使用可视化设计窗体的GUI程序

示例Demo2_1用PyQt5的一些类创建了一个简单的GUI应用程序，窗体及窗体上的标签对象的创建和属性设置都完全由代码完成。显然这种纯代码方式构造UI的方式是比较麻烦的，特别是在窗体上组件比较多、层次比较复杂的时候，纯代码方式构造界面的工作量和难度可想而知。

Qt提供了可视化界面设计工具Qt Designer，以及Qt Creator中内置的UI Designer。可视化地设计UI窗体可以大大提高GUI应用程序开发的工作效率。

本节通过示例Demo2_2演示如何用UI Designer可视化设计UI窗体，然后转换为Python程序，再构建为Python的GUI程序。主要工作步骤如下。

（1）在UI Designer中可视化设计窗体。

（2）用工具软件pyuic5将窗体文件（.ui文件）转换为Python程序文件。

（3）使用转换后的窗体的Python类构建GUI应用程序。

2.2.1 用UI Designer可视化设计窗体

在Qt Creator中点击菜单项“File”→“New File or Project…”，在出现的对话框里选择“Qt”分组里的“Qt Designer Form”（如图2-2所示），这将创建一个单纯的窗体文件（.ui文件）。

在图2-2的对话框中点击“Choose…”按钮后，出现如图2-3所示的窗体模板选择界面。窗体模板主要有以下3种。

• Dialog模板，基于QDialog类的窗体，具有一般对话框的特性，如可以模态显示、具有返回值等。

• Main Window模板，基于QMainWindow类的窗体，具有主窗口的特性，窗口上有主菜单栏、工具栏、状态栏等。

• Widget模板，基于QWidget类的窗体。QWidget类是所有界面组件的基类，如QLabel、QPushButton等界面组件都是从QWidget类继承而来的。QWidget类也是QDialog和QMainWindow的父类，基于QWidget类创建的窗体可以作为独立的窗口运行，也可以嵌入到其他界面组件内显示。

图2-2 新建窗体对话框

图2-3 选择Widget模板

在图2-3的界面上选择Widget模板。点击“Next”按钮后，在出现的对话框里设置文件名为FormHello.ui，文件保存到Demo2_2的目录下，再根据向导提示完成创建即可。创建了窗体后就可以在Qt Creator内置的UI Designer里可视化设计窗体，图2-4是在窗体上放置了标签和按钮，并设置好各种属性后的界面。

图2-4的UI Designer窗口有以下一些功能区域。

• 组件面板。窗口左侧是界面设计组件面板，分为多个组，如Layouts、Buttons、Display Widgets等，界面设计的常用组件都可以在组件面板里找到。

• 中间区域是待设计的窗体。如果要将某个组件放置到窗体上，从组件面板上拖动一个组件放到窗体上即可。例如，放一个Label组件和一个PushButton组件到窗体上。

• Action编辑器（Action Editor）和Signals Slots编辑器（Signals Slots Editor），位于待设计窗体下方。Action编辑器用于设计Action，Signals Slots编辑器用于可视化地进行信号与槽的关联，后面会介绍其具体使用。

• 对象浏览器（Object Inspector）。窗口右上方是对象浏览器，用树状视图显示窗体上各组件之间的布局和包含关系，视图有两列，显示每个组件的对象名称（objectName）和类名称。

• 属性编辑器（Property Editor）。窗口右下方是属性编辑器，显示某个选中的组件或窗体的各种属性及其值，可以在属性编辑器里修改这些属性的值。

主窗口上方有窗体设计模式和布局管理工具栏，最左侧还有一个工具栏，这些功能在后面详细介绍Qt Creator的使用时再具体介绍。

图2-4 在Qt Creator里可视化设计窗体

在设计窗体上用鼠标点选一个组件，在属性编辑器里会显示其各种属性，并且可以修改其属性。例如，图2-5是选中窗体上放置的标签组件后属性编辑器的内容。

图2-5 界面组件的属性编辑器

图2-5展示的属性编辑器的最上方显示的文字“LabHello: QLabel”表示这个组件是一个QLabel类的组件，objectName是LabHello。属性编辑器的内容分为两列，其中Property列是属性的名称，Value列是属性的值。属性又分为多个组，实际上表示了类的继承关系，例如在图2-5中，可以看出QLabel的继承关系是QObject→QWidget→QFrame→QLabel。

objectName是组件的对象名称，界面上的每个组件都需要一个唯一的对象名称，以便被引用。界面上的组件的命名应该遵循一定的法则，具体使用什么样的命名法则根据个人习惯而定，主要目的是便于区分和记忆，也要便于与普通变量相区分。

设置组件属性的值只需在属性编辑器里进行修改即可，例如设置LabHello的text属性为“Hello, by UI Designer”，只需如图2-5所示那样修改text属性的值即可。

表2-1是所设计的窗体，以及窗体上的标签和按钮的主要属性的设置。

表2-1 窗体以及各组件的主要属性设置

窗体设计完成后，将这个窗体保存为文件FormHello.ui。

提示：一般情况下，保存的.ui文件名与窗体的objectName名称一致，这样通过文件名就可以直接知道窗体的名称。

窗体文件FormHello.ui实际上是一个XML文件，它记录了窗体上各组件的属性以及位置分布。FormHello.ui的XML文件内容不必去深入研究，它是由UI Designer根据可视化设计的窗体自动生成的。使用IDLE的文件编辑器就可以打开FormHello.ui文件，下面是FormHello.ui文件的内容。

2.2.2 将ui文件编译为py文件

使用UI Designer设计好窗体并保存为文件FormHello.ui后，要在Python里使用这个窗体，需要使用PyQt5的工具软件pyuic5.exe将这个ui文件编译转换为对应的Python语言程序文件。

pyuic5.exe程序位于Python安装目录的Scripts子目录下，如“D:\Python37\Scripts”，这个路径在安装Python时被自动添加到了系统的PATH环境变量里，所以可以直接执行pyuic5命令。

在Windows的cmd窗口里用cd指令切换到文件FormHello.ui所在的目录，然后用pyuic5指令编译转换为Python文件。例如，假设文件FormHello.ui保存在目录“G:\PyQt5Book\Demo\chap02\demo2_2”下，依次执行下面的指令：

其中，pyuic5的作用是将文件FormHello.ui编译后输出为文件uiFormHello.py。编译输出的文件名可以任意指定，在原来的文件名前面加“ui”是个人命名习惯，表明ui_FormHello.py 文件是从FormHello.ui文件转换来的。

为了避免重复地在cmd窗口里输入上述指令，可以创建一个文件uic.bat保存到项目Demo2_2的目录下。bat文件是Windows的批处理文件，uic.bat文件的内容只有一条语句，如下：

在Windows资源管理器里双击uic.bat文件就会执行该文件里的语句，也就是将文件FormHello.ui编译为ui_FormHello.py。

编译后在FormHello.ui文件所在的同目录下生成了一个文件ui_FormHello.py，用IDLE的文件编辑器打开这个文件，其内容如下：

分析这个文件的代码，可以发现这个文件实际上定义了一个类Ui_FormHello，仔细分析一下这段代码，可以发现其原理和功能。

（1）Ui_FormHello类的父类是object，而不是QWidget。

（2）Ui_FormHello类定义了一个函数setupUi()，其接口定义为：

其传入的参数有两个，其中self是函数自己，Python中的self类似于C++语言中的this；FormHello是一个传入的参数，而不是在Ui_FormHello类里定义的一个变量。

setupUi()函数的前两行语句是：

所以，FormHello是窗体，是一个QWidget对象，其名称就是在UI Designer里设计的窗体的objectName。但是这个FormHello不是在类Ui_FormHello里创建的，而是作为一个参数传入的。

（3）创建了一个QLabel类型的对象LabHello，创建的语句是：

LabHello定义为Ui_FormHello类的一个公共属性（类似于C++的公共变量），它的父容器是FormHello，所以LabHello在窗体FormHello上显示。后面的语句又设置了LabHello的显示位置、大小，以及字体属性。

提示：在Python语言中，类的接口包括属性（attribute）和方法（method），属性又分为类属性和类的实例属性。Python的类属性类似于C++中类的静态变量，类的实例属性类似于C++中类的成员变量。Qt C++中的属性是指用Q_PROPERTY宏定义了读写函数的类的接口元素，类似于Python中用@property修饰符定义了读写函数的实例属性。 不管是否为属性定义了读写函数，Python类中的实例属性都可以当作一个变量来访问。在本书中，为了与定义了读写函数的属性区分开来，也为了明确概念，将自定义类中的实例数据型属性（也就是类似于C++类中的成员变量）有时也称为变量，特别是一些简单类型的数据属性。

（4）创建了一个QPushButton类型的对象btnClose，创建的语句是

btnClose也是Ui_FormHello类的一个公共属性，它的父容器是FormHello，所以在窗体上显示。

（5）setupUi()函数的倒数第二行调用了Ui_FormHello类里定义的另外一个函数retranslateUi()，这个函数设置了窗体的标题、标签LabHello的文字、按钮btnClose的标题。实际上，retranslateUi()函数集中设置了窗体上所有的字符串，利于实现软件的多语言界面。

（6）setupUi()函数的最后一行语句用于窗体上各组件的信号与槽函数的自动连接，在后面介绍信号与槽时再详细解释其功能。

所以，经过pyuic5编译后，FormHello.ui文件转换为一个对应的Python的类定义文件ui_FormHello.py，类的名称是Ui_FormHello。有如下的特点和功能。

（1）UiFormHello.py文件里的类名称Ui_FormHello与FormHello.ui文件里窗体的objectName有关，是在窗体的objectName名称前面加“Ui”自动生成的。

（2）Ui_FormHello类的函数setupUi()用于窗体的初始化，它创建了窗体上的所有组件并设置其属性。

（3）Ui_FormHello类并不创建窗体FormHello，窗体FormHello是由外部传入的，作为所有界面组件的父容器。

注意：ui_FormHello.py文件只是定义了一个类Ui_FormHello，这个文件并不能直接运行，而是需要在其他地方编程使用这个文件里定义的类Ui_FormHello。

2.2.3 使用Ui_FormHello类的GUI程序框架

将窗体UI文件FormHello.ui编译转换为Python的类定义文件ui_FormHello.py后，就可以使用其中的类Ui_FormHello创建GUI应用程序。编写一个程序文件appMain1.py，它演示了使用Ui_FormHello类创建GUI应用程序的基本框架，其代码如下：

分析上面的代码，可以了解GUI程序创建和运行的过程。

（1）首先用QApplication类创建了应用程序实例app。

（2）创建了一个QWidget类的对象baseWidget，它是基本的QWidget窗体，没有做任何设置。

（3）使用ui_FormHello模块中的类Ui_FormHello创建了一个对象ui。

（4）调用了Ui_FormHello类的setupUi()函数，并且将baseWidget作为参数传入：

根据前面的分析，Ui_FormHello类的setupUi()函数只创建窗体上的其他组件，而作为容器的窗体是靠外部传入的，这里的baseWidget就是作为一个基本的QWidget窗体传入的。执行这条语句后，就在窗体baseWidget上创建了标签和按钮。

（5）显示窗体，使用的语句是：

注意，这里不能使用ui.show()，因为ui是Ui_FormHello类的对象，而Ui_FormHello的父类是object，根本就不是Qt的窗体界面类。

程序运行后的结果窗口如图2-6所示，这就是在UI Designer里设计的窗体。这个程序只是简单地实现了窗体的显示，“关闭”按钮并不能关闭窗口，在后面介绍信号与槽时再实现其功能。

那么现在有个问题，窗体上的标签、按钮对象如何访问呢？例如，若需要修改标签的显示文字，该如何修改呢？

分析一下程序，窗体上的标签对象LabHello是在Ui_FormHello类里定义的公共属性，所以在程序里可以通过ui对象访问LabHello。

对appMain1.py文件稍作修改，在baseWidget.show()语句后加入一条语句，如下（省略了前后的语句）：

再运行appMain1.py，结果窗口如图2-7所示，说明上面修改标签文字的语句是有效的。在上面的修改标签文字的语句中，不能将ui替换为baseWidget，即下面的语句是错误的：

这是因为baseWidget是QWidget类型的对象，它只是LabHello的父容器，并没有定义公共属性LabHello，所以运行时会出错。而ui是Ui_FormHello类的实例对象，窗体上的所有界面组件都是ui的实例属性。因此，访问窗体上的界面组件只能通过ui对象。

图2-6 appMain1.py运行结果窗口

图2-7 程序中访问窗体的标签对象，修改了其显示文字

2.2.4 界面与逻辑分离的GUI程序框架

分析前面的程序appMain1.py，虽然它实现了对Ui_FormHello类的使用，生成了GUI程序，但是它是存在一些缺陷的，原因在于appMain1.py完全是一个过程化的程序。它创建了Ui_FormHello类的对象ui，通过这个对象可以访问界面上的所有组件，所以，ui可以用于界面交互，获取界面输入，将结果输出到界面上。程序创建的baseWidget是QWidget类的对象，它不包含任何处理逻辑，而仅仅是为了调用ui.setupUi()函数时作为一个传入的参数。一般的程序是从界面上读取输入数据，经过业务处理后再将结果输出到界面上，那么这些业务处理的代码放在哪里呢？

appMain1.py的应用程序框架只适合测试单个窗体的UI设计效果，也就是仅能显示窗体。若要基于UI窗体设计更多的业务逻辑，由于appMain1.py是一个过程化的程序，难以实现业务逻辑功能的有效封装。

界面与业务逻辑分离的设计方法不是唯一的，这里介绍两种方法，一种是多继承方法，另一种是单继承方法。

1．多继承方法

Python的面向对象编程支持使用多继承，编写一个程序appMain2.py，代码如下：

这个程序的运行结果如图2-8所示。分析这段代码，可以发现它的实现原理。

（1）采用多继承的方式定义了一个类QmyWidget，称这个类为窗体的业务逻辑类，它的父类是QWidget和Ui_FormHello。

（2）在这个类的构造函数中，首先用函数super()获取父类，并执行父类的构造函数，代码是：

在多继承时，使用super()得到的是第一个基类，在这里就是QWidget。所以，执行这条语句后，self就是一个QWidget对象。

（3）调用setupUi()函数创建UI窗体，即

因为QmyWidget的基类包括Ui_FormHello类，所以可以调用Ui_FormHello类的setupUi()函数。同时，经过前面调用父类的构造函数，self是一个QWidget对象，可以作为参数传递给setupUi()函数，正好作为各组件的窗体容器。

通过这样的多继承，Ui_FormHello类中定义的窗体上的所有界面组件对象就变成了新定义的类QmyWidget的公共属性，可以直接访问这些界面组件。例如，在QmyWidget类的构造函数里通过下面的语句设置了界面上的标签的显示文字：

在应用程序创建QmyWidget类的实例对象myWidget后，通过下面的语句设置了界面上按钮的显示文字：

这种多继承方式有其优点，也有其缺点，表现为以下两方面。

（1）界面上的组件都成为窗体业务逻辑类QmyWidget的公共属性，外界可以直接访问。优点是访问方便，缺点是过于开放，不符合面向对象严格封装的设计思想。

（2）界面上的组件与QmyWidget类里新定义的属性混合在一起了，不便于区分。例如，在构造函数中有这样一条语句：

其中，self.LabHello是窗体上的标签对象，而self.Lab是QmyWidget类里新定义的一个属性。如果没有明确的加以区分的命名规则，当窗体上的界面组件较多，且窗体业务逻辑类里定义的属性也很多时，就难以区分哪个属性是界面上的组件，哪个属性是在业务逻辑类里新定义的，这样是不利于界面与业务逻辑分离的。

2．单继承与界面独立封装方法

针对多继承存在的一些问题，改用单继承的方法，编写另一个程序appMain.py，其代码如下：

这个程序的运行结果如图2-9所示。分析这段代码，可以看到以下几点。

（1）新定义的窗体业务逻辑类QmyWidget只有一个基类QWidget。

（2）在QmyWidget的构造函数中，首先调用父类（也就是QWidget）的构造函数，这样self就是一个QWidget对象。

（3）显式地创建了一个Ui_FormHello类的私有属性self.__ui，即

私有属性self.ui包含了可视化设计的UI窗体上的所有组件，所以，只有通过self.ui才可以访问窗体上的组件，包括调用其创建界面组件的setupUi()函数。

提示：Python语言的类定义通过命名规则来限定元素对外的可见性，属性或方法名称前有两个下划线表示是私有的，一个下划线表示模块内可见，没有下划线的就是公共的。

（4）由于self.ui是QmyWidget类的私有属性，因此在应用程序中创建的QmyWidget对象myWidget不能直接访问myWidget.ui，也就无法直接访问窗体上的界面组件。

为了访问窗体上的组件，可以在QmyWidget类里定义接口函数，例如函数setBtnText()用于设置窗体上按钮的文字。在应用程序里创建QmyWidget对象的实例myWidget，通过调用setBtnText()函数间接修改界面上按钮的文字，即

仔细观察和分析这种单继承的方式，发现它有如下特点。

（1）可视化设计的窗体对象被定义为QmyWidget类的一个私有属性self.__ui，在QmyWidget类的内部对窗体上的组件的访问都通过这个属性实现，而外部无法直接访问窗体上的对象，这更符合面向对象封装隔离的设计思想。

（2）窗体上的组件不会与QmyWidget里定义的属性混淆。例如，下面的语句：

self.ui.LabHello表示窗体上的标签对象LabHello，它是self.ui的一个属性；self.Lab是QmyWidget类里定义的一个属性。这样，窗体上的对象和QmyWidget类里新定义的属性不会混淆，有利于界面与业务逻辑的分离。

（3）当然，也可以定义界面对象为公共属性，即创建界面对象时用下面的语句：

这里的ui就是个公共属性，在类的外部也可以通过属性ui直接访问界面上的组件。为了简化程序，在本书后面的示例程序中，都定义界面对象为公共属性self.ui。

对比多继承方法和单继承方法，可以发现单继承方法更有利于界面与业务逻辑分离。实际上，在Qt C++应用程序中默认就是采用的单继承方法，对Qt C++应用程序比较清楚的读者就很容易理解其工作原理了。

本书使用这种单继承和界面独立封装的方式，在后面的示例程序中都采用这种单继承的应用程序框架。

在这个示例中，窗口上虽然放置了一个按钮并显示“关闭”，但是运行时点击这个按钮并不能关闭窗口，这是因为我们还没有编写任何代码。这个示例只是为了演示如何在UI Designer里可视化设计UI窗体，再编译转换为对应的Python类，然后使用PyQt5里相关的类创建GUI应用程序的过程，以及GUI程序的框架和工作原理，下一节再重点介绍如何编写代码实现窗体的功能。

本文截选自《Python Qt GUI与数据可视化编程》

Python Qt GUI与数据可视化编程

本书介绍在Python中使用PyQt5和其他模块进行GUI和数据可视化编程的方法。第一部分介绍PyQt5设计GUI程序的基本框架，包括GUI应用程序的基本结构、窗体UI可视化设计与窗体业务逻辑的设计、信号与槽的特点和使用等。第二部分介绍GUI程序设计中一些主要功能模块的使用，包括基本界面组件、事件处理、数据库、绘图、多媒体等。第三部分先介绍使用PyQtChart和PyQtDataVisualization进行二维和三维数据可视化设计的方法，再介绍将Matplotlib嵌入PyQt5 GUI应用程序窗口界面中进行数据可视化的编程方法。通过研读本书，读者可以掌握使用PyQt5、PyQtChart、Matplotlib等模块进行GUI应用程序和数据可视化设计的方法。

本书适合具有Python编程基础，并想通过Python设计GUI应用程序或在GUI应用程序中实现数据可视化的读者阅读和参考。

本文转载自异步社区。

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