Python绘图系统：将matplotlib嵌入到tkinter 📈简单的绘图系统 📈数据导入📈三维绘图系统

封装成类

xyz这三行其实从代码的角度来说是完全一样的，而且在写这三行组件的时候，也的确是跑了个循环。

但是，这种标签和输入框的组合其实非常常见，为了让其更加便于调用，最好是实现一个类。

在tkinter中自定义组件非常简单，只需继承Frame即可。而对于标签输入组合来说，其输入参数，除了从ttk.Frame中继承得到的之外，至少还要指明标签的内容和宽度。

而就功能而言，至少要能够设置和读输入框中的内容，故其实现方式如下。

class AxisFrame(ttk.Frame):
    # widths 是每个控件的宽度
    def __init__(self, master, label, widths, **options):
        super().__init__(master, **options)
        self.pack()
        self.initWidgets(label, widths)
    
    def initWidgets(self, label, widths):
        tk.Label(self, text=label, width=widths[0]).pack(side=tk.LEFT)
        self.entry = tk.Entry(self)
        self.entry.pack(side=tk.LEFT, fill=tk.X)
    
    def setText(self, text):
        self.entry.delete(0, "end")
        self.entry.insert(0, text)
    
    def get(self):
        return self.entry.get()

有了这个，就不需要self.entrys，而在初始化函数中添加

self.afs = {}       # AxisFrames

相应地，也不需要setFrmAxis函数了，将setFrmCtrl中设置坐标输入框的部分改写为

#...
for flag in 'xyz':
    self.afs[flag] = AxisFrame(frmCtrl, flag, [5])
    self.afs[flag].pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)

此外，将所有self.entrys代码改写为self.afs的形式。而且由于重新封装了输入函数setText，那么全局函数setEntry至少暂时是没必要存在了。

数据输入方案

由于绘图系统支持多种输入方式，而目前只能通过输入框中的内容来判断，如果data，就直接调用导入的数据；如果是数字和逗号的组合，那么就调用np.linspace函数；否则就调用eval函数直接识别python语句。

考虑到以后可能会有更加复杂的数据导入方式，那么设置一个combobox来选择数据获取方式是比较合理的。而combobox设置参数时需要一个StringVar变量，故而先做一个initVar函数，如下所示

```python
def initVar(self, mode):
    self.MODES = ("外部导入", "序列化", "源代码")
    self.mode = tk.StringVar()
    self.setMode(mode)

def setMode(self, mode):
    if type(mode) != str:
        mode = self.MODES[mode]
    self.mode.set(mode)

然后在initWidgets中添加Combobox的设置代码

```python
self.slct = ttk.Combobox(self, width=widths[1], textvariable=self.mode)
self.slct['value'] = self.MODES
self.slct.pack(side=tk.LEFT)

效果如下

设置数据

由于采用Combobox来规范数据的读取方式，所以读取数据的代码也变得更加简单

# 这些是AxisFrame的方法
def setData(self, data=None, **txyz):
    if self.mode.get() == "序列化":
        return self.getArray()
    elif self.mode.get() == "外部导入":
        return self.loadData(data)
    else:
        return self.readPython(**txyz)

def readPython(self, t=None, x=None, y=None, z=None):
    self.data = eval(self.get())
    return self.data

def loadData(self, data):
    if type(data) != type(None):
        self.data = data
    return self.data

def getArray(self):
    val = self.get()
    self.data = eval(f"np.linspace({val})")
    return self.data

其中，在使用python代码时，会不可避免地用到t,x,y,z等变量，所以readPython函数中，会有t,x,y,z作为输入的变量。

这样一来，在DrawSystem中用于读取数据的函数就变得更加简洁了，写成如下形式

# 这个是DrawSystem中的方法
def readDatas(self):
    dct = {}
    for flag in 'xyz':
        self.data[flag] = self.afs[flag].setData(**dct)
        dct[flag] = self.data[flag]
    
def btnDrawImg(self):
    self.readDatas()
    #后面接绘图代码

效果如下

源代码

import tkinter as tk
import tkinter.ttk as ttk
from tkinter.filedialog import askopenfilename

import matplotlib as mpl
mpl.use('TkAgg')
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.backends.backend_tkagg import (
    FigureCanvasTkAgg, NavigationToolbar2Tk)
from matplotlib.figure import Figure

import numpy as np

class AxisFrame(ttk.Frame):
    # widths 是每个控件的宽度
    def __init__(self, master, label, mode, widths, **options):
        super().__init__(master, **options)
        self.pack()
        self.label = label
        self.initVar(mode)
        self.initWidgets(widths)
    
    def initVar(self, mode):
        self.MODES = ("外部导入", "序列化", "源代码", "无数据")
        self.mode = tk.StringVar()
        self.setMode(mode)
    
    def initWidgets(self, widths):
        tk.Label(self, text=self.label, width=widths[0]).pack(side=tk.LEFT)
        self.slct = ttk.Combobox(self, width=widths[1], textvariable=self.mode)
        self.slct['value'] = self.MODES
        self.slct.pack(side=tk.LEFT)
        self.entry = tk.Entry(self, width=widths[2])
        self.entry.pack(padx=5, side=tk.LEFT, fill=tk.X)
    
    def setText(self, text):
        self.entry.delete(0, "end")
        self.entry.insert(0, text)

    def get(self):
        return self.entry.get()

    def setMode(self, mode):
        if type(mode) != str:
            mode = self.MODES[mode]
        self.mode.set(mode)

    def setData(self, data=None, **txyz):
        if self.mode.get() == "序列化":
            return self.getArray()
        elif self.mode.get() == "外部导入":
            return self.loadData(data)
        else:
            return self.readPython(**txyz)
    
    def readPython(self, t=None, x=None, y=None, z=None):
        self.data = eval(self.get())
        return self.data

    def loadData(self, data):
        if type(data) != type(None):
            self.data = data
        return self.data

    def getArray(self):
        val = self.get()
        self.data = eval(f"np.linspace({val})")
        return self.data

class DarwSystem():
    def __init__(self):
        self.root = tk.Tk()
        self.root.title("数据展示工具")

        self.data = {}
        self.afs = {}       # AxisFrames

        frmCtrl = ttk.Frame(self.root,width=320)
        frmCtrl.pack(side=tk.RIGHT, fill=tk.Y)
        self.setFrmCtrl(frmCtrl)

        frmFig = ttk.Frame(self.root)
        frmFig.pack(side=tk.LEFT,fill=tk.BOTH,expand=tk.YES)
        self.setFrmFig(frmFig)
        
        self.root.mainloop()
    
    def setFrmCtrl(self, frmCtrl):
        frm = ttk.Frame(frmCtrl, width=320)
        frm.pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)
        self.setCtrlButtons(frm)

        for flag in 'xyz':
            self.afs[flag] = AxisFrame(frmCtrl, flag, 1, [5,10, 20])
            self.afs[flag].pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)

    def setCtrlButtons(self, frm):
        ttk.Button(frm, text="绘图",width=5,
            command=self.btnDrawImg).pack(side=tk.LEFT)
        ttk.Button(frm, text="加载",width=5,
            command=self.btnLoadData).pack(side=tk.LEFT)

    def btnLoadData(self):
        name = askopenfilename()
        data = np.genfromtxt(name)
        for i, flag in enumerate('xyz'):
            if i >= data.shape[1]:
                return
            self.data[flag] = data[:,i]
            self.afs[flag].setMode("外部导入")
            self.afs[flag].setData(self.data[flag])
    
    def readDatas(self):
        dct = {}
        for flag in 'xyz':
            self.data[flag] = self.afs[flag].setData(**dct)
            dct[flag] = self.data[flag]

    def btnDrawImg(self):
        self.readDatas()
        self.fig.clf()
        if 'z' in self.data:
            self.drawPlot3D()
        else:
            self.drawPlot()
        self.fig.subplots_adjust(left=0.1, right=0.95, top=0.95, bottom=0.08)
        self.canvas.draw()

    def drawPlot3D(self):
        ax = self.fig.add_subplot(projection='3d')
        ax.plot(self.data['x'], self.data['y'], self.data['z'])

    def drawPlot(self):
        ax = self.fig.add_subplot()
        ax.plot(self.data['x'], self.data['y'])

    def setFrmFig(self, frmFig):
        self.fig = Figure()
        self.canvas = FigureCanvasTkAgg(self.fig,frmFig)
        self.canvas.get_tk_widget().pack(
            side=tk.TOP,fill=tk.BOTH,expand=tk.YES)
        self.toolbar = NavigationToolbar2Tk(self.canvas,frmFig,
            pack_toolbar=False)
        self.toolbar.update()
        self.toolbar.pack(side=tk.RIGHT)

if __name__ == "__main__":
    test = DarwSystem()