JavaGUI编程：从坐标系统到顶级容器的全面指南

### Java GUI编程：从坐标系统到顶级容器的全面指南 #### 1. GUI的数学基础：坐标系统 创建GUI本质上是一种创造错觉的艺术。当我们用鼠标按下窗口中的按钮看到它“凹陷”，说一个窗口因为“在前面”而遮挡了另一个窗口的部分，或者说一个图标“透明”因为能看到它“后面”的内容时，我们都在欣然接受这种错觉。屏幕上的GUI元素看似真实可触，我们很难不把它们当作“对象”，但实际上它们不过是计算机屏幕画布上的像素坐标和颜色。 计算机屏幕可以看作是一个二维笛卡尔坐标系，有水平的x轴和垂直的y轴。原点 (x = 0, y = 0) 位于屏幕的左上角。距离以像素为单位测量，x轴坐标向右递增，y轴坐标向下递增，这与我们在代数课上学到的有所不同，但对于逐像素绘制屏幕的计算机来说是自然的，就像我们看书一样，从左到右、从上到下。 下面是标准数学坐标系和计算机屏幕坐标系的对比： | 坐标系类型 | 原点位置 | x轴正方向 | y轴正方向 | | ---- | ---- | ---- | ---- | | 标准数学坐标系 | 通常在中心 | 向右 | 向上 | | 计算机屏幕坐标系 | 左上角 | 向右 | 向下 | 为了更直观地说明差异，方程 y = x + 5 在两种坐标系中的图形如下： - 标准代数坐标系 - 标准计算机屏幕坐标系 #### 2. 组件及其边界 GUI组件（如窗口和按钮）通常占据矩形区域，因此它们的确切大小和位置可以由其左上角的x和y坐标、宽度和高度来确定。这四个值共同定义了组件的边界。就像计算机屏幕有坐标系一样，所有GUI组件也都有自己的坐标系。每个组件都将其左上角视为本地原点，x坐标向右递增，y坐标向下递增。组件的边界总是相对于其容器的坐标系来表示。 例如，一个窗口的边界为 x = 100, y = 275, 宽度 = 600, 高度 = 350，其边界是屏幕坐标，因为屏幕包含该窗口。而窗口内的“Click Me”按钮，其边界为 x = 125, y = 125, 宽度 = 300, 高度 = 100，其边界是窗口坐标，因为窗口包含该按钮。 #### 3. 顶级容器 为了使应用程序具有GUI，它至少必须有一个在计算机屏幕上可见的窗口。大多数应用程序都在窗口的范围内运行。不同应用程序和平台的窗口外观可能有所不同，但它们基本上都是屏幕上的一个矩形区域，用于显示程序输出并接受用户输入。 在Java中，所有类型的窗口都是 `java.awt.Window` 的实例或子类。组件是 `java.awt.Component` 的实例或子类，在屏幕上有可见表示，可能会也可能不会响应用户输入，如按钮、复选框和文本区域。容器是 `java.awt.Container` 的实例或子类，它只是一个可以“包含”其他组件的组件。因此，窗口既是组件（因为有可见表示），又是容器（因为可以包含其他组件）。窗口是顶级容器，因为它直接位于用户的桌面上，不能被其他容器包含。 AWT提供了三种类型的窗口：`Window`、`Frame` 和 `Dialog`。Swing提供了 `JWindow`、`JFrame` 和 `JDialog`，它们分别继承自对应的AWT类，其层次结构如下： ```mermaid graph TD; java.lang.Object --> java.awt.Component; java.awt.Component --> java.awt.Container; java.awt.Container --> java.awt.Window; java.awt.Window --> javax.swing.JWindow; java.awt.Window --> java.awt.Frame; java.awt.Frame --> javax.swing.JFrame; java.awt.Window --> java.awt.Dialog; java.awt.Dialog --> javax.swing.JDialog; ``` #### 4. 不同类型的顶级容器 - **Window和JWindow**：`Window` 是没有边框和菜单栏的顶级容器，本身只是一个填充了默认背景颜色、供应用程序使用的矩形屏幕区域。`java.awt.Window` 是所有顶级容器的根类。`JWindow` 是 `Window` 的Swing版本，外观看似简单，除了其他未提及的组件外，它包含一个名为内容面板的容器，负责管理应用程序特定的内容。当我们向 `JWindow` 中添加内容（按钮、文本区域、图片等）时，实际上必须将它们添加到这个内容面板中。 - **Frame和JFrame**：`Frame` 通常就是我们所说的“窗口”，它通常包括关闭框、标题栏、可拖动以调整大小的边框和可选的菜单栏。`JFrame` 是 `Frame` 的Swing版本，同样有一个负责管理应用程序特定内容的内容面板。由于 `JFrame` 提供的窗口装饰以及它不依赖于先前创建的窗口，它是大多数GUI应用程序的起点。 - **Dialog和JDialog**：`Dialog` 是顶级窗口，通常用于从用户那里获取某种形式的输入。它和 `Frame` 类似，有标题、边框和可选的菜单栏，但它依赖于父 `Frame` 或 `Dialog`。当其父窗口隐藏或关闭时，`Dialog` 也会隐藏或关闭。此外，`Dialog` 可以是模态的，这意味着在 `Dialog` 关闭之前，它可以阻止用户对应用程序其他部分的输入。`JDialog` 是 `Dialog` 的Swing版本，结构与 `JFrame` 相同。 #### 5. 第一个GUI程序 让我们来编写一个简单的GUI应用程序，这个程序将是“最小化”且“行为良好”的。“最小化”意味着它将显示用户可以与之交互的最简单界面，“行为良好”意味着它将以适当的方式响应用户输入。 以下是示例代码： ```java package chap12; import javax.swing.JFrame; public class TestFrame { public static void main(String[] arg) { JFrame frame = new JFrame("Introduction to Swing"); frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); frame.setBounds(200, 100, 300, 200); frame.setVisible(true); } } ``` 编译和执行该示例的命令如下： ``` javac -d classes -sourcepath src src/chap12/TestFrame.java java -cp classes chap12.TestFrame ``` 运行这个示例后，你会看到一个窗口，点击窗口装饰（关闭框、最小化和最大化按钮），调整窗口大小，这个窗口在所有方面的行为都与你计算机上的标准窗口相同，无论使用的是什么操作系统。 #### 6. 代码解释 - **第6行**：使用 `JFrame` 是因为它提供了操作系统的标准装饰窗口，并且完全支持Swing的组件架构。我们向构造函数传递一个字符串参数，以便 `JFrame` 可以在其标题栏中显示标题。一个行为良好的程序通常会在其创建的窗口上显示标题，以将它们与其他应用程序创建的窗口区分开来。 - **第7行**：由于我们的程序只创建一个窗口，当用户尝试关闭窗口时退出应用程序是预期的行为。因此，我们调用 `frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE)`。可用的默认关闭操作选项如下： - `EXIT_ON_CLOSE` - 退出应用程序； - `DO_NOTHING_ON_CLOSE` - 不做任何操作； - `HIDE_ON_CLOSE` - 使窗口不可见，但将其保留在内存中以便重新显示； - `DISPOSE_ON_CLOSE` - 销毁窗口并释放相关内存。 你可以尝试修改第7行的代码，使用不同的选项，观察程序行为的变化。 - **第8行**：我们的程序设置了窗口的边界，而不是依赖于平台默认值。`JFrame` 从 `java.awt.Component` 继承了 `setBounds()` 方法，该方法的参数以像素为单位，并且在组件容器的坐标系中解释，这里的容器是计算机屏幕。宽度和高度参数包括框架的边框装饰，因此内容面板比其总边界略小。你可以注释掉第8行，重新编译并运行程序，观察结果。也可以更改边界参数，看看会发生什么，例如给某个参数赋负值，或者将宽度和高度设置为零。 - **第9行**：调用 `JFrame.setVisible(true)` 使窗口可见。 #### 7. 顶级容器的API 顶级容器的API包含大量方法，仅 `java.awt.Window` 就定义或重写了51个不同的方法，再加上从 `Container`、`Component` 和 `Object` 继承的方法，总共有约