5.4.2 案例：图形库 graphics

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2023-12-01

5.4.2 案例：图形库 graphics

如前所述，Tkinter 是 Python 语言的标准库，可以利用 Tkinter 中的画布构件来绘制图形。虽然利用 Tkinter 来进行图形编程已经比较简单、方便，但对初学者来说可能还是有点小麻烦。例如，画布甚至都没有提供画“点”的方法，初学者希望画点时往往不知怎么办。又如，圆形一般都是通过圆心和半径来定义的，但在画布上画圆形时必须利用界限框（外接正方形）来定义。另外，对图形的各种操作（如移动图形、修改图形的选项值等）都是通过调用画布的方法来执行的，而根据面向对象的思想，更容易理解的做法应该是直接针对图形对象发出操作请求。

由于上述理由，有人①在 Tkinter 之上写了一个更容易使用的图形库——graphics。这个图形库是为教学目的而开发的，它将 Tkinter 的绘图功能以面向对象的方式重新包装了一下，使得初学者更容易学习和应用。使用 graphics 提供的功能实际上就是使用 Tkinter 的功能，但使用者并不知道这一点，也不需要知道这一点，这就是层次体系结构带来的效果。图 5.23 显示了 graphics 与 Tkinter 之间的关系，其中提到的 graphics 定义的各种图形类将在稍后介绍。

① Python Programming: An Introduction to Computer Science 的作者 John Zelle。

[图片丢失]

图 5.23 在 Tkinter 之上开发的 graphics

graphics 模块和说明文档可以从下列网站下载：

http://mcsp.wartburg.edu/zelle/python

下载后将 graphics.py 模块与你的图形程序放在一个目录中，或者放在 Python 安装目录中即可。下面我们简要介绍如何使用 graphics 模块。

首先，需要导入 graphics 模块：

>>> from graphics import *

其次，创建一个绘图窗口：

>>> win = GraphWin("My Graphics Window",300,200)

这条语句的含义是在屏幕上创建一个窗口对象，窗口标题为"My Graphics Window"，宽度为 300 像素，高度为 200 像素。三个参数都可以省略，缺省宽度和高度都是 200 像素。窗口的坐标系仍然是我们熟悉的，即以窗口左上角为原点，x 轴向右，y 轴向下。

通过 Graphwin 类创建绘图窗口的界面实际上是对底层 Tkinter 中创建画布对象界面的重新包装，也就是说，当程序员利用 graphics 模块创建绘图窗口时，系统会把这个请求向下转达给 Tkinter 模块，而 Tkinter 模块就创建一个画布对象并返回给上层的 graphics 模块。这样做不是没事找事多此一举，而是为了改善图形编程界面的易用性、易理解性。

接下去就可以在作图窗口中绘制图形了，稍后将介绍各种图形对象的创建方法。程序结束后应该关闭图形窗口，为此只需向窗口对象发如下消息即可：

>>> win.close()

下面介绍 graphics 模块支持的各种图形对象的用法。演示代码中总是假定已经导入了 graphics 模块并创建了绘图窗口 win。

点

graphics 模块提供了类型 Point 用于在窗口中画点。创建点对象的语句模式为：

>>> p = Point(<x 坐标>,<y 坐标>)

下面通过一个交互过程来在窗口中创建 Point 对象，并演示 Point 对象的方法的使用。

>>> p = Point(100,80)
>>> p.draw(win)
>>> print p.getX(),p.getY() 100 80
>>> p.move(20,30)
>>> print p.getX(),p.getY() 120 110

第一条语句创建了一个 Point 对象，该点的坐标为(100,80)，变量 p 被赋值为该对象。

这时在窗口中并没有显示这个点，因为还需要让这个点在窗口中画出来，为此只需向对象 p 发送消息 draw()，这就是第二条语句的目的，其意为“请求对象 p 执行 draw(win)方法，即在窗口 win 中将自己画出来”。第三条语句演示了 Point 对象的另两个方法 getX()和 getY()的使用，分别是获得点的 x 坐标和 y 坐标。第四条语句的含义是请求 Point 对象 p 改变位置，向 x 方向移动 20 像素，向 y 方向移动 30 像素。

此外，Point 对象还提供以下方法：

p.setFill()：设置点 p 的颜色。
p.setOutline：设置轮廓线的颜色。对 Point 来说，与 setFill 没有区别。
p.undraw()：隐藏对象 p，即在窗口中变成不可见的。注意，隐藏并非删除，对象 p 仍然存在，随时可以重新执行 draw()。
p.clone()：复制。复制一个与 p 一模一样的对象。

读者一定会觉得通过 Point 类来画点非常容易，但也会奇怪：graphics 是建立在 Tkinter 之上的一层软件，graphics 的所有功能都是依赖于 Tkinter 的功能实现的，但是 Tkinter 中并未提供画点功能啊。对这个疑问的解答很简单：Point 对象其实是 Tkinter 中的一个很小的矩形（参见图 5.23）！这是通过层次化改善图形编程界面的一个典型例子——当我们要画点时，就直接创建 Point 对象，而不是像在 Tkinter 中那样很别扭地创建一个矩形。

接下去介绍的其他图形对象就不再像 Point 这样详细解释并演示用法了，希望使用 graphics 模块的读者可以自行练习。

直线

直线类型为 Line，创建直线对象的语句模式为：

>>> line = Line(&lt;端点 1&gt;,&lt;端点 2&gt;)

其中两个端点都是 Point 对象。

和 Point 一样，Line 对象也支持 draw()、undraw()、move()、setFill()、setOutline()、clone()等方法。此外，Line 对象还支持 setArrow()方法，用于为直线画箭头。

圆形

圆形类型为 Circle，创建圆形对象的语句模式为：

>>> c = Circle(&lt;圆心&gt;,&lt;半径&gt;)

其中圆心是 Point 对象，半径是个数值。

Circle 对象同样支持 draw()、undraw()、move()、setFill()、setOutline()、clone()等方法。此外，Circle 对象还支持 c.getRadius()方法，用于获取圆形对象 c的半径。

椭圆

椭圆类型为 Oval，创建椭圆对象的语句模式为：

>>> o = Oval(&lt;左上角&gt;,&lt;右下角&gt;)

其中左上角和右下角是两个 Point 对象，用于指定一个矩形，再由这个矩形定义一个内接椭圆。

椭圆对象同样支持 draw()、undraw()、move()、setFill()、setOutline()、 clone()等方法。

矩形

矩形类型为 Rectangle，创建矩形对象的语句模式为：

>>> r = Rectangle(&lt;左上角&gt;,&lt;右下角&gt;)

其中左上角和右下角是两个 Point 对象，用于指定矩形。

矩形对象同样支持 draw()、undraw()、move()、setFill()、setOutline()、clone() 等方法。此外，矩形还支持的方法包括 r.getP1() 、 r.getP2() 和 r.getCenter()，分别用于获取左上角、右下角和中心，返回值都是 Point 对象。

多边形

多边形类型为 Polygon，创建多边形对象的语句模式为：

>>> poly = Polygon(&lt;顶点 1&gt;,..., &lt;顶点 n&gt;)

将各顶点用直线相连，即成多边形。

矩形对象同样支持 draw()、undraw()、move()、setFill()、setOutline()、 clone()等方法。此外还支持方法 poly.getPoints()，用于获取多边形的各个顶点。

文本

文本类型为 Text，创建文本对象的语句模式为：

>>> t = Text(&lt;中心点&gt;,&lt;字符串&gt;)

其中，中心点是个 Point 对象，字符串是显示的文本内容。

文本对象支持 draw()、undraw()、move()、setFill()、setOutline()、clone()等方法，其中 setFill()和 setOutline()方法都是设置文本的颜色。文本对象还支持方法 t.setText(<新字符串>)用于改变文本内容，方法 t.getText()用于获取文本内容，方法 t.setTextColor()用于设置文本颜色。