基于Python 語言圖形用戶界面設(shè)計的研究

周春吟

（三亞城市職業(yè)學(xué)院，海南 三亞 572022）

1 Python 語言概述

Python 語言是一種解釋型的高級程序設(shè)計語言[1]。由荷蘭計算機(jī)科學(xué)家Guido van Rossum（吉多·范羅蘇姆）于1989 年12 月開始設(shè)計并領(lǐng)導(dǎo)開發(fā), 1990 年推出。2010 年，Python2.x 系列發(fā)布了最后一版，其主版本號為2.7，用于終結(jié)2.x 系列版本的發(fā)展，并且不再進(jìn)行重大改進(jìn)。2008 年12 月，Python3.0 正式發(fā)布。Python3.0版本在語法層面和解釋器內(nèi)部做了很多重大改進(jìn)，解釋器內(nèi)部采用完全面向?qū)ο蟮姆绞綄?shí)現(xiàn)。這些重要修改所付出的代價是3.x 系列版本代碼無法向下兼容Python 2.0 系列的既有語法，因此，所有基于Python2.0 系列版本編寫的庫函數(shù)都必須修改后才能被Python3.0 系列解釋器運(yùn)行?！癙ython2.x 已經(jīng)是遺產(chǎn)，Python3.x 是這個語言的現(xiàn)在和未來”。

2 Python 語言的特點(diǎn)

（1） 簡單語法：與傳統(tǒng)的C/C++、Java、C#等語言相比，Python 對代碼格式的要求不那么嚴(yán)格，實(shí)現(xiàn)了相同的功能，Python 中的代碼行數(shù)僅為其他語言的1/10～1/5[2]。這種松散性允許用戶更輕松地編寫代碼，而無需在細(xì)節(jié)上花費(fèi)太多精力。

（2） Python 是開源的：首先，程序員用Python 編寫的代碼是開源的。我們使用Python 開發(fā)系統(tǒng)。用戶可以下載系統(tǒng)的源代碼，并且可以隨意修改。這也是解釋型語言本身的特性，要運(yùn)行程序，需要源代碼。第二，Python解釋器和模塊的代碼是正式開源的，希望用戶能夠參與其中，共同提高Python 的性能，彌補(bǔ)之前的漏洞。代碼研究得越多，它就越強(qiáng)。

（3） 通用且靈活：Python 是一種通用編程語言，可用于編寫各種領(lǐng)域的應(yīng)用程序，這為該語法提供了廣闊的應(yīng)用空間。幾乎所有類型的應(yīng)用程序，從圖像處理、科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理到人工智能、Python 語言都可以發(fā)揮重要作用[3]。

（4） Python 具有高度的可擴(kuò)展性：Python 的可擴(kuò)展性主要體現(xiàn)在模塊上。Python 模塊具有豐富的腳本語言和強(qiáng)大的庫。這些庫或模塊涵蓋了圖形界面編程、網(wǎng)絡(luò)編程和文件操作等應(yīng)用場景。Python 中某些類庫的底層代碼不一定是Python，并且存在C/C++語言，當(dāng)Python需要提高運(yùn)行速度時，可以使用C/C++語言實(shí)現(xiàn)，Python將再次調(diào)用它們，Python 依靠其良好的可擴(kuò)展性在一定程度上彌補(bǔ)了運(yùn)行時效率的低下。

（5） 豐富的類庫：Python 解釋器提供了數(shù)百個內(nèi)置類和函數(shù)庫。此外，世界各地的程序員通過開源社區(qū)貢獻(xiàn)了數(shù)十萬個第三方函數(shù)庫，幾乎涵蓋了計算機(jī)技術(shù)的所有領(lǐng)域，編寫Python 程序可以充分利用現(xiàn)有的內(nèi)置或第三方代碼[4]。

3 基于Python 語言圖形用戶界面設(shè)計的研究

3.1 圖形用戶界面概述

3.1.1 常用設(shè)計圖形界面的模

Python 有多種用于設(shè)計圖形用戶界面的模塊，常用的模塊有如下幾種：

Tkinter：使用Tk 平臺，Python 系統(tǒng)自帶的標(biāo)準(zhǔn)圖形用戶界面庫。

Wxpython：基于wxWindows，具有跨平臺的特性。

PythonWin：只能在Windows 上使用，使用了本機(jī)的

Windows GUI 功能。

JavaSwing：只能用于Jython，使用本機(jī)的Java GUI。

PyGTK：使用GTK 平臺，在linux 上很流行。

PyQt：使用Qt 平臺，跨平臺。

3.1.2 tkinter 模塊

使用tkinter 模塊的基本步驟如下：

（1） 導(dǎo)入tkinter 模塊

例如：import tkinter 或from tkinter import *

（2） 創(chuàng)建一個頂層容器對象

例如：創(chuàng)建一個窗體對象: win = tkinter.Tk()（

3） 在頂層容器對象中，添加其它組件

（4） 調(diào)用pack()方法進(jìn)行容器的區(qū)域布局

（5） 進(jìn)入主事件循環(huán):win.mainloop()

當(dāng)容器進(jìn)入主事件循環(huán)狀態(tài)時，容器內(nèi)部的其他圖形對象則處于循環(huán)等待狀態(tài), 這樣才能一直保持顯示狀態(tài)。

3.2 窗體容器和組件

3.2.1 窗體容器和標(biāo)簽組件

3.2.1.1 創(chuàng)建窗體

窗體是帶有標(biāo)題、邊框的一個頂層容器，在其內(nèi)部可以添加其它組件。

設(shè)計一個窗體的主要步驟如下：

（1） 導(dǎo)入tkinter 包：import tkinter

（2） 創(chuàng)建窗體對象：win = tkinter.Tk()

（3） 設(shè)置窗體初始的大?。▽挕粮撸┖臀恢茫▁, y）：win.geometry(’寬×高+ x 坐標(biāo)+ y 坐標(biāo)’)

（4） 設(shè)置事件循環(huán)，使窗體一直保持顯示狀態(tài)：win. mainloop()

通過Tk 對象創(chuàng)建一個最簡單窗體示例代碼如下：

圖1 創(chuàng)建窗體

3.2.1.2 使用標(biāo)簽

標(biāo)簽是用于窗體容器中顯示文字內(nèi)容的組件。標(biāo)簽的基本格式為：label = tkinter.Label (容器名稱，顯示文字或圖像內(nèi)容，顯示位置, 文字字體、顏色等)標(biāo)簽應(yīng)用示例代碼如下：

3.2.1.3 按鈕對象

創(chuàng)建按鈕對象的方法為：Btn = tkinter.Button(容器,text ="按鈕上的文字")由于按鈕是一個普通組件，設(shè)計時必須放置到一個容器中，以下是設(shè)計一個按鈕事件程序代碼：

3.3 界面布局管理

Python 定義了3 種界面布局管理方式。

3.3.1 pack 布局

pack 布局管理方式按組件的創(chuàng)建順序在容器區(qū)域中排列。

pack 的常用屬性有side 和fill。

side 屬性：其取值為’top’、’bottom’、’left’、’right’，分別表示組件排列在上、下、左、右的位置。默認(rèn)為top。

fill 屬性：其取值為’x’、’y’、’both’，分別表示填充x（水平）或y（垂直）方向的空間。

3.3.2 place 布局

place 布局管理方式為指定組件的坐標(biāo)位置排列，這種排列方式又稱為絕對布局。

3.3.3 grid 布局

grid 布局管理方式為網(wǎng)格布局，組件放置在二維表格的單元格中。

grid 布局的常用屬性有：row（行）、column(列)、rowspan（組件占據(jù)行數(shù)）、columnspan（組件占據(jù)列數(shù)）。

3.4 文本框組件

文本框的格式

Python 中，文本框Entry 用于接收輸入的數(shù)據(jù)。文本框Entry 的基本格式為：txt = tkinter.Entry (容器名稱，width=寬度, 文字字體、顏色等)文本框中的內(nèi)容設(shè)置及獲取文本框Entry 中文字內(nèi)容的操作可以使用StringVar()對象來完成。StringVar()是Tkinter 模塊的對象，它可以跟蹤變量值的變化，把最新的值顯示到界面上。把Entry的textvariable 屬性設(shè)置為StringVar()，再通過StringVar()的get()和set()函數(shù)讀取和輸出相應(yīng)內(nèi)容。這樣，文本框中始終顯示的值。運(yùn)用文本框?qū)傩栽O(shè)計一個密碼驗(yàn)證程序，編寫程序代碼如下：

登陸界面運(yùn)行結(jié)果見圖2。

圖2 登陸界面運(yùn)行結(jié)果

3.5 其它常用組件

3.5.1 單選按鈕（Radiobutton）和復(fù)選框（Checkbutton）

單選按鈕Radiobutton、復(fù)選框Checkbutton 是一組表示多種“選擇”的組件。它們都只有兩種狀態(tài)：“選中/未選中”（ON/OFF），其屬性和方法都類似，按鈕的常用屬性見表1。

表1 按鈕的常用屬性

在創(chuàng)建單選按鈕Radiobutton 或復(fù)選框Checkbutton 時，要先聲明一個選擇狀態(tài)變量：chVarDis = tk.Int－Var()

該變量記錄單選按鈕或復(fù)選框是否被勾選的狀態(tài)，可以通過chVarDis.get()來獲取其的狀態(tài),其狀態(tài)值為int類型 勾選為1 未勾選為0。另外，復(fù)選框Checkbutton對象的select()方法表示勾選，deselect()方法表示不勾選。

3.5.2 標(biāo)簽框架、下拉列表框和滾動文本框

3.5.2.1 標(biāo)簽框架LabelFrame

標(biāo)簽框架LabelFrame 是一個帶邊框的容器，可以在該容器中放置其它組件。

標(biāo)簽框架LabelFrame 的構(gòu)造方法為：

ttk.LabelFrame(上一級容器, text="標(biāo)簽顯示的文字內(nèi)容")

3.5.2.2 下拉列表Combobox

下拉列表Combobox 是常用的一種選值組件，使用下拉列表時要先聲明一個取值變量：number = tk.StringVar()

該變量記錄在下拉列表中預(yù)設(shè)的值中所選取的字符值，在下拉列表中所預(yù)設(shè)的值為一個元組。

下拉列表Combobox 的構(gòu)造方法為：ttk.Combobox(容器, width=寬度, textvariable=取值變量)

3.5.2.3 滾動文本框scrolledtext

滾動文本框scrolledtext 是一個帶滾動條的文本框，可以輸入多行文本內(nèi)容。其構(gòu)造方法為：

scr = scrolledtext.ScrolledText(容器, width=文本框?qū)挾? height=文本框高度)

3.6 菜單與對話框

3.6.1 菜單

創(chuàng)建菜單的主要步驟如下：

（1） 創(chuàng)建菜單條對象：menubar = Menu(窗體容器)

（2） 把菜單條放置到窗體中：窗體容器. config(menu = menubar)

（3） 在菜單條中創(chuàng)建菜單：菜單名稱= Menu(menubar, tearoff = 0)

其中，tearoff 取值0 表示菜單不能獨(dú)立使用。

（4） 為菜單添加文字標(biāo)簽

menubar.add_cascade(label = "文字標(biāo)簽", menu =菜單名稱)

（5） 在菜單中添加菜單項(xiàng)

菜單名稱.add_command (label = " 菜單項(xiàng)名稱",command = 功能函數(shù)名)

3.6.2 對話框

Tkinter 提供了三種標(biāo)準(zhǔn)的對話框模塊:

（1） 消息對話框messagebox

（2） 文件對話框filedialog

（3） 顏色選擇對話框colorchooser

3.6.2.1 無返回值的消息對話框

消息對話框分為無返回值的對話框和有返回值的對話框，這二種消息對話框的導(dǎo)入模塊語句都是一樣的。

（1） 消息對話框的導(dǎo)入模塊語句

（2） 消息提示框:tkinter.messagebox.showinfo (’提示’,’快樂每一天’)

3.6.2.2 有返回值的消息對話框

（1） askokcancel（）

askokcancel（）函數(shù)在對話框中顯示“確定”和“取消”按鈕，其返回值分別為“Ture”或“False”。

（2） askquestion（）

askquestion（）函數(shù)在對話框中顯示“是”和“否”按鈕，其返回值分別為“yes”或“no”。

3.6.2.3 文件對話框filedialog

（1） 導(dǎo)入文件對話框模塊語句:import tkinter.filedialog

（2） 獲取文件對話框返回值

文件對話框的返回值為文件路徑和文件名。

文件對話框filedialog 應(yīng)用代碼如下：

3.6.2.4 顏色選擇對話框colorchooser

colorchooser.askcolor()提供一個用戶選擇顏色的界面。其返回值是一個二元組，第1 個元素是選擇的RGB顏色值，第2 個元素是對應(yīng)的十六進(jìn)制顏色值。

3.7 鼠標(biāo)鍵盤事件

3.7.1 鼠標(biāo)事件

在Pyton 中，tkinter 模塊的事件event 都用字符串描述，格式為：組件對象.bind(event, handler)其中，event為事件，handler 為處理事件的函數(shù)。鼠標(biāo)按鈕的點(diǎn)擊事件的一般格式為：＜ButtonPress-n> 其中，n 為鼠標(biāo)按鈕，n 為1 代表左鍵，2 代表中鍵，3 代表右鍵。例如，＜ButtonPress-1>, 表示按下鼠標(biāo)的左鍵。(見表2）

表2 鼠標(biāo)事件

可以通過鼠標(biāo)事件event 來獲得鼠標(biāo)位置。坐標(biāo)點(diǎn)（event.x，event.y）為發(fā)生事件時，鼠標(biāo)所在的位置。

編寫捕獲鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件的程序。當(dāng)鼠標(biāo)在窗體容器中點(diǎn)擊時，記錄下其坐標(biāo)位置。

鼠標(biāo)事件運(yùn)行結(jié)果見圖3。

圖3 鼠標(biāo)事件運(yùn)行結(jié)果

3.7.2 鍵盤事件

表3 為方向鍵鍵值表。在捕獲鍵盤事件時，先要用focus_set()方法把鍵盤的焦點(diǎn)設(shè)置到一個組件上，這樣才能捕獲到鍵盤事件，捕獲鍵盤事件，在窗體中顯示按下的鍵:鍵盤事件運(yùn)行結(jié)果見圖4。

表3 方向鍵鍵值表

圖4 鍵盤事件運(yùn)行結(jié)果

4 結(jié)論

為了促進(jìn)學(xué)生更好、更直觀地學(xué)習(xí)圖形用戶界面設(shè)計以及Python 的基本知識，設(shè)計實(shí)現(xiàn)一個所見即所得的用戶界面，學(xué)生可以通過本研究學(xué)習(xí)，學(xué)會如何在用戶和程序之間可以方便地進(jìn)行交互，如何介紹設(shè)計友好的圖形用戶界面應(yīng)用程序。盡管Python 在C/C++、Java、C#等語言當(dāng)中是一種非常年輕的語言，但其強(qiáng)大的優(yōu)勢不容小覷。近幾年來，Python 在編程領(lǐng)域，一直在穩(wěn)步上升。相信Python 在未來會有更強(qiáng)的發(fā)展，并且很可能成為快速發(fā)展的主流語言[5]。