基于Python 語言圖形用戶界面設計的研究

周春吟

（三亞城市職業學院，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計語言[1]。由荷蘭計算機科學家Guido van Rossum（吉多·范羅蘇姆）于1989 年12 月開始設計并領導開發, 1990 年推出。2010 年，Python2.x 系列發布了最后一版，其主版本號為2.7，用于終結2.x 系列版本的發展，并且不再進行重大改進。2008 年12 月，Python3.0 正式發布。Python3.0版本在語法層面和解釋器內部做了很多重大改進，解釋器內部采用完全面向對象的方式實現。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都必須修改后才能被Python3.0 系列解釋器運行。“Python2.x 已經是遺產，Python3.x 是這個語言的現在和未來”。

2 Python 語言的特點

（1） 簡單語法：與傳統的C/C++、Java、C#等語言相比，Python 對代碼格式的要求不那么嚴格，實現了相同的功能，Python 中的代碼行數僅為其他語言的1/10～1/5[2]。這種松散性允許用戶更輕松地編寫代碼，而無需在細節上花費太多精力。

（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 開發系統。用戶可以下載系統的源代碼，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，彌補之前的漏洞。代碼研究得越多，它就越強。

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

（4） Python 具有高度的可擴展性：Python 的可擴展性主要體現在模塊上。Python 模塊具有豐富的腳本語言和強大的庫。這些庫或模塊涵蓋了圖形界面編程、網絡編程和文件操作等應用場景。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Python需要提高運行速度時，可以使用C/C++語言實現，Python將再次調用它們，Python 依靠其良好的可擴展性在一定程度上彌補了運行時效率的低下。

（5） 豐富的類庫：Python 解釋器提供了數百個內置類和函數庫。此外，世界各地的程序員通過開源社區貢獻了數十萬個第三方函數庫，幾乎涵蓋了計算機技術的所有領域，編寫Python 程序可以充分利用現有的內置或第三方代碼[4]。

3 基于Python 語言圖形用戶界面設計的研究

3.1 圖形用戶界面概述

3.1.1 常用設計圖形界面的模

Python 有多種用于設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 系統自帶的標準圖形用戶界面庫。

Wxpython：基于wxWindows，具有跨平臺的特性。

PythonWin：只能在Windows 上使用，使用了本機的

Windows GUI 功能。

JavaSwing：只能用于Jython，使用本機的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） 導入tkinter 模塊

例如：import tkinter 或from tkinter import *

（2） 創建一個頂層容器對象

例如：創建一個窗體對象: win = tkinter.Tk()（

3） 在頂層容器對象中，添加其它組件

（4） 調用pack()方法進行容器的區域布局

（5） 進入主事件循環:win.mainloop()

當容器進入主事件循環狀態時，容器內部的其他圖形對象則處于循環等待狀態, 這樣才能一直保持顯示狀態。

3.2 窗體容器和組件

3.2.1 窗體容器和標簽組件

3.2.1.1 創建窗體

窗體是帶有標題、邊框的一個頂層容器，在其內部可以添加其它組件。

設計一個窗體的主要步驟如下：

（1） 導入tkinter 包：import tkinter

（2） 創建窗體對象：win = tkinter.Tk()

（3） 設置窗體初始的大小（寬×高）和位置（x, y）：win.geometry(’寬×高+ x 坐標+ y 坐標’)

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

通過Tk 對象創建一個最簡單窗體示例代碼如下：

圖1 創建窗體

3.2.1.2 使用標簽

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

3.2.1.3 按鈕對象

創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，設計時必須放置到一個容器中，以下是設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建順序在容器區域中排列。

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（組件占據行數）、columnspan（組件占據列數）。

3.4 文本框組件

文本框的格式

Python 中，文本框Entry 用于接收輸入的數據。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)文本框中的內容設置及獲取文本框Entry 中文字內容的操作可以使用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 屬性設置為StringVar()，再通過StringVar()的get()和set()函數讀取和輸出相應內容。這樣，文本框中始終顯示的值。運用文本框屬性設計一個密碼驗證程序，編寫程序代碼如下：

登陸界面運行結果見圖2。

圖2 登陸界面運行結果

3.5 其它常用組件

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

單選按鈕Radiobutton、復選框Checkbutton 是一組表示多種“選擇”的組件。它們都只有兩種狀態：“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

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

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

3.5.2 標簽框架、下拉列表框和滾動文本框

3.5.2.1 標簽框架LabelFrame

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

標簽框架LabelFrame 的構造方法為：

ttk.LabelFrame(上一級容器, text="標簽顯示的文字內容")

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設的值中所選取的字符值，在下拉列表中所預設的值為一個元組。

下拉列表Combobox 的構造方法為：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容。其構造方法為：

scr = scrolledtext.ScrolledText(容器, width=文本框寬度, height=文本框高度)

3.6 菜單與對話框

3.6.1 菜單

創建菜單的主要步驟如下：

（1） 創建菜單條對象：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） 在菜單條中創建菜單：菜單名稱= Menu(menubar, tearoff = 0)

其中，tearoff 取值0 表示菜單不能獨立使用。

（4） 為菜單添加文字標簽

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

（5） 在菜單中添加菜單項

菜單名稱.add_command (label = " 菜單項名稱",command = 功能函數名)

3.6.2 對話框

Tkinter 提供了三種標準的對話框模塊:

（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入模塊語句都是一樣的。

（1） 消息對話框的導入模塊語句

（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 個元素是對應的十六進制顏色值。

3.7 鼠標鍵盤事件

3.7.1 鼠標事件

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。鼠標按鈕的點擊事件的一般格式為：＜ButtonPress-n> 其中，n 為鼠標按鈕，n 為1 代表左鍵，2 代表中鍵，3 代表右鍵。例如，＜ButtonPress-1>, 表示按下鼠標的左鍵。(見表2）

表2 鼠標事件

可以通過鼠標事件event 來獲得鼠標位置。坐標點（event.x，event.y）為發生事件時，鼠標所在的位置。

編寫捕獲鼠標點擊事件的程序。當鼠標在窗體容器中點擊時，記錄下其坐標位置。

鼠標事件運行結果見圖3。

圖3 鼠標事件運行結果

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()方法把鍵盤的焦點設置到一個組件上，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:鍵盤事件運行結果見圖4。

表3 方向鍵鍵值表

圖4 鍵盤事件運行結果

4 結論

為了促進學生更好、更直觀地學習圖形用戶界面設計以及Python 的基本知識，設計實現一個所見即所得的用戶界面，學生可以通過本研究學習，學會如何在用戶和程序之間可以方便地進行交互，如何介紹設計友好的圖形用戶界面應用程序。盡管Python 在C/C++、Java、C#等語言當中是一種非常年輕的語言，但其強大的優勢不容小覷。近幾年來，Python 在編程領域，一直在穩步上升。相信Python 在未來會有更強的發展，并且很可能成為快速發展的主流語言[5]。