Python GUI编程之Python GUI库综述

2020-08-10

前言

本文介绍利用Python开发GUI应用程序时几种常见的跨平台Python GUI库。

注：本文基本开发环境配置为：

- Window7（64位）

- Python 3.8.5

- 以及各类Python GUI库

本次分享内容的目录如下：

前言

基本概念（CLI、GUI、GUI库、Python GUI库）

基于Tk的Tkinter（简介、特点、应用、简单示例）

基于wxWidgets的wxPython（简介、特点、应用、安装、示例）

基于Qt的PyQt（简介、特点、应用、安装、示例）

基于Qt的PySide2（Qt for Python）（简介、特点、应用、安装、示例）

基于GObject的PyGObject（简介、特点、应用、安装、示例）

结束语

1. 基本概念

在文章开始，我们先来理清几个重要概念：

1.1 CLI（命令行界面）

CLI 是 Command-Line Interface 的英文简称，中文意思为命令行界面（或命令行接口），是指用户通过键盘方式来显示计算机操作界面（接口）。用户通过键盘输入指令，计算机接收到指令后，予以执行，并在显示器上输出相关信息。

下面是 windows 系统上一个典型的 CLI 程序（Windows PowerShell）运行时的示意图：

在1973年以前，用户都是通过命令行界面（CLI）方式显示计算机操作界面的。命令行界面的程序通常需要用户记忆操作的命令。

1.2 GUI（图形用户界面）

GUI 是 Graphical User Interface 的英文简称，中文意思为图形用户界面（或图形用户接口），是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面，是一种人与计算机通信的界面交互方式。

在 GUI（图形用户界面）中，用户看到和操作的都是图形对象（计算机屏幕上显示窗口、菜单、图标、按钮、对话框等），用户通过鼠标等输入设备进行操纵，以完成不同的动作目的（如运行程序、打开文件等）。

下面是类Unix系统 X Window System上 GUI 之一的 KDE Plasma Desktop 运行时的示意图：

与早期计算机使用的命令行界面相比，图形界面对于用户来说在视觉上更易于接受，学习成本大幅下降，也让计算机的大众化得以实现。

不过由于命令行界面要较图形用户界面节约计算机系统的资源，在熟记命令的前提下，使用命令行界面往往要较使用图形用户界面的操作速度要快，所以在现在的图形用户界面的操作系统中，通常都保留着可选的命令行界面。

1.3 GUI库

GUI 库也称部件工具箱（Widget Toolkits），是指在程序设计时某些基本的GUI的组件元素的集合。它们一般以库或者应用程序框架的形式出现。

GUI 库包含一组部件（Widget），部件是一系列图形控制元素的集合（如：按钮、标签、文本框等）。在构建GUI程序时，通常使用层叠方式，众多图形控制元素直接叠加起来。

GUI 库分为偏底层的GUI库和更高级的GUI库。

常见的偏底层的GUI库有：

WIndows API
X Window System 中包含了许多基本的部件，但通常需要通过Motif、GTK+或者Qt来使用

常见的更高级的GUI库有：

Windows平台：
- MFC（Microsoft Foundation Classes）：是Windows API的封装。
- Windows Forms：.NET的库类集，可进行GUI控制。

跨平台（基于C或者C++，也经常与其他编程语言绑定）：
- Tk , Tcl 以及其他高级脚本语言用到的工具集（在Python中的接口是Tkinter）
- GTK+ ：主要针对X Window System，用于GNOME桌面环境。
- Qt：可用于Unix/linux（X Window）、MS Windows、mac OS X、Windows CE以及Embedded Linux，用于KDE桌面环境。
- wxWidgets（以前是wxWindows）：针对C++、Python以及Perl的跨平台工具集。
- FLTK：跨平台工具集，特点是小而快。

跨平台（基于JAVA）
- AWT（Abstract Windowing Toolkit）：用于Java程序，通常在选定的平台下运行另一个工具集。
- SWing：AWT的替代品。
- SWT（Standard Widget Toolkit）：Java的本地部件工具集，是Eclipse项目的一部分。SWT运行相应平台下的部件工具集（如Windows API，或者GTK+）。

1.4 Python GUI库

当我们使用Python语言编写GUI应用程序时，一般不会自己从最底层去实现，通常会使用更高层次的Python GUI库来完成。

由于Python的广泛流行，目前有众多优秀的 Python GUI库可供开发者选择，如：基于Qt的PyQt5、基于Qt的Qt for Python（PySide2）、基于wxWidgets的wxPython、基于Tk的Tkinter、基于GObject的PyGObject等。

下面就为各位朋友们简要介绍这几种常见的跨平台Python GUI库。

2 基于Tk的Tkinter

首先介绍的是基于Tk GUI库的Tkinter。因为Tkinter是Python语言内置的GUI库。

2.1 Tkinter简介

Tk是一个由C语言编写的轻量级的跨平台GUI库。Tkinter（也称Tk接口）是标准的Tk GUI库的Python接口。

借助Tkinter，Python开发人员可以快速地创建跨平台的简单的 GUI 应用程序。

2.2 Tkinter特点

Python内置库，无需额外安装，随时使用
功能全面，学习和应用简单，开发速度快
适用开发不太复杂的GUI应用程序

2.3 Tkinter典型应用

Python自带的IDLE应用程序就是用Tkinter编写的，示意如下：

2.4 Tkinter简单示例

一、示例代码：

 # 文件名：example_Tkinter.py
 
 from tkinter import *
 
 root = Tk()
 root.title("TkinterWindow")
 root.geometry("400x100")
 
 label = Label(root, text="这是一个Tkinter窗口！").pack(expand=True)
 
 root.mainloop()

二、示例运行效果：

3 基于wxWidgets的wxPython

3.1 wxPython简介

wxWidgets是一个由C++语言编写的跨平台GUI库。wxPython是对wxWidgets的Python封装/绑定，可以Python模块的方式提供给开发者使用。

借助wxPython，Python开发人员可以很方便地创建跨平台的，具有健壮、功能强大的GUI应用程序。

wxPython是一款开源软件，是Tkinter的一个比较流行的替代品，功能上面要强于Tkinter。wxPython提供了超过200个类，面向对象的编程风格，设计的框架类似于MFC。

项目信息：

（1）项目主页：https://wxpython.org/

（2）项目（PyPI）网址：https://pypi.org/project/wxPython/

（3）项目最新版本：v4.1.0（2020/04/25）

3.2 wxPython特点

程序简单
易于编写
易于理解
针对大型GUI应用程序具有较强的优势

3.3 wxPython典型应用

GRASS GIS，一种免费且开源的地理信息系统桌面应用程序（如下图示）。

BitTorrent，一种点对点的BitTorrent应用程序。
google Drive，Google云端存储系统的桌面客户端。
PlayOnLinux，一个Wine软件兼容层的图形化前端应用程序。
等

3.4 wxPython模块安装

可以在终端通过 pip install wxPython 命令完成 wxPython 模块的安装，如下：

 PS C:> pip install wxPython
 Collecting wxPython
   Downloading wxPython-4.1.0-cp38-cp38-win_amd64.whl (17.9 MB)
 Requirement already satisfied: numpy; python_version >= "3.0" in c:developpythonlibsite-packages (from wxPython) (1.19.1)
 Requirement already satisfied: six in c:developpythonlibsite-packages (from wxPython) (1.15.0)
 Requirement already satisfied: pillow in c:developpythonlibsite-packages (from wxPython) (7.2.0)
 Installing collected packages: wxPython
 Successfully installed wxPython-4.1.0
 PS C:>

3.5 wxPython简单示例

一、示例代码：

# 文件名：example_wxPython.py
 
import wx

App = wx.App(False) 
frame = wx.Frame(None, -1, title="wxPython", size=(400,160))
wx.StaticLine(frame, size=(400, 1))
wx.StaticText(frame, -1, "这是一个wxPython应用程序!", pos=(80, 40))

frame.Show(True) 
app.MainLoop()

二、示例运行效果：

4 基于Qt的PyQt

4.1 PyQt简介

Qt是一款非常优秀和知名的C++应用程序开发框架，广泛用于开发跨平台GUI库，它体系庞大、接口丰富、文档齐全。

PyQt提供了对 Qt C++ GUI类库封装的Python绑定，可以Python模块的方式提供给开发者使用。借助PyQt，Python开发人员可以很方便地创建各种美观、复杂、功能强大的跨平台的GUI应用程序。

PyQt是一款自由软件，其开发者是英国的“Riverbank Computing”公司。它提供了GPL与商业许可两种授权方式：个人可以免费地用于自由软件的开发，同时又可以提供良好的商业支持。PyQt已经发展了很多年，技术比较成熟稳定，技术文档也比较丰富，具备靠前的影响力。PyQt3支持Qt1到Qt3；PyQt4支持Qt4；PyQt5支持Qt5。

项目信息：

（1）项目主页：https://www.riverbankcomputing.com/software/pyqt/

（2）项目（PyPI）网址：https://pypi.org/project/PyQt5/

（3）项目最新版本：v5.15.0（2020/06/01）

4.2 PyQt特点

PyQt的API与Qt类似，Qt的文档通常仍然可以应用于PyQt，因此PyQt的开发文档比较丰富。
可以通过Qt Designer工具使用拖拉式的方法来设计界面，简单易用。
在使用PyQt的过程中要注意避免内存泄露以及悬挂指针。
运行文件比较大。
需要掌握一些C++相关知识。
适合开发大型、复杂、商用GUI应用程序。

4.3 PyQt5典型应用

Eric Python IDE：运行截图（如下图示）

Anki,：一个间隔重复抽认卡桌面应用程序
QtiPlot,：一种分析和可视化科学数据的计算机桌面应用程序
等

4.4 PyQt5库安装

可以在终端通过 pip install PyQt5 命令完成 PyQt5 库的安装，如下：

 PS C:> pip install PyQt5
 Collecting PyQt5
   Downloading PyQt5-5.15.0-5.15.0-cp35.cp36.cp37.cp38-none-win_amd64.whl (64.5 MB)
 Collecting PyQt5-sip<13,>=12.8
   Downloading PyQt5_sip-12.8.0-cp38-cp38-win_amd64.whl (63 kB)
 Installing collected packages: PyQt5-sip, PyQt5
 Successfully installed PyQt5-5.15.0 PyQt5-sip-12.8.0
 PS C:>

4.5 PyQt5简单示例

一、示例代码：

# 文件名：example_PyQt5.py

import sys
from PyQt5.QtWidgets import *

app = QApplication(sys.argv)

win = QWidget()
win.resize(400, 100)
win.setWindowTitle('PyQt5')
label = QLabel("这是一个PyQt5应用程序！", win)
win.show()

sys.exit(app.exec_())

二、示例运行效果：

5 基于Qt的PySide2（Qt for Python）

5.1 PySide2简介

Qt是一款非常优秀和知名的C++应用程序开发框架，广泛用于开发跨平台GUI库，它体系庞大、接口丰富、文档齐全。

PySide2（又称Qt for Python）提供了对 Qt C++ GUI类库封装的Python官方绑定，这样就可以在Python应用程序中使用Qt5的API（PySide2模块提供对各个Qt模块，如QtCore、QtGui、QtWidgets等的访问），允许Python开发人员充分利用Qt的潜力来开发各种美观、复杂、功能强大的跨平台的GUI应用程序。

历经了Trolltech->Nokia->Digia Plc->Qt Group多次沿革，目前的PySide2提供了GPL、LGPL与商业许可三种授权方式。

PySide2提供了与PyQt5类似的功能，区别在于另外提供了LGPL授权（意味着开发者可以免费用于商业）。

PySide2附带一个Python绑定生成器Shiboken2（Qt for Python可以用它来创建PySide2模块），可以把C++项目转换为Python项目。

项目信息：

（1）项目主页：https://wiki.qt.io/PySide2

（2）项目（PyPI）网址：https://pypi.org/project/PySide2/

（3）项目最新版本：v5.15.0（2020/05/27）

5.2 PySide2特点

使用PySide2（Qt for Python）可以充分利用Qt的应用程序开发框架和功能丰富的类设计GUI程序，主要有以下一些优点：

将Qt的跨平台应用框架与Python的跨平台解释语言结合在了一起。
Qt使用信号与槽（Signals/Slots）机制进行对象之间的通信，它是类型安全且弱耦合的，易于创建可重用的软件模块。
使用Qt Creator中的UI Designer或独立的Qt Designer可以可视化地设计窗体，然后将窗体转换为Python程序，可以大大提高界面设计的效率。
将Qt和Python的优点结合到了一起，程序员可以利用Qt丰富的UI设计功能，但不需要使用复杂的C++语言，而是使用Python语言编程。
是Qt的“亲儿子”，具备Qt官方支持
比较适合开发复杂、大型的GUI应用软件

当然也存在一些相应缺点：

运行文件比较大。
需要学习一些C++相关知识，以便于阅读开发文档。

5.3 PySide2典型应用

Qt Designer：运行截图（如下图示）

5.4 PySide2模块安装

可以在终端通过 pip install PySide2 命令完成 PySide2 模块的安装，如下：

 PS C:> pip install PySide2
 Collecting PySide2
   Downloading PySide2-5.15.0-5.15.0-cp35.cp36.cp37.cp38-none-win_amd64.whl (139.6 MB)
 Collecting shiboken2==5.15.0
   Downloading shiboken2-5.15.0-5.15.0-cp35.cp36.cp37.cp38-none-win_amd64.whl (2.1 MB)
 Installing collected packages: shiboken2, PySide2
 Successfully installed PySide2-5.15.0 shiboken2-5.15.0
 PS C:>

5.5 PySide2简单示例

一、示例代码：

# 文件名：example_PySide2.py

import sys
from PySide2.QtWidgets import *

app = QApplication(sys.argv)

win = QWidget()
win.resize(400, 100)
win.setWindowTitle('PySide2')
QLabel("这是一个PySide2应用程序！", win)
win.show()

sys.exit(app.exec_())

二、示例运行效果：

6 基于GObject的PyGObject

6.1 PyGObject简介

GObject是一个在LGPL许可下发布的自由软件库，它提供了一个轻便的对象系统并支持透明的多语言互通,可以直接使用在C程序中。GObject仅依赖于GLib和libc。它是GNOME的基石并且在GTK+，Pango，Accessibility Toolkit和大多数GNOME的高级库和应用程序中被广泛使用。

PyGObject提供了基于 GObject的库（例如GTK，GStreamer，WebKitGTK，GLib，GIO 等）封装的Python绑定。PyGObject使用glib，gobject，girepository，libffi 和其他库与随附的 typelib 文件（Gtk-3.0.typelib）中的其他元数据结合使用来访问C库（libgtk-3.so），并动态提供基于该信息的Python接口。

对于要使用GNOME编写Python应用程序或使用GTK编写Python GUI应用程序的开发人员，可以使用PyGObject很方便地创建各种美观、复杂、功能强大的跨平台的GUI应用程序。

PyGObject是一款在LGPL许可下的跨平台（支持Linux，Windows和macOS）的自由软件，其作者是著名的GNOME开发者James Henstridge。

项目信息：

（1）项目主页：https://pygobject.readthedocs.io

（2）PyPI项目网址：https://pypi.org/project/PyGObject/

（3）项目最新版本：v3.36.1（2020/05/07）

6.2 PyGObject特点

功能强大
适合开发大型、复杂的GUI应用程序
适合有GNOME/GTK+基础的开发人员
对Linux系统更友好，在Windows系统安装不方便

6.3 PyGObject典型应用

Pitivi-：一个免费的开源视频编辑器桌面应用程序（如下图示）

Anaconda -Fedora，RHEL和其他Linux发行版使用的桌面安装程序
D-Feet-易于使用的D-Bus调试器
Gaphor-一个简单的桌面建模工具
GNOME Music - 一个GNOME桌面音乐播放器软件
等

6.4 PyGObject安装（Windows）

在运行应用程序之前，需要先行安装PyGObject，GTK及其依赖项。

本机在终端通过pip install PyGObject命令进行PyGObject模块安装时会报错失败，故采用其官网推荐的Windows平台安装步骤进行：

Step1：通过http://www.msys2.org/下载安装程序 msys2-x86_64-20200720.exe
Step2：运行安装程序并安装提示完成安装（如安装目录为 C:msys64）。注：MSYS2需要64位Windows 7或更高版本。
Step3：按照说明设置基本环境。
Step4：运行 C:msys64mingw64.exe 后会弹出一个终端窗口
Step5：在本终端窗口执行 pacman -Suy
Step6：在本终端窗口执行 pacman -S mingw-w64-x86_64-gtk3 mingw-w64-x86_64-python3 mingw-w64-x86_64-python3-gobject

验证测试：

Step1：要测试 GTK 3 是否正常运行，可以在本终端窗口运行 gtk3-demo，会出现一个演示应用程序。

使用方法：

Step1：将 xxx.py 您创建的脚本复制到 C:msys64home<username>
Step2：在本终端窗口运行 python3 xxx.py，会出现相应桌面应用程序。

6.5 PyGObject简单示例

一、示例代码：

# 文件名：example_PyGObject.py

import gi
gi.require_version("Gtk", "3.0")
from gi.repository import Gtk

window = Gtk.Window(title="PyGObject")
window.set_size_request(400, 100)

hbox = Gtk.Box(spacing=6)
window.add(hbox)
label = Gtk.Label("这是一个PyGObject应用程序！")
hbox.pack_start(label, True, True, 0)

window.show_all()
window.connect("destroy", Gtk.main_quit)
Gtk.main()

二、示例运行效果：

结束语

目前支持Python语言开发GUI应用程序的Python GUI库有几十种（详见Python Wiki页面介绍：https://wiki.python.org/moin/GuiProgramming），限于篇幅，本文仅仅是概要介绍了最值得了解（个人浅见）的5种分享给大家，算是抛砖引玉，大家可以结合实际情况选择一款适合的Python GUI库来进一步学习掌握应用。

希望本文能对您有所帮助！喜欢的话就点个赞加关注支持一下哈：)