Kivy指南-1-时钟app
一个仿iOS和Android内置时钟应用的app
一个仿iOS和Android内置时钟应用的app。分两部分：
- 个没有交互的数字时钟，简述Kivy的事件驱动(event-driven)方法，引入计时器的功能，持续更新。
- 交互的秒表功能，设计流畅的自适应布局。
学习大纲：
- Kivy语言基础，DSL(domain-specific language)处理部件(widgets)
- Kivy布局方式
- 自定义字体和文字样式
- 事件管理
app最终效果如下，只要60行代码，Python代码和kv代码各一半。
将kivy的helloworld稍作修改。增加一个布局容器(layout container)，BoxLayout，后面可增加更多部件。
# %load ../0_Hello/main.py
from kivy.app import App
class ClockApp(App):
pass
if __name__ == "__main__":
ClockApp().run()
# clock.kv
BoxLayout:
orientation: 'vertical'
Label:
text: '00:00:00'
BoxLayout容器可以包含多个子部件，水平或垂直堆放。由于kv只有一个子部件，BoxLayout就会让它充满所有空间。
当运行
main.py文件时，Kivy自动调用clock.kv。类名是ClockApp，.kv文件名就是clock，类名小写并去掉App。
扁平化设计模式(flat design paradigm)如日中天，覆盖Web，移动，桌面应用领域，兴起于iOS7和Win8。互联网公司也追随，于Google I/O 2014出Material design，其他HTML5框架，如Bootstrap亦如是。
扁平化设计强调内容胜于外观，忽略逼真图片的阴影和细致的质地，支持纯色和简单几何图形。强调比学院派的仿真设计（skeuomorphic design）更简单的程序化创造，前者倾向于丰富视觉效果和艺术感。
仿真主义是用户界面设计的主流方法。认为应用程序属于真实世界的一部分，比如一个带按钮的计算器app应该被做成廉价的、物质的计算器的感觉，有助于提升用户体验（得看是谁用）。
如今，放弃视觉细节而转向简单、流线型界面仿佛是共识。另一方面，仅靠一堆彩色框框就想做成惊世骇俗的作品很有难度。扁平化设计成了文字排版好的代名词原因就是文字成了UI设计中重要的部分，所有我们要让文字好看。
模仿Android 4.1 Jelly Bean的时钟设计。字体是Google的Roboto字体，取代了Android 4.0 Ice Cream Sandwich的Droid字体。
Kivy默认是Droid Sans字体，通过font_name属性可设置自定义字体。这里只有一种字体，可以直接将.ttf文件名放上。
# clock.kv
Label:
font_name: 'Loster.ttf'
但是我们要好几种字体，一个属性就不够了。因为不同字体都是单个文件，而属性只能跟一个文件名。涉及多种字体可以用LabelBase.register方法可以接受多种字体，如下所示：
LabelBase.register(
name="Roboto",
fn_regular="Roboto-Regular.ttf",
fn_bold="Roboto-Bold.ttf",
fn_italic="Roboto-Italic.ttf",
fn_bolditalic="Roboto-BoldItalic.ttf",
)
改进之后，一个部件的font_name属性可设置多种自定义字体了。但这种方法有两个限制：
- kivy只接受TrueType的
.ttf字体。如果是OpenType的.otf或者网页字体如.woff，得先转换。 - 字体normal，italic，bold，bold italic四种样式有最大值。旧字体没问题，如Droid Sans。但是新字体都有4到20多种样式，其高度和其他特征也不同。Roboto至少有12种样式。
第二点迫使我们选择app字体时要把12种样式全放进去，这么做会增大app的体积，Roboto字体有1.7M。
本例中我们只要两种样式：浅色(Roboto-Thin.ttf)和加粗(Roboto-Medium.ttf)
from kivy.core.text import LabelBase
LabelBase.register(
name="Roboto", fn_regular="Roboto-Thin.ttf", fn_bold="Roboto-Medium.ttf"
)
下面我们来使用字体，放到Label后面即可。
# clock.kv
Label:
text: '00:00:00'
font_name: 'Roboto'
font_size: 60
markup语言毋庸置疑HTML。Kivy实现了另外一种BBCode的markup语言，用[]作标签。
| BBCode tag | Effect on text |
|---|---|
| [b]...[/b] | Effect on text |
| [i]...[/i] | Italic |
| [font=Lobster]...[/font] | Change font |
| [color=#FF0000]...[/color] | Set color with CSS-like syntax |
| [sub]...[/sub] | Subscript (text below the line) |
| [sup]...[/sup] | Superscript (text above the line) |
| [ref=name]...[/ref] | Clickable zone, <a href="..."> in HTML |
| [anchor=name] | Named location, <a name="..."> in HTML |
由于Kivy发展很快，以上内容绝非最终版本，详情查阅kivy文档。
再看看图2，我们要实现小时数字加粗的效果就easy了。
# clock.kv
Label:
text: '[b]00[/b]:00:00'
markup: True
Kivy的BBCode需要将markup属性设置为True。
如果要整行加粗，可以直接设bold属性为True。其他斜体、颜色、字体、大小同理。
下面我们来调整窗口背景色，是Window对象的一个属性。可以在__name__ == '__main__'后面增加代码：
from kivy.core.window import Window
from kivy.utils import get_color_from_hex
Window.clearcolor = get_color_from_hex("#101216")
函数get_color_from_hex允许使用CSS的RGB颜色值(#RRGGBB)，也可以用其他函数。
大多数UI框架都是事件驱动，Kivy也不例外。这种方式相比通常的程序更简单——事件驱动的代码需要不断返回到主循环（main loop）；但是，这么做不能处理用户行为（点击鼠标，改变窗口），而且界面会冻结（freeze），Windows经常这样程序停止响应。
总之，不能在程序里面加无限循环实现。
# Don't do this
while True:
update_time() # some function that displays time
sleep(1)
理论上可行，但UI实际会失去相应，直到系统或用户关闭进程才结束。记住Kivy内部一直运行主循环，我们可以通过事件与计算器来利用它。
事件驱动还意味着我们需要对不同事件作出响应，可能是用户输入，网络行为，或超时等等。
很多程序监听共同事件之一就是App.on_start，定义在类里面，在app初始化的时候调用。另一个常见的是on_press，当用户点击，tap，或其他按钮操作时启用。
通过时间和计时器，我们就可以用Kivy自带的Clock类实现想要的功能。两个方法：
-
Clock.schedule_once：在一段时间后运行一次 -
Clock.schedule_interval：周期性的运行
和JavaScript中的
window.setTimeout和window.setInterval类似。其实Kivy和JS很像，即使API完全不同。
Clock所有的计时事件都是Kivy主循环的一部分。这种方法与线程不同，这样调用一个阻塞函数可能会阻止其他事件被及时唤醒。
要接入显示时间的Label部件，需要给它一个id，通过id属性来获取部件，这和Web开发类似。
# clock.kv
Label:
id: time
之后就可以通过root.ids.time来接入Label部件了。这里root就是BoxLayout。
给ClockApp类增加一个update_time方法来更新时间：
def update_time(self, nap):
self.root.ids.time.text = strftime("[b]%H[/b]:%M:%S")
再增加一个调度功能，让程序更新后每秒更新一次：
def on_start(self):
Clock.schedule_interval(self.update_time, 1)
运行程序看看是不是开始更新了。代码如下：
# %load main.py
from kivy.app import App
from kivy.clock import Clock
from kivy.core.window import Window
from kivy.utils import get_color_from_hex
from time import strftime
class ClockApp(App):
def update_time(self, nap):
self.root.ids.time.text = strftime("[b]%H[/b]:%M:%S")
def on_start(self):
Clock.schedule_interval(self.update_time, 1)
if __name__ == "__main__":
Window.clearcolor = get_color_from_hex("#301216")
ClockApp().run()
看看python的time标准库strftime函数是如何与Kivy的BBCode组合成C语言字符串的。
# %load clock.kv
BoxLayout:
orientation: 'vertical'
Label:
text: '[b]00[/b]:00:00'
markup: True
id: time
除了ID绑定部件，还可以新建一个属性，在kv文件中进行绑定。这么做更符合DRY原则，只是多几行代码。如下所示：
# In main.py
from kivy.properties import ObjectProperty
from kivy.uix.boxlayout import BoxLayout
class ClockLayout(BoxLayout):
time_prop = ObjectProperty(None)
我们在这段代码用BoxLayout写了个新root部件类，它有一个自定义属性time_prop，将连接Label部件。
在clock.kv文件里，我们把属性绑定id，自定义属性和默认属性语法一致：
# %load clock.kv
ClockLayout:
time_prop: time
Label:
id: time
这样，Python代码不需要知道id就可以连接Label部件，用新属性root.time_prop.text = "demo"。
这样做使代码的可移植性更好，消除了反射（refactor）时Python代码同步的问题。靠属性还是root.ids去连接Python代码这事儿，只是代码风格问题，不重要。后面还会介绍其他Kivy属性的用法，让数据绑定更容易。
Kivy提供了一堆Layout类来布局。Layout又是Widget类的子类，是个容器类。每个布局都是影响其子类位置和尺寸。
在这个app中，我们的UI很直接，不需要什么神奇，如下所示：
做这种界面就要BoxLayout，一种一维网格。在clock.kv里面已经有BoxLayout了，只有一个子部件。Kivy的布局默认充满屏幕，所以自动适应屏幕。
如果增加一个Layout，就会分一半屏幕，vertical和horizontal决定分割的方向。
我们这里就用vertical分三块，然后中间那块用horizontal分两块，Esay吧。
由于中间这块是按钮，不应该比时间还大，可以增加一个height属性，然后设置size_hint属性为None。size_hint属性是一个元组(宽, 高)，影响部件的宽和高。如果你想用绝对高度和宽度，就要设置size_hint属性为None，否则高度和宽度设置无效，部件会自动计算尺寸。代码如下：
# %load clock.kv
BoxLayout:
orientation: 'vertical'
Label:
id: time
text: '[b]00[/b]:00:00'
font_name: 'Roboto'
font_size: 60
markup: True
BoxLayout:
height: 90
orientation: 'horizontal'
padding: 20
spacing: 20
size_hint: (1, None)
Button:
text: 'Start'
font_name: 'Roboto'
font_size: 25
bold: True
Button:
text: 'Reset'
font_name: 'Roboto'
font_size: 25
bold: True
Label:
id: stopwatch
text: '00:00.[size=40]00[/size]'
font_name: 'Roboto'
font_size: 60
markup: True
运行代码，会发现按钮没有完全填充BoxLayout，因为用了padding和spacing属性，与CSS类似。main.py代码如下：
# %load main.py
from kivy.app import App
from kivy.clock import Clock
from kivy.core.window import Window
from kivy.utils import get_color_from_hex
from kivy.core.text import LabelBase
from time import strftime
LabelBase.register(
name="Roboto", fn_regular="Roboto-Thin.ttf", fn_bold="Roboto-Medium.ttf"
)
class ClockApp(App):
def update_time(self, nap):
self.root.ids.time.text = strftime("[b]%H[/b]:%M:%S")
def on_start(self):
Clock.schedule_interval(self.update_time, 1)
if __name__ == "__main__":
Window.clearcolor = get_color_from_hex("#123456")
ClockApp().run()
之前的kv代码一堆重复，其实可以借助CSS的方法是代码更精炼，更DRY。在BoxLayout外面增加一个新定义：
# %load clock.kv
<Label>:
font_name: 'Roboto'
font_size: 60
markup: True
这是一个类，与CSS的selector类似。每个Label都会带<Label>类特性。
这样就可以把clock.kv里面每个Label的font_name，font_size和markup属性都删掉了。如果想改变一个属性的值，就直接写上，会覆盖原来的值，与CSS完全一样。
定义类并没有创造一个新部件，只是一个属性集合。增加一个定义类，如果不使用就不会改变app的布局。
前面kv代码里类的处理有点问题，类只能有一个名字叫Label。当我们要为同一种部件加不同的属性定义类时，可以自定义类。如果直接改写Label和Button这些标准类，之后再用到通过类部件时改前改后一堆麻烦。所幸，命名类可以解决这一问题，RobotoButton是一种Button：
<RobotoButton@Button>:
font_name: 'Roboto'
font_size: 25
bold: True
@前面是新类的名称，后面是部件类型，本质是面向对象的子类class RobotoButton(Button)，在kv代码里使用时，可以直接用命名类代替原来的Button类：
RobotoButton:
text: 'Start'
命名类可以精简代码，而且可以改良部件。
UI设计的死角是可点击元素，像按钮之类，没有一个统一样式。Win8的Metro风格十分激进，点击部分完全是纯色矩形，很小甚至基本没图案。Apple使用弧度；还有一种使用圆角的趋势，尤其在CSS3风格里。轻微的阴影也开始使用。
Kivy在这方面很灵活，不强制任何一种风格，而且提供一堆特性帮你实现任意风格。其中之一就是9-patch缩放功能。
传统UI开发中，如果背景的大小不一样，一般需要为每种大小都制作一张图片，这在button中尤为明显。当然我们也可以一小块一小块水平重复的画，也可以垂直的话。在android中专门有一种叫9-patch图片（以9.png结尾）来解决背景大小不一样时，只用一张背景图片。无论横屏还是竖屏，高分辨率还是低分辨率，都能自动填充满，而且不失真。
缩放算法的目的就是尽可能的适应不同场合的像素要求，尤其是包含一堆文字的按钮。等比放缩图片容易实现，但是由于变形比例问题，质量不太好。
非等比的9-patch放大可以产生不失真的效果。其理念就是把图片分成若干静止的、可缩放的块。假设下图是个可缩放按钮。黄色部分是操作区，其他颜色都是边：
当红色区域被压缩时，蓝色区域大小不变。如下图所示：
蓝色的角是不变的，红色的边可以垂直、水平缩放。图片中唯一等比变化的部分就是黄色的操作区，通常都是用纯色，也可以加上文字。
本例中，我们用一个简单的1px边的纯色按钮，改下颜色就可以重用。如下所示：
按下去的状态就用相反的颜色，如下所示：
现在在clock.kv中添加9-patch图，我们需要告诉Kivy图像边的像素，因为默认是等比变化的。
<RobotoButton@Button>:
background_normal: 'button_normal.png'
background_down: 'button_down.png'
border: (2, 2, 2, 2)
border属性与CSS一致是顺时针：上，右，下，左。不过，不能像CSS里面直接写统一值border: 2，暂时还不行。
当然用Python语法
border:[2] * 4是最短的。
前面说过，与CSS类似，后面的属性会覆盖前面同名的属性，比如新建Reset按钮，就可以在RobotoButton下修改：
RobotoButton:
text: 'Reset'
background_normal: 'red_button_normal.png'
background_down: 'red_button_down.png'
这样按钮就搞定了，但是还不能运行，下面我们来实现秒表功能。
秒表不只是显示时间，还需要暂停、复位，比普通的钟表要复杂一点。反映到程序上，就是Python的datatime模块和strftime()函数的区别。后者可以直接将现在的时间格式化，正是秒表显示所要的。
首先，我们要建立一个计时器。由于Kivy的Clock.schedule_interval事件handler支持时间参数，所以不通过Python的时间函数也容易实现。
def on_start(self):
Clock.schedule_interval(self.update, 0.016)
def update(self, nap):
pass
时间单位是秒，就是说app每秒运行60次(60fps)为1帧，平均间隔时间为 $$\frac{1}{60} = 0.016(6)$$
然后就是时间持续更新：
class ClockApp(App):
sw_seconds = 0
def update(self, nap):
self.sw_seconds += nap
我们先做时间显示功能，然后再实现停止功能。
对于主时间显示，格式很简单，因为标准模块strftime提供了datetime时间转换字符串的功能。但是这个函数有一些不足：
- 只接受Python的
datetime时间格式（但是秒表需要秒用小数显示sw_seconds） - 没有十进制秒的转换功能
datetime的不足容易克服：可以将sw_seconds转换为datetime时间格式。但是有点多余，因为我们最后还是需要小数显示，所以strftime格式不行。那么我们就自己做个轮子。
首先计算分、秒和分秒，divmode函数输出(商，余数)。
minutes, seconds = divmod(self.sw_seconds, 60)
divmode函数只计算一次，普通/和%运算需要两次。如果我们每一帧画面都有大量这样的浮点数除法，就像游戏或仿真，CPU就费劲了。
不太同意所谓“过早优化是魔鬼”，许多差的实践导致程序性能低下，其实一开始很容易避免，而且不影响代码质量，不去做才是魔鬼。
要注意divmode函数结果都还是浮点数，所以要去争：int(minutes)和 int(seconds)。
现在就剩下分秒了，可以这样获得：
int(seconds * 100 % 100)
现在所有的数值都有了，让我们组合一下。Python的字符串处理有很多格式，与The Zen of Python（打开Python输入import this）的 "There should be one—and preferably only one—obvious way to do it"并不一致，呵呵。最简单的就是%为代表的C语言风格。
def update_time(self, nap):
self.sw_seconds += nap
minutes, seconds = divmod(self.sw_seconds, 60)
self.root.ids.stopwatch.text = "%02d:%02d.[size=40]%02d[/size]" % (
int(minutes),
int(seconds),
int(seconds * 100 % 100),
)
现在有分秒了，之前用的更新频率1fps就不适用了。让我们把update_time时间间隔改为0，即每一帧都更新：
Clock.schedule_interval(self.update_time, 0)
用按钮来控制应用是最简单的。下面就是所有代码：
def start_stop(self):
self.root.ids.start_stop.text = "Start" if self.sw_started else "Stop"
self.sw_started = not self.sw_started
def reset(self):
if self.sw_started:
self.root.ids.start_stop.text = "Start"
self.sw_started = False
self.sw_seconds = 0
第一个事件handler是Start和Stop按钮，由sw_started改变状态实现。第二个handler是Reset按钮。
还需要增加状态属性跟踪秒表是否在运行：
class ClockApp(App):
sw_started = False
sw_seconds = 0
def update_clock(self, nap):
if self.sw_started:
self.sw_seconds += nap
我们改变update_clock函数只有秒表开始sw_started为True才更新，秒表开始默认为停止状态。
在clock.kv文件里，我们把方法绑定到on_press事件上：
RobotoButton:
id: start_stop
text: 'Start'
on_press: app.start_stop()
RobotoButton:
id: reset
text: 'Reset'
on_press: app.reset()
在Kivy语言里面，有几个上下文相关的参考：
- self：引用当前部件；
- root：整个程序中最外层的部件；
- app：应用类的一个实例。
你会发觉，按钮事件处理一点也不难。就这样，我们的app实现了秒表的交互功能，允许用户开始，停止，复位。
这一章我们做了一个app，如果要打包并发布到Google Play或其他商店供大家用，还需要一点工作，因为涉及到具体的平台，但是最难的部分——编程——已经结束。
通过个app，我们学习了ivy应用开发的很多方面，并不需要太多复杂代码就搞定了。Kivy的主要特点就是短小精悍的代码，允许快速迭代。一点点旧代码就可以获得很多新特性。Kivy生命力旺盛，将长盛不衰。
这本书所以内容的共同基础是，无论我们的程序还是Kivy，都不是凭空产生的。一切都源自Python的cheese shop——Python Package Index (PyPI)——以及其他工具包，包括操作系统底层服务。
我们还更新了许多网页应用开发的资源，如CSS框架Bootstrap中的字体、颜色和阴影。当然也希望你看看Google的Material design principles——不仅只是设计资源集合，也是一个完整教程，教我们实现风格统一、界面友好的UI，同时保留app的"个性"和特点。
当然，这才刚刚开始。欲知后事如何，请听下回分解。