第5章 图形程序设计

Java用户界面工具包简史：
Java1.1，包含了一个用于基本GUI程序设计的类库，名为抽象窗口工具包（Abstract Window Toolkit，AWT）基本AWT库将处理用户界面元素的任务委托给各个目标平台上的原生GUI工具包，由原生GUI工具包负责用户界面元素的创建和行为。
但不同平台难以获得一致性体验，且不同平台的AWT用户界面库中存在着不同的bug“一次编写，到处调试”
1996年，Netscape创建了 IFC（Internet Foundation Class）GUI库：采取与AWT完全不同的工作方式，将按钮，菜单等用户界面元素绘制在空白窗口上，底层窗口系统所需唯一功能就是能够显示一个窗口，并在窗口中绘制。
Sun与Netscape合作完善了这种方法，创建了Swing用户界面库（不基于对等元素的GUI工具包，建立在AWT架构之上，使用AWT的基本机制（特别是事件处理），提供更为强大的用户界面组件）

显示窗体

顶层窗口（没有包含在其他窗口中的窗体）称为窗体（frame），AWT库中有一个称为Frame的类，用于描述这个顶层窗口。Swing版本的类名为JFrame,扩展了Frame类,它是极少数几个不绘制在画布上的Swing组件之一。因此它的修饰部件（按钮，标题栏等）由用户的窗口系统绘制，而不由Swing绘制。

基本组件：eg:JButton,JTextField
容器：eg:JFrame,JPanel

创建窗体：

显示空白窗体：

默认窗体大小0×0像素（无意义）
这里构造器设置窗体大小为300×200像素，main方法中，构造一个SimpleFrame对象并使它可见。
所有Swing组件必须由事件分配线程配置，这是控制线程，它将鼠标点击和按键等事件传递给用户接口组件。

EventQueue.invokeLater(()->
{
	statement
});

定义用户关闭窗体的响应动作。这里只是简单的退出：
（在包含多个窗体的程序中，不能在用户关闭其中一个窗体时就让程序退出。默认情况下，用户关闭窗体只是将窗体隐藏起来）

frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);

仅仅构造窗体，窗体是不会自动显示的，窗体起初不可见，给程序员在窗体第一次显示之前向其中添加组件的机会，为了显示窗体，main方法中需要调用窗体的setVisible方法

frame.setVisible(true);

初始化语句结束后，main方法退出，退出main方法并没有终止程序，终止的只是主线程，事件分派线程会保持程序处于激活状态，直到关闭窗口或调用System.exit方法终止程序。

窗体属性：

JFrame类中一些处理窗口的方法：

• setLocation方法和setBounds方法用于设置窗体的位置
• setIconImage方法用于告诉窗口系统在标题栏，任务切换窗口等位置显示哪个图标。
• setTitle方法用于改变标题栏的文字
• setResizable利用一个boolean值确定是否允许用户改变窗体大小
  如图示：
  需要在Component类（所有GUI对象的祖先）和window类（Frame类的父类）中寻找调整窗口大小和位置的方法。
  如：Component类中有setLocation方法：重新定位组件——setLocation(x,y)窗口左上角要位于水平向右x像素，垂直向下y像素位置，坐标（0，0）是屏幕左上方位置。setBound（x,y,width,heigth）调整组件大小和位置。

组件类很多方法以获取/设置方法对形式出现，如：
public String getTitle()
public void setTitle(String title)
这样一对获取/设置方法被称为属性，属性有一个名和一个类型，如Frame类有一个名为title且类型为String的属性。
特别的：对于类型为boolean的属性，获取方法以is开头，如
public boolean isResizable()
public void setResizable(boolean resizable)

要确定适当的窗体大小，首先要得出屏幕的大小，调用Toolkit类的静态方法getDefault-Toolkit得到一个Toolkit对象（Toolkit类相当于一个基地，包含大量与原生窗口系统交互的方法），然后调用getScreenSize方法，这个方法以Dimension对象形式返回屏幕大小，Dimension对象同时用公共实例变量width,heigth保存屏幕的宽度和高度，使用屏幕大小的一个适当百分数指定窗口大小。如图示

在组件中显示信息

其中根窗口，层级窗口和玻璃窗格人们并不太关心，它们用来组织菜单栏和内容窗格以及实现观感，Swing程序员最关心的是内容窗格，添加到窗口的组件都会自动添加到内容窗格中。

Component c=new ...
frame.add(c);

要在一个组件上绘制，需要定义一个扩展JComponent的类，并覆盖其中的paintComponent方法。
paintComponent方法中有一个Graphics类型的参数，Graphics对象保存着用于绘制图像和文本的一组设置。Java中所有的设置必须通过Graphics对象完成，其中包含了绘制图案，图像和文本的方法。
无论何种原因，只要窗口需要重新绘制，事件处理器就会通知组件，从而引发执行所有组件的paintComponent方法，绝对不要自己调用paintComponent方法。只要应用的某个部分需要重新绘制，就会自动调用这个方法，不要人为干预这个自动处理过程。
触发这个自动响应的动作如：扩大窗口，极小化窗口又恢复窗口大小会引发绘制，其他窗口弹出并覆盖了已有窗口，让上层窗口消失时被覆盖的窗口已被破坏，需要重新绘制（图形系统不保存下层像素）等。
强制重新绘制屏幕：调用repaint方法，此方法将引发采用适当配置的Graphics对象调用所有组件的paintComponent方法。

Graphics对象的度量单位是像素，坐标（0，0）指示所绘制组件的左上角。

处理2D图形

Java1.2版本以来，paintComponent等方法会自动地接收一个Graphics2D类对象，只需要使用一个强制类型转换即可得到2D类对象

Java2D库采用面向对象方式组织几何图形，具体来说，提供了直线，矩形，椭圆类：Line2D,Rectangle2D,Ellipse2D,等多种复杂图形，且都实现了Shape接口。

绘制图形：首先创建一个实现了Shape接口的类的对象，然后调用Graphics2D类的draw方法

Java2D库针对像素采用浮点坐标，而非整数坐标。内部计算都采用单精度float。但考虑到操作float有时不方便（一些方法返回值可能为double,以及常量小数在Java默认为double，而double转换为float必须强制类型转换），因而为每个图形类提供两个版本。
使用double类可以避免处理float类型值，但float类型更节省存储空间
一些图形的绘制

使用颜色

使用graphics2D类的setPaint方法可以为图形上下文上的所有后续的绘制操作选择颜色。
可以用一种颜色填充一个封闭图形的内部，只需要将调用draw替换为调用fill

（fill方法会在右侧和下方少绘制一个像素，如绘制矩形:new Rectangle2D.Double(0,0,10,20),绘制的矩形将包括x=10和y=20的像素，若填充这个矩形则不会绘制x=10和y=20的像素）

设置背景颜色，需要使用Component类中的setBackground方法。

var component =new MyComponent();
component.setBackground(Color.PINK);

还有一个setForeground方法，用来指定在组件上进行绘制时使用的默认颜色。

使用字体

通过字体名指定字体，字体名由字体族名（如：”Helvetica“）和一个可选后缀（如”Bold“）组成。

获得计算机内可用字体：

import java.awt.*;
public class ListFonts
{
	public static void main(String[] args)
	{
		String[] fontNames=GraphicsEnvironment.//该类描述了用户系统的图形上下文
		getLocalGraphicsEnvironment().//为了得到上述类的对象，需要调用静态的getLocalGraphicsEnvironment方法
		getAvailableFontFamilyNames();//GraphicsEnvironment类的方法：返回一个字符串数组，其中包含了所有可用字体名
		for(String fontName:fontNames)
		{
			System.out.println(fontName);
		}
	}
}

使用某种字体绘制字符：

var sansbold14=new Font("SansSerif",Font.Bold,14);
//指定字体名，字体风格，字体大小
//字体大小即第三个参数，是以点数目计算的字体大小。（排版中普遍使用点数指示字体大小，每英寸包含72个点）
//字体风格第二个参数，允许：常规（Font.PLAIN），加粗(Font.BOLD)，斜体(Font.ITALIC)，加粗斜体(Font.BOLD+Font.ITALIC)

常规字体大小为1点，可以使用deriveFont方法得到所需大小字体
deriveFont方法有两个重载版本：
float参数：设置字体大小（fa.deriveFont(14.0F)）
int参数：设置字体风格( fa.deriveFont(14)结果为斜体，14的二进制表示的是ITALIC位为1，BOLD位为0)

若想让字符串居中显示：需要得到一个表示屏幕设备字体属性的对象，需要调用Graphics2D中的getFontRenderContext方法，将返回一个FontRenderContext类的对象，将这个对象传递给Font类的getStringBounds方法，此方法将返回包围字符串的矩形。

显示图像

使用ImageIcon类从文件中读取图像

Image image=new ImageIcon(filename).getImage();

变量image包含了一个封装了图像数据的对象的引用，可以使用Graphics类的drawImage方法显示这个图像

public void paintComponent(Graphics g)
{
	g.drawImage(image,x,y.null);
}

平铺显示：

for(int i=0;i*imageWidth<=getWidth();++i)
	for(int j=0;j*imageHeight<=getHeight();++j)
	{
		if(i+j>0) g.copyArea(0,0,imageWidth,imageHeight,i*imageWidth,j*imageHeight);
	}

事件处理

任何支持GUI的操作环境都要不断地监视按键或点击鼠标这样的事件，事件再报告给正在运行的程序，每个程序将决定如何对这些事件做出响应。

基本概念

在JavaAWT中，事件源（如按钮或滚动条等）有一些方法，允许注册事件监听器，这些对象会对事件做出所需的响应。通知一个事件监听器发生了某个事件时，这个事件的相关信息会封装在一个事件对象中。Java中，所有事件对象最终派生于java.util.EventObject类，不同的事件源可以产生不同类型的事件。
只要按钮产生了一个动作事件”按钮点击“，listener对象就会得到通知，要实现ActionListener接口，监听器类必须有一个名为actionPerformed方法，该方法接收一个ActionEvent对象作为参数。
点击按钮->JButton对象创建一个ActionEvent对象->调用所有监听器的listener.actionPerformed(event)，并传入事件对象

一个示例：点击按钮修改面板的背景颜色

import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;

public class ButtonFrame extends JFrame {
    private JPanel buttonPanel;
    private static final int DEFAULT_WIDTH=300;
    private static final int DEFAULT_HEIGHT=200;
    public ButtonFrame()
    {
        setSize(DEFAULT_WIDTH,DEFAULT_WIDTH);

        //create buttons
        var yellowButton =new JButton("Yellow");
        var blueBuuton=new JButton("Blue");
        var redButton=new JButton("Red");

        buttonPanel=new JPanel();
        buttonPanel.add(yellowButton);
        buttonPanel.add(blueBuuton);
        buttonPanel.add(redButton);

        add(buttonPanel);//add panel to frame

        //create button actions
        var yellowAction=new ColorAction(Color.YELLOW);
        var blueAction=new ColorAction(Color.BLUE);
        var redAction=new ColorAction(Color.RED);

        //associate actions with buttons
        yellowButton.addActionListener(yellowAction);
        blueBuuton.addActionListener(blueAction);
        redButton.addActionListener(redAction);
    }

    private class ColorAction implements ActionListener
    {
        private Color  backgroundColor;
        public ColorAction(Color c)
        {
            backgroundColor=c;
        }

        public void actionPerformed(ActionEvent event)
        {
            buttonPanel.setBackground(backgroundColor);
        }

    }
}

AWT事件继承层次

• Java中所有事件的父类都是java.util.EventObject
• AWT事件类的父类为java.util.AWTEvent,这是EventObject的直接子类
• 如果某事件监听器接口有多个方法，而实际只对其中某个或几个方法感兴趣，可使用相对应的适配器类

AWT将事件分为底层事件和语义事件，语义事件是指用户动作的事件：如点击按钮，因此ActionEvent是一种语义事件。底层事件是使语义事件得以发生的事件：点击按钮时包括了按下鼠标，移动鼠标，和松开鼠标。调节滚动条是一种于语义事件，但拖动鼠标是底层事件。

常见语义事件类型

• ActionEvent（按钮点击，菜单选择，选择列表项，在文本域中键入enter)
• AdjustmentEvent（用户调节滚动条）
• MouseEvent（鼠标键被按下，释放或拖动）
• FocusEvent（某个组件获得焦点或失去焦点）
• ItemEvent（用户从复选框或列表项中选择一项）
• KeyEvent（一个键被按下或释放）
• MouseWheelEvent（鼠标滚轮被转动）
• WindowEvent（窗口状态被改变）
• AWT监听器接口，事件和事件源列表P471

对应监听器：~Listener eg:ActionListener
适配器类：
~Adapter eg:MouseAdapter；FocusAdapter
每个含有多个方法的AWT监听器接口都配有一个适配器类，这个类实现了接口中的所有方法，但每个方法并不做任何事情

鼠标事件：

用户点击鼠标按钮时，将会调用三个监听器方法：

• 鼠标第一次被按下时调用mousePressed；
• 鼠标被释放时调用mouseReleased；
• 最后调用mouseClicked
  如果只对最终的点击事件感兴趣，可以忽略前两个方法。
  以MouseEvent类对象为参数，调用getX(),getY()方法可以获得鼠标被按下时鼠标指针所在的x，y坐标。想要区分单击，双击和三击（！），需要使用getClicked方法。

当鼠标在窗口上移动时，窗口会收到一连串的鼠标移动事件。PS：有两个独立的接口MouseLIstener和MouseMotionListener，这样做有利于提高效率，当用户移动鼠标时，会有大量鼠标事件，只关心鼠标点击的监听器就不会被多余的鼠标移动事件所干扰。
用户在移动鼠标的同时按下鼠标，就会生成mouseDragged调用而不是mouseMoved调用。只有鼠标在一个组件内部停留才会调用mouseMoved方法。
mouseEntered，mouseExited在鼠标进入或移出组件时被调用。

键盘事件