23.Python 图形化界面编程

1.认识GUI和使用tkinter

人机交互是从人努力适应计算机，到计算机不断适应人的发展过程，大致经历了5个阶段：早期手工阶段、命令行用户接口（CLI）阶段、图形用户界面（GUI）阶段、网络用户界面阶段、智能人机交互阶段。

GUI（graphical user interface，图形用户界面）是指采用图形方式显示的用户操作界面。

大部分应用软件都属于图形用户界面（GUI）程序，如多媒体播放器、办公软件、网页浏览器等。一个完整的GUI程序实际包含两部分：组件和事件。

1. 组件。图形用户界面程序一般包含很多功能组件，如窗口、菜单、按钮、文本框、复选框等。主窗口包括了所有的组件，组件自身也可以作为容器，包含其它的组件，如下拉框。组件可以分为两类：容器组件和基本组件，大部分组件都是可见的、有形的对象。

• 容器组件：可以存储基本组件和容器组件的组件。
• 基本组件：可以使用的功能组件，依赖于容器组件。

2. 事件。GUI程序就是由一整套的事件所驱动的，当程序启动之后，一直监听所有组件绑定的事件。当为程序需要的每一个事件都添加回调处理函数之后，整个GUI程序就完成了。

事件就是将要发生的事情，如鼠标单击、键盘输入、页面初始化、加载完毕、移动窗口等，是图形用户交互的基础，它通过一套完整的事件监听机制实现。事件包含如下3个要素：

• 事件源：事件发生的对象，如窗口、按钮、菜单栏、文本框等。
• 事件处理器：针对可能发生的事情做出的处理方案，简单说就是事件回调函数。
• 事件监听器：把事件源和事件关联起来，如鼠标单击按钮、在文本框中输入字符等。

常用的GUI库有以下4种：

• tkinter：是TK图形用户界面工具包标准的Python接口。轻量级的跨平台图形用户界面开发工具。
• wxPython：是Python对跨平台的GUI工具集wxWidgets的包装，也是比较流行的tkinter替代品。
• PyQt：是Python对跨平台的GUI工具集Qt的包装。作为Python的插件，其功能非常强大，用PyQt开发的界面效果与Qt开发的界面效果相同。
• PySide：是另一个Python对跨平台的GUI工具集Qt的包装，捆绑在Python中。

此外，还有一些其它的GUI库，如PyGTK、AnyGui等。

使用tkinter创建GUI程序需要以下5步：

1. 导入tkinter模块。
2. 创建顶层窗口。
3. 构建GUI组件。
4. 将每一个组件与底层程序代码关联起来。
5. 执行主循环。

示例：

import tkinter
r = tkinter.Tk()  # 生成r主窗口
label = tkinter.Label(r,text='吃什么最补脑？')  # 生成标签
label.pack()  # 将标签添加到r主窗口
button1 = tkinter.Button(r,text='吃亏') # 生成button1
button1.pack(side=tkinter.LEFT)  # 将button1添加到r主窗口，左对齐
button2 = tkinter.Button(r,text='六个核桃')  # 生成button2
button2.pack(side=tkinter.RIGHT)  # 将button2添加到r主窗口，右对齐
r.mainloop() # 进入消息循环，否则窗口一闪而过，看不到运行结果

2.使用组件

组件是GUI程序开发的基础，tkinter 提供了比较丰富的组件。

• Button：按钮。类似标签，但提供额外的功能，单击时执行一个动作，如鼠标移过、按下、释放，以及键盘操作等事件。
• Canvas：画布。提供绘图功能，如直线、椭圆、多边形、矩形等，可以包含图形或位图。
• Checkbutton：复选按钮。允许用户勾选或取消选择，一组复选框可以成组，允许选择任意个。类似HTML中的checkbox组件。
• Entry：单行文本框。显示一行文本，用来收集键盘输入。类似HTML中的text组件。
• Label：标签。用于显示不可编辑的文本、图片等信息。
• LabelFrame：容器控件。是一个简单的容器控件，常用于复杂的窗口布局。
• Listbox：列表框。一个选项列表，用户可以从中进行选择。
• Menu：菜单。单击菜单按钮后弹出的一个选项列表，用户可以从中进行选择。
• Menubutton：菜单按钮。用来包含菜单的组件，有下拉式、层叠式。
• Message：消息框。类似于标签，但可以显示多行文本。
• OptionMenu：选择菜单。下拉菜单的改版，弥补了Listbox无法定义下拉列表框的遗憾。
• PanedWindow：窗口布局管理。是一个窗口布局管理的插件，可以包含一个或者多个子控件。
• Radiobuttion：单选按钮。允许用户从多个选项中选取一个，一组按钮中只有一个可被选择。类似HTML中radio组件。
• Scale：滑块组件。线性‘滑块’组件，可设定起始值和结束值，显示当前位置的精确值。
• Scrollbar：滚动条。对其支持的组件，如文本域、画布、列表框、文本框，提供滚动功能。
• Spinbox：输入控件。与Entry类似，但是可以指定输入范围值。
• Text：多行文本框。多行文本区域，显示多行文本，可以用来收集或显示用户输入的文字。类似HTML中的textarea组件。
• Toplevel：顶层。容器组件，类似框架，为其它控件提供单独的容器。
• messageBox：消息框。用于显示应用程序的消息框。

2.1 标签

Label（标签）组件用于在屏幕上显示文本或图像。仅能显示单一字体的文本，但文本可以跨越多行；另外还可以为其中的个别字符加上下画线，如用于表示键盘快捷键。

使用tkinter.Label()构造函数可以创建标签组件，语法和示例如下：

from tkinter import *
r = Tk() # 实例化，生成主窗口
r.title('使用标签组件') # 定义标签标题
label = Label(r,
              anchor=E, # 右侧显示
              bg='#eef', # 浅灰色背景色
              fg='red', # 红色字体
              text='设计标签组件', #显示的文本
              font=('隶书',24), # 字体类型和大小
              width=20, # 标签的宽度
              height=3 # 标签的高度
              )
label.pack() # 调用pack方法，添加到主窗口
r.mainloop() # 进入主循环

2.2 按钮

Button（按钮）组件用于实现各种各样的按钮。包含文本或图像，可以将一个Python函数或方法与之相关联，当按钮被按下时，对应的函数或方法将被自动执行。

Button组件仅能显示单一字体的文本，但文本可以跨越多行，另外还可以为其中的个别字符加上下画线，用于表示键盘快捷键，默认情况下，Tab按键被用于在按钮间切换。

from tkinter import *
r = Tk()
r.title('使用按钮组件')
Button(r,text='禁用',state=DISABLED).pack(side=RIGHT)
Button(r,text='取消').pack(side=LEFT)
Button(r,text='确定').pack(side=LEFT)
Button(r,text='退出',command=r.quit).pack(side=RIGHT)
r.mainloop()

2.3 文本框

Entry（输入框）组件用于获取用户的输入文本，仅允许用于输入一行文本，如果用于输入的字符串长度比该组件可显示空间更长，那内容将被滚动，意味着该字符串将不能被全部看到。显示多行文本，常用于作为简单的文本编辑器和网页浏览器使用。

import tkinter as tk
w = tk.Tk()
w.title('读取文本框中的值')
w.geometry('360x160') # 设定窗口的大小（长x宽）
e = tk.Entry(w,show=None) # 显示成明文形式
e.pack()
# 注意：因为Python的执行顺序是从上往下，所以函数一定要放在按钮的上面
def insert_point(): # 在鼠标焦点处插入输入内容
    var = e.get()
    t.insert('insert',var)
def insert_end(): # 在文本框内容最后接着插入输入内容
    var = e.get()
    t.insert('end',var)
# 创建并放置两个按钮分别触发两种情况
b1 = tk.Button(w,text='在光标位置插入',width=20,height=2,command=insert_point)
b1.pack()
b2 = tk.Button(w,text='在文本尾部位置插入',width=20,height=2,command=insert_end)
b2.pack()
# 创建一个多行文本框Text显示，指定3个字符高度
t = tk.Text(w,height=3)
t.pack()
w.mainloop()

2.4 单选按钮和复选按钮

Radiobutton（单选按钮）组件用于实现多选一的问题，可以包含文本或图像。

Checkbutton（复选按钮）组件用于实现确定是否选择的按钮。

import tkinter as tk
w = tk.Tk()
w.title('设计复选按钮')
w.geometry('300x100')
l = tk.Label(w,bg='yellow',width=20,text='')
l.pack()
def print_selection(): # 定义触发函数功能
    if (var1.get()==1)&(var2.get() == 0): # 如果选中第一个选项，未选中第二个选项
        l.config(text='勾选了Python')
    elif(var1.get()==0)&(var2.get()==1): # 如果未选中第一个选项，选中第二个选项
        l.config(text='勾选了C++')
    elif(var1.get()==0)&(var2.get()==0): # 如果未选中第一个选项，未选中第二个选项
        l.config(text='什么都没有勾选')
    else: # 如果两个都勾选
        l.config(text='全部勾选')
# 定义变量用来存放选中行为的返回值
var1 = tk.IntVar()
var2 = tk.IntVar()
c1 = tk.Checkbutton(w,text='Python',variable=var1,onvalue=1,offvalue=0,command=print_selection)
c1.pack()
c2 = tk.Checkbutton(w,text='C++',variable=var2,onvalue=1,offvalue=0,command=print_selection)
c2.pack()
w.mainloop()

2.5 菜单和消息

Menu（菜单）组件用于实现顶级菜单、下拉菜单和弹出菜单。创建一个顶级菜单，需要先使用Menu()创建一个菜单实例，然后使用add()方法将命令和其它子菜单添加进去。

from tkinter import *
r = Tk()
r.title('设计菜单')
r.geometry('300x200')
m = Menu(r)
filemenu = Menu(m,tearoff=0)
m.add_cascade(label='文件',menu = filemenu)
filemenu.add_command(label='新建')
filemenu.add_command(label='打开')
filemenu.add_command(label='保存')
r.config(menu = m)
r.mainloop()

Message（消息）组件是Label组件的变体，用于显示多行文本消息。

from tkinter import *
w = Tk()
mess = '你收到一天消息'
msg = Message(w,text=mess)
msg.config(bg='lightgreen',font=('宋体',16,'italic'))
msg.pack()
w.mainloop()

2.6 列表框

Listbox（列表框）组件用于显示一个选择列表。

'''
Listbox(容器,可变关键字参数)
'''
from tkinter import *
r = Tk() # 创建顶级窗口
a = Label(r,bg='yellow',width=20,text='') # 定义一个提示信息显示的标签
a.pack()
def f(e): # 定义选项触发功能
    a.config(text='被选项为：'+l.get(l.curselection()))
l =Listbox(r) # 定义列表框
l.bind('',f) # 绑定鼠标双击事件
for i in range(10):
    l.insert(END,str(i))
l.pack() # 显示列表框
r.mainloop()

2.7 滚动条

Scrollbar（滚动条）组件用于滚动一些组件的可见范围，根据方向可分为垂直滚动条和水平滚动条。

from tkinter import *
r = Tk()
sb = Scrollbar(r,orient=HORIZONTAL) # 滚动条水平显示，不写默认垂直滚动
sb.set(0.5,1) # 设置滑块的位置
sb.pack() # 显示滚动条
r.mainloop()

2.8 框架

Frame 组件主要用于在复杂的布局中将其他组件分组，也用于填充间距和作为实现组件的基类。

from tkinter import *
r = Tk() # 创建顶级窗口
r.title('设计框架')
r.geometry('600x500')
fm = Frame(height=200,width=200,bg='green',border=2) 
fm.pack_propagate(0) # 固定frame大小，如果不设置，frame随着标签大小改变
fm.pack() # 显示框架
Label(fm,text='左侧标签').pack(side='left')
Label(fm,text='右侧标签').pack(side='right')
r.mainloop()

2.9 画布

Canvas 是一个通用的组件，通常用于显示和编辑图形，可以用它绘制线段、圆形、多边形、甚至绘制其它组件。

from tkinter import *
r = Tk()
r.title('使用画布')
w = Canvas(r,width=200,height=100) # 创建画布
w.pack() # 显示画布
w.create_line(0,50,200,50,fill='yellow') # 画一条黄色的横线
w.create_line(100,0,100,100,fill='red',dash=(4,4)) # 画一条红色的竖线（虚线）
w.create_rectangle(50,25,150,75,fill='blue') # 中间画一个蓝色的矩形
Button(r,text='删除全部',command=(lambda x='all':w.delete(x))).pack()
r.mainloop()

3. 组件布局

tkinter 提供了3个布局管理器：pack（包），按添加顺序排列组件；grid（网格），按行、列格式排列组件；place（位置），准确设置组件的大小和位置。

**grid 布局：**可以以网络化设置组件的位置，但不要在同一父组件中混合使用pack和grid。

from tkinter import *
r = Tk()
r.title('问卷调查')
Label(r,text='姓名').grid(row=0)
Label(r,text='密码').grid(row=1)
Label(r,text='兴趣爱好').grid(row=2)
Entry(r).grid(row=0,column=1)
Entry(r).grid(row=1,column=1)
Entry(r).grid(row=2,column=1)
r.mainloop()

place 布局：可以精确定义组件的位置和大小

from tkinter import *
r = Tk()
r.title('小样')
def callback():
    print('正中靶心')
tk.Button(r,text='打我',command=callback).place(relx=0.5,rely=0.5,anchor='center')
r.mainloop()

4.事件处理

事件序列是以字符串的形式表示一个或多个相关联的事件。它包含在<>中。

'''

type：用于描述通用事件类型，如鼠标单击、键盘按键单击等。
modifier：可选项，用于描述组合键，如Ctrl+C表示同时按Ctrl和C键。
detail：可选项，用于描述具体的按键，如Button-1表示鼠标左键。
'''
<Button-1> # 用户单击鼠标左键
<KeyPress-H> # 用户单击H按键
<Control-Shift-KeyPress-H> # 用户同时按Ctrl+Shift+H组合键

事件绑定有4种方法：

1、创建组件对象时指定。通过参数command指定。

b = Button(root,text=‘按钮’,command=clickhandler)

2、实例绑定。调用组件对象的bind()方法，可以为指定组件绑定事件。

w.bind(‘’,eventhandler,add=‘’)

3、类绑定。调用组件对象的bind_class()方法，为特定类绑定事件。

w.bind(‘Widget’,‘’,eventhandler,add=‘’)

4、程序界面绑定。调用组件对象的bind_all()方法，为所有组件类型绑定事件。

w.bind_all(‘’,eventhandler,add=‘’)

import tkinter as tk
r = tk.Tk()
entry = tk.Entry(r)
def f1(event):
    event.widget['bg'] = 'red'
def f2(event):
    event.widget['bg'] = 'white'
entry.bind('',f1) # 鼠标经过时，背景色显示红色
entry.bind('',f2) # 鼠标离开时，背景色显示白色
entry.pack()
r.mainloop()

事件对象：通过传入的事件对象，可以访问该对象属性，获取事件发生时相关参数，以备程序使用。

• widget：事件源，即产生该事件的组件。
• x,y：当前鼠标指针的坐标位置（相对于窗口左上角，以像素为单位）。
• x_root,y_root：当前鼠标指针的坐标位置（相对于屏幕左上角，以像素为单位）。
• keysym：按键名。
• keycode：按键码。
• num：按钮数字（鼠标事件专属）。
• width, height：组件的新尺寸（Configure事件专属）。

import tkinter as tk
r = tk.Tk()
def callback(event): # 事件处理函数，参数event为Event事件对象
    print('点击的键盘字符为：',event.char)
fm = tk.Frame(r,width=200,height=200)
fm.bind('',callback) # 绑定鼠标单击事件
fm.focus_set() # 获取焦点，接收键盘响应
fm.pack()
r.mainloop()