作者：王维波 栗宝鹃 张晓东
出版社：人民邮电出版社有限公司
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Python Qt GUI与数据可视化编程试读：
前言
Python作为一个开源的解释型编程软件，在教学、科研、实际项目中用得越来越多。Python易学易用，程序资源丰富，在编程解决一些科学计算问题时比较实用，但是Python自带的Tkinter包设计GUI程序的功能比较弱，无法设计专业的GUI应用程序。
Qt C++类库是一套广泛使用的跨平台GUI设计类库，PyQt5是Qt5 C++类库的Python绑定，使用PyQt5在Python里编程，可以将Python丰富的科学计算、图形显示等功能与PyQt5的GUI设计功能结合起来，开发出比较专业的Python GUI应用程序，便于对研究成果进行有效的集成与展示。
目前，介绍Python编程的书很多，但是专门介绍PyQt5 GUI编程的书很少。本书介绍两个主题：一个是使用PyQt5进行GUI应用程序设计，另一个是使用PyQtChart、PyQtDataVisualization和Matplotlib在GUI程序的窗口界面上嵌入数据可视化功能。这两个主题都是非常实用的，可以将研究成果集成为一个GUI应用程序，进行交互式操作和结果展示。本书内容
本书介绍在Python中使用PyQt5、PyQtChart、Matplotlib等进行GUI应用程序设计和数据可视化编程的方法，全书的内容分为三部分。
第一部分是PyQt5开发基础，包括第1章和第2章。
第1章介绍Python、Qt、PyQt5的特点和安装方法，在Windows中建立开发环境。
第2章介绍使用PyQt5开发GUI应用程序的基本框架原理，包括GUI应用程序的基本结构、使用可视化设计UI窗体时开发GUI程序的流程和框架、信号与槽的使用方法等。掌握了第2章的内容就掌握了PyQt5开发GUI应用程序的框架性原理，再学习第二部分和第三部分就很容易了。
第二部分是GUI应用程序设计，从第3章至第11章。
这部分介绍GUI应用程序设计中常用的一些功能模块的编程使用方法，包括常用界面组件的使用、Model/View结构、事件处理、对话框和多窗口设计、数据库、绘图、文件读写和操作、多媒体、多语言界面和Qt样式表定制界面等。
这部分的内容根据PyQt5和Python各自的特点做了取舍，总体的原则就是对GUI程序设计中必需的，而Python中没有或功能不强的模块进行介绍。例如，Python虽然有自带的数据库、多媒体、文件读写功能模块，但是功能不如PyQt5的相应模块，或不易与PyQt5的GUI程序的窗口界面结合使用，因此本书就介绍PyQt5的数据库、多媒体、文件读写功能模块。而Python自带的多线程编程功能已经比较全，且不涉及用户界面，因此本书就不介绍PyQt5的多线程编程功能。Python有很多功能强大的第三方网络功能模块，因此没有必要介绍PyQt5的网络编程功能。
第三部分是数据可视化编程，从第12章至第14章。
Chart和Data Visualization模块是Qt C++类库的一部分，分别用于二维图表绘制和三维数据可视化，但是PyQt5中没有这两个模块，需要单独安装PyQtChart包和PyQtDataVisualization包。第 12 章介绍使用PyQtChart模块绘制各种二维图表的编程方法，第13章介绍使用PyQtDataVisualization模块绘制三维柱状图、三维散点图和三维曲面图的编程方法。
Matplotlib是Python中应用最广泛的数据可视化模块，但是一般介绍Matplotlib数据可视化的书很少详细介绍将Matplotlib嵌入GUI窗口上的编程方法。第14章专门介绍Matplotlib与PyQt5结合，嵌入GUI程序中实现数据可视化的编程方法，这是在编写集成化的Python GUI应用程序时经常遇到的，是非常实用的功能。本书学习路线
本书使用的编程语言是Python，但是本书并不会介绍Python语言基础，需要读者对Python编程有一定的了解，特别是对Python的面向对象编程原理要比较熟悉。如果读者对Python不够熟悉，需要参考专门介绍Python编程基础的书，学会Python后再来学习本书。
本书的内容虽然用到Qt的IDE，即Qt Creator，但是并不需要编写任何C++语言程序，所以读者无须具有C++语言基础。当然，如果读者有C++语言基础，或者对Qt C++编程比较熟悉，对阅读本书的内容是非常有帮助的。
学习本书应从第一部分开始。第1章介绍本书用到的各个软件及其安装，搭建开发环境。第2章是本书的基础和重点内容，介绍了PyQt5 GUI应用程序的基本代码框架、基于UI窗体可视化设计的GUI应用程序的设计流程和工具软件pyuic5的使用、UI与窗体业务逻辑分离设计的原理、Qt的核心技术信号与槽的使用方法、Qt Creator中管理和使用资源文件，以及通过工具软件pyrcc5将资源文件转换为Python程序的方法。第2章还创建了3个单窗口项目模板，本书的大部分示例都是基于这几个项目模板创建的。
掌握了第2章的内容就掌握了用PyQt5设计GUI程序的技术框架，剩下的就是PyQt5中用于GUI应用程序设计的各种类的使用了。
第二部分介绍PyQt5 GUI程序设计中各个技术模块的使用方法，包括常用界面组件、Model/View结构、事件处理、对话框与多窗口设计、数据库、绘图、文件、多媒体等，读者可以根据自己的需要学习或查阅相应章节。第11章有两个新的技术点不在第2章介绍的技术框架内，分别是多语言界面设计方法和Qt样式表定制界面方法。
第三部分介绍数据可视化设计方法。PyQtChart和PyQtDataVisualization是Qt C++类库相应模块的Python绑定，分别用于二维图表和三维数据可视化设计，其内容的介绍比较全面。另外由于Matplotlib在Python数据可视化中应用广泛，第14章专门介绍将Matplotlib嵌入GUI窗体上实现交互式数据可视化的设计方法，包括主要的技术点和一些常用二维图和三维图的编程使用方法。
PyQtChart、PyQtDataVisualization与Matplotlib的某些功能是重合的，但它们各有千秋，读者可根据自己的需要和熟悉的内容选择学习和使用。如果读者熟悉Qt C++类库中的二维图表和三维数据可视化模块的使用，就参阅第12章和第13章；如果读者熟悉Matplotlib的使用，就参阅第14章。示例源程序
本书的示例程序都是在64位Windows 7系统里开发和测试的。在开始编写本书时使用的是Qt 5.11和PyQt 5.11，完成本书初稿时已经发布了Qt 5.12和PyQt 5.12，由于Qt 5.12是一个LTS（Long Term Supported）版本，于是又用Qt 5.12和PyQt 5.12对全书内容和程序进行了检查、修改和测试。
本书使用的各个软件或Python包的版本分别是Python 3.7.0、Qt 5.12.0、PyQt 5.12、PyQtChart 5.12、PyQtDataVisualization 5.12、Matplotlib 3.0.0。
读者在拿到本书进行阅读和学习时，这些软件肯定已经有更新的发布版本了。读者在构建开发环境时使用最新的软件版本即可，不必与本书使用的软件版本完全一致，因为这些软件在大的版本序列里基本上是向下兼容的。
本书提供所有示例源程序的下载，读者可以到人民邮电出版社异步社区搜索到本书后，根据提示下载本书的示例程序资源。本书提供两套示例源程序，使用目的不同。
一套是具有全部源码的程序，包括Qt项目、UI窗体、Python程序等，其中的Python主程序可以直接运行，显示示例运行结果。读者可以使用这套源程序测试和查看示例运行结果，并查看已设计好的UI窗体和Python程序文件。
另外一套是只有UI窗体的不完整程序，包括Qt项目、UI窗体、Python程序框架，其中的Python程序文件只有基本框架，没有功能实现代码。这套程序是为了便于读者使用已经设计好的UI窗体，根据书上介绍的内容和过程，在Python程序框架里自己编写程序，逐步实现功能。之所以保留UI窗体，是因为UI窗体的可视化设计是个比较耗时间的过程，读者如果自己从头开始设计UI窗体，难以保证所有组件的名称和属性与示例的一致，在Python编程实现业务功能时容易出现问题。
作者一贯认为UI窗体的可视化设计不是学习编程的重点，窗体界面的创建能用可视化设计解决的就不要用代码。一般情况下，做过几个示例后很快就可以掌握UI窗体可视化设计的方法，所以，学习编程的重点是各种界面组件和功能类的接口函数、信号的灵活使用，以实现程序的业务逻辑功能。本书约定
本书编写和运行Python程序使用Python 3.7自带的软件IDLE，对于Python程序有如下的约定。● Tab缩进使用3个空格。因为Python源程序是采用缩进确定代码
段的，排版时为减少缩进空格数，本书设置Tab为3个空格。● 代码段的缩进只用相对缩进。在文中一个代码段内的代码使用相
对缩进，而不是整个程序文件内的缩进。资源与支持
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本书介绍如何在Python中使用PyQt5进行图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）应用程序开发，使用的编程语言是Python，构建开发环境需要安装的软件有Python 3、Qt 5和PyQt5。
本章介绍各个软件的功能特点、安装和基本使用方法，以及构建本书介绍内容所需的开发环境。本书所有程序都是在64位Windows 7平台上开发的，但由于Python和Qt都是跨平台的，因此所介绍的内容在Linux等平台上也是适用的。1.1 Python1.1.1 Python 简介
Python是由Guido van Rossum在1989年开发，然后在1991年初发布的。Python是一种跨平台的解释型语言，它功能强大，简单易学，具有面向对象编程的功能。Python是完全开源的软件，具有开放的特性，能很方便地将其他语言（尤其是C/C++）的类库封装为Python的模块来使用。
由于Python语言的特点，以及其开源和开放的特性，吸引了编程社区为Python开发了很多实用且功能强大的包（package），例如用于矩阵处理和线性代数计算的NumPy，用于科学计算的SciPy，用于数据分析的Pandas，用于数据可视化的Matplotlib等，这使得Python在科学计算、数据分析、数据可视化、神经网络、人工智能、Web编程等各方面得到了广泛的应用，逐渐成为一种主流的编程语言。1.1.2 Python的下载与安装
Python是一个完全开源的软件，从官网上可以下载最新版本的Python安装文件。Python 3和Python 2是不兼容的，本书就不考虑Python 2了，直接下载最新的发布版本Python 3.7.0。
Python是跨平台的，有Windows、Linux、macOS等各种平台的安装文件。本书的示例程序都是在64位的Windows 7平台上开发的，所以下载64位Windows平台的离线安装文件。Python的安装过程与一般的Windows程序安装过程一样，在一个安装向导里完成安装过程。
安装向导的第一步如图1-1所示。在此窗口里勾选“Add Python 3.7 to PATH”，会自动将安装后的Python的两个文件夹路径添加到Windows系统的环境变量PATH里，这样就可以在Windows的cmd窗口里直接执行Python的一些工具程序，如python.exe、pyuic5.exe等。
在图1-1中点击“Customize installation”进行定制安装，出现的窗口如图1-2所示，在此窗口中勾选所有选项。其中，pip默认是不勾选的，一定要勾选此选项。pip是Python的包管理工具程序，使用pip可以很方便地下载和安装各种第三方的Python包，包括后面用到的PyQt5、PyQtChart等，都需要通过pip安装。图1-1 Python安装向导第一步图1-2 Python安装向导第二步
继续按照向导提示完成安装。这里设置Python安装到“D:\Python37”目录下，这个目录下有Python的主程序文件python.exe和pythonw.exe。
文件夹“D:\Python37\Scripts”下存放的是Python的一些工具软件，如pip.exe和pip3.exe。在安装其他一些第三方模块或工具软件后，可执行文件都安装到此目录下，例如安装PyQt5之后，会在此目录下增加3个可执行文件。
路径“D:\Python37”和“D:\Python37\Scripts”会被安装程序自动添加到Windows系统的PATH环境变量里，这两个目录下的文件就可以在Windows的cmd窗口里直接执行。如果在安装的第一步（图1-1）中没有勾选“Add Python 3.7 to PATH”，那么这两个路径不会自动添加到PATH环境变量里，需要在安装后手动添加。1.1.3 IDLE的基本使用
Python安装后有一个交互式操作环境IDLE，其运行时界面如图1-3所示。在此交互式操作环境里，可以执行Python的各种语句。
在图1-3窗口的“File”菜单下，点击“New File”，可以打开一个文件编辑器，在这个编辑器里可以编写Python程序，然后保存为后缀为“.py”的文件。例如，在图1-4的窗口中简单地输入了两行语句，然后保存为文件hello.py。
点击图1-4文件编辑器的菜单项“Run”→“Run Module”，或直接按快捷键F5执行此程序，在交互式窗口里就会输出运行结果。
IDLE的功能比较简单，不像其他一些Python IDE（如Eric、PyCharm）功能那么强大，但是基本的程序编辑和调试功能是具备的。IDLE对于初学者来说简单易用，编写和调试规模不大的程序是够用的，因此本书就使用IDLE作为Python开发环境。
IDLE的文件编辑器有以下一些常用的快捷键非常有用。● Ctrl+]，选中的代码行右缩进一个Tab。● Ctrl+[，选中的代码行左移一个Tab。● Ctrl+S，保存文件。● Alt+3，在选中代码行的最左端添加注释符号“##”。● Alt+4，删除选中代码行最左端的注释符号“##”。● F5，运行编辑器内的程序文件。图1-3 Python自带的IDLE交互式操作环境图1-4 Python程序文件编辑器
因为Python源程序是采用缩进确定代码段的，排版时为减少缩进空格数和缩进层级，本书设置TAB为3个空格（点击IDLE的“Options”→“Configure IDLE”菜单项进行设置），并且在程序中也基本不使用try...except和try...finally等语句块。
IDLE也具有程序调试功能。在文件编辑器中打开需要调试的源程序文件，通过鼠标右键快捷菜单在当前行设置或取消断点。在IDLE交互环境中，点击“Debug”→“Debugger”菜单项，出现如图1-5所示的调试控制窗口。按F5开始运行程序后，就进入调试状态。在调试状态下，使用图1-5窗口上的“Go”“Step”“Over”等按钮进行程序调试。程序调试的方法与一般IDE的程序调试方法类似，这里就不详细介绍了。图1-5 程序调试控制窗口
本书不对Python语言基础做介绍，假定读者已熟悉Python语言编程的基本方法，掌握了Python中类的使用方法。如果读者对Python的基本编程不熟悉，需要找一本专门介绍Python编程基础的书学习后再来学习本书的内容。
除了Python自带的IDLE，还有许多其他用于Python编程的IDE，如PyCharm、Eric等。本书的示例程序都用IDLE编程和调试，如果读者习惯于使用其他的IDE，也可以使用自己习惯的编程环境。因为Python是解释型语言，无须编译，所以无论使用哪个IDE都可以实现Python程序的编写和运行。1.1.4 安装Python包
Python的一大特点就是有大量的包（package）可供使用，而且都是开源的。PyPI（Python Package Index）网站就是Python程序资源的集散地，在这个网站上可以查找、下载、发布Python包。
在Windows的cmd窗口里使用pip3指令可以直接从PyPI网站下载包并安装。例如，SIP是一个用于将C++库转换为Python扩展模块的工具软件，这种扩展模块称为C++库的Python绑定（binding）。要安装SIP只需在Windows的cmd窗口里执行如下的指令：pip3 install sip
这条指令中的pip3就是“D:\Python37\Scripts”目录下的程序pip3.exe；install是指令参数，表示安装，相应地，卸载用uninstall；sip是需要安装的包的名称。
执行这条指令时，pip3会自动链接到PyPI网站上，查找最新版本的SIP，如果找到就自动下载并安装。成功安装后，在“D:\Python37\Lib\site-packages”目录下会出现SIP相关的子目录和文件，该目录下存放的都是安装的Python包。
如果要卸载已安装的SIP，执行下面的指令即可。pip3 uninstall sip
如果直接链接国外的PyPI服务器速度比较慢，可以在pip3指令中指定使用镜像服务器。例如，使用清华的镜像服务器安装SIP的指令是：pip3 install –i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple sip1.2 Qt1.2.1 Qt 简介
Qt是一个跨平台的应用程序C++开发类库，支持Windows、Linux、macOS等各种桌面平台，也支持iOS、Android等移动平台，还支持各种嵌入式系统，是应用非常广泛的跨平台C++开发类库。
Qt最早是由挪威的Haavard Nord和Eirik Chambe-Eng在1991年开始开发的，在1994年发布，并成立了一家名为Trolltech的公司。Trolltech公司在2008年被诺基亚公司收购，2012年，Qt被Digia公司收购，2014年从Digia公司拆分出来成立了独立的Qt公司，专门进行Qt的开发、维护和商业推广。
Qt的许可类型分为商业许可和开源许可，开源许可的Qt就已经包含非常丰富的功能模块，可用于Qt学习和一般的应用程序开发。1.2.2 Qt 的下载与安装
在Python中使用PyQt5编写程序可以只安装PyQt5，而不必安装Qt的开发环境。但是为了使用Qt的IDE（即Qt Creator）的一些功能如UI窗体可视化设计、Qt类库帮助信息查找、资源文件管理等，安装Qt是有必要的。
从Qt官网可以下载最新版本的Qt软件。Qt分为商业版和社区版，社区版就是具有开源许可协议的免费版本。Qt的版本更新比较快，本书使用的是Qt 5.12.0，这是一个LTS（Long Term Supported）版本。
下载的Windows平台的Qt离线安装文件是一个可执行文件，运行文件就可以开始安装。安装过程与一般的Windows应用程序安装过程一样，按照向导进行操作即可。
在设置安装路径时，选择安装到“D:\Qt\Qt5.12.0”目录下，当然也可以安装在其他路径下。设置为这个路径，是为了在后面需要讲到Qt的路径时使用此绝对路径。
在安装过程中会出现如图 1-6 所示的安装模块选项设置页面，在这个页面里选择需要安装的模块。“Qt 5.12.0”节点下面是Qt的功能模块，包括用于不同编译器和平台的模块，这些模块如下。图1-6 Qt安装模块选项设置● 使用MSVC（Microsoft Visual C++）编译器的模块，包括MSVC
2015 64-bit、MSVC 2017 32-bit和MSVC 2017 64-bit。若要安装
这几个模块，需要在计算机上预先安装相应版本的Microsoft
Visual Studio。本书不是为了研究Qt C++编程，因此无须安装这
些模块。● MinGW 7.3.0 64-bit编译器模块。MinGW（Minimalist GNU for
Windows）是Windows平台上使用的GNU工具集的导入库的集
合。为了使用Qt的IDE Qt Creator，必须安装至少一个编译器，
可以选择安装这个模块。● 用于UWP平台的编译器模块。UWP（Universal Windows
Platform）是Windows 10中的编译模块，有不同CPU和编译器类
型的UWP模块，本书无须安装。● 用于Android平台的编译模块，包括Android x86、Android
ARM64-v8a等，这是用于Android平台开发的编译模块，本书无
须安装。● Sources是Qt C++类库的源程序，本书无须安装。● Qt Charts是二维图表模块，用于绘制柱状图、饼图、曲线图等
常用二维图表。对于Python，有相应的PyQtChart包，在第12章
会介绍其使用。选择安装此模块，便于查看相关类的帮助信息。● Qt Data Visualization是三维数据图表模块，用于数据的三维显
示，如散点的三维空间分布、三维曲面等。对于Python，有相应
的PyQtDataVisualization包，在第13章会介绍其使用。选择安装
此模块，便于查看相关类的帮助信息。● Qt Purchasing、Qt Virtual Keyboard、Qt WebEngine 等其他模块，
这些模块在本书里不会讲到，可以根据自己的需要选择是否安
装。● Qt Script（Deprecated）是脚本模块，这是个已经过时的模块，
无须安装。“Tools”节点下面是一些工具软件，这些软件如下。● Qt Creator 4.8.0是用于Qt程序开发的IDE，在开发PyQt5的程序时
需要使用此软件进行窗体可视化设计、查阅类的帮助信息等，必
须安装（自动）。● Qt Creator 4.8.0 CDB Debugger support for Qt Creator，是用于支
持在Qt Creator中进行程序调试的模块，可以不安装。● MinGW 7.3.0是MinGW 64-bit 编译工具链，需要安装。● Strawberry Perl是一个Perl语言工具，无须安装。1.2.3 Qt的几个工具软件
安装完成后，在Windows“开始”菜单里建立的“Qt 5.12.0”程序组内容如图1-7所示。程序组中的一个主要程序是Qt Creator 4.8.0（Enterprise），它是用于开发Qt程序的IDE，是Qt的主要工具软件。
根据选择安装的编译器模块会建立相应的几个子分组，例如，在图1-7中有两个版本的编译器模块，即MinGW 7.3.0（64-bit）和MSVC 2015（64-bit），每个分组下面都有以下3个工具软件。图1-7 安装后“开始”菜单里的“Qt 5.12.0”程序组● Qt Assistant是一个独立的查看Qt帮助文档的工具软件。在Qt
Creator中也可以方便地查看Qt帮助文档，基本用不着这个软
件。● Qt Designer是一个进行窗体可视化设计的工具软件。Qt Creator
中也有一个内置的窗体可视化设计工具软件（本书称之为UI
Designer），而且UI Designer可以为界面组件的信号生成槽函数
框架，所以在本书中不使用这个独立的Qt Designer，而使用Qt
Creator内置的UI Designer。● Qt Linguist是一个编辑语言资源文件的工具软件，在第11章介绍
开发多语言界面的应用程序时会用到。1.2.4 Qt Creator的设置
本书对使用的Qt Creator做了一些设置：一是将界面语言设置为英语，因为初始的汉语界面中某些词汇翻译得并不恰当，使用英语界面会更准确一些；二是设置文件命名规则，取消默认的全小写命名文件规则。
启动Qt Creator后，点击Qt Creator菜单栏的“Tools”→“Options…”菜单项打开如图1-8所示的选项设置对话框。
界面语言设置：点击对话框左侧Environment分组后，在Interface页面将界面语言设置为English，设置主题为Flat Light。更改语言和主题后需要重新启动Qt Creator才会生效。
文件命名规则设置：在图1-8所示的C++分组的File Naming页，取消“Lower case file names”选项。默认是勾选此项的，即自动命名的文件名采用全小写字母。
在本书里用Qt Creator只需要进行窗体可视化设计、生成槽函数代码框架、查阅Qt帮助文档，而不需要使用Qt Creator编写任何C++程序。Qt Creator的具体使用在下一章详细介绍。图1-8 Qt Creator的选项设置对话框1.3 PyQt51.3.1 PyQt5简介
Python语言功能很强，但是Python自带的GUI开发库Tkinter功能很弱，难以开发出专业的GUI。好在Python语言的开放性，很容易将其他语言（特别是C/C++）的类库封装为Python绑定，而Qt是非常优秀的C++ GUI类库，所以就有了PyQt。
PyQt是Qt C++类库的Python绑定，PyQt5对应于Qt5类库。Qt推出新的版本后，PyQt就会推出跟进的版本，例如针对Qt 5.12.0就有PyQt 5.12。使用PyQt5可以充分利用Qt的应用程序开发框架和功能丰富的类设计GUI程序。PyQt主要有以下一些优点。● PyQt将Qt的跨平台应用框架与Python的跨平台解释语言结合在
了一起。● Qt使用信号与槽（Signals/Slots）机制进行对象之间的通信，它
是类型安全且弱耦合的，易于创建可重用的软件模块。● 使用Qt Creator中的UI Designer或独立的Qt Designer可以可视化
地设计窗体，然后将窗体转换为Python程序，可以大大提高界面
设计的效率。● PyQt将Qt和Python的优点结合到了一起，程序员可以利用Qt丰
富的UI设计功能，但不需要使用复杂的C++语言，而是使用
Python语言编程。
PyQt5是Riverbank公司的产品，分为开源版本和商业版本，开源版本就包含全部的功能。Riverbank公司不仅开发了PyQt5，还开发了PyQtChart、PyQtDataVisualization、PyQt3D、SIP等软件包。可以在Riverbank公司网站上下载这些软件包的源代码，在PyPI网站上也可以找到这些软件包，所以可以使用pip3指令直接安装。1.3.2 PyQt5安装
在PyPI网站上可以找到最新版本的PyQt5，直接用下面的指令安装PyQt5。pip3 install PyQt5
直接连接PyPI服务器可能速度比较慢，可以使用镜像网站安装，例如使用清华大学镜像网站的指令是：pip3 install –i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple PyQt5
这条指令正确执行后就会安装PyQt5，并且会自动安装依赖的包SIP。SIP是一个将C/C++库转换为Python绑定的工具，SIP本来是为了开发PyQt而开发的，现在也可以用于将任何C/C++库转换为Python绑定。
安装PyQt5之后，在“D:\Python37\Scripts”目录下增加了pylupdate5.exe、pyrcc5.exe和pyuic5.exe这3个用于PyQt5的可执行程序，如图1-9所示。这3个可执行程序的作用分别如下。● pyuic5.exe是用于将Qt Designer（或Qt Creator内置的UI
Designer）可视化设计的界面文件（.ui文件）编译转换为Python
程序文件的工具软件，是使用PyQt5设计GUI程序最常用到的工
具软件。● pyrcc5.exe是用于将Qt Creator里设计的资源文件（.qrc文件）编
译转换为Python程序文件的工具软件，资源文件一般存储了图
标、图片等UI设计资源。● pylupdate5.exe是用于多语言界面设计时编辑语言资源文件的工
具软件。图1-9 安装PyQt5之后的Scripts子目录下的可执行文件
路径“D:\Python37\Scripts”被添加到了Windows的PATH环境变量里，所以这些程序在cmd窗口里可以直接运行。
若想要卸载PyQt5，就执行下面的指令：pip3 uninstall PyQt51.3.3 在IDLE中开启对PyQt5的代码提示功能
在安装了PyQt5之后，可以在IDLE中开启代码提示功能，并且添加PyQt5的所有模块，这样在编写程序时，IDLE就具有一定的代码提示功能。
首先编辑目录“D:\Python37\Lib\idlelib”下的文件config-extensions.def，修改[AutoComplete]部分：[AutoComplete]enable=Truepopupwait= 20
这表示开启自动提示功能，提示开启的延迟时间是20毫秒。
然后再编辑同一目录下的文件autocomplete.py，在文件的import部分导入PyQt5的各个模块：import osimport stringimport sys##添加需要自动提示的模块import PyQt5.QtWidgetsimport PyQt5.QtCoreimport PyQt5.QtGuiimport PyQt5.QtSqlimport PyQt5.QtMultimediaimport PyQt5.QtMultimediaWidgetsimport PyQt5.QtChartimport PyQt5.QtDataVisualization
这样就将 PyQt5 的各个常用模块以及第 12 章和第 13 章要单独安装的PyQtChart和PyQtDataVisualization加入了可提示模块列表。
开启和设置自动提示功能后，在IDLE中使用PyQt5各模块中的类时就会有代码提示功能。但是IDLE的代码提示功能比较弱，不如PyCharm、Eric等专业IDE软件。第2章 PyQt5 GUI程序框架
本章介绍PyQt5编写GUI程序的基本原理和主要技术点，包括GUI应用程序的基本框架、UI Designer可视化设计窗体的方法、窗体文件如何转换为Python文件并使用和Qt的信号与槽技术的使用方法等。掌握了本章的内容，就掌握了PyQt5设计GUI程序的框架性原理，再学习后面的各章内容就基本上是学习各种类的使用方法了。2.1 PyQt5 GUI程序的基本框架
本节先通过一个简单的示例程序介绍PyQt5 GUI应用程序的基本框架。
启动Python自带的编程和交互式环境IDLE，点击“File”→“New File”菜单项，打开一个文件编辑窗口，在此窗口中输入下面的程序，并保存为文件demo2_1Hello.py，此文件保存在随书示例Demo2_1目录下。## demo2_1Hello.py## 使用PyQt5，纯代码化创建一个简单的GUI程序import sysfrom PyQt5 import QtCore, QtGui, QtWidgetsapp = QtWidgets.QApplication(sys.argv) #创建app，用QApplication类widgetHello = QtWidgets.QWidget() #创建窗体，用QWidget类widgetHello.resize(280,150) #设置窗体的宽度和高度widgetHello.setWindowTitle("Demo2_1") #设置窗体的标题文字LabHello = QtWidgets.QLabel(widgetHello) #创建标签，父容器为widgetHelloLabHello.setText("Hello World,PyQt5") #设置标签文字font = QtGui.QFont() #创建字体对象font，用QFont类font.setPointSize(12) #设置字体大小font.setBold(True) #设置为粗体LabHello.setFont(font) #设置为标签LabHello的字体size=LabHello.sizeHint() #获取LabHello的合适大小，返回值是QSize类对象LabHello.setGeometry(70, 60, size.width(), size.height())widgetHello.show() #显示对话框sys.exit(app.exec_()) #应用程序运行
程序输入完成后，在程序编辑器窗口中点击“Run”→“Run Module”菜单项，或直接按快捷键F5就可以运行程序，会出现图2-1所示的窗口。图2-1 文件demo2_1Hello.py运行结果窗口
这是一个典型的GUI应用程序。观察文件demo2_1Hello.py的代码，并结合程序中的注释，可以看出此程序的基本工作原理。（1）首先导入了PyQt5包中的一些模块，包括QtCore，QtGui，QtWidgets，其中每个模块都包含了一些类。（2）用下面的语句创建了一个应用程序。app = QtWidgets.QApplication(sys.argv)
这里用到了QtWidgets模块中的QApplication类。QApplication是管理GUI应用程序的控制流程和设置的类，这里创建的应用程序对象是app。（3）使用QtWidgets模块中的QWidget类创建了窗体对象widgetHello，然后调用QWidget类的resize()函数设置窗体大小，调用setWindowTitle()函数设置窗体标题。（4） 使用QtWidgets模块中的QLabel类创建了一个标签对象LabHello，创建LabHello的语句是：LabHello = QtWidgets.QLabel(widgetHello)
这里将widgetHello作为参数传递给QLabel的构造函数，实际是指定widgetHello作为LabHello的父容器，这样标签LabHello才会显示在窗体widgetHello上。
后面的代码用QLabel的接口函数setText()设置标签的文字，又创建了一个QFont对象用于设置标签的字体，还设置了标签在窗体上的位置和大小。（5）窗体显示和程序运行。
窗体widgetHello和文字标签LabHello创建并设置好各种属性后，就显示窗体并运行应用程序，即程序中的最后两行语句：widgetHello.show()sys.exit(app.exec_())
这里的窗体widgetHello是应用程序的主窗体，应用程序运行后开始消息管理。
这个示例程序演示了使用PyQt5的一些类创建GUI程序的基本过程。首先需要用QApplication类创建一个应用程序实例，然后创建一个窗体（窗体类主要有QWidget、QDialog、QMainWindow），再创建界面组件（例如一个QLabel组件）并在窗体上显示，最后是显示窗体并开始应用程序的消息循环。这个程序虽然功能很简单，只显示了一个带标签的窗口，关闭窗口还需要点击窗口右上角的关闭按钮，但它已经是一个标准的GUI应用程序。提示 从上面的程序中可以看出，PyQt5中的类都是以大写字母Q开头命名的，如QWidget、QApplication、QLabel等，这样的命名规则很容易将PyQt5的类与其他的类或变量区分开来。2.2 使用可视化设计窗体的GUI程序
示例Demo2_1用PyQt5的一些类创建了一个简单的GUI应用程序，窗体及窗体上的标签对象的创建和属性设置都完全由代码完成。显然这种纯代码方式构造UI的方式是比较麻烦的，特别是在窗体上组件比较多、层次比较复杂的时候，纯代码方式构造界面的工作量和难度可想而知。
Qt提供了可视化界面设计工具Qt Designer，以及Qt Creator中内置的UI Designer。可视化地设计UI窗体可以大大提高GUI应用程序开发的工作效率。
本节通过示例Demo2_2演示如何用UI Designer可视化设计UI窗体，然后转换为Python程序，再构建为Python的GUI程序。主要工作步骤如下。（1）在UI Designer中可视化设计窗体。（2）用工具软件pyuic5将窗体文件（.ui文件）转换为Python程序文件。（3）使用转换后的窗体的Python类构建GUI应用程序。2.2.1 用UI Designer可视化设计窗体
在Qt Creator中点击菜单项“File”→“New File or Project...”，在出现的对话框里选择“Qt”分组里的“Qt Designer Form”（如图2-2所示），这将创建一个单纯的窗体文件（.ui文件）。
在图2-2的对话框中点击“Choose...”按钮后，出现如图2-3所示的窗体模板选择界面。窗体模板主要有以下3种。● Dialog模板，基于QDialog类的窗体，具有一般对话框的特性，
如可以模态显示、具有返回值等。● Main Window模板，基于QMainWindow类的窗体，具有主窗口的
特性，窗口上有主菜单栏、工具栏、状态栏等。● Widget模板，基于QWidget类的窗体。QWidget类是所有界面组
件的基类，如QLabel、QPushButton等界面组件都是从QWidget
类继承而来的。QWidget类也是QDialog和QMainWindow的父
类，基于QWidget类创建的窗体可以作为独立的窗口运行，也可
以嵌入到其他界面组件内显示。图2-2 新建窗体对话框图2-3 选择Widget模板
在图2-3的界面上选择Widget模板。点击“Next”按钮后，在出现的对话框里设置文件名为FormHello.ui，文件保存到Demo2_2的目录下，再根据向导提示完成创建即可。创建了窗体后就可以在Qt Creator内置的UI Designer里可视化设计窗体，图2-4是在窗体上放置了标签和按钮，并设置好各种属性后的界面。
图2-4的UI Designer窗口有以下一些功能区域。● 组件面板。窗口左侧是界面设计组件面板，分为多个组，如
Layouts、Buttons、Display Widgets等，界面设计的常用组件都
可以在组件面板里找到。● 中间区域是待设计的窗体。如果要将某个组件放置到窗体上，从
组件面板上拖动一个组件放到窗体上即可。例如，放一个Label
组件和一个PushButton组件到窗体上。● Action编辑器（Action Editor）和Signals Slots编辑器（Signals
Slots Editor），位于待设计窗体下方。Action编辑器用于设计
Action，Signals Slots编辑器用于可视化地进行信号与槽的关
联，后面会介绍其具体使用。● 对象浏览器（Object Inspector）。窗口右上方是对象浏览器，用
树状视图显示窗体上各组件之间的布局和包含关系，视图有两
列，显示每个组件的对象名称（objectName）和类名称。● 属性编辑器（Property Editor）。窗口右下方是属性编辑器，显
示某个选中的组件或窗体的各种属性及其值，可以在属性编辑器
里修改这些属性的值。
主窗口上方有窗体设计模式和布局管理工具栏，最左侧还有一个工具栏，这些功能在后面详细介绍Qt Creator的使用时再具体介绍。
在设计窗体上用鼠标点选一个组件，在属性编辑器里会显示其各种属性，并且可以修改其属性。例如，图2-5是选中窗体上放置的标签组件后属性编辑器的内容。图2-4 在Qt Creator里可视化设计窗体图2-5 界面组件的属性编辑器
图2-5展示的属性编辑器的最上方显示的文字“LabHello: QLabel”表示这个组件是一个QLabel类的组件，objectName是LabHello。属性编辑器的内容分为两列，其中Property列是属性的名称，Value列是属性的值。属性又分为多个组，实际上表示了类的继承关系，例如在图2-5中，可以看出QLabel的继承关系是QObject→QWidget→QFrame→QLabel。
objectName是组件的对象名称，界面上的每个组件都需要一个唯一的对象名称，以便被引用。界面上的组件的命名应该遵循一定的法则，具体使用什么样的命名法则根据个人习惯而定，主要目的是便于区分和记忆，也要便于与普通变量相区分。
设置组件属性的值只需在属性编辑器里进行修改即可，例如设置LabHello的text属性为“Hello, by UI Designer”，只需如图2-5所示那样修改text属性的值即可。
表2-1是所设计的窗体，以及窗体上的标签和按钮的主要属性的设置。表2-1 窗体以及各组件的主要属性设置objectN类名称属性设置备注ameFormHQWidgwindowTitle="Demo2_2"设置窗体的标题栏显elloet示文字btnClosQPushText="关闭"设置按钮的显示文字eButtonLabHellQLabelText="Hello, by UI Designer"设置标签显示文字和oFont.PointSize=12字体Font.bold=True
窗体设计完成后，将这个窗体保存为文件FormHello.ui。提示 一般情况下，保存的.ui文件名与窗体的objectName名称一致，这样通过文件名就可以直接知道窗体的名称。
窗体文件FormHello.ui实际上是一个XML文件，它记录了窗体上各组件的属性以及位置分布。FormHello.ui的XML文件内容不必去深入研究，它是由UI Designer根据可视化设计的窗体自动生成的。使用IDLE的文件编辑器就可以打开FormHello.ui文件，下面是FormHello.ui文件的内容。
使用UI Designer设计好窗体并保存为文件FormHello.ui后，要在Python里使用这个窗体，需要使用PyQt5的工具软件pyuic5.exe将这个ui文件编译转换为对应的Python语言程序文件。
pyuic5.exe程序位于Python安装目录的Scripts子目录下，如“D:\Python37\Scripts”，这个路径在安装Python时被自动添加到了系统的PATH环境变量里，所以可以直接执行pyuic5命令。
在Windows的cmd窗口里用cd指令切换到文件FormHello.ui所在的目录，然后用pyuic5指令编译转换为Python文件。例如，假设文件FormHello.ui保存在目录“G:\PyQt5Book\Demo\chap02\demo2_2”下，依次执行下面的指令：cd G:\PyQt5Book\Demo\chap02\demo2_2pyuic5 –o ui_FormHello.py FormHello.ui
其中，pyuic5的作用是将文件FormHello.ui编译后输出为文件ui_FormHello.py。编译输出的文件名可以任意指定，在原来的文件名前面加“ui_”是个人命名习惯，表明ui_FormHello.py 文件是从FormHello.ui文件转换来的。
为了避免重复地在cmd窗口里输入上述指令，可以创建一个文件uic.bat保存到项目Demo2_2的目录下。bat文件是Windows的批处理文件，uic.bat文件的内容只有一条语句，如下：
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]