left(90)             # 左转90度
t.forward(100)
t.left(90)
t.forward(100)
t.left(90)
t.forward(100)
t.left(90)
t.penup()              # 抬笔
t.done()               # 结束

　　在IDE中键入这段代码，执行，就能看到在窗口上画出了一个标准的正方形。

　　有一点编程基础的小伙伴，立即就可以看出来，上面代码中有四组相同的语句，嗯，这不是可以用循环来实现吗？没错，改进一下：

import turtle as t
t.pendown()
for j in range(4):    # 重复执行4次
    t.forward(100)
    t.left(90)
t.penup()
t.done()

　　放到IDE中执行，可以看到效果跟顺序执行的完全一致。range()是Python的内置函数，这里表示循环执行的次数。

　　注意缩进，Python中不使用括号来表示语句块，而靠冒号:和后面的缩进(空格缩进)来表示语句块。因此缩进成为了语法的一部分，要严格遵循，从其它语言转过来的小伙伴需要习惯一下。

　　学习任何一项新知识，就像爬坡一样，有个量变积累到质变的过程。接下来就来写一个乌龟爬坡的小程序吧，上代码：

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

　　放到IDE中执行，可以看到一段3次爬坡的动画。left(90)是向左转动90度；right(90)是向右转动90度。当然这3次爬坡，也是可以用顺序来做的，代码如下：

import turtle as t
t.pendown()
for j in range(3):         # 重复执行3次
    t.forward(50)
    t.left(90)             # 左转90度
    t.forward(50)
    t.right(90)            # 右转90度
t.penup()
t.done()

　　for循环的执行效果，跟顺序执行的完全一样，更改range(3)的参数，可以执行不同的次数。

　　彩蛋来了：turtle既然是乌龟，我怎么画到现在没有看到一只乌龟呢？的确有点奇怪，明明是一个小箭头一直在画画，为什么要说成是turtle乌龟呢？

　　不要着急，加一行小代码，乌龟立即出现：

t.shape("turtle")

　　把这行代码，加到“落笔”的前面，就会发现小箭头变成小乌龟了，还是挺萌吧！上面画直线、画正方形、爬坡三个例子你都可以加上试试试试！

　　上面的left(90)和right(90)分别表示左转90度和右转90度，那怎么设置乌龟的角度，让它向我们指定的任意方向前进呢？嗯，调整90这个参数，在界面上画一个自己的名字吧！哦，中文就算了，画出来太复杂，画个拼音首字母还是可以的，上代码：

import turtle as t
t.mode("logo")        # 切换成Logo坐标、角度系统
t.shape("turtle")     # 显示出小乌龟
t.penup()             # 抬笔，先不要画
t.goto(-200, 100)     # 移动到起始点
t.setheading(180)     # 设置要画的方面，Logo坐标的180度方向，即向下
t.pendown()           # 落笔，准备开始画第一个字母
t.forward(200)
t.left(90)
t.forward(100)
t.penup()             # 第一个字母"L"画完，抬笔

t.forward(100)        # 到达第二个字母的起始位置
t.pendown()           # 落笔，准备开始画第二个字母
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()             # 第二个字母"M"画完，抬笔
t.done()

　　在IDE中运行这段代码，可以看到小乌龟在窗口左侧画了两个大写的字母“L”和“M”。需要注意的地方是，程序中使用mode("logo")切换到了Logo的坐标、角度系统，setheading(180)将小乌龟的前进方向设置为Logo坐标的180度方向，即向下的方向，如果有疑问，可以参考本文开篇时对坐标系的描述。

　　goto(x, y)是一个新方法，可以让小乌龟去到界面上的任意一个坐标点。（当然，画名字的这个小例子，如果全部使用goto(x,y)会比使用forward()要简单很多，具体代码你可以自己尝试）

　　配合for循环、forward()和角度度化，可以让turtle在变与不变中创造出很多有意思的图形。比如把上面画正方形的例子稍做变化：

import turtle as t
t.pendown()
for j in range(10):    # 重复执行10次
    # 画正方形-开始
    t.forward(100)         
    t.left(90)
    t.forward(100)
    t.left(90)
    t.forward(100)
    t.left(90)
    t.forward(100)
    t.left(90)             # 画正方形-结束
    # 右转36度
    t.right(36)            
t.penup()
t.done()

　　执行后，可以看到，画出一个非常规整、漂亮的组合图案。

　　填充，可以让turtle的图形更炫丽。主要有以下几个方法：

t.pencolor("red")        #设置画笔的颜色
t.fillcolor("green")     #设置填充的颜色
t.begin_fill()           #开始填充
t.end_fill()             #结束填充

　　下面来改造一下我们前面画正方形的例子，

import turtle as t
t.pencolor("red")        #设置画笔的颜色
t.fillcolor("green")     #设置填充的颜色
t.pendown()
t.begin_fill()           #开始填充
for j in range(4):
    t.forward(100)
    t.left(90)
t.end_fill()             #结束填充
t.penup()
t.done()

　　执行一下，可以看到turtle画出一个红色边框的实心绿正方形。

　　在Python中使用def进行方法定义或者叫函数定义，可以让指挥turtle画画这件事，更轻松一点。再次改造一下上面画正方形的例子：

import turtle as t

def drawRect():            # 定义一个函数，名为 drawRect()
    t.pendown()
    for j in range(4):
        t.forward(100)
        t.left(90)
    t.penup()
    
drawRect()                 # 调用这个函数
t.done()

　　在这个例子中，我们使用def定义了一个函数，名为drawRect()，内容就是带一个正方形，跟前面的描述一样。

　　自定义好函数以后，只要调用这个函数名，就可以执行函数体内的代码内容。我们再来丰富一下这个例子，对上面画多个正方形的例子进行优化：

import turtle as t

def drawRect():            # 定义函数
    t.pendown()
    for j in range(4):
        t.forward(100)
        t.left(90)
    t.penup()
    
for j in range(10):        # 重复执行10次
    drawRect()             # 调用这个自定义的函数
    t.right(36)
    
t.done()

　　执行一下，可见效果一样，但是代码更为简洁，可读性更好。

　　下面给这段代码加上填充效果：

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"]　# 颜色列表
for j in range(10): 
    t.fillcolor(clrs[j % 5])                      # 从列表中选择颜色
    t.begin_fill()                                # 开始填充
    drawRect()
    t.end_fill()                                  # 结束填充
    t.right(36)
    
t.done()

　　运行一下这个小例子，可以看到，turtle画出了用五种不同颜色填充的正方形组合图案。例子中为了使得每个正方形填充的颜色不一样，我们先定义了一个颜色列表clrs，列表clrs中预先存入了5个颜色。在for循环中，每次执行时根据j值的变化，用取余数%的方式，每次取到不重复的颜色。

　　当然，turtle的功能不只于此，对于Python的入门者来说，通过turtle生动的例子，可以画漂亮的图形，也可以同时熟悉Python的语法和规则，何乐而不为呢？

　　期待我们下一节《高级篇》，用turtle画更有趣的图形、更深入的应用Python吧！