一、概述

本章介绍的内容是Java图形程序设计。图形用户界面（Graphic User Interface, GUI）广泛地应用于客户机/服务器应用程序和基于Web的applet小程序。

在最初引入Java的阶段，一般使用抽象窗口工具集（Abstract Window Toolkit, AWT）库中的图形组件。对Java运行的各个平台，AWT的组件通过它们各自的代理映射成平台特定的组件，这些代理称为同位体（peer）。AWT仅适用于简单的GUI程序，缺少剪贴板、打印支持、键盘导航等特性，原来的AWT甚至不包括弹出式菜单或滚动窗格等基本元素。此外，AWT容易发生平台特定故障，这是由于它的基于同位体的解决方案非常依赖于底层平台。

随着Java2的发展，AWT的用户界面组件被更稳定、通用、灵活的库取代，这个库就是Swing组件库。Swing是由100%纯Java实现的，Swing组件是用Java实现的轻量级（light-weight）组件，没有本地代码，不依赖操作系统的支持，这是它与AWT组件的最大区别。对应地，AWT组件被称为重型（heavy-weight）组件，它们必须使用特定系统上的本地GUI来绘制。Swing比AWT组件具有更强的实用性，在不同的平台上表现一致，并且有能力提供本地窗口系统不支持的其它特性。尽管Java2仍然支持AWT组件，建议在学习的过程中使用Swing组件编程，因为Swing用户界面组件具有更高的优势和更好的发展前景。

Java提供了丰富的有助于创建图形用户界面的类，这些类包括框架、面板、标签、文本域、文本区、组合框、复选框、单选按钮、菜单、滚动条、滚动窗格和选项卡等。

目前，Swing组件不能取代AWT的全部类，只能替代AWT的用户界面组件（Button、TextField、TextArea等），其他辅助类（Graphics、Color、Font、FontMetrics、LayoutManager）仍保持不变。此外，Swing组件仍使用AWT的事件模型。

二、Java图形类层次

Java图形程序类可以分为三组：容器类（container class）、界面组件类（component class）和辅助类（helper class）。容器类，如JFrame、JPanel和JApplet等，用来包含其他组件。界面组件类，如JButton、JTextField、JTextArea、JLabel、JComboBox、JList、JRadioButton和JMenu等，都是JComponent类的子类，它们是构建图形用户界面的基本元素。辅助类，如Color、Font、FontMetrics、Dimension和LayoutManager等，是组件和容器用于绘制和放置对象的。

三、框架

Java程序有两种类别的应用，分别是应用程序application和小程序applet（applet是嵌入在HTML网页中以Web方式调用，参见第9章内容）。application需要创建并处理框架。

1. 创建框架

JFrame类在包javax.swing中，在创建框架时需要包含导入语句：

import javax.swing.*;

JFrame类的构造方法有两个，用于创建JFrame对象。

public JFrame();

创建一个空标题的JFrame对象。

public JFrame(String title);

创建一个指定标题的JFrame对象。

【例8.1】 创建框架的简单程序。

//MyFrame.java

import javax.swing.*;

public class MyFrame {

　　public static void main(String[] args) {

　　　JFrame frame = new JFrame("Simple Frame");

　　　frame.setSize(400, 120);

　　　frame.setVisible(true);

　　}

}

运行结果：

方法setSize(400, 120)指定框架的宽度和高度分别为400和120像素。如果不使用setSize方法，框架的宽度和高度都是0，在这种情况下仅能观察到标题栏。方法setVisible(true)指定框架可见，创建完框架后，不调用该方法的话，框架就不会显示。如果要在程序运行过程中隐藏框架窗口，可将参数设置为false。

2. 调整框架的外观

在默认情况下，框架显示在屏幕的左上角。要在指定的位置显示框架，可调用setLocation(int x, int y)方法，该方法将框架放置在屏幕的(x, y)处。

许多情况下要求框架居中显示。要实现这个要求，首先需要计算屏幕的宽和高，以便确定框架的位置坐标。屏幕的尺寸可以通过java.awt.Toolkit类得到，java.awt.Dimension类的实例封装了宽度和高度。语句为：

Dimension screenSize = Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenSize();

int screenWidth = screenSize.width;

int screenHeight = screenSize.height;

而框架的大小可以通过setSize方法得到。

Dimension frameSize = frame.getSize();

根据屏幕尺寸和框架大小可以确定框架的位置，如图8.1所示。

int x = (screenWidth–frameSize.width())/2;

int y = (screenHeight–frameSize.height())/2;

图 8.1居中显示框架

最大化框架窗口的语句如下：

   frame.setExtendedState(JFrame.MAXIMIZED_BOTH);

禁止框架窗口大小被改变的语句如下：

   frame.setResizable(false);

3. 向框架中添加组件

框架作为容器，允许向其内容窗格中加入组件。例如：

frame.getContentPane().add(new JButton(“OK”));

JFrame类中的getContentPane方法可以返回框架的内容窗格，其中包含了框架中的各个组件。实例中使用new JButton来创建按钮对象，并添加到内容窗格中。如图8.2所示。

图8.2 在框架中添加组件

 不管如何调整框架的大小，按钮始终保持处于内容窗格的中央，并且占据整个窗格。此时，框架使用的是默认的布局管理器。

四、布局管理器

在容器中放置的GUI组件，是由容器的布局管理器来安排位置的。在8.3.3节的例中，虽然没有指定按钮对象的位置，但是框架frame的布局管理器能够将组件放置在合适的位置。

布局管理器包括：FlowLayout、GridLayout、BorderLayout、CardLayout和GridBagLayout等。它们都包含在java.awt包内，实现了LayoutManager接口。在使用时需要导入语句：

import java.awt.*;

为容器设置布局管理器的语法为：

container.setLayout(new SpecificLayout());

其中，容器container可以是JFrame、JApplet或是JPanel的内容窗格，SpecificLayout则指定了某种布局管理器。

在下面的内容中，就FlowLayout、GridLayout、BorderLayout三种布局管理器进行介绍。

1. FlowLayout布局管理器

FlowLayout布局管理器使用最为简单，是按照组件添加的顺序由左至右排列在容器内，一行排满后自动排列新一行。在FlowLayout中可以指定组件的对齐方式，即：FlowLayout.RIGHT（居右）、FlowLayout.CENTER（居中）和FlowLayout.LEFT（居左）。并且允许指定组件间距的像素值。

FlowLayout有三个构造方法。

public FlowLayout()

创建一个FlowLayout对象，默认的对齐方式是居中对齐，水平和垂直间距都是5个像素。

public FlowLayout(int align)

按照指定的对齐方式创建FlowLayout对象，默认的水平和垂直间距都是5个像素。

public FlowLayout(int align, int hGap, int vGap)

这个方法按照指定的对齐方式和间距创建FlowLayout对象。

【例8.2】 演示FlowLayout布局管理器的使用，在例子中对框架中的10个按钮进行排列。

　　//FlowLayoutTest.java

　　import javax.swing.*;

　　import java.awt.*;

　　public class FlowLayoutTest extends JFrame {

　　　　public FlowLayoutTest() {

　　　　getContentPane().setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.LEFT, 10, 10));

　　　　for (int i = 1; i <= 10; i++)

　　　　　　getContentPane().add(new JButton("Button " + i));

　　}

public static void main(String args[]) {

　　　FlowLayoutTest frame = new FlowLayoutTest();

　　　frame.setTitle("Test FlowLayout");

　　　frame.setSize(400, 150);

　　　frame.setVisible(true);

　}

}

运行结果：

在实例中的FlowLayoutTest是JFrame的派生类。在构造方法中使用FlowLayout布局管理器对框架中的组件进行排列。指定的布局方式为左对齐，且水平和垂直间距都为10个像素。在调整框架的大小时，组件会随之自动地排列以适合框架。setTitle方法是在java.awt.Frame类中定义的，为Frame指定标题。JFrame类是Frame类的派生类，可以继承该方法。

2. GridLayout布局管理器

GridLayout布局管理器是以指定的行数和列数构建一个网格（二维矩阵）的形式来对组件进行排列。组件按照添加的顺序从左至右排列，从第一行开始，依次类推。GridLayout也有三个构造方法。

public GridLayout()

以每行一列的方式构造一个新的GridLayout对象。

public GridLayout(int rows, int cols)

根据指定的行数和列数构造一个新的GridLayout对象。默认的水平和垂直间距为0。

public GridLayout(int rows, int cols, int hGap, int vGap)

该方法根据指定的行数和列数，以及组件的水平和垂直间距构造一个新的GridLayout对象。

网格的行数和列数的基本规则为：

(1) 行数或列数可以为0，但不能全为0。当其中一个维数为0时，不为0的维数由指定值固定，为0的维数由GridLayout动态计算。例如，如果指定网格的行数为0，列数为3，组件的个数为10。GridLayout创建4行3列的网格，其中第4行仅第1个单元格内包含一个组件。

(2) 如果行数和列数都不为0，则行数为固定的，列数被忽略，并由布局管理器动态计算。如果指定一个3行3列的GridLayout，且组件数为10。GridLayout创建3行4列的网格，其中第3行包含2个组件。

【例8.3】 用GridLayout布局管理器在框架中排列组件，演示的是创建一个4行3列的GridLayout，且包含10个按钮。

//TestGridLayout.java

import javax.swing.*;

import java.awt.*;

public class TestGridLayout extends JFrame {

　　public TestGridLayout() {

　　　　getContentPane().setLayout(new GridLayout(4, 3, 5, 5));

　　　　for (int i = 1; i <= 10; i++)

　　　　　　getContentPane().add(new JButton("Button " + i));

}

public static void main(String args[]) {

　　　TestGridLayout frame = new TestGridLayout();

　　　frame.setTitle("Test GridLayout");

　　　frame.setSize(400, 150);

　　　frame.setVisible(true);

　　}

}

运行结果：

3. BorderLayout布局管理器

BorderLayout布局管理器将内容窗格分为五个部分：BorderLayout.EAST（东区）、BorderLayout.SOUTH（南区）、BorderLayout.WEST（西区）、BorderLayout.NORTH（北区）和BorderLayout.CENTER（中央）。使用add(component, index)方法可以将组件添加到布局管理器中，其中index代表五个部分中的指定值。 BorderLayout是JFrame采用的默认布局。BorderLayout布局中，add方法允许省略参数index，默认为BorderLayout.CENTER。

BorderLayout有两个构造方法。

public BorderLayout()

该方法构造一个新的BorderLayout对象，各个组件之间的水平间距和垂直间距为0。

public BorderLayout(int hGap, int vGap)

该方法根据指定的水平和垂直间距来构造BorderLayout对象。

组件根据它们最合适的尺寸和在容器中的位置来放置。南区和北区的组件可以水平扩展，东区和西区的组件可以竖直拉伸，中央组件既可以水平扩展也可以竖直拉伸以填满空白区域。

【例8.4】 使用BorderLayout布局管理器在框架中排列组件，分别在东区、南区、西区、北区和中央位置放置按钮组件。

//TestBorderLayout.java

import javax.swing.*;

import java.awt.*;

public class TestBorderLayout extends JFrame {

　　public TestBorderLayout() {

　　　　getContentPane().setLayout(new BorderLayout(5, 5));

　　　　getContentPane().add(new JButton("East"), BorderLayout.EAST);

　　　　getContentPane().add(new JButton("South"), BorderLayout.SOUTH);

　　　　getContentPane().add(new JButton("West"), BorderLayout.WEST);

　　　　getContentPane().add(new JButton("North"), BorderLayout.NORTH);

　　　　getContentPane().add(new JButton("Center"), BorderLayout.CENTER);

　　　　}

public static void main(String[] args) {

　　　TestBorderLayout frame = new TestBorderLayout();

　　　frame.setTitle("Test BorderLayout");

　　　frame.setSize(400, 150);

　　　frame.setVisible(true);

　　}

}

运行结果：

在BorderLayout布局中的组件按照所在的区域自动延伸。

五、颜色和字体

1. 颜色

可以使用java.awt.Color类为GUI组件设置颜色。颜色由红、绿、蓝三种原色组成，每种原色的亮度用一个byte值表示，从0（最暗）到255（最亮），也就是所说的RGB模式。

Color对象的构造方法为：

public Color(int r, int g, int b)

java.awt.Color将13种标准颜色定义为常量，可以使用类似Color.RED的方式来使用。

可以调用Component类的setBackground和setForeground方法来设置组件的背景色和前景色。例如：

JPanel panel = new JPanel();

Panel.setBackground(new Color(255, 0, 0));

2. 字体

字体和字体尺度包含在Font和FontMetrics类中。

设置字体时，需要从Font类中创建Font对象，构造方法如下：

public Font(String name, int style, int size)

name指定了字体名，常用的字体名包括ScanSerif、Serif、Monospaced、Dialog等；style指定了字型，可以选择Font.PLAIN、Font.BOLD和Font.ITALIC，字型可以组合使用；size指定了字体的字号。如：

Font font1 = new Font(“ScanSerif”, Font.BOLD, 16);

Font font2 = new Font(“Serif”, Font.BOLD+Font.ITALIC, 12);

FontMetrics类用来计算字符串的精确长度和宽度，对于度量字符串的大小以便在正确的位置显示是非常有效的。FontMetric的属性包括：

Leading：表示文本行之间的距离。

Ascent：表示字符从基线到其顶端的高度。

Descent：对于j、y、g等字符，表示从基线到底端的距离。

Height：是前三项的总和。

这些属性参见下图：

图 8.3 FontMetrics的属性量度

FontMetric对象的获取，需要调用Graphics类的getFontMetrics方法：

public FontMetrics getFontMetrics()

获取当前字体的FontMetrics信息。

public FontMetrics getFontMetrics(Font font)

获取字体font的FontMetrics信息。

字体信息的获取方法包括：

  public int getAscent()

  public int getDescent()

　　　public int getLeading()

  public int getHeight()

  public int stringWidth(String str)

六、图形绘制

与字符串的绘制类似，图形绘制也是由java.awt.Graphics类实现的，通常在面板JPanel进行绘制。

1. 绘制基本图形

（1）绘制直线    （2）绘制矩形    （3）绘制椭圆

2. 绘制直线

绘制直线的方法为：

public void drawLine(int x1, int y1, int x2, int y2)

其中，参数指定了直线的起点（x1, y1）和终点（x2, y2）。

3. 绘制多边形

Polygon类封装了坐标空间中封闭的二维区域的描述。此区域以任意条线段为边界，每条线段都是多边形的一条边。在内部，一个多边形包含一列 (x, y) 坐标对，其中每个坐标对定义多边形的一个顶点，且两个连续的坐标对是多边形一条边的端点。第一个和最后一个 (x, y) 坐标通过一条线段相连，形成一个封闭的多边形。

Polygon的构造方法包括：

public Polygon()

方法创建了一个空的Polygon对象，通过调用addPoint(int x, int y)方法来增加顶点。

public Polygon(int[] xPoints, int[] yPoints, int nPoints)

其中，xpoints和ypoints指定了多边形的一系列顶点，npoints指示了顶点的个数。可以使用Polygon对象来绘制多边形，方法如下：

public void drawPolygon(Polygon poly)

语句如下：

int[] xpoints = {40, 70, 60, 45, 20};

int[] ypoints = {20, 40, 80, 45, 60};

Polygon poly = new Polygon(xpoints, ypoints, 5);

g.drawPolygon(poly);

也可以用数组来直接绘制多边形。

public void drawPolygon(int[] xPoints, int[] yPoints, int nPoints)

另外，可以调用方法来绘制不封闭的多边形，它绘制有x坐标和y坐标数组定义的相连线段，如果第一个点不同于最后一个点则图形不封闭。方法如下：

public void drawPolyline(int[] xPoints, int[] yPoints, int nPoints)

4. 图形绘制实例

【例8.5】 在面板中绘制一个时钟，该时钟由时针、分针和秒针组成，画表针需要确定两个端点，一个端点是时钟的中心（xCenter,yCenter），另一个端点（x,y）由下面的算式决定。

x = xCenter +handLen * sin(a);

y = yCenter - handLen * cos(a);

角度a的单位是弧度，令hour、minute和second分别表示当前的时、分、秒。

时针的角度为：(hour%12+minute/60+second/(60*60))*(2*PI/12)

分针的角度为：(minute+second/60)*(2*PI/60)

秒针的角度为：second*(2*PI/60)

为了简单起见，在计算时针和分针角度时，可以忽略秒数，因为秒数的影响非常小。

//DisplayClock.java

import javax.swing.*;

import java.awt.*;

public class DisplayClock extends JFrame {

　　　　　private ClockPanel panel = new ClockPanel();

　　　　　public DisplayClock() {

　　　　　　　　panel.setTime(21, 5, 25);

　　　　　　　　getContentPane().add(panel);

　　　　　}

　　　　　public static void main(String[] args) {

　　　　　　　　DisplayClock frame = new DisplayClock();

　　　　　　　　frame.setTitle("Display Clock");

　　　　　　　　frame.setSize(200, 200);

　　　　　　　　frame.setVisible(true);

　　　　　}

}

class ClockPanel extends JPanel {

　　　　private int hour = 0, minute = 0, second = 0;

　　　　private int xCenter, yCenter;

　　　　private int radius;

   public void setTime(int hour, int minute, int second) {

　　　　　　　if (hour < 0) this.hour = 0;

　　　　　　　else if (hour > 23) this.hour = 23;

　　　　　　　else this.hour = hour;

　　　　　　　if (minute < 0) this.minute = 0;

　　　　　　　else if (minute > 59) this.minute = 59;

　　　　　　　else this.minute = minute;

　　　　　　　if (second < 0) this.second = 0;

　　　　　　　else if (second > 59) this.second = 59;

　　　　　　　else this.second = second;

　　　　}

public void paintComponent(Graphics g) {

　　　　super.paintComponent(g);

　　　　// Initialize clock parameters

　　　　radius = (int) (Math.min(getSize().width, getSize().height) * 0.7 / 2);

　　　　xCenter = (getSize().width) / 2;

　　　　yCenter = (getSize().height) / 2;

　　　　// Draw circle

　　　　g.drawOval(xCenter - radius, yCenter - radius, 2 * radius, 2 * radius);

　　　　g.drawString("3", xCenter + radius, yCenter + 3);

　　　　g.drawString("6", xCenter - 3, yCenter + radius + 10);

　　　　g.drawString("9", xCenter - radius - 8, yCenter + 3);

　　　　g.drawString("12", xCenter - 5, yCenter - radius);

　　　　// Draw hour hand

　　　　int hLen = (int) (radius * 0.5);

　　　　int xHour = (int) (xCenter + hLen * Math.sin((hour % 12 + minute / 60.0) * (2 * Math.PI / 12)　　　　);

　　　　int yHour = (int) (yCenter - hLen * Math.cos((hour % 12 + minute / 60.0) * (2 * Math.PI / 12)));

　　　　g.drawLine(xCenter, yCenter, xHour, yHour);

　　　　// Draw minute hand

　　　　int mLen = (int) (radius * 0.75);

　　　　int xMinute = (int) (xCenter + mLen * Math.sin(minute * (2 * Math.PI / 60)));

　　　　int yMinute = (int) (yCenter - mLen * Math.cos(minute * (2 * Math.PI / 60)));

　　　　g.drawLine(xCenter, yCenter, xMinute, yMinute);

　　　　// Draw second hand

　　　　int sLen = (int) (radius * 0.9);

　　　　int xSecond = (int) (xCenter + sLen * Math.sin(second * (2 * Math.PI / 60)));

　　　　int ySecond = (int) (yCenter - sLen * Math.cos(second * (2 * Math.PI / 60)));

　　　　g.drawLine(xCenter, yCenter, xSecond, ySecond);

　　}

}

运行结果：

七、事件处理

在介绍Swing组件之前，首先要了解Java的事件处理方式。Java采用事件驱动的程序设计的方式，激活某个事件就开始执行相应的代码。

1. 事件和事件源

运行Java图形程序时，用户与程序进行交互，由事件来驱动程序的执行。事件（event）可以定义为程序发生某件事情的信号。用户行为，如点击按钮、移动或点击鼠标、按下键盘键等，可以引发事件。此外，操作系统如时钟等，也可以引发事件。程序可以对事件进行响应或忽略。

发生事件的组件对象称为事件源（event source）。例如，按钮是点击按钮事件的事件源。一个事件是事件类的实例，事件类的根类是java.util.EventObject。事件对象包含于事件有关的一系列属性，可以使用EventObject类的getSource方法来获得事件源。EventObject的子类处理特定类型的事件，事件、事件源和事件类的对应关系见下表。

                       表8.1 事件、事件源和事件对象

除了ListSelectionEvent包含在包javax.swing.event中，其余的事件类都包含在包java.awt.event中。

2. 事件注册、监听

事件要执行的话，需要在事件源对象上注册对应事件的监听器（listener）。Java使用事件委托处理模型来处理事件，在事件源对象上的外部行为引发事件，由监听器负责接收事件。

一般来说，不同的事件类需要实现不同的监听器接口，在接口中定义了不同的监听器方法，如表8.2所示。同时，一个事件源对象可以对应多个监听器，它拥有一个由监听器构成的队列。

                 表8.2 事件及其对应的监听器接口和方法

例如，如果一个框架中的按钮JButton对象的点击事件需要响应，必须由JButton对象注册，即通过JButton对象的方法来声明框架对象是JButton对象的监听器。同时，设置监听器方法，在监听器方法中实现对事件的处理代码。当点击按钮时，JButton对象产生一个ActionEvent事件并且通知监听器，通过调用在监听器方法中的代码来处理该点击事件。

JFrame需要实现监听器接口ActionListener。语句类似于：

public class TestActionEvent extends JFrame implements ActionListener {}

还要为按钮对象注册监听器：

button.addActionListener(this);

定义的监听器方法为：

public void actionPerformed(ActionEvent e) {}

在语句中，this代表JFrame对象，即声明JFrame对象是JButton对象的监听器。

3. 事件处理

监听器方法接到通知后，开始执行并进行事件处理。事件对象传递给事件处理方法，它包含与事件类型相关的信息。从事件对象中可以得到处理事件的相关数据。例如，可以使用方法e.getSource()得到源对象，用以判断事件源的类型等。

【例8.6】在框架中放置”OK”按钮，点击按钮后弹出消息框。

//ActionEventTest.java

import javax.swing.*;

import java.awt.*;

import java.awt.event.*;

public class ActionEventTest extends JFrame implements ActionListener {

　　　private JButton okBtn = new JButton("OK");

　　　public ActionEventTest() {

　　　　　okBtn.addActionListener(this);

　　　　　getContentPane().setLayout(new FlowLayout());

　　　　　getContentPane().add(okBtn);

　　　}

　　　public static void main(String[] args) {

　　　　　ActionEventTest frame = new ActionEventTest();

　　　　　frame.setTitle("Button Action");

　　　　　frame.setSize(400, 150);

　　　　　frame.setVisible(true);

　　}

　　public void actionPerformed(ActionEvent e) {

　　　　　if (e.getSource() == okBtn)

　　　　　　　JOptionPane.showMessageDialog(okBtn, "Click OK button!");

　　　}

}

运行结果：

【例8.7】对窗口事件的处理。在程序中监听框架窗口的打开和正在关闭事件，响应事件时弹出消息提示框。

//WindowEventTest.java

import javax.swing.*;

import java.awt.*;

import java.awt.event.*;

public class WindowEventTest extends JFrame implements WindowListener {

　　public WindowEventTest() {

　　　　addWindowListener(this);

　　}

　　public static void main(String[] args) {

　　　　WindowEventTest frame = new WindowEventTest();

　　　　frame.setTitle("Window Event Test");

　　　　frame.setSize(400, 150);

　　　　frame.setVisible(true);

　　}

　　public void windowOpened(WindowEvent e) {

　　　　JOptionPane.showMessageDialog(this, "Open window!");

　　}

　　public void windowClosing(WindowEvent e) {

　　　　JOptionPane.showMessageDialog(this, "Closing window!");

　　}

　　public void windowIconified(WindowEvent e) {

　　}

　　public void windowDeiconified(WindowEvent e) {

　　}

　　public void windowClosed(WindowEvent e) {

　　}

　　public void windowActivated(WindowEvent e) {

　　}

　　public void windowDeactivated(WindowEvent e) {

　}

}

由于WindowEventTest实现了WindowListener接口，必须定义WindowListener类定义的全部抽象方法，包括windowIconified等。