第 5 章 图形用户界面编程

1. 第5章 图形用户界面编程

2. 图形用户界面 • 所谓用户界面就是用户与计算机交互通信联系的平台。 • 图形用户界面是指包含图形对象的用户界面，MATLAB包含两类基本的图形对象：控件对象和菜单对象。 • MATLAB提供了“布局编辑器”和“菜单编辑器”等工具设计图形用户界面。

3. 5.1 布局编辑器 • MATLAB窗口的File菜单下选New下的GUI,或在MATLAB命令窗口输入guide。 工具条：排列、菜单编辑、M文件编辑器、属性观察器、对象浏览器和图形激活钮。 布局区域 图形对象

4. GUI制作：需求分析 要点： 1）确定需要实现哪些功能； 2）确定数据输入/输出方式； 3）确定所需的窗口图形元素； 4）绘制GUI草图； 5）征求用户或他人的意见，并进行修改。

5. GUI制作：绘制并测试GUI 要点： 1）在计算机上实现需求分析绘制的草图，并依据实际情况进行调整； 2）从用户使用的角度对GUI进行调试。 注：在完成设计与测试之前，不要编码，因为此时编写的代码可能会因设计的更改而失去意义。 在GUI测试稳定后编写并测试代码。

6. GUI设计原则 • 简单性 简洁、直接、清晰地体现出界面的功能和特征。 • 风格一致性 例如：图形窗口在左，图形控件在右等。 • 易理解性 尽量使用人们熟悉的标志和符号，界面中的动作必须做到及时、连续、可逆，对连续时间长的运算要给出等待时间提示，并允许用户中断等。

7. 5.2 控件对象 选择 命令钮 单选钮 文本框 滚动条 列表框 坐标轴 开关钮 复选框 标签 框架 弹出式菜单

8. 控件对象属性:外观及风格控制 • BackgrandColor:设置控件的背景色，可以是RGB颜色值，如[1 1 0]，也可以是短名颜色值，如‘y’，还可以是长名颜色值，如‘yellow’； • Cdata:设置显示在控件上图象的颜色值；1行3列。（效果不理想） • ForegroundColor:设置控件上显示文本的颜色； • SelectHighlight:用于确定空间被选中时是否显示被选中的状态（取值:on、off）; • String:用于设置控件上显示的文本串； • Visible:设置控件的可见状态。

9. 控件对象属性:基本信息属性 • Enable:可用状态on;暂停不用状态inactive;不可用状态:off； • Parent:控件对象的父对象句柄所在图形窗口对象句柄； • Selected:用于确定控件是否被选中； • Sliderstep:用于设置滚动条每次移动的步长； • Style:用于决定所创建控件的类型； • Tag:相当于控件对象的名称，在程序设计时可用来指定控件； • TooltipString:设置简单提示信息； • UserData:保存与控件对象有关的信息或数据，可通过set和get函数来调用这些信息。

10. 控件对象属性:字体控制属性 • FontAngle:用于确定字体的倾斜； • FontName:设置字体的名称； • FontSize:设置字体的大小； • FontUnits:确定字体大小的单位； • FontWeight:定义字体的粗细； • HorizontalAlignment:定义字符对齐方式。

11. 控件对象属性:回调例程控制 • ButtonDownFcn:定义当鼠标在控件对象上按下时执行的回调例程，可以是字符串、MATLAB表达式或M文件的文件名； • Callback:定义单击控件时执行的回调例程； • CreateFcn:定义在控件对象创建阶段执行的回调例程； • DeleteFcn:定义在控件对象删除阶段执行的回调例程； • BusyAction:决定回调例程的调用方式，取值有cancel与queue,与Interruptible联合使用； • Interruptible:决定回调例程的中断调用模式,如为on则新的回调例程中断当前正在执行的回调例程，如为off则由BusyAction决定调用模式； • UIContextMenu:建立与上下文菜单（context menu）对象的联系，其属性的取值为菜单对象句柄。

12. 控件对象属性:当前状态信息属性 • ListboxTop:用于显示在列表框最上头的字符串的索引号，默认值为1；是String属性定义的字符串向量的某个元素的索引值。 • Value:决定空间的当前值；对弹出式菜单控件pop_up menus，该属性为已选中的列表项的索引值。

13. 控件对象属性:当前状态信息属性Max • Max:定义Value属性允许的最大值。 在不同的控件类型中，Max有不同的意义： 复选框：选中时Value属性的值为Max的值； 文本框:Max-Min>1则可进行多行输入； 列表框：Max-Min>1则可允许多个列表项选择； 单选钮：选中时Value属性的值为Max的值； 滚动条：定义了滚动条变化范围的最大值； 开关钮：选中时Value属性的值为Max的值。

14. 控件对象属性:当前状态信息属性Min • Min:定义了Value属性允许的最小值。 复选框：未选中时Value属性的值为Min的值； 单选钮：未选中时Value属性的值为Min的值； 滚动条：定义了滚动条变化范围的最小值； 开关钮：未选中时Value属性的值为Min的值。

15. 控件对象属性的操作方式和步骤 • 命令方式：利用uicontrol建立控件对象时，定义控件属性的属性值； 利用set设置、修改属性的属性值； 利用get获得属性的属性值。 • GUI方式：通过Property Inspector GUI设计工具设置控件对象的属性值。 • 程序中控件对象的一般操作步骤：1）获取对象句柄；2)对对象属性进行操作。

16. Root(根屏幕) Figure(图) Uicontrol(界面控制) Axes(坐标系) Uimenu(界面菜单) UicontextMenu(上下文菜单) Line (线) Surface (面) Rectangle (方) Patch (贴片) Image (图象) Text (文本) Light (光) MATLAB句柄图形 • 句柄图形：MATLAB每幅图的每个组成部分是一个对象，每个对象有一个句柄与其相联。 • MATLAB句柄图体系如下：

17. 图形句柄 • 在MATLAB中，每个图形对象都由一个数字来表识，称为句柄，用来唯一确定图形对象。 • 计算机屏幕：根对象（Root），句柄为0； • 图形窗口：句柄为整数； • 其它：句柄为浮点值。

18. 图形对象句柄的获取 • 每个对象在创建时可以返回该对象的句柄。例如： h=plot(0:.1:2*pi,sin(0:.1:2*pi)); • 利用标准对象句柄获取函数获取： gcf:获取当前图形窗口的句柄； gca:获取当前坐标轴的句柄； gco:获取当前图形的当前对象的句柄； gcbf/gcba/gcbo:获取回调例程图形窗口/坐标轴/当前对象的句柄。

19. 图形对象句柄的获取findobj • h=findobj(‘Propertyname’,propertyValue,…)：获得指定属性Propertyname的属性值为propertyValue对应对象的句柄。 • h=findobj(objHandle,‘Propertyname’,propertyValue,…)：同上，但将查找范围限制在objHandle指定的对象及其子对象中。 • h=findobj(objHandle,’flat’,‘Propertyname’,propertyValue,…)：同上，但将查找范围不包括子对象。 • h=findobj:返回一个列向量，是根对象及其所有子对象的句柄值。

20. 图形对象句柄的获取举例 % --- Executes on button press in pushbutton1. function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) h=findobj('Tag','axes1'); x=-pi:0.1:pi; y=sin(x); plot(x,y,'Parent',h); % --- Executes on button press in pushbutton2. function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles) h=findobj('Tag','axes2'); x=-pi:0.1:pi; y=cos(x); plot(x,y,'Parent',h);

21. 对象及属性的操作:删除和拷贝 • delete(handle):删除句柄handle对应对象及其子对象； • c=copyobj(h,p):复制对象句柄，c为新得到的句柄。如果h和p均为向量，则将h对应的句柄分别作为p各对应对象的子对象的句柄；如果h为向量，p为标量，则将h对应的句柄作为p对应对象的子对象的句柄；如果h为标量，p为向量，则将h对应的句柄分别作为p对应对象的子对象的句柄。

22. 对象及属性的操作copyobj举例 mesh(peaks(30)); text(30,20,2,'\leftarrow peak'); h=findobj('String','\leftarrow peak'); figure mesh(peaks(20)); ha=copyobj(h,gca);

23. 对象及属性的操作:创建、设置和获取 • h=uicontrol(parent,’PropertyName’,propertyValue,…) 缺省parent表示在当前图形窗口创建控件对象。 • set(handle ,’PropertyName’,propertyValue,…) 用来设置句柄为handle的控件对象的属性值。 • get(handle, ’PropertyName’) 返回句柄为handle的对象中名为PropertyName的属性的属性值。

24. 对象及属性的操作举例 x=0:.1:2*pi; y=sin(x); h_sin=plot(x,y,'*'); lineWidth=get(h_sin,'LineWidth'); set(h_sin,'Color',[1 0.5 0],'LineWidth',lineWidth+4); hpop=uicontrol('Style','popup','String','Black|Green|Blue|Red',... 'Position',[340 190 100 150],'Callback','setmap',... 'Tag','popup'); setmap.m文件中的内容： hp=findobj('Tag','popup'); val=get(hp,'Value'); if val==1 set(gca,'Color',[0,0,0]); elseif val==2 set(gca,'Color',[0 1 0]); elseif val==3 set(gca,'Color',[0 0 1]); elseif val==4 set(gca,'Color',[1 0 0]); end

25. 5.3 菜单对象和上下文菜单 • 在MATLAB中有两类菜单：下拉式菜单uimenu和上下文菜单uicontextmenu。 • 下拉式菜单（菜单对象）的位置是固定的。 • 上下文菜单的位置是不固定的，且总与某个图形对象相联系，通过鼠标右键激活，同时下拉式菜单可为其中的菜单项。

26. 菜单对象的创建 hm=uimenu(h,’PropertyName’,value,…) 以h为父对象的句柄创建一个菜单对象，并返回该菜单的句柄。例如： h0=figure('MenuBar','none','Toolbar','none','Name','Draw Graph'); h1=uimenu(h0,'Label','&Draw'); h11=uimenu(h1,'Label','&Membrane','Accelerator','M','Callback','Membrane'); h12=uimenu(h1,'Label','&Peaks','Accelerator','P','Callback','Peaks'); h13=uimenu(h1,'Label','&Sphere','Accelerator','S','Callback','Sphere'); h2=uimenu(h0,'Label','&Color'); h21=uimenu(h2,'Label','&Hot','Accelerator','H','Callback','Colormap(hot)'); h22=uimenu(h2,'Label','&Cool','Accelerator','C','Callback','Colormap(cool)'); h23=uimenu(h2,'Label','c&Opper','Accelerator','O','Callback','Colormap(copper)'); h24=uimenu(h2,'Label','RGB','Separator','on'); h241=uimenu(h24,'Label','&Red','Callback','set(h241,''Checked'',''on'');'); h242=uimenu(h24,'Label','&Green','Callback','set(h242,''Checked'',''on'');'); h243=uimenu(h24,'Label','&Blue','Callback','set(h243,''Checked'',''on'');'); ‘‘Checked’’

27. 上下文菜单创建 • h=uicontextmenu(‘PropertyName’,propertyValue,…) • 一般步骤： 1）利用uincontextmenu创建上下文菜单对象； 2）利用uimenu制作菜单项； 3）利用set将上下文菜单与具体的图形对象联系起来。

28. 上下文菜单创建举例 cmenu=uicontextmenu; hline=plot(1:10,'UIContextMenu',cmenu); item1=uimenu(cmenu,'Label','dashed',... 'Callback','set(hline,''LineStyle'',''--'')'); item2=uimenu(cmenu,'Label','dotted',... 'Callback','set(hline,''LineStyle'','':'')'); item1=uimenu(cmenu,'Label','Solid',... 'Callback','set(hline,''LineStyle'',''-'')');

29. 利用菜单编辑器制作菜单

30. 菜单属性 • 在菜单编辑器的右边有少量有关菜单属性值的设置。 Checked:对选中的菜单打标记（对顶层菜单无用）；Label:设置菜单标题；Separator:用于在菜单上设置分隔条；Visible:设置菜单的可见状态；Accelerator:用于设置菜单加速键；Callback:定义单击菜单对象时执行的回调例程；Tag:标记菜单项的名称，便于在程序设计时通过该名称指定菜单项。

31. 5.4 对话框 • 在GUI程序设计中，对话框是最重要的显示信息和取得用户数据的用户界面对象。 • MATLAB的对话框分为两类：公共对话框和一般对话框。 公共对话框：文件打开对话框、文件保存对话框、颜色设置对话框、字体设置对话框、打印页面对话框、打印预览对话框和打印对话框。 一般对话框：帮助对话框、出错信息对话框、信息提示对话框等。

32. 文件打开对话框 • [fname,pname]=uigetfile(‘FilterSpec’,’DialogTitle’,x,y) 获取待打开文件的文件名fname及路径信息pname。FilterSpec指定文件类型；DialogTitle指定对话框标题名；x,y指定对话框位置信息。 • uigetfile并未打开有关文件。MATLAB提供了基于C语言实现的低级文件I/O函数。 >> [fn,pn]=uigetfile('*.m','Open M File',10,10); >> fn fn = sample1.m >> pn pn = C:\MATLAB6p5\work\

33. 打开、关闭文件 • [fid,errormessage]=fopen(filename,permission); 使用permission指定的模式打开filename指定的文件，成功时返回文件标识，否则返回系统错误信息errormessage. permission的取值及含义：‘r’:只读模式；‘w’：写模式（含创建）；’a’:添加；‘r+’:读写；‘w+’:读写（含创建）；‘a+’：添加（含创建）。 • status=fclose(fid):关闭fid指定的文件，操作成功时返回0，否则返回1。

34. 无格式输入/输出 • [a,count]=fread(fid,size,precision,skip):从指定文件fid中读取size个单位长度为precision的数据元素至a中，skip表示每次读后跳过的字节数。 count表示实际读入的数据个数。 size取值含义：标量n（读取n个元素）；inf(读到文件结尾)；[m,n]（读取m*n个元素）。 precision: ‘uchar’（8位无符号字符—缺省值）；‘schar’(8位带符号字符)；‘int8’(8位带符号整数)；‘uint8’(8位无符号整数)；‘single’(32位浮点数)；‘double’（64位浮点数）。 • count=fwrite(fid,a,precision,skip):将a中数据转换成precision指定的数据元素写入fid指定的文件中，count为成功写入的元素数目。

35. 格式化输入/输出 • count=fprintf(fid,format,a,…):将a中数据用format格式化后写入文件fid中，count为写入的字节数。 fid缺省表示向显示屏输出。例如： x=0:.2:2; y=[x;2*exp(x)]; fid=fopen('data.txt','w'); fprintf(fid,'%6.2f %12.8f\n',y); fclose(fid); • [a,count]=fscanf(fid,format,size):从fid指定文件中读取size指定的数据，并根据format指定的格式对其转换后返回a，count为读取的元素数目。

36. 按行从文件读数据 • line=fgetl(fid)：从文件fid中读1行数据至line，返回的行不包括换行符。遇到文件结尾则返回-1。 • line=fgets(fid)：从文件fid中读1行数据至line，返回的行包括换行符。遇到文件结尾则返回-1。

37. 文件测试 • eofstat=feof(fid): 文件结尾返回-1，否则返回0。 • frewind(fid):将文件位置指针反绕到文件开头。 • status=fseek(fid,offset,origin):将文件的位置指针定位到origin偏移offset指定的位置。Origin的取值为 ‘bof’或 -1 文件开始 ‘cof’或 0 文件当前位置 ‘eof’或 1 文件结束 • position=ftell(fid):返回位置指针指向的位置，失败时返回-1。

38. 文件保存对话框 • [fname,pname]=uinputfile(‘Initfile’,’DialogTitle’,x,y): Initfile为指定待保存文件类型，DialogTitle为对话框标题，x和y为对话框位置。 例如：>> uiputfile('*.m','Save') ans = kk

39. 颜色设置对话框 • c=uisetcolor(h_or_c,’DialogTitle’): h_or_c为初始颜色，可以是一个1X3的RGB向量，也可以是一个图形对象的句柄（该图形对象必有一个颜色属性）。 >> c=uisetcolor([1 0 1],'Select Color') c = 0.2510 0 0.2510

40. 字体设置对话框 • s=uisetfont(h_or_s,’Dialog Title’）：h_or_s为初始字体属性，可以是一个对象的句柄，也可以是一个字体属性结构；s为字体属性结构，包括(FontName,FontUnits,FontSize,FontWeight,FontAngle等域)。 Text1 = uicontrol('style','text','string','XxYyZz'); Text2 = uicontrol('style','text','string','AxBbCc',... 'position', [200 20 60 20]); s = uisetfont(Text1, 'Update Font'); if isstruct(s) % Check for cancel set(Text2, s); end

41. 帮助对话框 • h=helpdlg(‘HelpString’,’dlgname’): HelpString为帮助信息；dlgname为对话框标题。例如： >> helpdlg('This is a dialogue!','Help')

42. 在线帮助窗口helpwin(补) >> str={'Topic 1','Help string for topic1‘;'Topic 2' 'Help string for topic2'}; >> helpwin(str,'Topic 2','My Title')

43. 信息提示对话框 • h=msgbox(message,title,’icon’): icon的取值为：‘none’，’error’，’help’和‘custom’,默认为‘none’。 Data=1:64;Data=(Data'*Data)/64; h=msgbox('String','Title','custom',Data,hsv(64));

44. 5.5 GUI编程 • 设计一个如下所示的GUI,当单击“绘图”按钮时，将在坐标轴上绘制选择的图形。 标签的String属性的值为‘图形选择’ Figure的Name属性值为‘GUI例子程序’ 单选钮的string属性值为‘正弦曲线’，Tag属性值为sin 坐标轴的Tag属性值为‘axes1’ 单选钮的string属性值为‘余弦曲线’，Tag属性值为cos, Value属性值为1.0 命令钮的string属性值为‘绘图’，Tag属性值为draw 保存时文件名为fgui

45. fgui.m程序说明:gui_State % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ... 'gui_Singleton', gui_Singleton, ... 'gui_OpeningFcn', @fgui_OpeningFcn, ... 'gui_OutputFcn', @fgui_OutputFcn, ... 'gui_LayoutFcn', [] , ... 'gui_Callback', []); if nargin & isstr(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end % End initialization code - DO NOT EDIT gui_OpeningFcn窗口创建前执行的函数； gui_OutputFcn输出时执行的函数； gui_Callback确定控件的回调函数； gui_mainfcn调用分派函数。 gui_Singleton大于0表示只有一个实例化的图形窗口存在； gui_Name图形窗口对应文件名；

46. fgui.m程序说明: fgui_OpeningFcn % --- Executes just before fgui is made visible. function fgui_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn. % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % varargin command line arguments to fgui (see VARARGIN) % Choose default command line output for fgui handles.output = hObject; % Update handles structure guidata(hObject, handles); % UIWAIT makes fgui wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.figure1); guidata:存储或检索应用数据。

47. fgui.m程序说明: fgui_OutputFcn % --- Outputs from this function are returned to the command line. function varargout = fgui_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Get default command line output from handles structure varargout{1} = handles.output;

48. fgui.m程序说明:draw_Callback % --- Executes on button press in draw. function draw_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to draw (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) x=-pi:.1:pi; if get(handles.sin,'Value')>0 plot(x,sin(x),'Parent',handles.axes1); elseif get(handles.cos,'Value')>0 plot(x,cos(x),'Parent',handles.axes1); end 用户输入程序

49. fgui.m程序说明:sin_Callback % --- Executes on button press in sin. function sin_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to sin (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hint: get(hObject,'Value') returns toggle state of sin set(handles.cos,‘Value’,get(handles.cos,‘Min’)); %设置cos单选钮为补选中状态 Cos_Callback与此类似