一、引言

在 Python 的众多应用领域中，图形用户界面（GUI）开发是一个重要的方面。PyQt5 库作为一个功能强大且广泛应用的 GUI 框架，为开发者提供了丰富的工具和组件，使得创建交互式、美观的应用程序变得更加便捷。无论是简单的桌面工具还是复杂的商业应用，PyQt5 都能发挥重要作用。本文将详细介绍 PyQt5 库的相关知识，并通过 5 个实例展示其实际应用。

二、PyQt5 库概述

PyQt5 是一套 Python 绑定的 Qt5 应用程序框架，它允许 Python 开发者使用 Qt 的强大功能来创建 GUI 应用程序。Qt 是一个跨平台的 C++ 框架，拥有丰富的类库和工具，用于开发各种类型的应用程序。PyQt5 将这些功能封装成 Python 可调用的形式，使得 Python 程序员能够轻松地进行 GUI 开发。

（一）安装 PyQt5

在使用 PyQt5 之前，需要先进行安装。可以通过 pip 命令来安装：

pip install PyQt5

（二）基本概念

1. 信号与槽

• 信号（Signal）：是对象发出的事件通知。当一个对象的内部状态发生改变时，它可以发射一个信号。
• 槽（Slot）：是一个可调用的函数，用于接收信号并进行相应的处理。连接信号与槽：通过 connect 方法将信号与槽连接起来，当信号发射时，与之连接的槽函数就会被调用。

2.窗口与组件

• QWidget：是所有用户界面类的基类，它提供了基本的窗口和组件功能。
• 常见的组件如 QLabel（标签）、QPushButton（按钮）、QLineEdit（文本输入框）、QComboBox（下拉列表框）等，它们都继承自 QWidget，可以在窗口中进行布局和交互。

（三）库函数示例

以下是一个简单的 PyQt5 程序示例，展示了一个窗口和一个按钮，点击按钮时会改变窗口的标题：

import sys
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QPushButton
from PyQt5.QtCore import pyqtSlot

# 创建一个应用程序对象
app = QApplication(sys.argv)

# 创建一个窗口
window = QWidget()

# 创建一个按钮
button = QPushButton("点击我", window)

# 将按钮的点击信号与槽函数连接
button.clicked.connect(self.change_window_title)

# 定义槽函数，用于改变窗口标题
@pyqtSlot()
def change_window_title():
    window.setWindowTitle("标题已改变")

# 显示窗口
window.show()

# 运行应用程序的主循环
sys.exit(app.exec_())

在这个示例中：

• 首先导入了必要的模块，包括 QApplication（用于管理应用程序的生命周期）、QWidget（窗口基类）、QPushButton（按钮类）和 pyqtSlot（用于标记槽函数）。
• 创建了一个 QApplication 对象 app，它是应用程序的入口点。
• 创建了一个 QWidget 对象 window 作为窗口。
• 创建了一个 QPushButton 对象 button，并将其添加到窗口中。通过 clicked 信号与 change_window_title 槽函数连接，当按钮被点击时，槽函数会被调用。
• change_window_title 函数用于改变窗口的标题。
• 最后，显示窗口并运行应用程序的主循环，使应用程序持续运行并处理事件。

三、实例一：简单计算器

（一）功能需求

实现一个基本的四则运算计算器，能够进行加法、减法、乘法和除法运算，支持用户输入数字和运算符，点击 “=” 按钮计算结果并显示在界面上。

（二）代码实现

import sys
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QGridLayout, QLabel, QLineEdit, QPushButton
from PyQt5.QtCore import Qt

class Calculator(QWidget):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.initUI()

    def initUI(self):
        # 创建网格布局
        grid = QGridLayout()

        # 显示结果的标签
        self.result_label = QLabel("0", self)
        self.result_label.setAlignment(Qt.AlignRight)
        grid.addWidget(self.result_label, 0, 0, 1, 4)

        # 数字按钮
        buttons = [
            ('7', 1, 0), ('8', 1, 1), ('9', 1, 2), ('/', 1, 3),
            ('4', 2, 0), ('5', 2, 1), ('6', 2, 2), ('*', 2, 3),
            ('1', 3, 0), ('2', 3, 1), ('3', 3, 2), ('-', 3, 3),
            ('0', 4, 0), ('.', 4, 1), ('=', 4, 2), ('+', 4, 3)
        ]

        for button_text, row, col in buttons:
            button = QPushButton(button_text, self)
            grid.addWidget(button, row, col)
            button.clicked.connect(self.button_clicked)

        self.setLayout(grid)
        self.setWindowTitle("简单计算器")

    def button_clicked(self):
        sender = self.sender()
        button_text = sender.text()

        if button_text == "=":
            try:
                expression = self.result_label.text()
                result = eval(expression)
                self.result_label.setText(str(result))
            except Exception as e:
                self.result_label.setText("错误: " + str(e))
        else:
            current_text = self.result_label.text()
            if current_text == "0" and button_text not in ['.', '+', '-', '*', '/']:
                self.result_label.setText(button_text)
            else:
                self.result_label.setText(current_text + button_text)

if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    calculator = Calculator()
    calculator.show()
    sys.exit(app.exec_())

（三）代码注释

1. 首先导入必要的模块，包括 QApplication、QWidget、QGridLayout（用于网格布局）、QLabel（用于显示结果）、QLineEdit（本示例中未使用，但可用于输入更复杂的表达式）、QPushButton 和 Qt（用于对齐方式等）。
2. 定义 Calculator 类继承自 QWidget。initUI 方法用于初始化界面：创建一个 QGridLayout 对象 grid 用于布局组件。创建一个 QLabel 对象 result_label 用于显示计算结果，设置其初始值为 "0" 并右对齐，然后将其添加到网格布局的第一行，占据四列。定义一个按钮列表 buttons，包含数字和运算符以及它们在网格布局中的位置信息。遍历按钮列表，创建每个按钮 button，将其添加到网格布局中对应的位置，并连接其 clicked 信号到 button_clicked 槽函数。最后将网格布局设置为窗口的布局，并设置窗口标题。button_clicked 方法是槽函数，用于处理按钮点击事件：获取发送信号的按钮对象 sender，并获取其文本 button_text。如果点击的是 "=" 按钮，尝试使用 eval 函数计算当前显示在结果标签中的表达式，并将结果显示在标签中，如果出现错误则显示错误信息。如果点击的是其他按钮，根据当前结果标签的文本内容进行相应处理，如果当前是 "0" 且点击的不是特殊字符（如小数点、运算符等），则直接将按钮文本设置为结果标签的内容，否则将按钮文本追加到当前结果标签的文本后面。
3. 在 if __name__ == '__main__': 条件下，创建应用程序对象 app，实例化 Calculator 类并显示窗口，然后运行应用程序的主循环。

四、实例二：待办事项列表

（一）功能需求

创建一个简单的待办事项列表应用程序，用户可以输入待办事项，点击 “添加” 按钮将其添加到列表中，完成事项后可以点击 “删除” 按钮将其从列表中移除。

（二）代码实现

import sys
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QVBoxLayout, QHBoxLayout, QListWidget, QLineEdit, QPushButton

class ToDoList(QWidget):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.initUI()

    def initUI(self):
        # 垂直布局
        vbox = QVBoxLayout()

        # 水平布局用于输入框和按钮
        hbox = QHBoxLayout()

        # 待办事项列表
        self.todo_list = QListWidget()

        # 输入框
        self.entry = QLineEdit()

        # 添加按钮
        add_button = QPushButton("添加")
        add_button.clicked.connect(self.add_item)

        # 删除按钮
        delete_button = QPushButton("删除")
        delete_button.clicked.connect(self.delete_item)

        # 将组件添加到水平布局
        hbox.addWidget(self.entry)
        hbox.addWidget(add_button)
        hbox.addWidget(delete_button)

        # 将水平布局和列表添加到垂直布局
        vbox.addLayout(hbox)
        vbox.addWidget(self.todo_list)

        self.setLayout(vbox)
        self.setWindowTitle("待办事项列表")

    def add_item(self):
        text = self.entry.text()
        if text:
            self.todo_list.addItem(text)
            self.entry.clear()

    def delete_item(self):
        selected_items = self.todo_list.selectedItems()
        for item in selected_items:
            self.todo_list.takeItem(self.todo_list.row(item))

if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    todo_app = ToDoList()
    todo_app.show()
    sys.exit(app.exec_())

（三）代码注释

1. 导入必要的模块，包括 QApplication、QWidget、QVBoxLayout（垂直布局）、QHBoxLayout（水平布局）、QListWidget（列表组件）、QLineEdit（输入框）和 QPushButton。
2. 定义 ToDoList 类继承自 QWidget。initUI 方法初始化界面：创建一个 QVBoxLayout 对象 vbox 用于整体垂直布局。创建一个 QHBoxLayout 对象 hbox 用于输入框和按钮的水平布局。创建一个 QListWidget 对象 todo_list 用于显示待办事项列表。创建一个 QLineEdit 对象 entry 用于用户输入待办事项。创建 “添加” 按钮 add_button 并连接其 clicked 信号到 add_item 槽函数，创建 “删除” 按钮 delete_button 并连接其 clicked 信号到 delete_item 槽函数。将输入框、添加按钮和删除按钮添加到水平布局 hbox 中，然后将水平布局和待办事项列表添加到垂直布局 vbox 中，最后将垂直布局设置为窗口的布局，并设置窗口标题。add_item 方法是槽函数，用于添加待办事项：获取输入框中的文本 text，如果不为空，则将其添加到待办事项列表中，并清空输入框。delete_item 方法是槽函数，用于删除选中的待办事项：获取选中的事项 selected_items，遍历选中的事项，通过 takeItem 方法根据行号从列表中移除。
3. 在主程序部分，创建应用程序对象 app，实例化 ToDoList 类并显示窗口，然后运行应用程序的主循环。

五、实例三：图像浏览器

（一）功能需求

实现一个简单的图像浏览器，能够显示指定文件夹中的图像文件列表，用户点击列表中的图像文件名时，在窗口中显示相应的图像。

（二）代码实现

import sys
import os
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QVBoxLayout, QListWidget, QLabel, QPushButton
from PyQt5.QtGui import QPixmap
from PyQt5.QtCore import Qt

class ImageBrowser(QWidget):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.initUI()

    def initUI(self):
        # 垂直布局
        vbox = QVBoxLayout()

        # 图像列表
        self.image_list = QListWidget()
        self.image_list.itemClicked.connect(self.show_image)

        # 显示图像的标签
        self.image_label = QLabel()
        self.image_label.setAlignment(Qt.AlignCenter)

        # 上一张按钮
        prev_button = QPushButton("上一张")
        prev_button.clicked.connect(self.show_previous_image)

        # 下一张按钮
        next_button = QPushButton("下一张")
        next_button.clicked.connect(self.show_next_image)

        # 将组件添加到布局
        vbox.addWidget(self.image_list)
        vbox.addWidget(self.image_label)
        vbox.addWidget(prev_button)
        vbox.addWidget(next_button)

        self.setLayout(vbox)
        self.setWindowTitle("图像浏览器")

        # 加载图像文件列表
        self.load_image_files()

    def load_image_files(self):
        # 假设图像文件在当前目录的 "images" 文件夹中
        image_folder = "images"
        if os.path.exists(image_folder):
            for file in os.listdir(image_folder):
                if file.endswith(('.jpg', '.png', '.jpeg')):
                    self.image_list.addItem(file)

    def show_image(self, item):
        image_path = os.path.join("images", item.text())
        pixmap = QPixmap(image_path)
        self.image_label.setPixmap(pixmap.scaled(self.image_label.size(), Qt.KeepAspectRatio))

    def show_previous_image(self):
        current_row = self.image_list.currentRow()
        if current_row > 0:
            self.image_list.setCurrentRow(current_row - 1)
            self.show_image(self.image_list.currentItem())

    def show_next_image(self):
        current_row = self.image_list.currentRow()
        if current_row < self.image_list.count() - 1:
            self.image_list.setCurrentRow(current_row + 1)
            self.show_image(self.image_list.currentItem())

if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    browser = ImageBrowser()
    browser.show()
    sys.exit(app.exec_())

六、实例四：《功能丰富的 PyQt5 文本编辑器》

（一）功能需求

1. 提供一个直观的用户界面，用于文本的输入、编辑和查看。
2. 实现基本的文本编辑操作，包括输入文字、删除文字、选择文本、复制、粘贴、剪切等。
3. 具备打开本地文本文件的功能，支持多种常见的文本文件格式（如 .txt、.md 等），并能正确显示文件内容。
4. 能够将编辑后的文本保存到本地文件，保存时可选择保存路径和文件名。
5. 提供一些常用的编辑功能快捷键，例如复制（Ctrl + C）、粘贴（Ctrl + V）、剪切（Ctrl + X）、保存（Ctrl + S）等，以提高用户编辑效率。
6. 在界面上显示当前文件的路径和状态信息，例如是否已保存、是否有未保存的修改等。

（二）代码实现

import sys
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QVBoxLayout, QTextEdit, QMenuBar, QFileDialog, QStatusBar
from PyQt5.QtGui import QIcon
from PyQt5.QtCore import Qt, QObject, pyqtSignal

class TextEditor(QWidget):
    # 定义信号，用于通知主窗口文本是否有修改
    text_changed_signal = pyqtSignal(bool)

    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.initUI()
        self.init_connections()
        self.file_path = None
        self.is_text_modified = False

    def initUI(self):
        # 垂直布局
        vbox = QVBoxLayout()

        # 文本编辑区
        self.text_edit = QTextEdit()
        self.text_edit.setAcceptRichText(False)  # 不接受富文本格式，只处理纯文本

        # 菜单栏
        menu_bar = QMenuBar()
        file_menu = menu_bar.addMenu("文件")

        # 打开文件动作
        open_action = file_menu.addAction("打开")
        open_action.setIcon(QIcon("open_icon.png"))  
        open_action.triggered.connect(self.open_file)

        # 保存文件动作
        save_action = file_menu.addAction("保存")
        save_action.setIcon(QIcon("save_icon.png"))  
        save_action.triggered.connect(self.save_file)

        # 另存为文件动作
        save_as_action = file_menu.addAction("另存为")
        save_as_action.triggered.connect(self.save_file_as)

        # 编辑菜单
        edit_menu = menu_bar.addMenu("编辑")

        # 复制动作
        copy_action = edit_menu.addAction("复制")
        copy_action.setShortcut(Qt.CTRL + Qt.Key_C)
        copy_action.triggered.connect(self.text_edit.copy)

        # 粘贴动作
        paste_action = edit_menu.addAction("粘贴")
        paste_action.setShortcut(Qt.CTRL + Qt.Key_V)
        paste_action.triggered.connect(self.text_edit.paste)

        # 剪切动作
        cut_action = edit_menu.addAction("剪切")
        cut_action.setShortcut(Qt.CTRL + Qt.Key_X)
        cut_action.triggered.connect(self.text_edit.cut)

        # 撤销动作
        undo_action = edit_menu.addAction("撤销")
        undo_action.setShortcut(Qt.CTRL + Qt.Key_Z)
        undo_action.triggered.connect(self.text_edit.undo)

        # 重做动作
        redo_action = edit_menu.addAction("重做")
        redo_action.setShortcut(Qt.CTRL + Qt.Key_Y)
        redo_action.triggered.connect(self.text_edit.redo)

        # 状态栏
        self.status_bar = QStatusBar()
        self.setStatusBar(self.status_bar)

        # 将文本编辑区和菜单栏添加到布局
        vbox.addWidget(menu_bar)
        vbox.addWidget(self.text_edit)

        self.setLayout(vbox)
        self.setWindowTitle("文本编辑器")

    def init_connections(self):
        # 连接文本编辑区的信号与槽函数，用于检测文本是否修改
        self.text_edit.textChanged.connect(self.text_changed)

    def text_changed(self):
        self.is_text_modified = True
        self.update_status_bar()
        self.text_changed_signal.emit(True)

    def update_status_bar(self):
        if self.file_path:
            status_text = f"文件路径: {self.file_path} - 是否已保存: {'是' if not self.is_text_modified else '否'}"
        else:
            status_text = "未打开文件 - 是否已保存: {'是' if not self.is_text_modified else '否'}"
        self.status_bar.showMessage(status_text)

    def open_file(self):
        file_name, _ = QFileDialog.getOpenFileName(self, "打开文件", "", "文本文件 (*.txt *.md);;所有文件 (*)")
        if file_name:
            self.file_path = file_name
            with open(file_name, 'r', encoding='utf-8') as file:
                self.text_edit.setPlainText(file.read())
            self.is_text_modified = False
            self.update_status_bar()

    def save_file(self):
        if self.file_path:
            with open(self.file_path, 'w', encoding='utf-8') as file:
                file.write(self.text_edit.toPlainText())
            self.is_text_modified = False
            self.update_status_bar()
        else:
            self.save_file_as()

    def save_file_as(self):
        file_name, _ = QFileDialog.getSaveFileName(self, "保存文件", "", "文本文件 (*.txt *.md);;所有文件 (*)")
        if file_name:
            self.file_path = file_name
            with open(file_name, 'w', encoding='utf-8') as file:
                file.write(self.text_edit.toPlainText())
            self.is_text_modified = False
            self.update_status_bar()

if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    editor = TextEditor()
    editor.show()
    sys.exit(app.exec_())

七、实例五：登录界面

（一）功能需求

实现一个简单的登录界面，用户输入用户名和密码，点击 “登录” 按钮后，验证用户名和密码是否正确，如果正确则显示登录成功提示，否则显示错误提示。

（二）代码实现

import sys
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QVBoxLayout, QLabel, QLineEdit, QPushButton, QMessageBox
from PyQt5.QtCore import Qt

class LoginForm(QWidget):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.initUI()

    def initUI(self):
        # 垂直布局
        vbox = QVBoxLayout()

        # 用户名标签和输入框
        username_label = QLabel("用户名:")
        self.username_edit = QLineEdit()

        # 密码标签和输入框
        password_label = QLabel("密码:")
        self.password_edit = QLineEdit()
        self.password_edit.setEchoMode(QLineEdit.Password)

        # 登录按钮
        login_button = QPushButton("登录")
        login_button.clicked.connect(self.login)

        # 将组件添加到布局
        vbox.addWidget(username_label)
        vbox.addWidget(self.username_edit)
        vbox.addWidget(password_label)
        vbox.addWidget(self.password_edit)
        vbox.addWidget(login_button)

        self.setLayout(vbox)
        self.setWindowTitle("登录界面")

    def login(self):
        username = self.username_edit.text()
        password = self.password_edit.text()

        # 这里假设正确的用户名和密码为 "admin" 和 ""
        if username == "admin" and password == "":
            QMessageBox.information(self, "登录成功", "欢迎登录！")
        else:
            QMessageBox.warning(self, "错误", "用户名或密码错误！")

if __name__ == '__main__':
    app = QApplication(sys.argv)
    login_form = LoginForm()
    login_form.show()
    sys.exit(app.exec_())

（三）代码注释

1. 导入必要的模块，包括 QApplication、QWidget、QVBoxLayout、QLabel、QLineEdit（用于输入用户名和密码）、QPushButton（登录按钮）、QMessageBox（用于显示提示信息）和 Qt。
2. 定义 LoginForm 类继承自 QWidget。initUI 方法初始化界面：创建一个 QVBoxLayout 对象 vbox 用于垂直布局。创建用户名标签 username_label 和输入框 username_edit。创建密码标签 password_label 和输入框 password_edit，并设置其显示模式为密码模式（输入内容显示为星号）。创建登录按钮 login_button，连接其 clicked 信号到 login 槽函数。将组件添加到垂直布局中，最后将布局设置为窗口的布局，并设置窗口标题。login 方法是槽函数，用于处理登录操作：获取用户输入的用户名 username 和密码 password。这里假设正确的用户名和密码为 "admin" 和 ""，进行简单的验证。如果用户名和密码正确，使用 QMessageBox.information 显示登录成功提示；如果错误，使用 QMessageBox.warning 显示错误提示。
3. 在主程序部分，创建应用程序对象 app，实例化 LoginForm 类并显示窗口，然后运行应用程序的主循环。

八、结束语

通过以上对 PyQt5 库的介绍以及五个实例的展示，我们可以看到 PyQt5 在 Python GUI 开发中的强大功能和灵活性。无论是简单的计算器、待办事项列表，还是较为复杂的图像浏览器、文本编辑器和登录界面，都可以通过 PyQt5 相对轻松地实现。