Разработка кроссплатформенных мобильных и настольных приложений на Python. Практическое пособие
- -
- 100%
- +
© Анатолий Постолит, 2022
ISBN 978-5-0056-1871-9
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Введение
В последние годы кроссплатформенная технология разработки мобильных и настольных приложений становится все более популярной [44]. Кроссплатформенный подход позволяет создавать приложения для различных платформ с одной кодовой базой, что экономит время и деньги, и избавляет разработчиков от ненужных усилий.
Согласно исследованию Digital 2020 Reports [11], подготовленному компаниями We Are Social Inc. и Hootsuite Inc., число пользователей интернета по всему миру увеличивается на 9 человек в секунду. Это означает, что каждый день к мировому онлайн-сообществу присоединяется более 800 тысяч человек, которые пользуются как настольными, так и мобильными устройствами. Интересно, что мобильные приложения становятся все более популярными.
Проникновение смартфонов в повседневную жизнь растет во всем мире. Ожидается, что к 2024 году три из четырех используемых телефонов будут смартфонами. Согласно статистике StatCounter [12], доля пользователей настольных устройств снизилась до 45,66%. Это объясняется изменением нашего образа жизни. Мы проводим в интернете больше времени, чем когда-либо прежде. Почти каждый имеет доступ к смартфону или планшету. Учитывая то, что среднестатистический пользователь в среднем проводит в сети почти 7 часов в день, неудивительно, что более половины этого трафика поступает с мобильных устройств. Это, в свою очередь, способствует росту рынка мобильных приложений, что подтверждается статистикой. Согласно отчету Statista [33], за 2019 год, мировые доходы от мобильных приложений составили 461 млрд. долл., а к 2023 году платные загрузки и реклама в приложениях, как предполагается, принесут более 935 млрд. долл. дохода.
Сегодня на рынке мобильных платформ два крупных игрока – Android и iOS, которые вместе составляют около 99% от общей доли рынка мобильных операционных систем. Согласно различным статистическим данным, Android выигрывает по количеству пользователей, но нет недостатка и в сторонниках iOS, доля которого на рынке составляет 25,75%. В то время как Google Play Store может похвастаться большим количеством приложений (2,5 млн.), Apple App Store содержит более 1.8 млн. приложений. Одного этого факта достаточно, чтобы показать, что ни одну из двух платформ не следует упускать из виду.
Нативное решение, как следует из названия, предполагает разработку приложения на родном для данной платформы языке программирования: Java или Kotlin для Android, Objective-C или Swift для iOS. Будучи глубоко ориентированной на операционную систему, разработка нативных приложений имеет свои достоинства и недостатки. С одной стороны, нативное решение обеспечивает доступ ко всем функциям данной ОС. С другой стороны, если вы хотите охватить оба типа пользователей, вам придется создать два отдельных приложения, что потребует в два раза больше времени, денег и усилий.
Что касается настольных компьютеров, то здесь еще сложнее. Есть два компьютерных гиганта. Это Microsift с компьютерами под ОС Windows, и Apple с компьютерами под управлением операционных систем семейства Mac OS. А еще есть и народное творение Linux. Торговая марка «Linux» принадлежит создателю и основному разработчику ядра Линусу Торвальдсу. При этом проект Linux, в широком смысле, не принадлежит какой-либо организации или частному лицу. Вклад в его развитие и распространение осуществляют тысячи независимых разработчиков и компаний, взаимодействие между которыми осуществляется группами пользователей Linux. То есть, для того, чтобы приложением мог воспользоваться широкий круг пользователей, программный код необходимо писать в трех вариантах: под Windows, под Mac OS и под Linux. При этом для каждого варианта нужно использовать свой язык программирования, адаптированный для конкретной операционной системы.
Здесь на помощь приходит технология кроссплатформенного программирования. Кроссплатформенная мобильная разработка позволяет, как правило, охватить две операционные системы, iOS и Android, одним кодом. Для этих целей используются такие инструменты, как React Native, Flutter, Ionic, Xamarin, PhoneGap. Кроссплатформенная разработка настольных приложений обеспечивает создание программ, способных работать под Windows, MacOS и Linux. Для этих целей используются такие инструменты, как Electron JS, Qt, GTK, Avalonia, Tkinter. То есть упомянутый выше инструментарий используется для кроссплатформенной разработки либо мобильных, либо настольных приложений. А есть ли такое универсальное инструментальное средство, которое обеспечивает работу программы из одного кода и на персональных компьютерах, и на мобильных устройствах, и под любой операционной системой? А ответ на этот вопрос лежит в почти библейской истории, вот она.
Почти библейская история.
Обосновались на горе Олимп три компьютерных бога, и звались они: Google, Apple и Microsoft. У каждого бога был свой Эдемский сад, в котором обитали их сыновья: у Google сын Android, у Apple братья Ios и Macos, у Micrisoft сын Windows. И могли сыны божьи гулять, каждый по своему саду, и рвать плоды любые, и торговать ими. И росло в тех садах дерево познания. Но заповедал каждый бог своему сыну: от всякого дерева в саду ты будешь рвать, а от дерева познания, не рви и не ешь с него, ибо в день, в который вкусишь с него, или сорвешь и продашь с него, станешь ты мне не угодным.
А у подножья горы, в долине обитал простой люд, и у каждого простолюдина было свое имя, но боги обращались к ним по общему прозвищу – Linux. И не имели право простолюдины заходить в сады и плоды вкушать. А могли они только покупать плоды всякие из садов божьих, кроме плодов с дерева познания.
А на дереве познания сидел хитрый змий. И видел он, несправедливость, как боги наживались на простолюдинах, продавая им плоды садов своих. Однажды набрал он плодов с дерева познания и раздал их простолюдинам. И вкусивши плодов от древа познания, прозрели простолюдины, и поняли, что могут сотворить свои сады. И стали они сами сады возделывать, и плоды растить, и угощать друг друга плодами своими, и дарить, и менять, и торговать ими. И перестали они зависеть от прихотей компьютерных богов. Имя того змия был Python, а имя плода запретного Kivy.
Kivy – это фреймворк, созданный в 2011 году, с тех пор успешно развивается и распространяется бесплатно. Это среда программирования на Python, с открытым исходным кодом. В настоящее время возможности фреймворка Kivy значительно расширены за счет библиотеки KivyMD. Здесь аббревиатура MD означает Material Design. Material Design – это некий стандарт, созданный Google, которому нужно придерживаться при разработке приложений для Android и iOS.
Фреймворк Kivy с библиотекой KivyMD позволяет создавать кроссплатформенные приложения, способные работать на любом устройстве (настольный компьютер, планшет, смартфон, мини-компьютер) и в любой операционной системе (Windows, Linux, MacOS, Android, iOS, Raspberry Pi). Приложения адаптированы к устройствам с сенсорным экраном. Кроме того, такие приложения позволяют даже обычный монитор настольного компьютера превратить в сенсорный экран. При этом две кнопки мыши имитируют касание экрана пальцами и выполнение всех операций, свойственных сенсорным экранам (перемещение, перелистывание, вращение и масштабирование).
Материалы данной книги помогут, как начинающим программистам, так и имеющим опыт работы на Python, понять, как можно в одной инструментальной среде создавать приложения для любой платформы и для любого устройства. Освоив материал книги можно с минимальными потерями времени перейти к практическому программированию в данной инструментальной среде, которая упрощает создание как мобильных, так и настольных приложений. В книге читатель найдет все материалы, необходимые для практического программирования, рассмотрены все классы, позволяющие создавать пользовательский интерфейс для мобильных и настольных приложений. Рассмотрены особенности языка программирования KV, который адаптирован для совместной работы с Python. Представлена структура и особенности приложений, создаваемых с использованием фреймворка Kivy. Основное внимание уделено использованию различных классов библиотеки KivyMD, а также показан ряд примеров создания простых мобильных приложений с использованием этой библиотеки.
Данная книга предназначена как для начинающих программистов (школьники и студенты), так и для специалистов с опытом, которые планируют заниматься или уже занимаются разработкой приложений с использованием Python. Сразу следует отметить, что программирование кроссплатформенных приложений требует от разработчиков больших знаний, умений и усилий, чем программирование традиционных приложений. Здесь кроме основного языка, который реализует логику приложения, требуется еще и знания языка разметки KV, необходимо иметь представления об объектно-ориентированном программировании (класса, объекты, свойства, методы). Если некоторые разделы книги вам покажутся трудными для понимания и восприятия, то не стоит отчаиваться. Нужно просто последовательно, по шагам повторить приведенные в книге примеры. После того, как вы увидите результаты работы программного кода, появится ясность – как работает тот или иной элемент изучаемого фреймворка.
В книге рассмотрены практически все элементарные действия, которые выполняют программисты, работая над реализацией кроссплатформенных приложений, имеется множество примеров и проверенных программных модулей. Рассмотрены базовых классы фреймворка Kivy и библиотеки KivyMD, методы и свойства каждого из классов и примеры их использования. Книга предназначена как для начинающих программистов, приступивших к освоению языка Python, так и имеющих опыт программирования на других языках.
Первая глава книги посвящена формированию инструментальной среды пользователя для разработки кроссплатформенных приложений (установка и настройка программных средств). Это в первую очередь интерпретатор Python, интерактивная среда разработки программного кода PyCharm, фреймворк Kivy, и библиотека KivyMD. С использованием PyCharm созданы простейшие первые приложения на Kivy и KivyMD
Вторая глава посвящена основным понятиям и определениям, которые используются в фреймворке Kivy. Описаны особенности языка KV и структура приложений на Kivy. Подробно описаны виджеты, которые используются для разработки пользовательского интерфейса, и правила работы с ними. Раскрывается понятие дерева виджетов, как основе пользовательского интерфейса. Подробно описаны виджеты для позиционирования элементов интерфейса в приложениях на Kivy. Описывается возможность идентификации виджетов и работы с их цветом. Рассмотрены классы Screen и ScreenManager для создания много экранных приложений.
В третьей главе приводятся основные понятия о структуре проектов на KivyMD и о базовых параметрах элементов пользовательского интерфейса, рассмотрены особенности много экранных приложений на основе менеджера экранов (ScreenManager). Описаны стили и темы для задания цветовой настройки приложений, стили шрифтов для вывода надписей
В четвертой главе описаны компоненты KivyMD, которые используются для позиционирования элементов интерфейса. Это некий аналог контейнеров, в которые вкладываются видимые пользователю элементы пользовательского интерфейса.
В пятой главе сделан обзор всех компонент пользовательского интерфейса KivyMD. Это самая объемная глава книги. Здесь говорится о том, для чего используется каждый из этих элементов, приводится пример его использования с полным листингом программного кода. Показаны рисунки, иллюстрирующие, как внешний вид элемента интерфейса на экране приложения, так и его функциональные возможности.
Шестая глава посвящена обзору примеров кроссплатформенных приложений на Kivy и KivyMD. Здесь приводится описание функций приложений, полный листинг программных кодов, проиллюстрированы результаты их работы.
Седьмая заключительная глава посвящена созданию установочных и исполняемых файлов для приложений на Kivy и Python. Поскольку создание APK-пакетов для мобильных приложений под Android возможно только на компьютерах под управлением Linux, то в данной главе подробно описано, как на компьютер можно установить виртуальную машину VirtualDox и загрузить на нее операционную систему Linux. Далее описана утилита Buildozer, которая позволяет создавать APK-пакеты для мобильных приложений под Android и установочных файлов для мобильных приложений под iOS. Показан пример использования данной утилиты. Описаны возможности утилиты pyinstaller для создания исполняемых файлов для настольных приложений под Windows и MacOS (xOS). Показан пример использования данной утилиты.
На протяжении всей книги раскрываемые вопросы сопровождаются достаточно упрощенными, но полностью законченными примерами. Ход решения той или иной задачи сопровождается большим количеством иллюстративного материала. Желательно изучение тех или иных разделов выполнять непосредственно сидя за компьютером, тогда вы сможете последовательно повторять выполнение тех шагов, которые описаны в примерах, и тут же увидеть результаты своих действий. Это в значительной степени облегчает восприятие приведенных в книге материалов. Наилучший способ обучения – это практика. Все листинги программ приведены на языке Python. Это прекрасная возможность расширить свои знания о данном языке программирования, и понять, насколько он прост и удобен для создания кроссплатформенных приложений.
Итак, если Вас заинтересовали вопросы создания кроссплатформенных приложений с использованием Python, Kivy и KivyMD, то самое время перейти к изучению материалов этой книги.
Книга предназначена как для начинающих программистов, так и для подготовленных читателей, имеющих опыт работы с языком программирования Python. Кроме того, данная книга может быть использована как лабораторный практикум для школьников старших классов, студентов ВУЗов и слушателей компьютерных курсов при изучении практических приемов программирования кроссплатформенных приложений.
Примечание.
К сожалению типографский макет издательства не учитывает тех особенностей текста, который необходим для издания литературы, связанной с информационными технологиями и программированием. Листинги программ содержат набор специальных символов – апострофы, двойные апострофы, тройные апострофы и другие специальные знаки, не обеспечивается необходимая поддержка табуляции и отступов. При верстки текста книги макет издательства автоматически заменяет нужные знаки и символы на те, которые «прошиты» в том или ином стиле макета. В связи с этим следует обратить внимание на некорректность некоторых фрагментов текста в листингах программ. В большей степени это касается фрагментов листингов, где присутствуют кавычки и апострофы. Это не ошибки автора, это недостатки стиля того или иного макета издательства. Чтобы обеспечить нужную табуляцию программного кода, вместо пробелов были использованы многоточия.
Глава 1. Инструментальные средства для разработки кроссплатформенных приложений на Python
Современным людям бывает просто необходимо иметь выход в Интернет со своего мобильного устройства. Средства сотовой связи обеспечивают подключение к сети Интернет с планшета или смартфона практически в любой точке вне дома или офиса, а специально созданные мобильные приложения позволяют решать как деловые задачи, так и выполнять развлекательные функции. Мобильные приложения действительно захватили нашу жизнь. Почти каждый день мы используем такие средства общения как WhatsApp и Viber, LinkedIn, обучающие приложения и игры.
Различные компании через мобильные приложения могут рассказать о своих товарах и услугах, найти потенциальных партнеров и клиентов, организовать продажу товаров. Рядовые пользователи взаимодействуют с торговыми точками, используют интернет-банкинг, общаются через мессенджеры, получают государственные услуги.
Для разработки мобильных приложений существует множество языков программирования, причем они позволяют создавать мобильные приложения для устройств, работающих либо только под Android, либо под iOS. Но из этих инструментальных средств хочется выделить связку: Python, фреймворк Kivy и библиотека KivyMD.
Kivy – это фреймворк Python, который упрощает создание кроссплатформенных приложений, способных работать в Windows, Linux, Android, OSX, iOS и мини компьютерах типа Raspberry Pi. Это популярный пакет для создания графического интерфейса на Python, который набирает большую популярность благодаря своей простоте в использовании, хорошей поддержке сообщества и простой интеграции различных компонентов.
Библиотека KivyMD построена на основе фреймворка Kivy. Это набор виджетов Material Design (MD) для использования с Kivy. Данная библиотека предлагает достаточно элегантные компоненты для создания интерфейса – UI (user interface – пользовательский интерфейс), в то время как программный код на Kivy используется для написания основных функций приложения, например, доступ к ресурсам Интернет, обращение к элементам мобильного устройства, таким как видеокамера, микрофон, GPS приемник и т. п.
Используя Python и Kivy можно создавать действительно универсальные приложения, которые из одного программного кода будут работать:
– на настольных компьютерах (OS X, Linux, Windows);
– на устройствах iOS (iPad, iPhone);
– на Android-устройствах (планшеты, смартфоны);
– на любых других устройства с сенсорным экраном, поддерживающие TUIO (Tangible User Interface Objects).
Kivy дает возможность написать программный код один раз и запустить его на совершенно разных платформах.
Для ускорения процесса написания программного кода удобно использовать специализированную инструментальную среду – так называемую интегрированную среду разработки (IDE, Integrated Development Environment). Эта среда включает полный комплект средств, необходимых для эффективного программирования на Python. Обычно в состав IDE входят текстовый редактор, компилятор или интерпретатор, отладчик и другое программное обеспечение. Использование IDE позволяет увеличить скорость разработки программ (при условии предварительного обучения работе с такой инструментальной средой). Для написания программного кода на Python наиболее популярной инструментальной средой является IDE PyCharm – это кроссплатформенная среда разработки, которая совместима с Windows, macOS, Linux.
Из материалов этой главы вы узнаете:
– что такое мобильные приложения;
– как установить и проверить работу интерпретатора Python;
– как установить интегрированную среду разработки PyCharm;
– с помощью какого инструментария можно загрузить в Python дополнительные пакеты программных средств
– как загрузить фреймворк Kivy и библиотеку KivyMD;
– как создать первое простейшее приложение с использованием Kivy и KivyMD.
1.1. Мобильные приложения
Мобильное приложение (от англ. «Mobile app») это программное обеспечение, предназначенное для работы на смартфонах, планшетах и других мобильных устройствах, разработанное для конкретной платформы (iOS, Android, Windows Phone и т. д.). Многие мобильные приложения предустановлены на самом устройстве или могут быть загружены на него из онлайновых магазинов приложений.
Буквально 15—20 лет назад на вопрос, что такое мобильное приложение, владелец сотового телефона не нашел бы ответа. Однако с появлением смартфонов возможности мобильных устройств перестали ограничиваться функциями звонков, отправки СМС и простейшими играми. Сегодня можно сказать, что мобильное приложение – это специально разработанное программное обеспечение под функциональные возможности различных мобильных устройств. Назначение программного обеспечения может быть самым разнообразным: сервисы, магазины, развлечения, игры, онлайн-помощники и другое. Эти приложения скачиваются и устанавливаются самим пользователем через специальные платформы, такие как App Store, Google Play бесплатно или за определенную плату.
Довольно часто пользователи путаются в функциональных различиях мобильной версией сайта и мобильного приложения для смартфона, планшета или другого гаджета. Мобильный вариант сайта представляет собой переработанный, а в некоторых вариантах адаптированный дизайн и контент веб-страниц для удобного просмотра на небольшом дисплее смартфона. Самый простой способ – это создать копию основного сайта для настольного компьютера и подстроить его под разрешение мобильного устройства. Более сложный вариант – это создать новый дизайн web-страниц, с которыми будет удобно взаимодействовать пользователю посредством сенсорного экрана.
Мобильное приложение – это программный пакет, функционал и дизайн которого «заточен» под возможности конкретной мобильной платформы. Вот несколько основных плюсов мобильных приложений:
– интерфейс программы создан конкретно под работу на мобильном устройстве через сенсорный экран;
– удобная и понятная для пользователей гаджетов навигация через мобильное меню;
– лучшее взаимодействие с пользователем через сообщения, пуш-уведомления, напоминания;
– приложение может выполнять функции даже в фоновом режиме, чего нельзя сказать о сайте;
– для работы с программой не нужно открывать браузер, а многие приложения поддерживают свои функций и при отключенном интернете;
– реализована возможность хранение персональных данных пользователя (эта функция расширяет возможности персонализации приложений, например, вызывает такси на домашний адрес, запись на прием к врачу по медицинскому полису и т.п.;
– более гибкая, по сути прямая, обратная связь с торговой компанией или иным сервисом;
– можно задействовать больше ресурсов (например, подключить геолокацию, видеокамеру, датчик ускорения, Bluetooth модуль и т.п.).
На самом деле функционал мобильных приложений уже давно превзошел адаптированные сайты. Сегодня можно скачать и установить на смартфон программы для бизнеса, обучения, органайзеры с опциями напоминания, развлекательный контент и игры, программы различных сервисных служб.
Для разработки мобильных приложений используются различные языка программирования. Среди них можно выделить:
– Java – один из самых популярных языков программирования, который предлагает широкий спектр функций, он считается лучшим языком для разработки под Android;
– Kotlin – это язык программирования со статической типизацией, его можно использовать в сочетании с JAVA для создания более эффективных и высокопроизводительных приложений под Android;
– Swift – в основном используется для разработки приложений для iOS. Достаточно долгое время Swift сохранял монополию в бизнесе по разработке приложений для iOS;
– Dart – это быстрый, объектно-ориентированный язык программирования, основанный на парадигме, который используется для разработки кроссплатформенных приложений. Этот язык программирования, созданный Google, позиционируется в качестве альтернативы JavaScript;
– C # – является еще одним объектно-ориентированным языком, который широко используется для мобильной разработки. Он в основном используется для платформы Windows Mobile;
– C ++ -считается хорошим выбором для разработки приложений для Android. То, что прочно удерживает рынок мобильной индустрии, это системы на базе Android;
– Xamarin – это бесплатная кроссплатформенная среда разработки мобильных приложений с открытым исходным кодом, используемая для создания приложений с использованием. NET и C #. Xamarin расширяет платформу для разработчиков. NET, предоставляя пользователям доступ к инструментам и технологиям для разработки приложений для iOS, Android и Windows.
Большинство из этих языков программирования ориентированы на разработку приложений под определенную платформу (например, Java – под Android, Swift под iOS). В отличие от них Python с пакетами Kivy и KivyMD действительно универсальный набор инструментов разработок кроссплатформенных приложений для любых операционных систем настольных компьютеров и любых платформ мобильных устройств.