【Tkinter】Python标准库中的GUI框架入门之一——window和widget

本博客高度参考了这篇文章，可以认为是该文章的译文，将分期发表。
对原作者和网站提供如此高质量的教程表示感谢！

图形用户界面（Graphical User Interface，简称GUI），是指采用图形方式显示计算机的操作界面。相较于命令行，这种方式上手难度低，更加容易为普通用户所接受。

Python中有许多GUI框架，但Tkinter是唯一一种被写入标准库中的。Tkinter是跨平台（cross-platform）的，这意味着相同的代码可以在Windows、Linux和macOS上运行，而且GUI中的可视化元素（按钮、文本框等）可以根据其所在的操作系统进行自动渲染。

当然，Tkinter也有其不足之处。其中一点就是，它显得“过时”了——许多可视化元素的样式看起来像上个世纪的个人电脑中的一样。如果你追求新潮、酷炫，那么Tkinter多半没法满足你的要求；如果只是想实现某些功能而不怎么注重外观，那么轻量级的Tkinter足以让你快速、便捷地构建自己的应用。

1. 窗口（window）

在一个GUI中，最基础最底层的元素是窗口（window）。如果一个把一个完整的GUI比作一幅画，那么window就是画布，所有的操作都在这张画布上进行。所以，在编写GUI之前，需要创建这样一张画布——用编程的语言来说，就是要先实例化这样一个window。

首先，打开Python的交互式窗口，导入tkinter(在所有的交互代码中，均省略了’>>>’)：

import tkinter as tk

然后，实例化一个window：

window = tk.Tk()

这时，操作系统就会弹出一个新的窗口，大概长这个样子：

至此，画布就准备好了，因为现在什么都没做，所以画布是空白的。我们可以向这张画布上写一些字符：

greeting = tk.Label(text='Hello Tkinter!')
greeting.pack()

最终弹窗的结果是这样的：

第一行代码的意思是，实例化一个Label，在实例化的过程中，通过text指定了该变量要显示的内容。

第二行代码的意思是，将该实例固定到画布上。

Label是Tkinter中的一个类，单词翻译成中文的意思是“说明性短语”，在GUI领域，这个类被叫做“控件”（widget），通过向窗口中添加不同的控件，并对它们进行组合，就形成了各式各样的GUI了。

Windows操作系统之所以这样命名，就是因为它本质上就是许多window的组合，当然这些组合是非常复杂的。这些window为用户屏蔽了看上去很枯燥的命令操作，从而提升了用户体验，但代价也是很巨大的，就是速度变慢。这种变慢对于普通用户来说可能并没有什么感觉，但是对于服务器而言，却很可能是致命的，这也是为什么绝大部分服务器都采用没有GUI的Linux操作系统的原因之一。

2. 控件（widget）

如果说窗口是画布，那么控件就是不同的颜料了。它们也是组成一个GUI所必不可少的东西，是用户与程序进行交互的基础。在Tkinter中，每一种控件都由一个类来定义，一些常见的控件及其说明如下：

控件	说明
Label	用于在屏幕上打印文本
Button	按钮，可以包含文字，并在单击时进行相应的操作
Entry	只允许单行文本输入的控件
Text	允许多行文本输入的控件
Frame	一个矩形区域，用于对控件分组或为其提供填充

当然，还有许多其他的控件，但上面这些确实是最基础的，熟练使用这些控件，就可以开发一些有趣的东西，并对Tkinter的运用有相当程度的理解。

2.1 使用Label控件

Label控件可以用来展示文本或者图片。这些文本（图片）是不能够被用户编辑的，上面你已经看到了一个展示文本的例子，而实际上我们还可以对展示的文本进行更多的操作：

greeting = tk.Label(
    text='Hello Tkinter!',
    foreground="white",
    background="black"
	)
greeting.pack()

很直观，我们改变了前景色和背景色，弹窗如下：

关于颜色，可以查看颜色手册。当然也可以使用十六进制的RGB颜色值，这更加灵活。

Tkinter还提供了缩写，如果你觉得background这个单词太长了，可以用简写bg代替它，同理，可以用fg代替foreground。

通过指定宽度和高度，来控制控件的大小：

greeting = tk.Label(
    text='Hello Tkinter!',
    fg="white",
    bg="black",
    width=10,
    height=10
	)
greeting.pack()

窗口如下：

这里就存在一个问题了：宽度和高度都指定的是“10”，怎么渲染出来的不是一个正方形呢？这是因为在Tkinter中，宽度和高度都是以文本单元（text unit）来度量的。具体来说，1单位的宽度由系统中的字符“0”或者数字0的宽度来决定，1单位的高度由系统中的字符“0”或者数字0的高度来决定。

采用这种设置而不是用英寸、厘米、像素等度量，也是为了保证程序在跨平台运行时显示一致。以字符来度量意味着控件大小与用户机器上的默认字体是相关的，这样就保证了文本能够正确地嵌入到Label和Button中。

2.2 使用Button控件

顾名思义，Button控件就是用来展示一个按钮的，点击该按钮，可以实现一个操作。

事实上，我们可以将Button理解为一个可以点击的Label。用于创建Label的关键字参数也适用于Button控件：

button = tk.Button(
    text="Click me!",
    width=25,
    height=5,
    bg="blue",
    fg="yellow",
)

弹窗是这样的：

2.3 使用Entry控件

当你需要收集用户输入的一些信息，比如用户名、密码等，这时候就可以使用Entry控件了。它显示为一个小的文本框，用户可以在其中输入一些文本。创建和设计Entry控件的工作原理与上面提到的Label和Button非常类似：

entry = tk.Entry(fg="yellow", bg="blue", width=50)

弹窗如下：

上面已经说过，Entry是一个单行输入的文本框，那么一个重要的功能就是如何使用它从用户那里获取信息。对于一个Entry实例，最常用的方法有三个：

• .get()：获取Entry实例中的文本
• .delete()：删除Entry实例中的文本
• .insert()：向Entry实例中插入文本

下面通过具体的例子来演示这些方法的作用。

首先，创建一个GUI，其窗口显示的内容如下：

生成这个窗口的脚本为：

import tkinter as tk


window = tk.Tk()
label = tk.Label(text='name')
entry = tk.Entry()
label.pack()
entry.pack()

需要注意的一点是，两个控件都是居中对齐的，这也是.pack()方法的特性之一，后文会对这个特性进行说明。

单击一下输入框，就可以在里面输入内容了，假设我们输入“Real Python”。为了验证各个方法的作用，我们在交互式窗口接着输入：

entry.get()

则会打印出“Real Python”的字符。

.delete()方法用于删除字符，其使用与对待Python中的字符串的使用方式很相似，需要传入一个参数告诉Python删除的字符的位置：

entry.delete(0)

即删除了第一个字符，这时弹窗为：

如果想一次性删除好几个字符，还需要传入第二个整数，用于告诉Python删除字符的终止位置：

entry.delete(0, 4)

这时，弹窗为：

第二个数字为终止字符的位置，该位置的字符不会被删除，上面的代码实际上只删除了位置为0、1、2、3的字符。

如果想一次性删除全部，可以用如下的方法实现：

entry.delete(0, tk.END)

这时，弹窗里面的Entry控件又为空了：

与之相反，你可以通过.insert()方法来向控件中添加字符：

entry.insert(0, "Python")

第一个整数告诉Python从哪里开始插入字符。如果Entry控件中没有任何字符，那么新字符总是插入到控件的开始位置上，与你传入的第一个参数无关。

这时的窗口又变成了这样：

再继续往里面插值：

entry.insert(0, "Real ")

会发现，窗口变成了第一次输入后的样子：

2.4 使用Text控件

可以将Text控件理解为一个可以输入很多行文本的Entry。事实上，它的作用就是如此。

与Entry控件类似，Text控件也有三种主要的方法：

• .get()：获取Text实例中的文本
• .delete()：删除Text实例中的文本
• .insert()：向Text实例中插入文本

需要注意的是，尽管方法名称完全一致，但由于多行文本的原因，其使用方法略有不同。

首先，我们重新创建一个带Text控件的GUI：

window = tk.Tk()
text_box = tk.Text()
text_box.pack()

GUI应该具有如下样式：

单击该Text中的任意位置，然后就可以输入字符了，这里我输入了“Hello World”，占用了两行。

与Entry控件相类似，可以采用.get()方法来提取Text控件中的内容。但需要注意的是，Text控件的.get()方法至少需要一个参数。如果只传入一个参数，那么你将得到该位置上的字符；如果想要得到数个字符，则需要传入开始位置参数和终止位置参数。由于Text控件中的内容可能包含多行，因此，每个参数都必须包含两部分内容：字符的行号与字符在该行中的位置。

所以，位置参数的格式是<line>.<char>。为了直观的理解，尝试一下下面的代码：

text_box.get("1.0")
# 'H'

text_box.get("1.0", "1.5")
# 'Hello'

text_box.get("1.0", tk.END)
# 'Hello\nWorld\n'

注意到，换行符也是一个字符。

在理解了.get()方法之后，相应的.delete()方法和.insert()方法也是通过类似的方式进行调用的。具体不再赘述，只需要记住，\n也是一个字符。

2.5 使用Frame控件

一个好的GUI不但有很多控件，它们之间还得通过合适的方式组合起来才行，Frame控件就可以满足这个要求。

可以把Frame控件理解为其他控件的容器，在实例化其他控件时，通过master参数来指定该控件属于哪个Frame。具体的，看以下代码：

import tkinter as tk

window = tk.Tk()

frame_a = tk.Frame()
frame_b = tk.Frame()

label_a = tk.Label(master=frame_a, text="I'm in Frame A")
label_a.pack()

label_b = tk.Label(master=frame_b, text="I'm in Frame B")
label_b.pack()

frame_a.pack()
frame_b.pack()

弹窗如下：

代码的理解也是比较直观的：

• 5、6行实例化了两个Frame控件；
• 8、9行实例化了一个Label控件，并通过master参数，指定了该控件包含于frame_a中；
• 11、12行操作类似；
• 14、15行将两个Frame控件pack到window上；
• 17行启动了window的主循环，以保证窗口处于打开状态。

接下来，如果我改变14和15行的顺序，那么弹窗是什么样的呢？

...
frame_b.pack()
frame_a.pack()
...

弹窗如下：

通过前后两次实验的对比，可以这样理解Frame控件的工作原理：其他控件在实例化时，通过master参数指定了其所属的Frame，然后将其pack到该Frame上。最后，将Frame实例pack到主window上，就显示出来各个控件了。