Java 圖形用戶界面設計

2019-11-18 14:07:49

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供稿：網友

　　作為一個 java 程序員，從論壇上感受到使用 Java 開發程序的人越來多，心中不免欣慰。但是，同樣是從論壇中，看到多數人提到 Java 就以為是網絡開發——不是這樣的，Java 也可以開發應用程序，而且可以開發出漂亮的圖形用戶界面的應用程序，也就是 Windows/XWindow 應用程序。因此，我寫下這篇文章，希望能帶你進入Java 圖形用戶界面設計之門。

　　一. AWT 和 SWING

　　AWT 和 SWING 是 Java 設計 GUI 用戶界面的基礎。與 AWT 的重量級組件不同，Swing 中大部分是輕量級組件。正是這個原因，Swing 幾乎無所不能，不但有各式各樣先進的組件，而且更為美觀易用。所以一開始使用 AWT 的程序員很快就轉向使用 Swing 了。

　　那為什么 AWT 組件沒有消亡呢？因為 Swing 是架構在 AWT 之上的，沒有 AWT 就沒有 Swing。所以程序員可以根據自己的習慣選擇使用 AWT 或者是 Swing。但是，最好不要二者混用——除開顯示風格不同不說，還很可能造成層次 (Z-Order) 錯亂，比如下例：

/**
* TestPanels.java
* @author Fancy
*/
import javax.swing.*;
import java.awt.*;

public class TestPanels extends JFrame {

　public TestPanels() {
　　setDefaultCloSEOperation(EXIT_ON_CLOSE);

　　JPanel panel = new JPanel();
　　for (int i = 0; i < 2; i++) {
　　　panel.add(new JButton("Button 00" + i));
　　}

　　JTextArea textArea = new JTextArea(5, 15);
　　textArea.setLineWrap(true);
　　JScrollPane scrollPane = new JScrollPane(textArea);
　　getContentPane().add(panel, BorderLayout.NORTH);
　　getContentPane().add(scrollPane, BorderLayout.CENTER);

　　pack();
　}

　public static void main(String[] args) {
　　TestPanels tp = new TestPanels();
　　tp.show();
　}

}

　　運行這個程序，并用鼠標拖動那個名為“cover”的子窗口，我們會發現一個非常有趣的現象，如圖：

Java 圖形用戶界面設計（圖一）

　　顯然 cover 子窗口是在 controls 子窗口之上的，但是它只罩蓋住了 Swing Button，沒有罩蓋住 AWT Button。再看一會兒，你是不是有這樣一種感覺：Swing Button 是“畫”上去的，而 AWT Button 則是“貼”上去的。這就是二者混用造成層次錯亂的一個例子。

　　Swing 組件有美觀、易用、組件量大等特點，也有缺點——使用 Swing 組件的程序通常會比使用 AWT 組件的程序運行更慢。但是大家都還是更喜歡用 Swing 組件，原因何在？因為隨著計算機硬件的升級，一點點速度已經不是問題。相反的，用戶更需要美觀的用戶界面，開發人員則更需要易用的開發組件。

　　——好，我這就來教你使用 Swing 組件開發圖形用戶界面的 Java 應用程序。　　二. 框架、監聽器和事件

　　框架 (Frame) 是 Java 圖形用戶界面的基礎，它就是我們通常所說的窗口，是 Windows/XWindow 應用程序的典型特征。說到 Windows/XWindow，大家很輕易聯想到“事件 (Event) 驅動”。Java 的圖形用戶界面正是事件驅動的，并且由各種各樣的監聽器 (Listener) 負責捕捉各種事件。

　　假如我們需要對某一個組件的某種事件進行捕捉和處理時，就需要為其添加監聽器。比如，我們要在一個窗口 (JFrame) 激活時改變它的標題，我們就需要為這個窗口 (JFrame 對象) 添加一個可以監聽到“激活窗口”這一事件的監聽器——WindowListener。

　　怎么添加監聽器呢？這通常由組件類提供的一個 addXXXXXListener 的方法來完成。比如 JFrame 就提供有 addWindowListener 方法添加窗口監聽器 (WindowListener)。

　　一個監聽器經常不只監聽一個事件，而是可以監聽相關的多個事件。比如 WindowListener 除了監聽窗口激活事件 (windowActivate) 之外，還可以監聽窗口關閉事件 (windowClosing) 等。那么這些事件怎么區分呢？就靠重載監聽器類 (Class) 的多個方法 (Method) 了，監聽器監聽到某個事件后，會自動調用相關的方法。我們只要重載這個方法，就可以處理相應的事件了。

　　不妨先看一個例子：

/**
* TestFrame.java
* @author Fancy
*/
import javax.swing.*;
import java.awt.event.*;

public class TestFrame extends JFrame {

　PRivate int counter = 0;

　public TestFrame() {
　　/* 使用匿名類添加一個窗口監聽器 */
　　addWindowListener(new WindowAdapter() {
　　public void windowClosing(WindowEvent e) {
　　　System.out.println("Exit when Closed event");
　　　System.exit(0); //退出應用程序
　　}

　　public void windowActivated(WindowEvent e) {
　　　setTitle("Test Frame " + counter++); // 改變窗口標題
　　}
　});

　setResizable(false); // 設置窗口為固定大小
　setSize(200, 150);
}

　public static void main(String[] args) {
　　TestFrame tf = new TestFrame();
　　tf.show();
　}

}

　　這個例子中，我們設計了一個窗口類(public class TestFrame extends JFrame { ...)，并且為這個窗口添加了一個窗口監聽器 (addWindowListener(new WindowAdapter() ...)。而我們添加的這個窗口監聽器主要監聽了兩個事件：窗口關閉 (public void windowClosing(WindowEvent e) ...) 和窗口激活 (public void windowActivated(WindowEvent e) ...)。在窗口關閉事件中我們退出了整個應用程序(System.exit(0);)，而在窗口激活事件中，我們改變了窗口的標題 (setTitle("Test Frame " + counter++);)。最后，我們在 main 方法中顯示了這窗口類的一個實例，運行得到下圖所示的結果：

Java 圖形用戶界面設計（圖二）

　　這個程序的運行結果就是一個什么東西都沒有加的框架，也就是一個空窗口。那么，你知道顯示一個窗口最主要的幾句代碼嗎？不知道沒關系，我來告訴你，顯示一個窗口只需要做三件事：生成實例(對象) -> 設置大小 -> 顯示，相應的，就是下面的三句代碼：

　　JFrame frame = new JFrame("Frame's Title");
　　frame.setSize(400, 300);
　　frame.show();
　　也許你會說：第一句的意思我清楚，第三句的意思我也明白，為什么一定要第二句呢？其實想想也就明白了，叫你畫一個沒法有大小的矩形你能畫出來嗎？不能。同樣，沒有大小的窗口，怎么顯示？所以我們需要用 setSize(int width, int height) 方法為其設置大小。我們還有另一種方法：用 JFrame 的 pack() 方法讓它自己適配一個大小。pack() 在多數時候是令人滿足的，但有時，它也會讓你哭笑不得——多試試就知道了。
　　在 JFrame 中，我們使用 addWindowListener 方法加入一個監聽器 WindowListener (addWindowListener(new WindowAdapter() ...) 去監聽發生在 JFrame 上的窗口事件。WindowListener 是一個接口，在 java.awt.event 這個包中，但是上例中好象并沒有使用 WindowListener，而是使用的 WindowsAdapter 吧，這是怎么回事？

　　WindowAdapter 是 WindowsListener 接口的一個最簡單的實現，也在包 java.awt.event 中。假如我們直接使用 WindowListener 產生一個匿名類，需要實現它的每一個方法 (一共 7 個)。但 WindowAdapter 作為 WindowListener 最簡單的實現，已經實現了它的每一個方法為空方法 (即只包含空語句，或者說沒有語句的方法)。用 WindowAdapter 就只需要重載可能用到的方法 (上例中只有 2 個) 就行了，而不需要再去實現每一個方法。優點顯而易見——減少代碼量。

　　在 JFrame 上發生的窗口事件 (WindowEvent) 包括：

windowActivated(WindowEvent e)窗口得到焦點時觸發windowClosed(WindowEvent e)窗口關閉之后觸發windowClosing(WindowEvent e)窗口關閉時觸發windowDeactivated(WindowEvent e)窗口失去焦點時觸發windowDeiconified(WindowEvent e) windowIconified(WindowEvent e) windowOpened(WindowEvent e)窗口打開之后觸發
　　上例重載了其中兩個方法。假如在上例運行產生的窗口和另外一個應用程序窗口之間往返切換 (在 Windows 操作系統中你可以使用 Alt+Tab 進行切換)……試試看，你發現了什么？有沒有現我們的示例窗口標題上的數字一直在增加，這便是在 windowActivated 事件中 setTitle("Test Frame " + counter++); 的功勞。

　　而另一個事件處理函數 windowClosing 中的 System.exit(0) 則保證了當窗口被關閉時退出當前的 Java 應用程序。假如不作這樣的處理會怎樣呢？試驗之后你會發現，窗口雖然關閉了，但程序并沒有結束，但此時，除了使用 ^C 強行結束之外，恐怕也沒有其它辦法了。所以，這一點非常重要：假如你想在關閉窗口的時候退出應用程序，需要你自己寫代碼處理 windowClosing 事件。……也不盡然，其實還有另外一個更簡單的辦法，讓 JFrame 自己處理這件事——你只需要如下調用 JFrame 的 setDefaultCloseOperation 即可：

　　frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
　　我們可以在 JFrame 對象中添加 AWT 或者 Swing 組件。但是，雖然它有 add 方法，卻不能直接用于添加組件，否則會拋出異常——不信就試試。造成這個現象的原因只有一個解釋：JFrame 不是一個容器，它只是一個框架。那么，應該怎么添加組件呢？

　　JFrame 有一個 Content Pane，窗口是顯示的所有組件都是添加在這個 Content Pane 中。JFrame 提供了兩個方法：getContentPane 和 setContentPane 就是用于獲取和設置其 Content Pane 的。通常我們不需要重新設置 JFrame 的 Content Pane，只需要直接獲取這個 Content Pane 來添加組件等。如：(new JFrame()).getContentPane().add(new Button("test button"));
　　三. 按鈕、切換按鈕、復選按鈕和單選按鈕

　　按鈕，就是按鈕，不會連按鈕都不知道吧？

　　切換按鈕，有兩種狀態的按鈕，即按下狀態和彈起狀態，若稱為選擇狀態或未選擇狀態。

　　復選按鈕，又叫復選框，用一個小方框中是否打勾來表示兩種狀態。

　　單選按鈕，又叫收音機按鈕，以小圓框打點表示被選中。常成組出現，一組單選按鈕中只有一個能被選中。

　　發現什么了嗎？——對了，這一部分是在講各種各樣的按鈕，而且后三種按鈕都有兩種狀態。先看看這些按鈕都長成什么樣：

Java 圖形用戶界面設計（圖三）

　　上圖中，從上到下，依次就是按鈕、切換按鈕、復選按鈕和單選按鈕。圖示的窗口，就是下面這個例子的運行結果：

/**
* TestButtons.java
* @author Fancy
*/
import javax.swing.*;
import java.awt.event.*;

public class TestButtons {

　JFrame frame = new JFrame("Test Buttons");
　JButton jButton = new JButton("JButton"); //按鈕
　JToggleButton toggle = new JToggleButton("Toggle Button"); //切換按鈕
　JCheckBox checkBox = new JCheckBox("Check Box"); //復選按鈕
　JRadioButton radio1 = new JRadioButton("Radio Button 1"); //單選按鈕
　JRadioButton radio2 = new JRadioButton("Radio Button 2");
　JRadioButton radio3 = new JRadioButton("Radio Button 3");
　JLabel label = new JLabel("Here is Status, look here."); //不是按鈕，是靜態文本

　public TestButtons() {
　　frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
　　frame.getContentPane().setLayout(new java.awt.FlowLayout());

　　/* 為一般按鈕添加動作監聽器 */
　　jButton.addActionListener(new ActionListener() {
　　public void actionPerformed(ActionEvent ae) {
　　　label.setText("You clicked jButton");
　　}
　});

　/* 為切換按鈕添加動作監聽器 */
　toggle.addActionListener(new ActionListener() {
　　public void actionPerformed(ActionEvent ae) {
　　　JToggleButton toggle = (JToggleButton) ae.getSource();
　　　if (toggle.isSelected()) {
　　　　label.setText("You selected Toggle Button");
　　　} else {
　　　　label.setText("You deselected Toggle Button");
　　　}
　　}
　});

　/* 為復選按鈕添加條目監聽器 */
　checkBox.addItemListener(new ItemListener() {
　public void itemStateChanged(ItemEvent e) {
　　JCheckBox cb = (JCheckBox) e.getSource();
　　label.setText("Selected Check Box is " + cb.isSelected());
　}
});

　/* 用一個按鈕組對象包容一組單選按鈕 */
　ButtonGroup group = new ButtonGroup();
　/* 生成一個新的動作監聽器對象，備用 */
　ActionListener al = new ActionListener() {
　public void actionPerformed(ActionEvent ae) {
　　JRadioButton radio = (JRadioButton) ae.getSource();
　　if (radio == radio1) {
　　　label.setText("You selected Radio Button 1");
　　} else if (radio == radio2) {
　　　label.setText("You selected Radio Button 2");
　　} else {
　　　label.setText("You selected Radio Button 3");
　　}
　}
};
　/* 為各單選按鈕添加動作監聽器 */
　radio1.addActionListener(al);
　radio2.addActionListener(al);
　radio3.addActionListener(al);
　/* 將單選按鈕添加到按鈕組中 */
　group.add(radio1);
　group.add(radio2);
　group.add(radio3);

　frame.getContentPane().add(jButton);
　frame.getContentPane().add(toggle);
　frame.getContentPane().add(checkBox);
　frame.getContentPane().add(radio1);
　frame.getContentPane().add(radio2);
　frame.getContentPane().add(radio3);
　frame.getContentPane().add(label);

　frame.setSize(200, 250);
}

　public void show() {
　　frame.show();
　}

　public static void main(String[] args) {
　　TestButtons tb = new TestButtons();
　　tb.show();
　}

}

　　除一般按鈕外，其余三種按鈕都有兩種狀態，即選擇 (按下) 狀態和未選擇 (彈起) 狀態。那么我們又該如何判定呢？切換按鈕 (JToggleButton) 提供了一個 isSelected() 方法用來判定當前所處的狀態，返回值為真 (true) 時表示它處于選擇狀態，返回值為假 (false) 時表示它處于未選擇狀態。而復選按鈕 (JCheckBox) 和單選按鈕 (JRadioButton) 都是從 JToggleButton 繼續的，所以也具有 isSelected() 方法。如上例中 if (toggle.isSelected()) { ... 等。
　　單選按鈕由自身的特點決定了它們必須成組出現，而且一組中只能有一個能被選中。因此我們需要用一個專門的類——ButtonGroup——來治理。添加到 ButtonGroup 的多個單選按鈕中，假如有一個被選擇中，同組中的其它單選按鈕都會自動改變其狀態為未選擇狀態。在 ButtonGroup 中添加按鈕，是使用它的 add 方法，如上例中的 group.add(radio1);。

　　既然我們已經將多個單選按鈕添加到一個 ButtonGroup 中了，那么我們是不是可以將一個包含多個單選按鈕的 ButtonGroup 對象添加到 JFrame 的 Content Pane 中，以達到添加其中所有單選按鈕的目的呢？不行！ButtonGroup 不是一個可顯示的組件，它僅用于治理。所以，在往 JFrame 中添加一組 JRadioButton 的時候，需要一個一個的添加 JRadioButton，而不是籠統的添加一個 ButtonGroup。

　　上例中還用到了 JLabel，這不是按鈕，而是一個靜態文本組件，主要用于顯示提示文本。要獲得一個 JLabel 對象當前顯示的文本內容，可以使用它的 getText() 方法；反之，要改變一個 JLabel 對象顯示的文本內容，應該使用它的 setText(String text) 方法，如上例中的 label.setText("You selected Toggle Button");。

　　其實這兩個方法同樣可以用于 JButton 等類。比如上例中我們使用 new JButton("JButton") 構造了一個按鈕 jButton，假如使用 jButton.getText() 就可以得到字符串 "JButton"。而 jButton.setText("A Button")，則可以改變按鈕上顯示的文字為 "A Button"。這兩句代碼沒有寫出來，你可以自己試試。

　　上例中大量使用了動作監聽器 (ActionListener)。ActionListener 只監聽一個事件，這個事件在其相關組件上產生了動作時被觸發，因此叫作動作事件 (ActionEvent)。ActionListener 只有一個方法需要實現，就是 actionPerformed(ActionEvent ae)。按鈕、切換按鈕和單選按鈕被單擊時都會觸發動作事件，引起動作監聽器調用 actionPerformed 方法。因此，假如你想在單擊按鈕之后做什么事，當然應該重載 ActionListener 的 actionPerformed 方法了。各種按鈕都提供了 addActionListener 方法以添加動作監聽器。

　　復選框就要非凡一些。雖然它也有 addActionListener 方法，意味著可以使用動作監聽器，但是使用之后你會發現動作監聽器并沒有起到預想的作用。為什么？原來，單擊一個復選按鈕，觸發的不是動作事件，而是條目事件 (ItemEvent) 中的狀態變化 (itemStateChanged) 事件，由條目監聽器 (ItemListener) 監聽，相應需要重載的方法是 ItemListener 的 itemStateChanged 方法。

　　上例中我們將一個名為 al 的 ActionListener 添加到了每一個單選按鈕中，如何判定是哪個單選按鈕觸發了事件并被 al 監聽到了呢？我們可以從 ActionEvent 的 getSource() 方法得到觸發事件單選按鈕。由于 getSource() 返回的是一個 Object 引用，雖然這個引用指向的是一個單選按鈕的實例，但我們還是需要將這個引用的類型轉換為 JRadioButton，如上例中的：JRadioButton radio = (JRadioButton) ae.getSource();，只有這樣我們才能調用 JRadioButton 有而 Object 沒有的方法。

　　同時，還需要說明的一點是，每個單選按鈕都可以添加一個單獨的 ActionListener 實例，而不一定要添加同一個。同樣的道理，若干毫不相干的、需要添加 ActionListener 的若干組件，也可以添加同一個 ActionListener 實例。要害在于編程者對 actionPerformed 方法的重載。比如下面這段代碼就為一個 JButton 對象和一個 JRadioButton 對象添加了同一個動作監聽器實例：

/**
* Test.java
* @author Fancy
*/

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