小白都看得懂的使用Python生成随机验证码图片，以及后续优化方案
环境：Anaconda3-2020.02
首先我们分解一下需要做什么：
- 生成随机的字母字符串
- 生成生成随机的背景色
- 生成随机的字体颜色
把随机的字符串用随机的颜色渲染，然后放到一块随机的背景色上面，基本的验证码就好了
大概就是这个效果：
那么我们来看看如何实现
1. 随机的字符串
随机字符串的生成比较简单，使用Random库，random.randomint(65, 90)即可（65-90刚好是A-Z的ASCII码）
注意：直接randomint生成出来的是个整数，python是弱类型语言，需要显式指定转化，所以要char(random.randomint(65, 90))
2. 随机的颜色
颜色嘛，RGB嘛，当然是三个random.randomint(0,255)啦，不用多解释吧
（字体和背景都可以复用这个功能）
组合一下，我们就有了初步的代码
import random
class TestCode:
# 生成一个随机的长度为length的包含A-Z的字符串
def GenerateRandomChar(self, length=4):
res = ''
for i in range(0, length):
res += (chr(random.randint(65, 90))) # 生成A-Z
return res
# 生成一个随机的字体色
def GenerateRandomFontColor(self):
return random.randint(0, 255), random.randint(0, 255), random.randint(0, 255)
# 生成一个随机的背景色
def GenerateRandomCanveColor(self):
return random.randint(0, 255), random.randint(0, 255), random.randint(0, 255)那么现在我们面临了一个问题：我生成的函数有了！怎么显示！
这个时候就要引入PIL库了，关于PIL的功能有很多文章介绍了，这里就不多赘述。
还是一样，我们来分解一下要做什么：
- 需要一块指定随机色的画板
- 需要把字显示在上面
怎么做呢？
1. 指定随机色的画板
需要画（图）板（片），那就生成一个：使用PIL的Image.new就行了
2. 显示文字
文字的显示，还是一样利用PIL的功能，使用ImageFont.load_default()加载默认字体，然后用ImageDraw.Draw来画上去
ok想明白了，我们动手写代码：
import random
import PIL.Image as Image
import PIL.ImageDraw as Draw
import PIL.ImageFont as Font
class TestCode:
# 生成一个随机的长度为length的包含A-Z的字符串
def GenerateRandomChar(self, length=4):
res = ''
for i in range(0, length):
res += (chr(random.randint(65, 90))) # 生成A-Z
return res
# 生成一个随机的字体色(必然大于(100,100,100))
def GenerateRandomFontColor(self):
return random.randint(0, 255), random.randint(0, 255), random.randint(0, 255)
# 生成一个随机的背景色(必然小于等于80,80,80）)
def GenerateRandomCanveColor(self):
return random.randint(0, 255), random.randint(0, 255), random.randint(0, 255)
# 用传入色生成画布
def GenerateCanve(self, width, height, color):
return Image.new("RGB",(width, height), color)
# 测试主函数
def TestMain(self):
font = Font.load_default()
randomStr = self.GenerateRandomChar(10)
randomFontColor = self.GenerateRandomFontColor()
randomCanveColor = self.GenerateRandomCanveColor()
resImg = self.GenerateCanve(300,100,randomCanveColor)
drawer = Draw.Draw(resImg)
drawer.text((10,30), text=randomStr, fill=randomFontColor, font=font)
resImg.show()
if __name__ == '__main__':
_test = TestCode()
_test.TestMain()
运行一下：
字，字好小！
怎么办？
让客户买放大镜！
当然不是！我们可以用PIL的功能把字放大，稍微调整一下，手动指定字体大小：font = Font.truetype("font.TTF",40)
font.TTF是某个字体文件，请换成自己的字体文件的路径哦，怎么找的话百度一下就好啦，聪明如你肯定找得到！
啊？为啥load_default的字体不能变化？
没有选项可以选择load_default字体的大小,因为这是一种光栅字体格式.如果你在ImageFont.py的代码中检查它实际上存储在base64中编码的字体信息
via http://www.voidcn.com/article/p-pmbjykvn-bus.html
未经查证，但是看起来很有道理
改好代码我们再执行一下？
看起来正常多了！再运行一下感受一下我的完美代码！
WTF！这色彩是怎么回事！有点难看清楚！
为什么会这样呢？我们来简单梳理一下
表征上：背景色和字体色十分接近
这就意味着，函数GenerateRandomFontColor和函数GenerateRandomCanveColor的返回值非常接近
我们看看代码
# 生成一个随机的字体色
def GenerateRandomFontColor(self):
return random.randint(0, 255), random.randint(0, 255), random.randint(0, 255)
# 生成一个随机的背景色
def GenerateRandomCanveColor(self):
return random.randint(0, 255), random.randint(0, 255), random.randint(0, 255)大家都是random，都是0-255，生成出接近的颜色虽然概率较低，但是还是会有可能产生。
那么为了避免客户投诉我们歧视色弱或者歧视低端显示器，我们稍微调整一下代码
# 生成一个随机的字体色(必然大于(100,100,100))
def GenerateRandomFontColor(self):
return random.randint(100, 255), random.randint(100, 255), random.randint(100, 255)
# 生成一个随机的背景色(必然小于等于80,80,80）)
def GenerateRandomCanveColor(self):
return random.randint(0, 80), random.randint(0, 80), random.randint(0, 80)最接近的色彩是80,80,80到100,100,100，肉眼还是看的出区别的。
那么我们完成的代码是这个样子的：
import random
import PIL.Image as Image
import PIL.ImageDraw as Draw
import PIL.ImageFont as Font
class TestCode:
# 生成一个随机的长度为length的包含A-Z的字符串
def GenerateRandomChar(self, length=4):
res = ''
for i in range(0, length):
res += (chr(random.randint(65, 90))) # 生成A-Z
return res
# 生成一个随机的字体色(必然大于(100,100,100))
def GenerateRandomFontColor(self):
return random.randint(100, 255), random.randint(100, 255), random.randint(100, 255)
# 生成一个随机的背景色(必然小于等于80,80,80）)
def GenerateRandomCanveColor(self):
return random.randint(0, 80), random.randint(0, 80), random.randint(0, 80)
# 用传入色生成画布
def GenerateCanve(self, width, height, color):
return Image.new("RGB",(width, height), color)
# 测试主函数
def TestMain(self):
font = Font.truetype("font.TTF",40)
randomStr = self.GenerateRandomChar(10)
randomFontColor = self.GenerateRandomFontColor()
randomCanveColor = self.GenerateRandomCanveColor()
resImg = self.GenerateCanve(300,100,randomCanveColor)
drawer = Draw.Draw(resImg)
drawer.text((10,30), text=randomStr, fill=randomFontColor, font=font)
resImg.show()
if __name__ == '__main__':
_test = TestCode()
_test.TestMain()
搞定收工？不不不，新需求来了：
所有字都是一个颜色，不行！
背景是纯色，不行！
那么，怎么处理让每个字颜色都不一样，让背景色也变成不是纯色呢？
我们来整理一下：
- 每个字颜色不一样，那我们每个字都单独用一个颜色渲染就好了
- 背景色不能是纯色，那我们每个像素点都随机生成好了
ok，理清楚了，我们来优化一下代码
import random
import PIL.Image as Image
import PIL.ImageDraw as Draw
import PIL.ImageFont as Font
class TestCode:
# 生成一个随机A-Z
def GenerateRandomChar(self):
return chr(random.randint(65, 90))
# 生成一个随机的字体色(必然大于(100,100,100))
def GenerateRandomFontColor(self):
return random.randint(0, 255), random.randint(0, 255), random.randint(0, 255)
# 生成一个随机的背景色(必然小于等于80,80,80）)
def GenerateRandomCanveColor(self):
return random.randint(0, 255), random.randint(0, 255), random.randint(0, 255)
# 用生成随机色画布
def GenerateCanve(self, width, height):
res = Image.new("RGB",(width, height))
drawer = Draw.Draw(res)
for x in range(0,width):
for y in range(0, height):
drawer.point((x,y), fill=self.GenerateRandomCanveColor())
return res
# 测试主函数
def TestMain(self):
font = Font.truetype("font.TTF",40)
resImg = self.GenerateCanve(300,100)
drawer = Draw.Draw(resImg)
for i in range(0, 5):
drawer.text((10, 10), text=self.GenerateRandomChar(), fill=self.GenerateRandomFontColor(), font=font)
resImg.show()
if __name__ == '__main__':
_test = TestCode()
_test.TestMain()
运行！
字都堆在一起了喂！
为什么呢，因为我们循环里写字的drawer.text，给的坐标一直是10,10嘛
那么稍微调整一下，加入随机的间距
thisX = random.randint(0,10)
thisY = random.randint(10,40)
for i in range(0, 5):
drawer.text((thisX, thisY), text=self.GenerateRandomChar(), fill=self.GenerateRandomFontColor(), font=font)
thisX = random.randint(0, 10)
thisX += (i+1)*random.randint(50, 60)
thisY = random.randint(10, 40)再运行呢？
哎，舒服多了
这个时候新需求又上来了：我想让字不那么正，稍微有个角度
好，满足你！我们可以用image的rotate方法来实现旋转，然后把旋转以后的字贴到底图上，搞定！
import random
import PIL.Image as Image
import PIL.ImageDraw as Draw
import PIL.ImageFont as Font
import PIL.ImageOps as ImageOps
class TestCode:
# 生成一个随机A-Z
def GenerateRandomChar(self):
return chr(random.randint(65, 90))
# 生成一个随机的字体色(必然大于(100,100,100))
def GenerateRandomFontColor(self):
return random.randint(130, 255), random.randint(130, 255), random.randint(130, 255)
# 生成一个随机的背景色(必然小于等于80,80,80）)
def GenerateRandomCanveColor(self):
return random.randint(0, 80), random.randint(0, 80), random.randint(0, 80)
# 用生成随机色画布
def GenerateCanve(self, width, height):
res = Image.new("RGB", (width, height))
drawer = Draw.Draw(res)
for x in range(0, width):
for y in range(0, height):
drawer.point((x, y), fill=self.GenerateRandomCanveColor())
return res
# 生成一个随机字符的图片，并且旋转随机角度
def GenerateRandomCharImgWithRotate(self):
font = Font.truetype("font.TTF", 40)
charImg = Image.new("L", (40, 40))
drawer = Draw.Draw(charImg)
drawer.text((0, 0), text=self.GenerateRandomChar(), fill=255, font=font)
charImg = charImg.rotate(random.randint(0,80), expand=1)
return charImg
# 测试主函数
def TestMain(self):
resImg = self.GenerateCanve(400, 100)
space = (400 - 4*10)/4
for i in range(0, 4):
thisX = random.randint((10 + 80)*(i), (10 + 80)*(i+1)-10)
thisY = random.randint(10, 2 * 10)
thisCharImg = self.GenerateRandomCharImgWithRotate()
resImg.paste(ImageOps.colorize(thisCharImg, (0, 0, 0),
self.GenerateRandomFontColor()),
(thisX, thisY), thisCharImg)
resImg.show()
if __name__ == '__main__':
_test = TestCode()
_test.TestMain()
运行一下：
那么，没有新需求了，代码写完了吗？
没有！
优化与重构应该贯穿于软件开发过程始终！要知道，经过训练的小学生（没有歧视小学生的意思）都可以写出计算机可以运行的代码，只有优秀的程序员才能写出人可以轻易看懂，并且非常好维护的代码！
接下来要做优化和重构：
首先我们注意到，方法GenerateRandomCanveColor和GenerateRandomFontColor除了randomint的范围外，完全一样，那么遇到这种情况，我们可以把重复的部分提取出来形成新的函数，来减少重复代码，提高可维护性，要记得，在代码的世界里，重复就是罪恶。
优化前：
# 生成一个随机的字体色(必然大于(100,100,100))
def GenerateRandomFontColor(self):
return random.randint(130, 255), random.randint(130, 255), random.randint(130, 255)
# 生成一个随机的背景色(必然小于等于80,80,80）)
def GenerateRandomCanveColor(self):
return random.randint(0, 80), random.randint(0, 80), random.randint(0, 80)
优化后：
# 生成一个范围在[min,max]范围内的颜色
def GenerateColor(self, min, max):
return random.randint(min, max), random.randint(min, max), random.randint(min, max)
# 生成一个随机的字体色(必然大于(100,100,100))
def GenerateRandomFontColor(self):
return self.GenerateColor(100, 255)
# 生成一个随机的背景色(必然小于等于80,80,80）)
def GenerateRandomCanveColor(self):
return self.GenerateColor(0, 80)可能会有人觉得这没什么大不了的，有些多此一举了。
很简单的一个例子：如果我现在不使用RGB，使用了CYMK，或者RGBA，原有的代码需要修改8处（6个random和2个新增的random），新代码就只有4处。而且如果要引入复杂规则，只有一个函数修改绝对比多个函数来的安全，首先就是你不会忘记有几个要改。（关于这点可以参考《重构：改善既有代码设计》的发散式变化和霰弹式修改章节）反正核心是：重复即是罪恶
运行一下，结果没啥问题，继续看看？
嗯，现在这个东西的使用很复杂啊
resImg = self.GenerateCanve(400, 100)
space = (400 - 4*10)/4
for i in range(0, 4):
thisX = random.randint((10 + 80)*(i), (10 + 80)*(i+1)-10)
thisY = random.randint(10, 2 * 10)
thisCharImg = self.GenerateRandomCharImgWithRotate()
resImg.paste(ImageOps.colorize(thisCharImg, (0, 0, 0),
self.GenerateRandomFontColor()),
(thisX, thisY), thisCharImg)
resImg.show()用户要知道太多的细节了！
我们不想徒增使用者的工作量，毕竟程序员最讨厌的几件事情就是别人的东西太复杂，别人的东西没文档。
那么怎么办呢，我们可以提取出用户所需要的变化点，然后把不变化的内容进行封装。
优化前：
# 测试主函数
def TestMain(self):
resImg = self.GenerateCanve(400, 100)
space = (400 - 4*10)/4
for i in range(0, 4):
thisX = random.randint((10 + 80)*(i), (10 + 80)*(i+1)-10)
thisY = random.randint(10, 2 * 10)
thisCharImg = self.GenerateRandomCharImgWithRotate()
resImg.paste(ImageOps.colorize(thisCharImg, (0, 0, 0),
self.GenerateRandomFontColor()),
(thisX, thisY), thisCharImg)
resImg.show()优化后：
# 生成一个二维码图片并返回
def GenerateTestCode(self, width=400, height=100, charCount=4, alain=10):
resImg = self.GenerateCanve(width, height)
space = (width - charCount*alain)/charCount
for i in range(0, charCount):
thisX = random.randint((alain + space)*(i), (alain + space)*(i+1)-alain)
thisY = random.randint(alain, 2 * alain)
thisCharImg = self.GenerateRandomCharImgWithRotate()
resImg.paste(ImageOps.colorize(thisCharImg, (0, 0, 0),
self.GenerateRandomFontColor()),
(thisX, thisY), thisCharImg)
return resImg
# 测试主函数
def TestMain(self):
resImg = self.GenerateTestCode()
resImg.show()这样修改以后，用户只需要调用一个函数就可以实现功能了，而且自己适当的修改函数参数，可以实现自定义的大小和字数，还有间距。
那么我们优化以后的代码是这个样子的：
import random
import PIL.Image as Image
import PIL.ImageDraw as Draw
import PIL.ImageFont as Font
import PIL.ImageOps as ImageOps
class TestCode:
# 生成一个随机A-Z
def GenerateRandomChar(self):
return chr(random.randint(65, 90))
# 生成一个范围在[min,max]范围内的颜色
def GenerateColor(self, min, max):
return random.randint(min, max), random.randint(min, max), random.randint(min, max)
# 生成一个随机的字体色(必然大于(100,100,100))
def GenerateRandomFontColor(self):
return self.GenerateColor(100, 255)
# 生成一个随机的背景色(必然小于等于80,80,80）)
def GenerateRandomCanveColor(self):
return self.GenerateColor(0, 80)
# 用生成随机色画布
def GenerateCanve(self, width, height):
res = Image.new("RGB", (width, height))
drawer = Draw.Draw(res)
for x in range(0, width):
for y in range(0, height):
drawer.point((x, y), fill=self.GenerateRandomCanveColor())
return res
# 生成一个随机字符的图片，并且旋转随机角度
def GenerateRandomCharImgWithRotate(self):
font = Font.truetype("font.TTF", 40)
charImg = Image.new("L", (40, 40))
drawer = Draw.Draw(charImg)
drawer.text((0, 0), text=self.GenerateRandomChar(), fill=255, font=font)
charImg = charImg.rotate(random.randint(0,80), expand=1)
return charImg
# 生成一个二维码图片并返回
def GenerateTestCode(self, width=400, height=100, charCount=4, alain=10):
resImg = self.GenerateCanve(width, height)
space = (width - charCount*alain)/charCount
for i in range(0, charCount):
thisX = random.randint((alain + space)*(i), (alain + space)*(i+1)-alain)
thisY = random.randint(alain, 2 * alain)
thisCharImg = self.GenerateRandomCharImgWithRotate()
resImg.paste(ImageOps.colorize(thisCharImg, (0, 0, 0),
self.GenerateRandomFontColor()),
(thisX, thisY), thisCharImg)
return resImg
# 测试主函数
def TestMain(self):
resImg = self.GenerateTestCode()
resImg.show()
if __name__ == '__main__':
_test = TestCode()
_test.TestMain()
其实还有很多优化空间，比如字体被加载了N次什么的，这里篇幅已经很长了，就不再继续展开了。有兴趣的同学可以继续优化哟。