前言

Java 提供了强大的图形用户界面（GUI）工具，用于创建跨平台的桌面应用程序。从早期的 AWT（Abstract Window Toolkit）到更先进的 Swing，Java GUI 编程逐步演进，解决了跨平台一致性、组件丰富性以及性能等问题。本篇博客将详细讲解从 AWT 到 Swing 的过渡。

一、AWT 简介

1. 什么是 AWT？

AWT（Abstract Window Toolkit）是 Java 1.0 提供的一个 GUI 工具包，它使用系统的本地 GUI 组件（如 Windows 的按钮、macOS 的窗口等）来构建界面。由于 AWT 依赖于本地操作系统的组件，因此具有如下特点：

• 优点：
  • 跨平台支持：能在不同操作系统中运行。
  • 轻量级：组件直接调用本地系统资源。
• 缺点：
  • 限制较多：组件功能单一，难以满足复杂 GUI 的需求。
  • 外观不一致：不同操作系统上的显示效果可能不同。
  • 不灵活：自定义组件的能力有限。

2. AWT 的基本组件

AWT 提供了一些基本组件，例如：

• Container：顶级容器（如 Frame、Panel）用于容纳其他组件。
• Component：基本组件（如 Button、Label、TextField）。
• Layout Manager：布局管理器，用于控制组件的排列方式。

3. AWT 编程示例

import java.awt.*;

public class AWTExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建 Frame 窗口
        Frame frame = new Frame("AWT Example");
        frame.setSize(300, 200);
        frame.setLayout(new FlowLayout());

        // 添加组件
        Label label = new Label("AWT Label");
        Button button = new Button("Click Me");
        frame.add(label);
        frame.add(button);

        // 显示窗口
        frame.setVisible(true);
    }
}

---

二、Swing 的诞生与进化

为了弥补 AWT 的不足，Java 在 JDK 1.2 中引入了 Swing。Swing 是基于 AWT 的扩展，它不仅解决了 AWT 的缺陷，还大大增强了 GUI 开发的能力。

1. Swing 的特点

• 轻量级组件：Swing 的组件不依赖于本地操作系统，而是用纯 Java 实现。
• 丰富的组件库：提供了大量高级组件（如 JTable、JTree、JTabbedPane 等），能够满足复杂的用户界面需求。
• 可定制性：Swing 支持基于 Pluggable Look-and-Feel 的外观定制，可以实现跨平台一致的用户界面。
• 事件驱动模型：通过事件监听器机制处理用户交互。

2. Swing 和 AWT 的主要区别

特性	AWT	Swing
组件实现	依赖本地操作系统的组件	纯 Java 实现（轻量级组件）
组件外观	外观由操作系统决定	支持跨平台外观，可自定义
线程模型	非线程安全	大多数操作需要在事件调度线程中完成
组件种类	基本组件，如 Button、Label	丰富组件，如 JButton、JLabel
功能扩展性	功能有限，扩展困难	支持高级功能，易于扩展

3. Swing 的基本组件

Swing 的组件以 J 开头，例如：

• 顶级容器：JFrame、JDialog、JApplet。
• 基本组件：JButton、JLabel、JTextField、JCheckBox。
• 高级组件：JTable、JTree、JTabbedPane、JScrollPane。

三、Swing 编程的基础示例

以下是一个使用 Swing 创建简单窗口的示例：

import javax.swing.*;

public class SwingExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建 JFrame 窗口
        JFrame frame = new JFrame("Swing Example");
        frame.setSize(300, 200);
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);

        // 添加组件
        JLabel label = new JLabel("Hello, Swing!");
        JButton button = new JButton("Click Me");
        frame.setLayout(new java.awt.FlowLayout());
        frame.add(label);
        frame.add(button);

        // 显示窗口
        frame.setVisible(true);
    }
}

四、Swing 的高级功能

1. 布局管理器

Swing 提供了多种布局管理器，用于控制组件在容器中的排列方式：

• FlowLayout：按添加顺序从左到右排列。
• BorderLayout：分为东、南、西、北、中五个区域。
• GridLayout：以网格形式排列组件。
• BoxLayout：允许组件在垂直或水平方向排列。

frame.setLayout(new BorderLayout());
frame.add(new JButton("North"), BorderLayout.NORTH);
frame.add(new JButton("South"), BorderLayout.SOUTH);
frame.add(new JButton("East"), BorderLayout.EAST);
frame.add(new JButton("West"), BorderLayout.WEST);
frame.add(new JButton("Center"), BorderLayout.CENTER);

 

2. 事件监听

Swing 使用事件监听器来处理用户操作，例如按钮点击、鼠标移动等。

示例：按钮点击事件

button.addActionListener(e -> System.out.println("Button clicked!"));

3. 自定义外观

Swing 支持修改外观（Look-and-Feel），可以通过以下代码设置跨平台外

try {
    UIManager.setLookAndFeel(UIManager.getCrossPlatformLookAndFeelClassName());
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

 

五、综合案例：计算器

以下是一个简单的 Swing 计算器示例：

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

public class Calculator {
    public static void main(String[] args) {
        JFrame frame = new JFrame("Calculator");
        frame.setSize(400, 500);
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        frame.setLayout(new BorderLayout());

        // 显示区域
        JTextField display = new JTextField();
        display.setFont(new Font("Arial", Font.BOLD, 24));
        frame.add(display, BorderLayout.NORTH);

        // 按钮区域
        JPanel buttonPanel = new JPanel();
        buttonPanel.setLayout(new GridLayout(4, 4));
        String[] buttons = {"7", "8", "9", "/",
                            "4", "5", "6", "*",
                            "1", "2", "3", "-",
                            "C", "0", "=", "+"};
        for (String text : buttons) {
            JButton button = new JButton(text);
            button.setFont(new Font("Arial", Font.BOLD, 20));
            buttonPanel.add(button);

            // 按钮事件监听
            button.addActionListener(new ActionListener() {
                @Override
                public void actionPerformed(ActionEvent e) {
                    String command = e.getActionCommand();
                    if (command.equals("=")) {
                        // 计算结果
                        try {
                            display.setText(evaluateExpression(display.getText()));
                        } catch (Exception ex) {
                            display.setText("Error");
                        }
                    } else if (command.equals("C")) {
                        // 清空输入框
                        display.setText("");
                    } else {
                        // 更新显示
                        display.setText(display.getText() + command);
                    }
                }
            });
        }
        frame.add(buttonPanel, BorderLayout.CENTER);

        // 显示窗口
        frame.setVisible(true);
    }

    // 方法：计算输入的数学表达式
    private static String evaluateExpression(String expression) {
        // 使用栈进行数学表达式的求值
        Stack<Double> values = new Stack<>();
        Stack<Character> operators = new Stack<>();
        
        // 处理输入的表达式
        for (int i = 0; i < expression.length(); i++) {
            char ch = expression.charAt(i);
            
            // 跳过空格
            if (ch == ' ') continue;
            
            // 如果是数字，处理多位数
            if (Character.isDigit(ch)) {
                StringBuilder num = new StringBuilder();
                while (i < expression.length() && (Character.isDigit(expression.charAt(i)) || expression.charAt(i) == '.')) {
                    num.append(expression.charAt(i));
                    i++;
                }
                i--; // 回退一个字符
                values.push(Double.parseDouble(num.toString()));
            } 
            // 如果是左括号，压入栈
            else if (ch == '(') {
                operators.push(ch);
            } 
            // 如果是右括号，解决括号中的内容
            else if (ch == ')') {
                while (operators.peek() != '(') {
                    values.push(applyOperation(operators.pop(), values.pop(), values.pop()));
                }
                operators.pop(); // 弹出 '('
            } 
            // 如果是运算符，处理优先级并执行运算
            else if (ch == '+' || ch == '-' || ch == '*' || ch == '/') {
                while (!operators.isEmpty() && hasPrecedence(ch, operators.peek())) {
                    values.push(applyOperation(operators.pop(), values.pop(), values.pop()));
                }
                operators.push(ch);
            }
        }

        // 处理剩下的运算符
        while (!operators.isEmpty()) {
            values.push(applyOperation(operators.pop(), values.pop(), values.pop()));
        }

        // 最终结果
        return String.valueOf(values.pop());
    }

    // 方法：检查当前运算符的优先级
    private static boolean hasPrecedence(char op1, char op2) {
        if (op2 == '(' || op2 == ')') return false;
        return (op1 != '*' && op1 != '/') || (op2 != '+' && op2 != '-');
    }

    // 方法：执行基本的算术运算
    private static double applyOperation(char op, double b, double a) {
        switch (op) {
            case '+': return a + b;
            case '-': return a - b;
            case '*': return a * b;
            case '/': 
                if (b == 0) throw new UnsupportedOperationException("Cannot divide by zero");
                return a / b;
        }
        return 0;
    }
}

后续会模拟一个跟手机差不多的计算器。

六、总结

Java Swing 的出现极大地提升了 Java GUI 编程的能力，它克服了 AWT 的局限，提供了更强大的组件库和更高的灵活性。在实际开发中，Swing 仍然是构建桌面应用程序的常用工具，尽管随着 JavaFX 的发展，Swing 的使用场景有所减少，但依然是学习 Java GUI 编程的良好起点。