1.5 绘图

在Python中有很多编写图形程序的方法，一个简单的启动图形化程序设计的方法是使用Python 内置的turtle 库。turtle 库是Python 内置的绘制线、圆及其他形状（包括文本）的图形库。

turtle 库是 Python 的标准库之一。turtle 库是一个简单但很流行的绘制图形的函数库，它提供了一个小海龟（一支画笔），你可以把它理解为一个海龟机器人，根据指令在绘图窗口中爬行。小海龟初始位于横轴为 x、纵轴为 y 的坐标系原点，小海龟最初所在的这个原点（0，0）在绘图窗口的正中间（注意：不是计算机屏幕窗口左上角的原点），小海龟面向 x 轴的正方向（向右）。在一组函数指令的控制下，小海龟可以在这个平面坐标系中爬行，爬行所经过的轨迹形成了绘制的图形。

1.5.1 创建turtle对象

在导入turtle库时，实际上就创建了一个turtle对象，然后，可以调用turtle对象的各种方法来完成不同的图形绘制。

1.理解Turtle类创建的turtle对象

当通过调用 turtle 库的 Turtle 类来创建一个 turtle 对象时，它的位置被设定在原点（0，0）处——绘图窗口的正中心，而且它的方向被设置为向右，即小海龟面向 x 轴的正方向。

执行以上命令后，弹出了绘图窗口，并且小海龟（画笔）位于窗口的正中心，画笔笔尖向右，如图1-24所示。

执行以上命令，可将小海龟（画笔笔尖）的颜色变成红色。

turtle 模块用画笔（想象成一只小海龟）来绘制图形。默认情况下，画笔的笔尖是向下的（就像真实的笔尖触碰一张纸一样）。由于笔尖是向下的，当移动画笔的时候，它就会绘制出一条从当前位置到新位置的线，理解为小海龟从当前位置爬行到新位置，爬行经过的路径所留下的痕迹就形成了绘制的图形。

以上输出结果表明，海龟的前进方向是向右的。

tl.forward（100）：小海龟从当前的原点（0，0）向右爬行了 100（单位是像素），到达坐标位置（100，0）处，爬行所经过的路径形成了一条直线。

【例1-15】 绘制正方形，其中，两边是红色，两边是绿色。

通过调用 turtle 库里的 Turtle 类创建一个绘图窗口的实例，接下来的图形绘制都是在这个图形窗口中进行的。初始化海龟在原点（0，0）处，即绘图窗口的正中心，并且注意海龟的行进方向（或者说画笔笔尖的方向）设置为向右。

请运行以上程序，注意观察海龟的运动轨迹。

说明：方向控制方法（left（）、right（））指的是在海龟当前行进方向上进行左转或右转，因此，弄清楚海龟（画笔笔尖）当前的行进方向很重要。

2.不使用Turtle类完成图形的绘制

上面是通过调用 turtle 库里的 Turtle 类来创建一个绘图窗口的实例，但是也可以不通过这种方法来完成图形的绘制，请看下面的代码。

【例1-16】 绘制正方形，其中两边是红色，两边是绿色。

1.5.2 turtle绘图的基础知识

1.设置绘图窗体大小

画布是turtle中用于绘图的区域，即turtle的绘图窗口，可以设置它的大小和初始位置。turtle的画布空间中的最小单位是像素。

1）screensize方法

参数分别为画布的宽（单位像素）、高及背景颜色，如果省略参数，则将绘制一个大小为400×300的窗口，并返回当前窗口的宽度和高度。

canvwidth——正整数；

canvheight——正整数；

bg——表示绘图窗口的背景颜色，可用颜色字符串表示，或者用RGB元组表示。

【例1-17】 绘制一个大小为400×300的窗口，背景颜色为默认色白色。

【例 1-18】 绘制一个大小为 2000×1500 的窗口，背景颜色为白色，此时窗口会显示水平和垂直滚动条。

绘图窗口的绘制也可以用以下方法来完成。

2）setup方法

turtle.setup(width,height,startx=None,starty=None)

设置绘图窗口的大小及位置，这里的位置（startx，starty）指的是绘图窗口左上角相较于计算机屏幕窗口（计算机屏幕窗口原点在屏幕窗口的左上角）的坐标位置（见图1-25）^[8]。

当width、height的值为整数时，表示像素；当为小数时，表示占据计算机屏幕的比例；默认width=0.5，height=0.75。

（startx，starty）这一坐标表示绘图窗口左上角顶点的位置，如果为空，则绘图窗口位于计算机屏幕中心。

当 startx 的值为正数时，指的是窗口左边距离计算机屏幕左边的距离；当为负数时，则表示窗口右边距离计算机屏幕右边的距离。

当 starty 的值为正数时，指的是窗口顶部距离计算机屏幕顶部的距离；当为负数时，则表示窗口底部距离计算机屏幕底部的距离。

【例 1-19】 设置绘图窗口大小为 200×200 像素，位于计算机屏幕左上方（窗口左上角与计算机屏幕原点重合）。

【例 1-20】 设置绘图窗口的宽度和高度分别是计算机屏幕的 75%和 50%，位于计算机屏幕正中心。

通过改变startx和starty的值来观察窗口的变化情况。

2.screensize方法和setup方法的异同点

虽然turtle.screensize（）和turtle.setup（）都能绘制窗口，但它们有不同之处。

（1）turtle.screensize（）可以设置绘图窗口的背景颜色，而turtle.setup（）不能。

（2）turtle.screensize（）绘制窗口时，无论给出的宽度和高度是多少，所绘制的窗口在屏幕上显示的都为 400×300。超过这个大小，窗口会显示水平和垂直滚动条。而turtle.setup（）会根据给定的宽度、高度值来绘制窗口。

（3）turtle.screensize（）所绘制的窗口位于计算机屏幕上固定的位置，而 turtle.setup（）可以指定它在计算机屏幕上的位置。

其实，以上两个方法在图形绘制过程中并不是必需的，请参考1.5.1节绘制正方形的第2种方法。

1.5.3 利用turtle库提供的方法绘制图形

turtle 库提供了很多方法，通过这些方法可以让海龟（画笔）在绘图窗口中游走，从而完成图形的绘制。这里主要介绍 3 类方法：画笔控制方法、运动控制方法及全局控制方法。更多的方法及使用方式可用“help（turtle）”进行查阅，如图1-26所示。

在图 1-26 界面中，还可以通过按下“Ctrl+F”快捷键弹出搜索框进行关键字的查阅（见图1-27）。

1.turtle画笔控制方法

通过画笔控制方法可以设置画笔的粗细和颜色、画笔笔尖抬起（此时走过的路径就不会形成图形）、画笔笔尖放下等，配合运动控制方法就能画出我们想要的图形。turtle画笔控制方法如表1-4所示。

可以通过设置turtle.color（pencolor，fillcolor）来设置画笔颜色和封闭图形的填充色，第1 个参数 pencolor 代表画笔颜色，第 2 个参数 fillcolor 代表填充色。如果只有 1 个参数，那就意味着画笔颜色和填充色都用同一种颜色。

turtle.color（pencolor，fillcolor）更为详细的用法可通过help（turtle.color）进行查阅。

【例1-21】 绘制一个红色三角形及一个×。

运行结果如图1-28所示。

turtle 库默认采用 RGB 的小数值来表示颜色，但可通过 turtle.colormode（mode）进行模式设置，即切换使用整数值来表示颜色。由红、绿、蓝3种颜色可构成我们所看到的任意颜色，RGB指红、绿、蓝3种颜色通道的组合。常用的RGB颜色值如表1-5所示^[8]。

2.turtle运动控制方法

通过操纵海龟在绘图窗口中的行进，可以完成图形的绘制。控制海龟行进的时候，海龟可以走直线，也可以走曲线。完成这些操作的方法可参见表1-6。

注意：（1）凡是在没有抬起画笔笔尖的情况下移动画笔都会形成图形。

（2）海龟（画笔笔尖）后退时，画笔笔尖方向并不改变（这一点尤其要注意）。

3.turtle全局控制方法

turtle全局控制方法可参见表1-7。

“turtle.write（）”方法的作用是将文本写在当前画笔（海龟）所在位置，同时可以通过“move”选项来确定文本写入后画笔（海龟）是否移动位置。每个参数的具体含义如下：

s——输出文本内容，也可以输出多行内容，用“'\n'”进行换行处理。

move——有两个取值，True和False。

move=False为默认值。

move=True，则在写入文本内容后，画笔（海龟）会移动到文本内容的右下角处。

move=False，则在写入文本内容后，画笔（海龟）不会移动位置。

只要带有 move 参数，输出的文本内容就会有画笔走过留下的痕迹，所以，通常不设置该参数。

align——有3个取值，'left'、'right'和'center'。

align='left'为默认值。

align='left'，文本从画笔的当前位置开始写，写完文本内容后，画笔会移动到文本内容右下角的最后一个字后。

align='right'，此时有两点要注意：①文本最后一个字的位置为当前画笔所在位置，即系统自动根据文本内容多少选择从何处开始写，但写完后的位置为当前画笔所在位置；②无论 move 的值设定为 True 还是 False，画笔都不会移动，但还是有画笔走过留下的痕迹。

align='center'，文本输出在当前画笔的中心位置，写完文本内容后，画笔会移动到文本内容右下角的最后一个字后。

对于font=（fontname，fontsize，fonttype），fontname和fonttype均为字符串，分别表示输出字体的名称和类型，fontsize为字体大小。

fonttype可取'normal'，'bold'，'italic'，'underline'，还可以自由组合，如'bold italic'。

fontname可取'Arial'、'Times New Roman'、'宋体'、'楷体'、'黑体'、'微软雅黑'等。

关于该方法的更多细节也可以通过help（turtle.write）进行查阅。

4.示例

【例1-22】 绘制图文。

运行结果如图1-29所示。