基于Python 语言图形用户界面设计的研究

周春吟

（三亚城市职业学院，海南 三亚 572022）

1 Python 语言概述

Python 语言是一种解释型的高级程序设计语言[1]。由荷兰计算机科学家Guido van Rossum（吉多·范罗苏姆）于1989 年12 月开始设计并领导开发, 1990 年推出。2010 年，Python2.x 系列发布了最后一版，其主版本号为2.7，用于终结2.x 系列版本的发展，并且不再进行重大改进。2008 年12 月，Python3.0 正式发布。Python3.0版本在语法层面和解释器内部做了很多重大改进，解释器内部采用完全面向对象的方式实现。这些重要修改所付出的代价是3.x 系列版本代码无法向下兼容Python 2.0 系列的既有语法，因此，所有基于Python2.0 系列版本编写的库函数都必须修改后才能被Python3.0 系列解释器运行。“Python2.x 已经是遗产，Python3.x 是这个语言的现在和未来”。

2 Python 语言的特点

（1） 简单语法：与传统的C/C++、Java、C#等语言相比，Python 对代码格式的要求不那么严格，实现了相同的功能，Python 中的代码行数仅为其他语言的1/10～1/5[2]。这种松散性允许用户更轻松地编写代码，而无需在细节上花费太多精力。

（2） Python 是开源的：首先，程序员用Python 编写的代码是开源的。我们使用Python 开发系统。用户可以下载系统的源代码，并且可以随意修改。这也是解释型语言本身的特性，要运行程序，需要源代码。第二，Python解释器和模块的代码是正式开源的，希望用户能够参与其中，共同提高Python 的性能，弥补之前的漏洞。代码研究得越多，它就越强。

（3） 通用且灵活：Python 是一种通用编程语言，可用于编写各种领域的应用程序，这为该语法提供了广阔的应用空间。几乎所有类型的应用程序，从图像处理、科学计算、数据处理到人工智能、Python 语言都可以发挥重要作用[3]。

（4） Python 具有高度的可扩展性：Python 的可扩展性主要体现在模块上。Python 模块具有丰富的脚本语言和强大的库。这些库或模块涵盖了图形界面编程、网络编程和文件操作等应用场景。Python 中某些类库的底层代码不一定是Python，并且存在C/C++语言，当Python需要提高运行速度时，可以使用C/C++语言实现，Python将再次调用它们，Python 依靠其良好的可扩展性在一定程度上弥补了运行时效率的低下。

（5） 丰富的类库：Python 解释器提供了数百个内置类和函数库。此外，世界各地的程序员通过开源社区贡献了数十万个第三方函数库，几乎涵盖了计算机技术的所有领域，编写Python 程序可以充分利用现有的内置或第三方代码[4]。

3 基于Python 语言图形用户界面设计的研究

3.1 图形用户界面概述

3.1.1 常用设计图形界面的模

Python 有多种用于设计图形用户界面的模块，常用的模块有如下几种：

Tkinter：使用Tk 平台，Python 系统自带的标准图形用户界面库。

Wxpython：基于wxWindows，具有跨平台的特性。

PythonWin：只能在Windows 上使用，使用了本机的

Windows GUI 功能。

JavaSwing：只能用于Jython，使用本机的Java GUI。

PyGTK：使用GTK 平台，在linux 上很流行。

PyQt：使用Qt 平台，跨平台。

3.1.2 tkinter 模块

使用tkinter 模块的基本步骤如下：

（1） 导入tkinter 模块

例如：import tkinter 或from tkinter import *

（2） 创建一个顶层容器对象

例如：创建一个窗体对象: win = tkinter.Tk()（

3） 在顶层容器对象中，添加其它组件

（4） 调用pack()方法进行容器的区域布局

（5） 进入主事件循环:win.mainloop()

当容器进入主事件循环状态时，容器内部的其他图形对象则处于循环等待状态, 这样才能一直保持显示状态。

3.2 窗体容器和组件

3.2.1 窗体容器和标签组件

3.2.1.1 创建窗体

窗体是带有标题、边框的一个顶层容器，在其内部可以添加其它组件。

设计一个窗体的主要步骤如下：

（1） 导入tkinter 包：import tkinter

（2） 创建窗体对象：win = tkinter.Tk()

（3） 设置窗体初始的大小（宽×高）和位置（x, y）：win.geometry(’宽×高+ x 坐标+ y 坐标’)

（4） 设置事件循环，使窗体一直保持显示状态：win. mainloop()

通过Tk 对象创建一个最简单窗体示例代码如下：

图1 创建窗体

3.2.1.2 使用标签

标签是用于窗体容器中显示文字内容的组件。标签的基本格式为：label = tkinter.Label (容器名称，显示文字或图像内容，显示位置, 文字字体、颜色等)标签应用示例代码如下：

3.2.1.3 按钮对象

创建按钮对象的方法为：Btn = tkinter.Button(容器,text ="按钮上的文字")由于按钮是一个普通组件，设计时必须放置到一个容器中，以下是设计一个按钮事件程序代码：

3.3 界面布局管理

Python 定义了3 种界面布局管理方式。

3.3.1 pack 布局

pack 布局管理方式按组件的创建顺序在容器区域中排列。

pack 的常用属性有side 和fill。

side 属性：其取值为’top’、’bottom’、’left’、’right’，分别表示组件排列在上、下、左、右的位置。默认为top。

fill 属性：其取值为’x’、’y’、’both’，分别表示填充x（水平）或y（垂直）方向的空间。

3.3.2 place 布局

place 布局管理方式为指定组件的坐标位置排列，这种排列方式又称为绝对布局。

3.3.3 grid 布局

grid 布局管理方式为网格布局，组件放置在二维表格的单元格中。

grid 布局的常用属性有：row（行）、column(列)、rowspan（组件占据行数）、columnspan（组件占据列数）。

3.4 文本框组件

文本框的格式

Python 中，文本框Entry 用于接收输入的数据。文本框Entry 的基本格式为：txt = tkinter.Entry (容器名称，width=宽度, 文字字体、颜色等)文本框中的内容设置及获取文本框Entry 中文字内容的操作可以使用StringVar()对象来完成。StringVar()是Tkinter 模块的对象，它可以跟踪变量值的变化，把最新的值显示到界面上。把Entry的textvariable 属性设置为StringVar()，再通过StringVar()的get()和set()函数读取和输出相应内容。这样，文本框中始终显示的值。运用文本框属性设计一个密码验证程序，编写程序代码如下：

登陆界面运行结果见图2。

图2 登陆界面运行结果

3.5 其它常用组件

3.5.1 单选按钮（Radiobutton）和复选框（Checkbutton）

单选按钮Radiobutton、复选框Checkbutton 是一组表示多种“选择”的组件。它们都只有两种状态：“选中/未选中”（ON/OFF），其属性和方法都类似，按钮的常用属性见表1。

表1 按钮的常用属性

在创建单选按钮Radiobutton 或复选框Checkbutton 时，要先声明一个选择状态变量：chVarDis = tk.Int－Var()

该变量记录单选按钮或复选框是否被勾选的状态，可以通过chVarDis.get()来获取其的状态,其状态值为int类型 勾选为1 未勾选为0。另外，复选框Checkbutton对象的select()方法表示勾选，deselect()方法表示不勾选。

3.5.2 标签框架、下拉列表框和滚动文本框

3.5.2.1 标签框架LabelFrame

标签框架LabelFrame 是一个带边框的容器，可以在该容器中放置其它组件。

标签框架LabelFrame 的构造方法为：

ttk.LabelFrame(上一级容器, text="标签显示的文字内容")

3.5.2.2 下拉列表Combobox

下拉列表Combobox 是常用的一种选值组件，使用下拉列表时要先声明一个取值变量：number = tk.StringVar()

该变量记录在下拉列表中预设的值中所选取的字符值，在下拉列表中所预设的值为一个元组。

下拉列表Combobox 的构造方法为：ttk.Combobox(容器, width=宽度, textvariable=取值变量)

3.5.2.3 滚动文本框scrolledtext

滚动文本框scrolledtext 是一个带滚动条的文本框，可以输入多行文本内容。其构造方法为：

scr = scrolledtext.ScrolledText(容器, width=文本框宽度, height=文本框高度)

3.6 菜单与对话框

3.6.1 菜单

创建菜单的主要步骤如下：

（1） 创建菜单条对象：menubar = Menu(窗体容器)

（2） 把菜单条放置到窗体中：窗体容器. config(menu = menubar)

（3） 在菜单条中创建菜单：菜单名称= Menu(menubar, tearoff = 0)

其中，tearoff 取值0 表示菜单不能独立使用。

（4） 为菜单添加文字标签

menubar.add_cascade(label = "文字标签", menu =菜单名称)

（5） 在菜单中添加菜单项

菜单名称.add_command (label = " 菜单项名称",command = 功能函数名)

3.6.2 对话框

Tkinter 提供了三种标准的对话框模块:

（1） 消息对话框messagebox

（2） 文件对话框filedialog

（3） 颜色选择对话框colorchooser

3.6.2.1 无返回值的消息对话框

消息对话框分为无返回值的对话框和有返回值的对话框，这二种消息对话框的导入模块语句都是一样的。

（1） 消息对话框的导入模块语句

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

3.6.2.2 有返回值的消息对话框

（1） askokcancel（）

askokcancel（）函数在对话框中显示“确定”和“取消”按钮，其返回值分别为“Ture”或“False”。

（2） askquestion（）

askquestion（）函数在对话框中显示“是”和“否”按钮，其返回值分别为“yes”或“no”。

3.6.2.3 文件对话框filedialog

（1） 导入文件对话框模块语句:import tkinter.filedialog

（2） 获取文件对话框返回值

文件对话框的返回值为文件路径和文件名。

文件对话框filedialog 应用代码如下：

3.6.2.4 颜色选择对话框colorchooser

colorchooser.askcolor()提供一个用户选择颜色的界面。其返回值是一个二元组，第1 个元素是选择的RGB颜色值，第2 个元素是对应的十六进制颜色值。

3.7 鼠标键盘事件

3.7.1 鼠标事件

在Pyton 中，tkinter 模块的事件event 都用字符串描述，格式为：组件对象.bind(event, handler)其中，event为事件，handler 为处理事件的函数。鼠标按钮的点击事件的一般格式为：＜ButtonPress-n> 其中，n 为鼠标按钮，n 为1 代表左键，2 代表中键，3 代表右键。例如，＜ButtonPress-1>, 表示按下鼠标的左键。(见表2）

表2 鼠标事件

可以通过鼠标事件event 来获得鼠标位置。坐标点（event.x，event.y）为发生事件时，鼠标所在的位置。

编写捕获鼠标点击事件的程序。当鼠标在窗体容器中点击时，记录下其坐标位置。

鼠标事件运行结果见图3。

图3 鼠标事件运行结果

3.7.2 键盘事件

表3 为方向键键值表。在捕获键盘事件时，先要用focus_set()方法把键盘的焦点设置到一个组件上，这样才能捕获到键盘事件，捕获键盘事件，在窗体中显示按下的键:键盘事件运行结果见图4。

表3 方向键键值表

图4 键盘事件运行结果

4 结论

为了促进学生更好、更直观地学习图形用户界面设计以及Python 的基本知识，设计实现一个所见即所得的用户界面，学生可以通过本研究学习，学会如何在用户和程序之间可以方便地进行交互，如何介绍设计友好的图形用户界面应用程序。尽管Python 在C/C++、Java、C#等语言当中是一种非常年轻的语言，但其强大的优势不容小觑。近几年来，Python 在编程领域，一直在稳步上升。相信Python 在未来会有更强的发展，并且很可能成为快速发展的主流语言[5]。