Java基础之GUI：探索图形化界面编程的魅力

一、引言

Java 的图形用户界面（GUI）编程为开发者提供了丰富的工具和组件，使得创建直观、交互性强的应用程序变得更加容易。本文将深入介绍 Java 基础中的 GUI，包括其概念、组件、布局管理器以及事件处理等方面的知识。

Java 的图形用户界面（GUI）是一种通过图形化的方式与用户进行交互的界面。它为用户提供了直观、便捷的操作方式，使得用户能够更加轻松地使用应用程序。在 Java 中，为 GUI 提供的对象都在java.awt和javax.swing两个包中。

（一）GUI 概述

GUI 的定义

- GUI 即图形用户接口（Graphical User Interface），用图形的方式显示计算机的界面，更加方便直观。

Java 中 GUI 的实现

- Java 中为 GUI 提供的对象都在java.awt和javax.swing两个包中。

- - java.awt包：Abstract Window Toolkit（抽象窗口工具包），需要调用本地系统方法实现功能，属重量级控件。

- - javax.swing包：在AWT的基础上，建立的一套图形界面系统，其中提供了更多的组件，而且完全由 Java 实现，增加了移植性，属轻量级控件。

- Container：为容器，是一个特殊的组件，该组件中可以通过add方法添加其他组件进来。

（二）布局管理器

布局的概念

- 容器中的组件的排放方式就是布局。

常见的布局管理器

- FlowLayout（流式布局管理器）：组件按从左到右的顺序排列，这是Panel组件默认的布局管理器。

- BorderLayout（边界布局管理器）：组件按东、南、西、北、中的位置排放，默认放置在中。

- GridLayout（网格布局管理器）：组件按规则的矩阵排放。

- GridBagLayout（网格包布局管理器）：组件按非规则的矩阵排放。

（三）Component 类

Component 类的定义

- Component类是一个抽象类，是与菜单不相关的 Abstract Window Toolkit 组件的抽象超类，是一个具有图形表示能力的对象，可在屏幕上显示，并可与用户进行交互。

（四）Container 类

Container 类的定义

- Container类是Component类的一个子类，是一个可包含其他 AWT 组件的容器。

Container 类的方法

- add方法：该方法可以将指定组件追加到Container容器的尾部。

（五）Frame 类

Frame 类的定义

- Frame是带有标题和边框的顶层窗口。其默认布局为BorderLayout。

Frame 类的方法

- Frame()：构造一个最初不可见的Frame新实例。

- Frame(String title)：构造一个新的、最初不可见的、具有指定标题的Frame对象。

- void setVisible(Boolean b)：根据参数b的值显示或隐藏此组件。

- void setSize(int wid,int hei)：调整组件的大小，使其宽度为wid，高度为hei，单位是像素。

- void setLocation(int x,int y)：通过此组件父级坐标空间中的x和y参数来指定新位置的左上角。

- void setLayout(LayoutManager mgr)：设置此容器的布局管理器。

- void setTitle(String title)：此窗体的标题设置为指定的字符串。

创建图形化界面步骤

- 创建frame窗体。

- 对窗体进行基本设置，如大小，位置，布局。

- 定义组件。

- 将组件通过窗体的add方法添加到窗体中。

- 让窗体显示，通过setVisible(true)。

示例

import java.awt.*;
public class AwtDemo{public static void main(String[] args){//创建一个窗体Frame f=new Frame("myframe");//设置窗体的大小f.setSize(500,400);//调整窗体的位置f.setLocation(300,200);//设置窗体的布局管理器f.setLayout(new FlowLayout());//创建一个按钮Button b=new Button("mybutton");//将按钮添加到窗体中f.add(b);//设置窗体为可见f.setVisible(true);}
}

（六）事件监听机制

事件监听机制组成

- 事件源（组件）：即awt包或swing包中的那些图形界面组件。

- 事件（Event）：每一个事件源都有自已特有的对应事件和共性事件。

- 监听器（Listener）：将可以触发某一个事件的动作都已经封装到了监听器中。

- 事件处理：引发事件后处理方式。事件源、事件和监听器在 JAVA 中都已经定义好了，直接获取其对象来用就可以了，我们要做的就是对产生的动作进行处理。

事件监听机制流程图

- 用户对组件的操作就是一个事件，那么产生事件的组件就是事件源，接收并处理事件，与用户进行交互的行为就是事件处理器，这些处理方式都封装在监听器中。

（七）窗体事件

处理窗体事件的方法

- 要处理窗体事件需要添加窗口监听器以监听窗口事件，可以通过addWindowListener(WindowListener l)方法添加一个窗口监听器。

WindowListener 接口和 WindowAdapter 类

- WindowListener：是一个接口，用于接收窗口事件的侦听器。旨在处理窗口事件的类要么实现此接口（及其包含的所有方法），要么扩展抽象类WindowAdapter（仅重写所需的方法）。

- WindowAdapter：是一个抽象类，是接收窗口事件的抽象适配器类，该类实现WindowListener接口，并覆盖了该接口的所有方法，且将方法覆盖为空。此类存在的目的是方便创建侦听器对象。扩展此类可创建WindowEvent侦听器并为所需事件重写该方法。所在在创建窗口监听器时不需要去实现WindowListener接口且覆盖该接口的所有方法，只需继承WindowAdapter类并复写其中所需要的方法即可。

示例

import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
public class AwtDemo2{public static void main(String[] args){//创建一个窗体Frame f=new Frame("myframe");//设置窗体的大小f.setSize(500,400);//调整窗体的位置f.setLocation(300,200);//设置窗体的布局管理器f.setLayout(new FlowLayout());//添加窗口监听器，参数是一个`WindowAdapter`的子类对象，此处采用匿名内部类的形式//此匿名内部类中只复写了`WindowAdapter`的`windowClosing`方法f.addWindowListener(new WindowAdapter(){public void windowClosing(WindowEvent e){System.exit(0);}});//设置窗体为可见f.setVisible(true);}
}

（八）Action 事件

处理 Action 事件的方法

- 处理Action事件需要添加一个ActionListener监听器。添加ActionListener监听器可以用组件的addActionListener（ActionListener l）方法。

ActionListener 接口

- ActionListener：一个接口，用于接收操作事件的侦听器接口，对处理操作事件感兴趣的类可以实现此接口，而使用该类创建的对象可使用组件的addActionListener方法向该组件注册。在发生操作事件时，调用该对象的actionPerformed方法。

actionPerformed 方法

- actionPerformed(ActionEvent e)方法：是ActionListener的一个方法。在发生操作时调用。

二、Java GUI 基础概念

1. GUI 与 CLI 的区别

GUI 介绍：Graphical User Interface（图形用户接口），用图形的方式显示计算机操作界面，方便直观。相比于 Command line User Interface（命令行用户接口），GUI 无需记忆常用命令，用户通过直观的图形界面进行操作，大大提高了易用性。例如，在日常使用的操作系统中，我们可以通过鼠标点击图标、菜单等进行各种操作，而不是像 CLI 那样需要记住特定的命令才能完成任务。

CLI 介绍：Command line User Interface（命令行用户接口），需要记忆常用命令，操作不直观。对于新用户来说，CLI 的上手难度较高，因为需要记住各种命令和语法。然而，对于一些专业人士或系统管理员来说，CLI 可能更加高效，因为可以通过键盘快速输入命令来完成复杂的任务。但对于大多数普通用户而言，GUI 更加友好和易于使用。

2. Java 中的 GUI 工具包

AWT 和 Swing：Java 为 GUI 提供的对象都在 java.Awt 和 javax.Swing 两个包中。AWT 是抽象窗口工具包，需要调用本地系统方法实现功能，属于重量级控件；Swing 在 AWT 的基础上建立，完全由 Java 实现，增强了移植性，属轻量级控件。

AWT（Abstract Window Toolkit）是 Java 早期的图形用户界面工具包，它提供了一组基本的 GUI 组件和窗口管理功能。由于 AWT 组件是重量级控件，它们依赖于本地系统的窗口组件，因此在不同的操作系统上可能会有不同的外观和行为。

Swing 是在 AWT 的基础上构建的一套新的图形界面系统，它提供了比 AWT 更丰富的 GUI 组件，并且完全由 Java 实现。这使得 Swing 组件具有更好的移植性，在不同的平台上可以保持一致的外观和行为。

AWT 和 Swing 之间的区别主要体现在以下几个方面：

实现原理不同：AWT 的图形函数与操作系统提供的图形函数有着一一对应的关系，而 Swing 则是用纯粹的 Java 代码对 AWT 的功能进行了大幅度的扩充。

运行速度不同：AWT 是基于本地方法的 C/C++ 程序，运行速度比较快；Swing 是基于 AWT 的 Java 程序，运行速度比较慢。

平台表现不同：AWT 的控件在不同的平台可能表现不同，而 Swing 在所有平台表现一致。

在实际应用中，应根据具体情况选择使用 AWT 还是 Swing。对于嵌入式应用，目标平台的硬件资源有限，应用程序的运行速度至关重要，此时可以选择简单而高效的 AWT。而对于普通的基于 PC 或者工作站的标准 Java 应用，硬件资源对应用程序所造成的限制往往不是关键因素，此时可以选择功能更强大、移植性更好的 Swing。

三、布局管理器

1. 常见布局管理器介绍

Java 中的布局管理器为开发者提供了多种方式来组织和排列 GUI 组件。以下是对常见布局管理器的详细介绍：

FlowLayout（流式布局管理器）：从左到右的顺序排列，是 Panel 默认的布局管理器。FlowLayout 按照组件被添加到容器中的顺序来排列组件。先添加的组件出现在前面，随后添加的组件排在后面。它支持三种对齐方式 — 左对齐、居中对齐（默认值）和右对齐。对齐方式可以在创建 FlowLayout 实例时指定，还可以设置组件之间的水平和垂直间距。例如 new FlowLayout(FlowLayout.LEFT,10, 20) 会创建一个左对齐的 FlowLayout，其中组件之间的水平间距为 10 像素，垂直间距为 20 像素。在流式布局管理器中，容器会将组件按照添加顺序从左到右依次放置，当到达边界时会自动将组件放置到下一行开始的位置。

BorderLayout（边界布局管理器）：东、南、西、北、中，是 Frame 默认的布局管理器。BorderLayout 可以将容器划分为五个区域，分别是东、西、南、北、中，在添加组件时需要使用 add(Component comp,Object constraints) 方法。comp 表示要添加的组件，constraints 指定将组件添加到布局中的方式和位置的对象，它是一个 Object 类型，在传参数时提供 EAST，SOUTH，WEST，NORTH，CENTRE。如果在添加时，不指定添加到哪个区域，则默认添加到 CENTRE 区域，并且每个区域只能放置一个组件，如果向一个区域中添加多个组件时，后放入的组件会覆盖先放入的组件。

GridLayout（网格布局管理器）：规则的矩阵。GridLayout 可以把容器分成 n 行 m 列大小相等的网格，每个网格放置一个组件，按照从左往右，从上往下的顺序依次添加，放置在 GridLayout 布局管理器的组件将自动占据网格的整个区域。GridLayout 构造方法有多种，如 GridLayout()（默认只有一行，每个组件占一列）、GridLayout(int rows,int cols)（指定容器的行数和列数）以及可以指定容器的行数和列数以及组件之间的水平，垂直间距的构造方法。GridLayout 布局管理器的特点是组件的相应位置不随区域的缩放而改变，但组件的大小会随之改变，组件始终占据网格的整个区域，其缺点是忽略组件的最佳大小，所有组件的宽高都相同。

CardLayout（卡片布局管理器）：选项卡。卡片布局能够让多个组件共享同一个显示空间，共享空间的组件之间的关系就像一叠牌，组件叠在一起，初始时显示该空间中第一个添加的组件，通过 CardLayout 类提供的方法可以切换该空间中显示的组件。

GridBagLayout（网格包布局管理器）：非规则的矩阵。

四、监听机制

事件源：awt包或者swing包中的图形界面组件，如按钮、文本框等。

事件：每个事件源都有自己特有的对应事件和共性事件。例如，按钮可能有点击事件，窗口可能有关闭事件等。

监听器：将触发事件的动作封装到监听器中。监听器可以是xxxListener或者xxxAdapter的形式。

3. 事件监听机制的使用

确定事件源（容器或组件）：首先需要确定哪个图形界面组件是事件的源头。例如，一个按钮可以是事件源，当用户点击按钮时，触发一个事件。

通过事件源对象的 addxxxListener () 方法将监听器注册到该事件源上：使用事件源对象的特定方法，如addActionListener()或addWindowListener()等，将监听器注册到事件源上。这样，当事件发生时，监听器就能够接收到通知。

接收 xxxListener 的子类对象或 xxxListener 的子类 xxxAdapter 的子类对象，一般用匿名内部类来表示：在注册监听器时，可以接收xxxListener的子类对象或者xxxListener的子类xxxAdapter的子类对象。通常使用匿名内部类的形式来实现，这样可以方便地定义监听器的行为。

覆盖方法时，参数一般是 xxxEvent 类型的变量接收：在实现监听器接口的方法时，参数一般是特定类型的事件对象，如ActionEvent、WindowEvent等。通过这个事件对象，可以获取与事件相关的信息。

事件触发后会把事件打包成对象传递给变量，可通过 getSource () 或 getComponent () 获取事件源对象：当事件被触发时，事件会被打包成一个对象，并传递给监听器的方法。在方法中，可以通过getSource()或getComponent()方法获取事件源对象，从而进行进一步的处理。

五、GUI 组件的使用

1. 窗体（Frame）

Java 中的窗体（Frame）是带有标题和边框的顶层窗口。它的默认布局是边界式布局（BorderLayout）。

1. 构造方法：

默认情况下，创建一个 Frame 对象时，它最初是不可见的。可以使用Frame()构造一个最初不可见的 Frame 新实例；也可以使用Frame(String title)构造一个新的、最初不可见的、具有指定标题的 Frame 对象。

2. 常用方法：

addWindowListener()：添加窗口侦听器，用于监听窗口事件。例如，可以通过这个方法添加一个监听器来处理窗口关闭事件。

setBounds()：设置位置和大小。通过指定左上角的坐标（x，y）以及宽度和高度来确定窗体在屏幕上的位置和大小。

setSize()：设置大小，仅指定窗体的宽度和高度。

setLocation()：设置位置，仅指定窗体左上角在屏幕上的坐标。

setLayout()：设置布局，用于确定窗体中组件的排列方式。

setVisible()：设置隐藏和显示，决定窗体是否可见。

add()：向窗体中添加其他组件，如按钮、文本框等。

2. 按钮（Button）

按钮（Button）在 Java 的 GUI 中是一个常用的组件，用于触发特定的操作。

1. 构造方法：

可以构造一个标签字符串为空的按钮，也可以带指定标签的按钮。例如JButton()创建一个没有标题的按钮对象，JButton(String s)创建一个标题为 s 的按钮对象。

2. 常用方法：

addActionListener()：添加动作监听，当按钮被点击时触发相应的动作。

getLabel()：获取按钮的标签，即按钮上显示的文本。

setLabel()：设置按钮的标签，用于更改按钮上显示的文本。

3. TextField 和 TextArea

1. TextField（单行文本框）：

TextField 是允许编辑单行文本的文本组件。

- 构造方法包括无参数、指定列数、指定初始化文本和指定初始化文本和列数。例如JTextField()文本框的字符长度为 1；JTextField(int columns)文本框初始值为空字符串，文本框的字符长度设为 columns；JTextField(String text)文本框初始值为 text 的字符串；JTextField(String text, int columns)文本框初始值为 text，文本框的字符长度为 columns。

- 常用方法有addActionListener()、addTextListener()、addKeyListener()、addMouseListener()等，可以为文本框添加不同类型的监听器。setText()用于在文本框中设置文本，getText()获取文本框中的文本。

2. TextArea（多行文本区域）：

TextArea 是显示文本的多行区域，可以设置为允许编辑或只读。

- 构造方法包括无参数、指定行列、指定初始化值和指定行列和初始化值。例如JTextArea()以默认的列数和行数，创建一个文本区对象；JTextArea(String s)以 s 为初始值，创建一个文本区对象；JTextArea(Strings,int x,int y)以 s 为初始值，行数为 x，列数为 y，创建一个文本区对象；JTextArea(int x,int y)以行数为 x，以列数为 y，创建一个文本区对象。

- 当鼠标按键在组件上单击时，可以通过添加鼠标监听器来响应这个事件。此外，setText()可以设置显示文本，同时清除原有文本；getText()获取文本区的文本；insert(String s,int x)在指定的位置插入指定的文本；replace(String s,int x,int y)用给定的一替换从 x 位置开始到 y 位置结束的文本；append(String s)在文本区追加文本；getCarePosition()获取文本区中活动光标的位置；setCarePosition(int n)设置活动光标的位置；setLineWrap(boolean b)设置自动换行，缺省情况，不自动换行。当文本区中的内容较多，不能在文本区全部显示时，可给文本区配上滚动条，如JTextArea ta = new JTextArea();JScrollPane jsp = new JScrollPane(ta);。

六、示例演示

1. 建立简单窗体

在 Java 中，创建简单窗体可以通过以下步骤实现。首先，创建一个Frame窗体对象，如Frame f = new Frame("my frame");。然后，对窗体进行基本设置，包括大小、位置和布局等。例如，可以使用f.setSize(int wid,int hei)方法设置窗体大小，f.setLocation(int x,int y)方法调整窗体位置，f.setLayout(LayoutManager mgr)设置布局管理器，这里可以选择FlowLayout、BorderLayout等常见的布局管理器。接着，定义组件，如创建一个按钮Button b = new Button("my button");。最后，将组件通过窗体的add方法添加到窗体中，即f.add(b)，并通过f.setVisible(true)让窗体显示出来。

简单窗体的事件监听可以通过添加监听器来实现。例如，要处理窗体事件，可以添加窗口监听器以监听窗口事件，可以通过addWindowListener(WindowListener l)方法添加一个窗口监听器。参数是一个WindowAdapter的子类对象，此处可以采用匿名内部类的形式。比如：f.addWindowListener(new WindowAdapter(){public void windowClosing(WindowEvent e){System.exit(0);}})，这样当窗体关闭事件发生时，程序会退出。

2. 在窗体中通过按钮关闭窗体

将图形化界面和事件分离，让按钮具备退出程序的功能可以通过以下方式实现。首先，创建一个按钮对象，如Button button = new Button("关闭");。然后，为按钮添加一个动作监听器，可以使用button.addActionListener(new ActionListener() {@Override public void actionPerformed(ActionEvent e) {System.exit(0);}})。这样，当用户点击按钮时，程序会退出。

选择监听器的方法需要根据具体的需求来确定。对于按钮的动作事件，可以选择ActionListener监听器。添加监听器可以用组件的addActionListener（ActionListener l）方法。在注册监听器时，可以接收xxxListener的子类对象或者xxxListener的子类xxxAdapter的子类对象。通常使用匿名内部类的形式来实现，这样可以方便地定义监听器的行为。覆盖方法时，参数一般是xxxEvent类型的变量接收。事件触发后会把事件打包成对象传递给变量，可通过getSource()或getComponent()获取事件源对象。

七、插件介绍

WindowBuilder 的安装和使用

WindowBuilder 是一个强大的插件，可用于在 Eclipse 中进行 Java GUI 编程。下面介绍其在线安装方法和使用步骤。

一、在线安装方法

在 Eclipse 中，依次点击 “Help”→“Eclipse Marketplace”。

在 “find” 中搜索 “windowBuilder”，点击 “install” 安装即可。不过需要注意的是，2014 年之前的 Eclipse 版本没有该功能。

二、使用步骤

在项目中使用插件创建 GUI 界面，首先需要在 Eclipse 中搜索并安装 WindowBuilder 插件。安装完成后，重启 Eclipse。

打开已有的项目或者创建一个新的项目。

在项目的包资源管理器中，右键点击项目名称，选择 “New”→“Other”。

在弹出的对话框中，找到 “WindowBuilder”→“Swing Designer”（如果要使用 SWT Designer 也可以，但 SWT Designer 兼容性没有 Swing Designer 好，Swing Designer 里面的控件都是 JXXXX 形式的，更适合 Java 使用）。

可以选择 “Application Window”，一般也就是应用窗口，点击 “Next”。类似于新建类，在后续对话框中输入 Name 和 Package。

Finish 后，即可得到一个带有预先生成代码的空白窗体。点击代码窗口左下角新出现 “Design” 标签，可以使用 WindowBuilder Editor 可视化地查看窗体（也可以在生成的类文件上点击右键，选择 “Open With”→“WindowBuilder Editor”）。

在 WindowBuilder Editor 的界面中，可以使用绝对定位（点击 “Layouts” 下的 “Absolute layout”，再点击窗体），然后点击 “Components” 下的各种组件（如 “JTextField”、“JButton”、“JLabel” 等），再点击窗体进行添加，并可以修改其属性。