Python多執行緒GUI與Minecraft互動及JSON解析

– 9 分鐘閱讀

Python 的多執行緒機制允許多個程式片段同時執行，提升程式效率。使用 threading 模組可以輕鬆建立和管理執行緒，例如讓一個執行緒執行耗時任務，同時主執行緒保持介面回應。GUI 介面開發則能讓使用者更直觀地與程式互動，guizero 函式庫提供簡潔易用的 API，方便快速搭建 GUI 介面。此外，Python 還能與 Minecraft 互動，透過 mcpi 介面控制遊戲元素，創造更豐富的遊戲體驗。最後，JSON 作為常用的資料交換格式，Python 的 json 套件提供有效率的解析方法，方便處理網路 API 回應或其他 JSON 資料。

多執行緒程式設計基礎

多執行緒程式設計是一種允許多個執行緒同時執行的技術，能夠大大提高程式的效率和回應速度。Python 的 threading 模組提供了基本的多執行緒支援。

基本概念

在 Python 中，建立一個新執行緒需要指定一個目標函式，這個函式將在新執行緒中執行。可以使用 threading.Thread 類別來建立一個新執行緒。

範例程式碼

import threading
import time
import random

def annoy(message):
    while True:
        print(message)
        time.sleep(random.randint(1, 3))

# 建立一個新執行緒
thread = threading.Thread(target=annoy, args=('BOO!!',))

# 啟動新執行緒
thread.start()

# 主執行緒繼續執行
x = 0
while True:
    print(x)
    x += 1
    time.sleep(1)

執行結果

當你執行這個程式時，主執行緒會不斷地印出數字，而新執行緒會在隨機的時間間隔內印出 'BOO!!' 的訊息。

討論

多執行緒程式設計可以讓你的程式同時執行多個任務，提高效率和回應速度。然而，多執行緒程式設計也帶來了一些挑戰，例如執行緒之間的同步和溝通。

相關資源

如果你想要學習更多關於 Python 多執行緒程式設計的知識，可以參考以下資源：

內容解密：

在這個範例中，我們建立了一個新執行緒，目標函式為 annoy，這個函式會不斷地印出 'BOO!!' 的訊息。在主執行緒中，我們使用 while 迴圈不斷地印出數字。透過這個範例，你可以看到多執行緒程式設計如何讓你的程式同時執行多個任務。

圖表翻譯：

  flowchart TD
    A[主執行緒] --> B[建立新執行緒]
    B --> C[啟動新執行緒]
    C --> D[主執行緒繼續執行]
    D --> E[新執行緒執行]
    E --> F[印出訊息]
    F --> E

這個流程圖展示了主執行緒和新執行緒之間的關係。主執行緒建立一個新執行緒，啟動新執行緒，然後繼續執行自己的任務。新執行緒執行自己的目標函式，印出訊息。

使用Python與Minecraft進行互動

問題描述

現在你已經學會了一些Python知識，想要使用它來與Minecraft進行互動。

解決方案

使用Minecraft: Pi Edition所附帶的Python介面來與Minecraft Pi進行互動。

雖然你可以在終端會話和Minecraft遊戲之間切換，但遊戲會在視窗失去焦點時暫停，因此使用遠端連線到Raspberry Pi（參考配方2.7）會更容易。此外，你還可以看到Python指令碼在遊戲中的實時執行效果。

就像本文中的所有程式範例一樣，你也可以下載以下程式（參考配方3.22）。該檔案名為ch_07_minecraft_stairs.py。該程式會在你目前的位置建立一段樓梯（圖7-2）：

from mcpi import minecraft, block

mc = minecraft.Minecraft.create()

mc.postToChat("讓我們建造一段樓梯！")

x, y, z = mc.player.getPos()

for xy in range(1, 50):
    mc.setBlock(x + xy, y + xy, z, block.STONE)

Python函式庫預設已安裝在Raspbian中，因此如果它不存在，你可能需要更新你的系統（參考配方3.40）。

在程式中，mc變數被指派給一個新的Minecraft類別例項。postToChat方法會將一條訊息傳送到玩家的螢幕，告知他們即將建造一段樓梯。x、y和z變數被繫結到玩家的位置，然後使用for迴圈不斷增加x和y（y代表高度）來建造樓梯，使用setBlock方法（圖7-2）。

圖7-2：使用Python在Minecraft Pi中建造一段樓梯

討論

mcpi函式庫不僅允許你傳送聊天訊息、查詢玩家的位置和放置方塊，還提供了許多其他方法，讓你可以：

  • 查詢指定座標的方塊ID。
  • 查詢誰正在玩，並將他們傳送到某個位置。
  • 設定玩家的位置。
  • 取得玩家面對的方向。

除了這篇有用的部落格文章外，沒有其他明確的類別檔案。

參考資料

如需更多關於Minecraft: Pi Edition的資訊，請參考配方4.5。

解析JSON資料

問題描述

你想要解析JSON資料結構語言中的資料。

解決方案

使用json套件，如下面的範例所示：

import json
s = '{"books" : [{"title" : "Programming Arduino", "price" : 10.95}, {"title" : "Pi Cookbook", "price" : 19.95}]}'
data = json.loads(s)
print(data["books"][0]["title"])  # 輸出：Programming Arduino

內容解密：

在這個範例中，我們首先匯入json套件。然後，我們定義了一個JSON字串s，其中包含了一個書籍列表。接下來，我們使用json.loads()函式將JSON字串解析為Python資料結構。在這種情況下，JSON字串被解析為一個包含書籍列表的字典。最後，我們可以存取書籍列表中的元素，並列印預出第一本文的標題。

圖表翻譯：

  graph LR
    A[JSON字串] -->|json.loads()|> B[Python資料結構]
    B -->|存取元素|> C[書籍標題]
    C -->|列印|> D[輸出]

圖表翻譯：

在這個圖表中，我們展示了JSON字串如何被解析為Python資料結構，然後如何存取書籍列表中的元素，並列印預出書籍標題。這個過程涉及使用json.loads()函式將JSON字串轉換為Python資料結構，然後使用標準的Python語法存取和運算元據結構中的元素。

JSON資料解析

JSON（JavaScript Object Notation）是一種輕量級的資料交換格式，廣泛用於網路應用程式中。以下將介紹如何使用Python解析JSON資料。

從字串解析JSON

如果您有一個JSON字串，想要將其轉換為Python的資料結構，可以使用json.loads()函式。

import json

s = '''{
    "books": [
        {"title": "Programming Arduino", "price": 10.95},
        {"title": "Pi Cookbook", "price": 19.95}
    ]
}'''

j = json.loads(s)

print(j['books'][1]['title'])

從檔案解析JSON

如果您有一個包含JSON資料的檔案，想要將其讀入Python的資料結構，可以使用json.load()函式。

import json

file_name = 'example.json'

with open(file_name, 'r') as json_file:
    j = json.load(json_file)

print(j['books'][1]['title'])

從網路請求解析JSON

如果您想要從網路上取得JSON資料，可以使用urllib.request模組傳送HTTP請求，然後使用json.loads()函式解析回應的JSON資料。

import json
import urllib.request

key = '您的API金鑰'
url = f'http://api.apixu.com/v1/current.json?key={key}&q=Paris'

with urllib.request.urlopen(url) as response:
    data = response.read()
    j = json.loads(data)

print(j)

討論

在處理JSON資料時，需要注意以下幾點：

  • json.loads()函式用於解析JSON字串。
  • json.load()函式用於解析JSON檔案。
  • 使用with陳述式可以確保檔案或網路連線在使用完畢後被正確關閉。
  • 需要注意JSON資料的結構和欄位名稱，以避免錯誤。

建立圖形使用者介面（GUI）

問題描述

您想要輕鬆地為您的Python應用程式建立一個圖形使用者介面（GUI）。

解決方案

使用guizero。Laura Sach和Martin O’Hanlon在Raspberry Pi基金會建立了一個Python函式庫，使得設計GUI變得非常容易。Guizero最初設計用於Raspberry Pi，但也能夠在大多數支援Python的環境中執行，因此您可以在PC、Mac或Raspberry Pi上使用它。

安裝guizero

要安裝guizero，請在終端中執行以下命令：

$ sudo pip3 install guizero

示例程式

以下是使用guizero建立GUI的示例程式：

from guizero import *

def say_hello():
    info("警告", "請不要再按這個按鈕")

app = App(title="Pi Cookbook範例", height=200)
button = PushButton(app, text="不要按我", command=say_hello)

app.display()

執行程式

執行程式後，將會開啟一個視窗，內含有一個按鈕。如果您按下按鈕，將會出現一個警告訊息。

程式解釋

  1. 首先，我們定義了一個函式`says_hello()，該函式顯示一個警告訊息。
  2. 然後，我們建立了一個新的變數app，並初始化它為App類別的例項，指定了標題和視窗高度等引數。
  3. 我們建立了一個按鈕，並將其新增到app中，指定了按鈕的文字和命令。
  4. 最後，我們顯示app。

結果

這個示例展示瞭如何輕鬆地將Python函式連線到按鈕上，以便當按鈕被按下時執行該函式。

內容解密：

  • from guizero import *：匯入guizero函式庫。
  • def say_hello()：：定義一個函式，顯示警告訊息。
  • app = App(title="Pi Cookbook範例", height=200)：：建立一個新的App例項，指定標題和視窗高度。
  • button = PushButton(app, text="不要按我", command=say_hello)：：建立一個按鈕，並將其新增到app中，指定按鈕的文字和命令。
  • app.display()：：顯示app。

圖表翻譯：

  flowchart TD
    A[開始] --> B[定義函式]
    B --> C[建立App例項]
    C --> D[建立按鈕]
    D --> E[顯示App]

這個流程圖展示了程式的執行流程。首先，我們定義函式，然後建立App例項，接著建立按鈕，最後顯示App。

從使用者經驗視角來看，Python 提供了豐富的工具和函式庫，讓開發者能輕鬆處理多執行緒、與外部應用互動、解析資料以及建立圖形介面等任務。深入剖析這些技術的應用場景，可以發現它們能有效降低開發門檻，提升開發效率。

多執行緒程式設計雖然提升了程式效能，但同時也引入了執行緒同步和資源競爭等挑戰。開發者需要仔細考量執行緒安全議題，並善用鎖定機制等工具來避免潛在錯誤。Minecraft 的 Python 介面則展現了 Python 的跨領域整合能力，讓開發者能以更具互動性的方式控制遊戲元素，創造更豐富的應用場景。JSON 解析的實作簡潔易懂，但也需要注意資料格式的驗證和錯誤處理，以確保程式穩定性。Guizero 函式庫則大幅簡化了 GUI 的開發流程，讓開發者能快速構建使用者友善的介面，但其功能豐富度和客製化彈性仍有待進一步評估。

展望未來，隨著 Python 生態系統的持續發展，預計會有更多功能更強大、更易於使用的工具和函式庫出現，進一步降低開發門檻，並拓展 Python 的應用領域。例如，多執行緒程式設計模型可能會朝向更簡潔、更安全的語法演進，而 GUI 框架也可能整合更多先進的互動元素和設計理念。

玄貓認為，Python 的易用性和豐富的生態系統使其成為入門程式設計和跨領域應用的理想選擇。開發者應善用這些工具和函式庫，同時持續關注技術發展趨勢，才能在快速變化的技術環境中保持競爭力。

玄貓

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。