23 Java 图形化编程

图形用户界面(Graphical User Interface,简称 GUI)编程对于某种语言来说非常重要。Java的应用主要方向是基于Web浏览器的应用,用户界面主要是HTML、CSS和JavaScript等基于Web的技术,这些介绍要到Java EE阶段才能学习到。

而本章介绍的Java图形用户界面技术是基于Java SE 的 Swing,事实上它们在实际应用中使用不多,因此本章的内容只做了解。

Java图形用户界面技术

  1. AWT
    AWT(Abstract Window Toolkit)是抽象窗口工具包,AWT是Java 程序提供的建立图形用户界面最基础的工具集。AWT支持图形用户界面编程的功能包括:用户界面组件(控件)、事件处理模型、图形图像处理(形状和颜色)、字体、布局管理器和本地平台的剪贴板来进行剪切和粘贴等。AWT是Applet和Swing技术的基础。
    AWT在实际的运行过程中是调用所在平台的图形系统,因此同样一段AWT程序在不同的操作系统平台下运行所看到的样式不同的。
  2. Applet
    Applet称为Java小应用程序,Applet基础是AWT,但它主要嵌入到HTML代码中,由浏览器加载和运行,由于存在安全隐患和运行速度慢等问题,已经很少使用了。
  3. Swing
    Swing是Java主要的图形用户界面技术,Swing提供跨平台的界面风格,用户可以自定义Swing的界面风格。Swing提供了比AWT更完整的组件,引入了许多新的特性。Swing API是围绕着实现AWT各个部分的API构筑的。Swing是由100%纯Java实现的,Swing组件没有本地代码,不依赖操作系统的支持,这是它与AWT组件的最大区别。本章重点介绍Swing技术。
  4. JavaFX
    JavaFX是开发丰富互联网应用程序(Rich Internet Application,缩写RIA)的图形用户界面技术,JavaFX期望能够在桌面应用的开发领域与Adobe公司的AIR、微软公司的Silverlight相竞争。传统的互联网应用程序基于Web的,客户端是浏览器。而丰富互联网应用程序试图打造自己的客户端,替代浏览器。

Swing技术基础

AWT是Swing的基础,Swing事件处理和布局管理都是依赖于AWT,AWT内容来自java.awt包,Swing内容来自javax.swing包。AWT和Swing作为图形用户界面技术包括了4个主要的概念:组件(Component)、容器(Container)、事件处理和布局管理器(LayoutManager),下面将围绕这些概念展开。

Swing类层次结构

容器和组件构成了Swing的主要内容,下面分别介绍一下Swing中容器和组件类层次结构。
图所示是Swing容器类层次结构,Swing容器类主要有:JWindow、JFrame和JDialog,其他的不带“J”开头都是AWT提供的类,在Swing中大部分类都是以“J”开头。


Swing容器类层次结构
Swing组件类层次结构

事件处理模型

图形界面的组件要响应用户操作,就必须添加事件处理机制。Swing采用AWT的事件处理模型进行事件处理。在事件处理的过程中涉及三个要素:

  1. 事件:是用户对界面的操作,在Java中事件被封装称为事件类 java.awt.AWTEvent 及其子类,例如按钮单击事件类是 java.awt.event.ActionEvent。
  2. 事件源:是事件发生的场所,就是各个组件,例如按钮单击事件的事件源是按钮(Button)。
  3. 事件处理者:是事件处理程序,在Java 中事件处理者是实现特定接口的事件对象。
事件类型和事件监听器接口

使用适配器

事件监听器都是接口,在Java中接口中定义的抽象方法必须全部是实现,哪怕你对某些方法并不关心。为此 Java 还提供了一些与监听器相配套的适配器。监听器是接口,命名采用XXXListener,而适配器是类,命名采用XXX Adapter。在使用时通过继承事件所对应的适配器类,覆盖所需要的方法,无关方法不用实现。

     this.addWindowListener(new WindowAdapter(){
         @Override
         public void windowClosing(WindowEvent e) {
             // 退出系统
             System.exit(0);
         }
     });

可见代码非常的简洁。事件适配器提供了一种简单的实现监听器的手段,可以缩短程序代码。但是,由于Java的单一继承机制,当需要多种监听器或此类已有父类时,就无法采用事件适配器了。

并非所有的监听器接口都有对应的适配器类,一般定义了多个方法的监听器接口,例如WindowListener有多个方法对应多种不同的窗口事件时,才需要配套的适配器,主要的适配器如下:

  • ComponentAdapter:组件适配器。
  • ContainerAdapter:容器适配器。
  • FocusAdapter:焦点适配器。
  • KeyAdapter:键盘适配器。
  • MouseAdapter:鼠标适配器。
  • MouseMotionAdapter:鼠标运动适配器。
  • WindowAdapter:窗口适配器。

布局管理

Java为了实现图形用户界面的跨平台,并实现动态布局等效果,Java 将容器内的所有组件布局交给布局管理器管理。布局管理器负责,如组件的排列顺序、大小、位置,当窗口移动或调整大小后组件如何变化等。

Java SE提供了7种布局管理器包括:FlowLayout、BorderLayout、GridLayout、BoxLayout、CardLayout、SpringLayout 和 GridBagLayout,其中最基础的是 FlowLayout、BorderLayout 和GridLayout 布局管理器。下面重点介绍这三种布局。

FlowLayout

主要的构造方法如下:

  • FlowLayout(int align, int hgap, int vgap):创建一个 FlowLayout 对象,它具有指定的对齐方式以及指定的水平和垂直间隙,hgap 参数是组件之间的水平间隙,vgap 参数是组件之间的垂直间隙,单位是像素。
  • FlowLayout(int align):创建一个FlowLayout对象,指定的对齐方式,默认的水平和垂直间隙是5个单位。
  • FlowLayout():创建一个FlowLayout对象,它是居中对齐的,默认的水平和垂直间隙是5个单位。

上述参数align是对齐方式,它是通过FlowLayout的常量指定的,这些常量说明如下:

  • FlowLayout.CENTER:指示每一行组件都应该是居中的。
  • FlowLayout.LEADING:指示每一行组件都应该与容器方向的开始边对齐,例如,对于从左到右的方向,则与左边对齐。
  • FlowLayout.LEFT:指示每一行组件都应该是左对齐的。
  • FlowLayout.RIGHT:指示每一行组件都应该是右对齐的。
  • FlowLayout.TRAILING:指示每行组件都应该与容器方向的结束边对齐,例如,对于从左到右的方向,则与右边对齐。

BorderLayout布局

BorderLayout布局是窗口的默认布局管理器。
BorderLayout 是 JWindow、JFrame 和 JDialog 的默认布局管理器。BorderLayout 布局管理器把容器分成5个区域:North、South、East、West 和 Center,如图所示每个区域只能放置一个组件。


BorderLayout主要的构造方法如下:

  • BorderLayout(int hgap, int vgap):创建一个 BorderLayout 对象,指定水平和垂直间隙,hgap参数是组件之间的水平间隙,vgap参数是组件之间的垂直间隙,单位是像素。
  • BorderLayout():创建一个BorderLayout对象,组件之间没有间隙。

BorderLayout 布局有5个区域,为此BorderLayout中定义了5个约束常量,说明如下:

  • BorderLayout.CENTER:中间区域的布局约束(容器中央)。
  • BorderLayout.EAST:东区域的布局约束(容器右边)。
  • BorderLayout.NORTH:北区域的布局约束(容器顶部)。
  • BorderLayout.SOUTH:南区域的布局约束(容器底部)。
  • BorderLayout.WEST:西区域的布局约束(容器左边)。

GridLayout 布局

GridLayout布局以网格形式对组件进行摆放,容器被分成大小相等的矩形,一个矩形中放置一个组件。
GridLayout布局主要的构造方法如下:

  • GridLayout():创建具有默认值的GridLayout对象,即每个组件占据一行一列。
  • GridLayout(int rows, int cols):创建具有指定行数和列数的GridLayout对象。
  • GridLayout(int rows, int cols, int hgap, int vgap):创建具有指定行数和列数的GridLayout对象,并指定水平和垂直间隙。

图形化编程知识

  1. Java图形坐标
    从左向右 x轴
    从上到下 y轴

  2. Graphics类的图形绘制方法, 可以认为是类
    绘制
    • drawLine(int x1, int y1, int x2, int y2)
    • drawRect(int x, int y, int width, int height)
    • drawOval(int x, int y, int width, int height)
    • drawArc(int x, int y, int width, int height, int startAngle, int arcAngle)
    • drawPolygon(int[] xPoints, int[] yPoints, int nPoints) 绘制对编写
    • drawRoundRect(int x, int y, int width, int height, int arcWidth, int arcHeight) 绘制圆角矩形
    • drawString(String s,int x,int y)

填充

  • fillOval(int x, int y, int width, int height)
  • fillRect(int x, int y, int width, int height)
  • fillRoundRect(int x, int y, int width, int height, int arcWidth, int arcHeight)
  • fillArc(int x, int y, int width, int height, int startAngle, int
    arcAngle)
  1. 字体控制
  • Font myFont = new Font("宋体", Font.BOLD, 12);
    定义字体为宋体,大小为12号,粗体。

  • Font.PLAIN,Font.ITALIC,Font.BOLD分别表示普通、斜体和粗体。

  • 如果要同时兼有几种风格可以通过"+"号连接。
    例如:

new Font("TimesRoman", Font.BOLD + Font.ITALIC, 28);

给图形对象或GUI部件设置字体
• 利用Graphics类的setFont()方法确定使用定义的字体
g.setFont(myFont);
• 给某个GUI部件设定字体可以使用该部件的setFont()方法。例如:
Button btn = new Button("确定");
btn.setFont(myFont);
• 使用getFont()方法返回当前的Graphics对象或GUI部件使用的字
体。

  1. 颜色控制
    Color类构造方法
    • public Color(int Red, int Green, int Blue)
    每个参数的取值范围在0~255之间
    • public Color(float Red, float Green, float Blue)
    每个参数的取值范围在0.0~1.0之间
    • public Color(int RGB)
    类似HTML网页中用数值设置颜色。

颜色处理常用方法
画笔提供了如下方法:
• setColor(Color.blue) ---将画笔定为兰色
• getColor( )--获取当前的绘图颜色。

Component类中定义方法
• setBackground(Color.red)----设置组件的背景色为红色
• setForeground(Color.white) ----设置组件的前景色为白色
• getBackground( ) ---获取背景色
• getForeground() ---获取前景色

思考:设置一个红色按钮,上面写黄色字如何实现?

Button btn = new Button("确定");
btn.setBackground(Color.red);
btn.setForeground(Color.yellow);
  1. Java绘图模式
    (1) 覆盖模式:绘制图形像素覆盖屏幕上已有像素信息。缺省的绘图
    模式为覆盖模式。
    (2) 异或模式:绘制图形像素与屏幕上像素信息进行异或运算,以运
    算结果作为显示结果。
    • 异或模式由Graphics类的setXORMode()方法来设置 setXORMode(Color c)
    其中,参数c用于指定XOR颜色。

  2. 绘制图像
    (1) 图像的获取
    Toolkit tool = getToolkit();
    Image img = tool.getImage( "images\img1.gif");
    (2) 图像绘制
    public void drawImage(Image, x, y, imageObserver)

Java 2D图形绘制步骤

  1. 获得一个Graphics2D类的对象;
    • Graphics2D g2d=(Graphics2D)g;
    • 定义2D图形对象(java.awt.geom包);
    • 绘制(draw)或者填充(fill)图形。
    • 使用setPaint方法来设置填充着色方式;
    • 使用setStroke方法来设置画笔线条特征;
    • 使用transform方法,设置图形变换方式;

  2. 绘制图形
    • void fill(Shape s):绘制一个填充的图形。
    • void draw(Shape s):绘制图形的边框

3.指定填充图案
• 用setPaint(Paint)方法指定填充方式
以下几个类均实现了Paint接口。
• Color:单色填充。
• GradientPaint:渐变填充。
• TexturePaint:纹理填充。

  1. 设置画笔
    可以通过setStroke()方法并用BasicStroke对象作为参数,可设置绘制图形线条
    的宽度和连接形状。
    • BasicStroke(float width)。
    • BasicStroke(float width, int cap, int join)。
    • BasicStroke(float width, int cap, int join, float miterlimit, float[]
    dash, float dash_ phase)。
    以上参数中:
    • width表示线宽;
    • cap决定线条端点的修饰样式,取值在BasicStroke的3个常量中选择:
    CAP_BUTT(无端点)、CAP_SQUARE(方形端点) 、CAP_ROUND(圆形端
    点) ;
    • join代表线条的连接点的样式,取值在BasicStroke的3个常量中选择:
    JOIN_BEVEL(扁平角)、JOIN_MITER(尖角)、JOIN_ ROUND(圆
    角) 。
    • 最后一个构造方法可设定虚线方式。

  2. 图形绘制的坐标变换
    (1) 创建AffineTransform对象
    AffineTransform trans= new AffineTransform( );
    (2) 设置变换形式
    AffineTransform提供了如下方法实现3种最常用的图形变换操作。
    • translate(double a,double b):将图形坐标偏移到a,b处;绘制图形时,按
    新原点确定坐标位置。
    • scale(double a,double b):将图形在X轴方向缩放a倍,Y轴方向缩放b倍。
    • rotate(double angle,double x,double y):将图形按(x,y)为轴中心旋转
    angle个弧度。
    (3) 将Graphics2D“画笔”对象设置为采用该变换。
    g2d.setTransform(trans);

习题

编写窗体应用,窗体中安排2个按钮,按钮上面的标签分别为“改背景”、“关闭”,点击“改背景”按钮,用随机产生的颜色更改窗体的背景,点击“关闭”按钮可关闭窗体。

采用流式布局
添加按钮
注册监听

package newfile;

import java.awt.Button;
import java.awt.Color;
import java.awt.FlowLayout;
import java.awt.Font;
import java.awt.Frame;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;

public class Test3 {

    public static void main(String[] args) {
        new MyFrame();
    }
    
    static class MyFrame extends Frame {
        
        public MyFrame() {
            setTitle("测试");
            Button btn = new Button("改背景");
            Font f = new Font("黑体", Font.BOLD, 22);
            btn.setFont(f);
            btn.addActionListener(new ActionListener() {
                
                @Override
                public void actionPerformed(ActionEvent e) {
                    setBackground(new Color((int)(Math.random() * 0xFFFFFF)));
                }
            });
            setLayout(new FlowLayout());
            add(btn);
            
            btn = new Button("关闭");
            btn.setFont(f);
            btn.addActionListener(new ActionListener() {
                
                @Override
                public void actionPerformed(ActionEvent e) {
                    dispose();
                }
            });
            add(btn);
            
            super.setSize(400, 200);
            super.setVisible(true); 
        }
    }

}

设有一批英文单词存放在一个数组中,编制一个图形界面程序浏览单词。在界面中安排一个标签显示单词,另有“上一个”、“下一个”两个按钮实现单词的前后翻动。

package newfile;

import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Button;
import java.awt.FlowLayout;
import java.awt.Font;
import java.awt.Frame;
import java.awt.Label;
import java.awt.Panel;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;

public class Test3 {
    
    public static void main(String[] args) {
        MyFrame myFrame = new MyFrame();
        String[] strs = {"welcome", "element", "target", "term", "modify", "yellow"};
        myFrame.setContent(strs);
        myFrame.setVisible(true);
    }
    
    static class MyFrame extends Frame {
        
        private String[] strs;
        private int index;
        private Label label = new Label();
        
        public MyFrame() {
            setSize(400, 200);
            setTitle("单词卡片");
            
            Panel panel = new Panel(new FlowLayout());
            this.label.setFont(new Font("宋体", Font.PLAIN, 28));
            this.label.setAlignment(Label.CENTER);
            add("Center", this.label);
            add("South", panel);
            
            Button btn = new Button("上一个");
            panel.add(btn);
            Font f = new Font("黑体", Font.PLAIN, 20);
            btn.setFont(f);
            btn.addActionListener(new ActionListener() {
                
                @Override
                public void actionPerformed(ActionEvent e) {
                    preWord();
                }
            });
            
            btn = new Button("下一个");
            panel.add(btn);
            btn.setFont(f);
            btn.addActionListener(new ActionListener() {    
                @Override
                public void actionPerformed(ActionEvent e) {
                    nextWord();
                }
            });
        }

        public void setContent(String[] strs) {
            this.strs = strs;
            this.index = 0;
            this.label.setText(strs[index]);        
        }
        
        public void preWord() {
            if (this.index <= 0) {
                this.index = this.strs.length - 1;
            } else {
                this.index = --this.index % this.strs.length;
            }
            this.label.setText(strs[index]);
        }
        
        public void nextWord() {
            if (index >= 0) {
                this.index = ++this.index % this.strs.length;
            } else {
                this.index = 0;
            }
            this.label.setText(this.strs[this.index]);
        }
    }
}

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