GUI简介

一、什么是GUI？

        图形用户界面（Graphical User Interface，简称 GUI，又称图形用户接口）是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。

        图形用户界面是一种人与计算机通信的界面显示格式，允许用户使用鼠标等输入设备操纵屏幕上的图标或菜单选项，以选择命令、调用文件、启动程序或执行其它一些日常任务。与通过键盘输入文本或字符命令来完成例行任务的字符界面相比，图形用户界面有许多优点。图形用户界面由窗口、下拉菜单、对话框及其相应的控制机制构成，在各种新式应用程序中都是标准化的，即相同的操作总是以同样的方式来完成，在图形用户界面，用户看到和操作的都是图形对象，应用的是计算机图形学的技术。

二、GUI的起源

        70年代，美国施乐公司的研究人员开发出了第一个图形用户界面，这样的设计使得计算机实现了字符界面向图形界面的转变，开启了新的纪元。从此以后，Windows、MAC OS等操作系统陆续出现，界面设计不断完善，操作系统的不断更新变化也将图形用户界面设计带进新的时代。图形用户界面是采用图形方式显示的一种信息交换的媒介。用户通过窗口、按键、菜单等图形对象向计算机等电子设备发出指令，其接收指令后，通过图形反馈操作的结果。科学技术的发展，使得各类通讯、电子产品应运而生，图形用户界面也广泛应用于智能手机、家用电器等具有信息交换、储存、处理功能的电子信息产品。

        传统的字符界面操作复杂，非专业的用户难以理解和操作。在图形用户界面中，用户不需要学习复杂的代码，而是可以通过其中的图形对象进行操作，电子产品收到操作指令后，对用户进行结果的反馈，反馈的结果即用户接收到的信息也是图形对象，因此用户无须具备专业知识和操作技能就能够实现操作。作为一种界面显示格式，对于非专业用户来说，GUI设计极大地方便了其操作。

三、GUI的发展历程

1、萌芽阶段

        最早的视窗系统概念是随着第一个计算机实时图形显示系统的出现而提出的，即SAGE Project（美国空军防空系统）和Ivan Sutherland编写的Sketchpad(Sketchpad被公认为是计算机辅助绘图（CAD）程序的创始者，并对现代计算机图形用户界面的发展产生重大影响)。Sketchpad当时在麻州理工学院的林肯TX-2计算机上运行。它使用了一个x-y点图像显示器和当时刚发明的光笔。 

        1960年Doug Engelbart在SRI（Stenford Research Institute）发展了OLS在线系统，在软件界面中增加了光标和多窗口。 

       1970年，SRI的部分研究员进入施乐PARC（Palo Alto Research Center帕洛阿尔托研究中心），并完成了第一个WIMP（窗户，图标，菜单和指针/下拉式菜单）的演示。 

        1973年，第一台使用Alto操作系统的计算机在施乐公司PARC研究中心开发完成。Alto是第一个具备了所有现代图形用户界面的基本元素特征的操作系统。特点：使用三键的鼠标；位图的显示器；图形窗口的运用。 

2、发展阶段

        1980年，ThreeRivers电脑公司发布Perq图形工作站。 

        1981年，施乐公司发布施乐8010（Star）作为Alto的替代产品。特点：可双击的图标，可重叠的窗口，对话栏，分辨率达到1024*768的单色显示器。 

        1983年，苹果公司发布Lisa。特点：下拉菜单和主菜单条。Visi公司发布Vision，这是第一款使用完整的图形界面并针对IBM个人电脑环境的电子图表软件。图形用户界面最初的实际运用是Vision公司用来设计电子表格。首先将“视窗”和鼠标的概念引入个人电脑，这比微软的第一版Windows还早。 

        1984年，苹果公司发布Macintosh系列计算机。Macintosh是第一个成功运用图形用户界面的商业产品。虚拟的桌面概念开始使用，文件看起来就象一张纸，目录看起来像文件夹一样；还有一组桌面小工具，如计算机、笔记本和时钟等。所有这些东西用户都可按自己的需要在屏幕上随意放置，也可以通过把文件和文件夹拖入屏幕上的废纸篓来删除文件。 

        1985年，Geos在苹果公司的AppleII之后发布Commodore64系统。微软发布视察操作系统Windows的第一个版本。 

        1987年，苹果发布MacintoshII型电脑，这是Macintosh的第一款彩色显示机型。特点：显示达到640*480的分辨率，256色。微软发布Windows的第二个版本，特点：窗口具有了可叠加、可改变大小的新功能。Acorn公司发布为Acorn计算机开发的“Arthur”图形界面操作系统。 

        1988年，苹果发布为Apple IIGS开发的16位操作系统GS/OS，其图形界面与苹果的Macintosh系列十分类似。IBM发布增加了图形用户界面的OS/21.10标准版（OS/21.0还完全是命令行模式）。这个版本的图形用户界面是由微软编写的，所以整个界面看起来和Windows2很像。 

        1990年，Commodore发布A3000机型使用的Amiga Workbench 2，特点：增加了三维的凹凸效果，增加了系统菜单。微软发布Windows3.0。GeoWorks发布PC-GEOS。 

      1992年，IBM发布32-bit真彩的操作系统OS/2Version2.0。微软发布Windows3.1。AGAAmigas计算机的Amiga Workbench 3系统发布。 

      1993年，微软发布WindowsNT的第一个版本，这是微软全新的32位操作系统，它采用了和Windows3.1一样的版本号和图形用户界面。 

       1994年，QNX Software Systems发布第一个嵌入式微窗口系统Phtotn microGUI，资源管理器窗口就是嵌入式多窗口技术的典型运用。 

       1995年，微软发布Windows95。Agenda96发布。 

       1996年，New Deal Office2.5发布，它的前身是PC-GEOS。IBM发布OS/2Warp4。微软发布与Windows95界面完全一样的WindowsNT4.0。 

      1997年，苹果MacOS8发布，并在短短两周内卖出了一百二十五万份，成为当时最畅销的软件。 

      1998年，微软发布Windows98。特点：Internet Explorer网络器取代了传统的窗口形式，整个帮助系统也由Internet Explorer所取代，广告放置在桌面右上角。 

      1999年，苹果发布Mac OS X Server，这是一款基于Unix的操作系统，沿用了苹果Macintosh的图形用户界面。RISCOS公司发布适合RiscPC、A7000、A7000+计算机的RISCOS4操作系统。 

   2000年，苹果公司公布发布Mac OS X，采用全新水晶图形界面。微软Windows2000(AKAWindows NT 5)正式发售。 

       2001年，微软发布Windows XP。微软下一代操作系统对用户界面设计进行了巨大投入，“期望通过它改变人们使用计算机的方式”。在计算机出现半个世纪的时间里，图形界面经过不断完善，逐步成熟，并完全取代了命令语言界面，成为现代软件界面的主导形式。图形用户界面是人类历史上最伟大的发明创造之一，它对计算机的普及与进一步发展具有深远的意义。施乐、苹果、微软等公司在这个过程中发挥了重要作用。 

       2006年，微软发布Windows Vista，对此前其视窗操作系统的外观作了较大的修改，实现了Aero功能。

       2009年，Windows 7发布。 它剔除掉了Vista许多臃肿功能。通过“显示桌面”按钮，用户可以隐藏窗口查看桌面。 微软完全重新设计了Windows 7的任务栏，用图标替换掉了标签。用户可以将程序锁定在任务栏上预览已打开的窗口。

      2012年10月，作为Windows重大更新的Windows 8面世。 该系统启动时不再默认显示桌面，而是全新的“磁贴”开始屏幕，给用户带来了不小的困惑。

      2013年10月，微软发布了更新版本Windows 8.1。

     2015年7月，微软正式发布计算机和平板电脑操作系统Windows 10。 

     2021年10月，微软推出Windows 11正式版操作系统。

三、GUI的特点

1、人机交互性

        GUI主要功能是实现人与计算机等电子设备的人机交互。它是用户与操作系统之间进行数据传递和互动操控的工具，用户可以通过一定的操作实现对电子设备的控制，同时电子设备会将用户操作的结果通过显示屏进行反馈。作为使用电子信息产品的必备环节，图形用户界面实现了人与软件之间的信息交互。这种人机交互性使得用户的操作更加便捷。 

2、美观性

        对日新月异的电子产品来说，图形用户界面越来越发挥着重要的作用。美观、友好的界面设计往往更能吸引客户，成为企业获得竞争优势的关键。图形用户界面综合了人机工程学、认知心理学、设计艺术学、语言学、社会学、传播学等众多学科领域的知识，现在已经发展为一门独立的学科。在电子技术飞速发展成熟的今天，电子产品的性能和功能区别已经不是很大，开发者开始更注重产品的美观性。大气的外观、简约的设计风格、良好的视觉效果日益成为影响用户体验的关键因素。由于图形用户界面是多种元素的组合，包含很多艺术性、美观性的设计元素，界面具有美观性，这种美好的视觉感受能够使得用户购买相应的产品，提高企业的经济效益。 

3、实用性

        GUI的目的是实现人机交互。开发人员研究并设计出具体的用户界面，将晦涩难懂的电脑语言包装成简单易懂的图形，用户通过对图形的识别即可理解复杂的电脑语言背后所表达的内容。图形化的操作方式具有很强的实用性，方便了用户的使用，提高了使用效率。这种创造性的转化使冷冰冰的电子产品变得亲切，从实验室走进千家万户的生活。开发人员通过对图形用户界面的不断优化，使信息、数据的传输更高效，结果运行与反馈更便捷、准确，带来良好的用户体验，实用性很强。 

4、技术性

早期电子产品的图形用户界面采用字符界面，需要操作人员具有较高的专业性。文字转化为图形后，相应的数据信息也被转化为图像。用户操作、接收到的信息都是图形对象，不再需要背诵大量的命令符号，无须具备专业知识和操作技能即可实现对电子产品的操作。但简化了的操作过程并不意味着图形用户界面不具有技术性。隐藏在图形对象背后的，是更加专业的代码编写和相关操作。恰恰相反，这些背后的操作更加具有技术性。技术人员编写和设计相关的代码，将字符界面转化为图形界面，以便用户可以利用图形界面实现他们想要操作的内容。这样的转化方式往往需要较高的技术性，所以图形用户界面只是将技术性隐藏起来，而并非不具有技术性。

四、GUI的分类

        随着互联网科技、通讯技术的迅速发展，各种通讯电子消费产品，如台式电脑、平板电脑、手机等已经成为人们日常生活中不可或缺的物品。电子消费产品的图形用户界面（GUI）是电子产品的软硬件系统与用户之间进行数据传递和操控交互的桥梁。电子消费产品图形用户界面（GUI）大致可分为以下两大类。 

1、具体产品独有的操作系统用户交互界面

        操作系统用户交互界面是和电子消费产品绑定在一起的，是产品的一部分，比如具体品牌、具体型号的手机或者电脑独有的操作系统的交互界面，其包括开机画面和操作系统用户界面的图标、布局、交互动态呈现方式、指针游标、桌面背景、视窗排列、菜单状态等。具有美观、智能、合理、高效、易操作的交互界面是除了电子产品外观之外又一个影响消费者购买决定的重大因素。 

2、可运行于不同品牌和型号电子产品的软件

        依赖于互联网、电脑、手机而存在的软件，尤其是免费软件的盈利模式与传统实体经济通过商品与货币的直接交换有所不同，其采用完全免费的推广模式，不从用户处直接获得盈利，而主要以互联网广告和互联网增值服务为盈利来源。稳定的用户群是软件行业发展的基础，如何将用户锁定，提高用户粘性是免费软件必须解决的难题，为解决这一难题，除了要开发出符合用户需求、有特色的功能之外，为用户提供优秀、便利、美观的图形用户界面（GUI）用以提升用户体验也尤为重要。

五、GUI系统结构

       图形用户界面系统通常是指由相应硬件平台和操作系统支持的显示模型，窗口模型和用户模型，以及由这三个模型的应用程序接口组成的应用程序接口API(Application Program Interface)，其中计算机硬件平台和操作系统是图形用户界面系统的基础。只有当硬件平台技术和操作系统功能发展到一定程度，用户才有条件使用图形用户界面。一般而言，某一种图形用户界面系统仅依赖于某种特定的硬件平台和操作系统，但Motif是可以在多种硬件平台和操作系统上运行的界面系统。 

        图形用户界面的显示模型决定了图形在屏幕上的基本显示方式，即用位映象图形显示技术显示各种图形对象的方式。如定义在屏幕上创建字体(font)的字样(type face)和尺寸，定义绘图程序中的线或曲线的产生方式，包括各种处理，像维数(dimension)，浓淡处理(shading)等。不同的图形用户界面系统采用的显示模型各不相同。例如目前大多数在UNIX系统之上运行的图形用户界面都采用X窗口系统作显示模型，而MSWindows3.1则采用Microsoft公司自己设计的图形设备接口(GDI)作显示模型。 

        窗口模型确定了在屏幕上显示的多个应用程序的形象，体现在程序设计上可表示为构造可移动(movable)，可伸缩(resizable)的窗口、菜单、滚动条、对话框等。它通常包括两部分:一是编程工具，如函数集;二是对如何移动，输出和读取屏幕显示信息的说明。有一些图形用户界面系统包含有独特的窗口系统，如AppleMacintosh，另一些图形用户界面系统则使用公共的窗口系统，如MIT的X窗口系统。X窗口系统不但可以充当图形用户界面系统的显示模型，也可以充当它的窗口模型。 

        图形用户界面的用户模型也称图形用户界面的外观与视觉(look and feel)，它也包括两部分：一是构造用户界面的工具，如工具箱和框架集，包括对高层界面构件(Widget)或对象元的数据结构的定义和说明；二是定义在屏幕上组织各种图形对象以及这些对象之间的行为规范和协议。每个图形用户界面用户模型都应当说明它支持什么样的窗口和什么样的显示方式，因为定义规范和建立工具集必须针对具体的显示模型和窗口模型。 

        图形用户界面系统的应用程序接口API由显示模型，窗口模型和用户模型的应用程序接口共同组成，各模型的应用程序接口主要是该模型提供给开发者的开发工具。 

        桌面管理系统是人机交互的图形化管理系统，它使得人机交互更加简便灵活，它通常包括以下几个组成部分：图形化的文件管理系统，供用户使用的图标库，桌面管理机构，图标库管理机构等。