基于Python的Android應(yīng)用GUI的開發(fā)

何浩，李滔

（西北工業(yè)大學(xué) 電子信息學(xué)院，陜西 西安 710129）

經(jīng)過多年的發(fā)展，第三代數(shù)字通信（3G）技術(shù)獲得了廣泛的接受，它為移動終端用戶帶來了更快的數(shù)據(jù)傳輸速率。現(xiàn)在移動終端已不再僅是通訊網(wǎng)絡(luò)的終端，還將成為互聯(lián)網(wǎng)的終端。因此，移動終端的應(yīng)用軟件和需要的服務(wù)將會有很大的發(fā)展空間。Google為此于2007年11月推出了一個專為移動設(shè)備設(shè)計的軟件平臺——Android。

Android是一套真正意義上的開放性移動設(shè)備綜合平臺，它包括操作系統(tǒng)、中間件和一些關(guān)鍵的平臺應(yīng)用。Android最大特點在于它是一個開放的體系架構(gòu)，具有非常好的開發(fā)和調(diào)試環(huán)境，而且還支持各種可擴展的用戶體驗，Android里面具有非常豐富的圖形系統(tǒng)，對多媒體的支持功能和非常強大的瀏覽器[1-3]。2011年第一季度，Android在全球的市場份額首次超過塞班系統(tǒng)，躍居全球第一。 2012年11月數(shù)據(jù)，Android占據(jù)全球智能手機操作系統(tǒng)市場76%的份額，中國市場占有率為90%。

伴隨著Android用戶的迅猛增長，手機應(yīng)用創(chuàng)新進入了“爆發(fā)期”，Android電子市場能夠持續(xù)保持強勁增長速度已經(jīng)創(chuàng)造了新的奇跡，應(yīng)用程序和游戲數(shù)量的增長速度已經(jīng)超出了預(yù)期。官方最近給出的數(shù)字顯示，2012年1月，Android電子市場中的活躍應(yīng)用已超過40萬，這距離突破30萬應(yīng)用僅僅用了4個月時間。

然而，Android應(yīng)用的開發(fā)開始時只支持Java語言，現(xiàn)在幾乎所有的應(yīng)用都是使用Java語言開發(fā)的，但是對于Android應(yīng)用開發(fā)的愛好者來說，這并不是個好消息，因為并不是所有人都喜歡或者熟悉Java。而且雖然Java在開發(fā)Android應(yīng)用發(fā)面的確功能強大，但是也正因如此，它在完成某些簡單任務(wù)時顯得過于繁冗復(fù)雜，不夠靈巧。Google及時的認(rèn)識到這對Android發(fā)展的不利。于是發(fā)起了SL4A（Scripting Layer for Android）項目，它的目標(biāo)就是可以用各種腳本語言開發(fā) android程序，目前支持 Python、Beanshell、JRuby、Lua、Perl、PHP 和 Rhino等。 有了 SL4A 的支持，我們就可以用Python來開發(fā)Android應(yīng)用了。

1 基于Python的Android應(yīng)用的開發(fā)

Python是一種開放源代碼的腳本編程語言，這種腳本語言特別強調(diào)開發(fā)速度和代碼的清晰程度。它可以用來開發(fā)各種程序，從簡單的腳本任務(wù)到復(fù)雜的、面向?qū)ο蟮膽?yīng)用程序都有大顯身手的地方。Python還被當(dāng)作一種入門程序員最適合掌握的優(yōu)秀語言，因為它免費、面向?qū)ο蟆U展性強同時執(zhí)行嚴(yán)格的編碼標(biāo)準(zhǔn)[4-6]。

SL4A的全稱為Scripting Layer for Android，它實現(xiàn)了本地腳本和原生態(tài)Android程序的內(nèi)部消息通信，所以任何本地腳本語言，只要實現(xiàn)了這套兼容的JSON RPC通信接口，就可以呼叫SL4A的RPC Server端程序[7]。

圖1 SL4A總體架構(gòu)Fig.1 General framework

從圖1可以看出，SL4A總體包括Client和Server兩部分來實現(xiàn)通信和整體架構(gòu)的獨立性，Client端負(fù)責(zé)解析本地腳本，這樣只要本地腳本實現(xiàn)了兼容的接口，就可以方便實現(xiàn)腳本語言的擴展，而Server端則封裝了Android原生態(tài)程序的設(shè)計，即使在Android底層API發(fā)生變化的時候，Client端也基本不會受到影響，Client把腳本中解析出來的函數(shù)調(diào)用通過RPC通信，遠(yuǎn)程呼叫Server端代理接口，然后由Server調(diào)用原生態(tài)的Android API（Android Facade架構(gòu)）來完成具體的功能，在調(diào)用結(jié)束后，Server端將執(zhí)行結(jié)果反饋給Client端。這樣就實現(xiàn)了用Python對Android應(yīng)用的開發(fā)。

2 開發(fā)工具

我們可以直接在Android官網(wǎng)上下載到全套的應(yīng)用開發(fā)包，下載地址為 http://developer.android.com/sdk/index.html，其中包括必要的 Android SDK組件和已安裝好ADT（Android Developer Tools）插件的Eclipse IDE。Eclipse是著名的跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境。最初主要用來Java語言開發(fā)，但通過安裝相應(yīng)的插件也可使其作為C++、Python、PHP等其他語言的開發(fā)工具。Eclipse的本身只是一個框架平臺，但是眾多插件的支持，使得Eclipse擁有較佳的靈活性。許多軟件開發(fā)商以Eclipse為框架開發(fā)自己的IDE。

為了能在Eclipse中用Python語言做Android應(yīng)用的開發(fā)，除了安裝ADT插件外還需要Pydev插件。在Eclipse中安裝Pydev插件時，點擊菜單欄中的幫助按鈕，在打開的下拉式菜單中選擇Install New Software選項。此時會彈出一個新的對話框，點擊Add按鈕，然后在新對話框中的Name欄輸入插件的名字，在Location欄輸入插件的下載地址，Eclipse的Pydev在線下載安裝地址為：http://Pydev.org/updates，完成后點擊OK，選擇所要安裝的插件包，點擊Next，等待下載安裝完成。當(dāng)安裝完成后，Eclipse需要重新啟動。重啟之后，就可以在Eclipse中用Python做Android應(yīng)用開發(fā)了。

3 使用Python實現(xiàn)Android應(yīng)用的GUI開發(fā)

GUI（Graphical User Interface）即圖形用戶接口，是人機交互最基本的工具，任何一款手機應(yīng)用或是電腦軟件都無法擺脫GUI的開發(fā)。在使用Python的探索開發(fā)過程中，我們發(fā)現(xiàn)有兩種最基本的方式通過SL4A實現(xiàn)與用戶的交互。第一種方法，直接調(diào)用Android API來生成對話框，如警告對話框。這是最簡單、最直接的向用戶傳遞信息并接受用戶反饋的方法。第二種方法是使用HTML或者JavaScript來建立用戶界面（UI），Python在后臺做其他處理。

3.1 使用Python開發(fā)對話框類型的GUI

3.1.1 對話框

SL4A中包含一個UI facade用來訪問Android API中可調(diào)用的基本對話框。通過代碼來調(diào)用這些對話框非常的簡單。我們所需做的只是設(shè)置我們所想顯示的按鈕，項目和題目的內(nèi)容，然后調(diào)用ShowDialog就行了。同時，我們可以通過調(diào)用dialogGetResponse來查看用戶的行為。

如果我們想給用戶顯示一條簡短的消息，可以使用makeToast API功能，程序運行后，會顯示如圖2所示的對話框。 它有一個標(biāo)題 （Hello！ ）， 有一段提示 （What is your name？），并且getInput方法會提供一個默認(rèn)的單行輸入欄和一個OK按鈕。

圖2 帶標(biāo)題、提示行、輸入框和OK按鈕的對話框Fig.2 Input dialog box with title， prompt， input box， and Ok button

當(dāng)用戶輸入名字并點擊OK后，getInput功能將返回一個元組格式的result對象。在這個例子中，返回的內(nèi)容為：Result（id=0， result=u’Kentucky Rose’， error=None）

每個result都有一個唯一的ID使其可被追蹤，在這個例子中ID為0。元組的第二個元素就是用戶在輸入欄所輸入的文本內(nèi)容。每個元組同時還包含一個error元素，用來將可能遇到的各種錯誤信息反饋給調(diào)用者。在這個例子中，我們看到error=None，也就是說沒有錯誤。當(dāng)OK鍵按下后我們就可以看到會彈出一個對話框顯示用戶所輸入的內(nèi)容，該對話框會持續(xù)一小段時間后自動消失。

3.1.2 選項菜單

大部分Android應(yīng)用都有一個選擇菜單，可以讓用戶設(shè)定一些參數(shù)或者應(yīng)用功能的其他選擇。SL4A通過調(diào)用addOptionsMenuItem來實現(xiàn)選擇菜單項的創(chuàng)建，包括選擇菜單按鈕的創(chuàng)建，按鈕名稱的定義，按鈕圖標(biāo)的選擇等。調(diào)出菜單項的時候必須有一個系統(tǒng)界面，我們可以調(diào)用webViewShow方便的建立一個空白的系統(tǒng)界面。運行程序后按下設(shè)備的菜單鍵就會彈出如圖3所示的菜單項。

圖3 菜單項實例Fig.3 Example options menu

當(dāng)按下Sensible后會得到以下result：

{u ‘data’:u ‘I bet.’， u ‘name’:u ‘sensible’， u‘time’:1301074971174000L}

需注意這個result事實上是一個event的輸出，它包含了3個已命名項，分別為：data、name和time。接下來需要做的就是完成用戶按下每一個菜單選項后所實現(xiàn)的具體功能了。

3.1.3 通過dialogCreateAlert實現(xiàn)文件列表

在Android應(yīng)用中，我們經(jīng)常會需要給用戶一個文件列表，比如在閱讀器中添加本地圖書，或者管理本設(shè)備SD卡中的文件的時候。SL4A為我們提供了dialogCreateAlert的方法，可以輕松實現(xiàn)這個界面，運行程序后所出現(xiàn)的界面如圖4所示，界面的頂部標(biāo)題中顯示的是用戶所打開文件夾的路徑。

圖4 簡單的文件選擇對話框Fig.4 Simple file chooser dialog box

3.2 通過HTML建立Python GUI

在這種方法下，最基本的做法就是使用HTML或者JavaScript來建立用戶見面，Python在后臺做進程處理工作。Python也可以建立HTML文件不使用任何用戶界面來顯示一些基本信息。

3.2.1 通過HTML顯示基本信息

應(yīng)用中經(jīng)常會遇到需要給用戶簡單的顯示大塊信息的時候，這時候可能是一個列表或者一個文本對話框，這兩種方法用HTML實現(xiàn)都非常簡單。我們可以用程序生成一個HTML文件然后通過調(diào)用webViewShow API來啟動它。

在下面我做了個簡單的程序，它將獲取電池狀態(tài)，并生成包含所有電池信息的HTML文件，然后通過調(diào)用webViewShow API來啟動這個HTML文件。運行此程序后將在/sdcard/sl4a/scripts路徑下產(chǎn)生一個名為battstats.html的文件。其顯示結(jié)果如圖5所示。

圖5 使用簡單的HTML文件顯示電池狀態(tài)Fig.5 Use of a simple HTML file to display battery status

3.2.2 HTML和JavaScript的應(yīng)用

當(dāng)我們想給顯示信息中加入一些交互元素的時候，就需要引入JavaScript了。SL4A提供了Python和web page的通信方法，并且events和JavaScript代碼也可以加入到web page中，但是在做API調(diào)用之前我們必須先在JavaScript代碼中用 var droid=new Android（）來定義Android對象。

下面我嘗試做了一個較復(fù)雜的設(shè)置界面，它包含多個輸入框和多種輸入形式。用戶可以通過這個界面對設(shè)備的相關(guān)設(shè)置進行調(diào)整，包括屏幕亮度，媒體音量，鈴聲音量和WIFI模式等。首先我們需要用HTML制作一個界面。界面完成后我們遇到的首要問題就是如何將用戶設(shè)置的各項參數(shù)傳遞給Python，讓Python來做出相應(yīng)的后臺處理。誠如前面所說，這個任務(wù)將交給JavaScript來完成，完成提取參數(shù)的關(guān)鍵工作是由document.getElementById（）實現(xiàn)的。當(dāng)設(shè)置參數(shù)成功傳遞給Python后，Python將根據(jù)用戶的具體設(shè)置對手機各硬件設(shè)備進行相應(yīng)的調(diào)整。Python部分的核心代碼如下：

droid=android.Android（）

droid.webViewShow（‘file:///sdcard/sl4a/scripts/settings.html’）

while True:

result=droid.waitForEvent（'save'）.result

data=urlparse.parse_qs（result['data'][1:]）

droid.toggleAirplaneMode（'airplane'in data）

droid.toggleWifiState（'wifi'in data）

droid.setScreenBrightness（'screen'in data and 255 or 0）

運行程序的顯示結(jié)果如圖6所示。

圖6 設(shè)置界面Fig.6 My setting interface

4 結(jié)束語

Python是一門年輕、開源、充滿活力的腳本編程語言。在SL4A的支持下，Python可輕松實現(xiàn)Android平臺下應(yīng)用的UI設(shè)計。它既可以通過調(diào)用Android的各種對話框?qū)崿F(xiàn)與用戶的交互，也可以通過與HTML和JavaScript的配合來實現(xiàn)簡潔大方的框架式交互界面。隨著SL4A項目的影響越來越大，將有更多的Python愛好者嘗試并研究用Python來編寫Android應(yīng)用，Python語言將會在Android應(yīng)用開發(fā)中大有作為。

[1]鄭萌，趙常松.Android應(yīng)用開發(fā)與典型案例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[2]Mark L.Murphy.BeginningAndroid 2[M].United States of America:Apress，2010.

[3]Meier R.Professional Android Application Develop[M].WROX PR/PEER INFORMATION INC，2009.

[4]Steven Bird，Edward Loper，Ewan Klein.Natural language processing with Python [M].United States of America:O’Reilly Media，2009.

[5]Paul Barry.Head First Python[M].United States of America:O’Reilly，2011.

[6]Beazley D M.Python essential reference[M].Fourth Edition.Beijing:Post and Telecom Press，2011.

[7]Paul Ferrill.Pro android python with SL4A[M].United States of America:Apress，2011.