本次课程设计要求自拟题目，设计一个能够独立运行的程序，代码量不少于200行。
- 文档（格式，描述，术语，图表，规范） 30%
- 代码（加注释） 30%
- 功能（实用，新颖） 20%
- 加分项（使用课堂未讲过的知识，并在文档重点突出）20%
基于PyQt5的简单任务清单（To Do List）实现
使用Python实现一个拥有GUI界面的简易任务清单桌面APP。该APP包含：
- 一个主窗口，展示正在进行的各项任务
- 添加/编辑任务的窗口：可以自定义每个任务的截止时间、描述信息等等
- 实现任务、项目两种清单模式。任务包含在项目之中，一个项目可以有很多任务。可以为项目设置截止时间。
- 尽量美观，简洁。
程序入口负责启动程序，初始化GUI框架和连接数据库的功能。
程序主菜单中按标签页分别展示任务和项目。任务和项目的展示和设置页面互相独立。单个标签页包含：
- 显示现有的任务、项目
- 可以按类别切换显示：未完成、已完成、全部
- 排序任务、项目
- 用于改变状态的按钮：新建、标记为已完成、编辑、删除、退出（程序）
新建窗口将添加任务或者项目到数据库中。在新建时，用户先给定项目、任务的描述，而后在日历控件上选择想要添加的截止日期（也可以选择不添加截止日期）。
编辑窗口读取数据库中已有的该项目的信息，并允许用户对其进行修改。可以编辑的内容和“新建窗口”部分一致。
删除窗口允许用户删除一个任务或者项目。如果删除的任务附属于项目，则需要提醒用户在删除后该项目中将不包含此任务；如果删除的是含有任务的项目，则需要提醒用户在删除后，项目下的任务将不属于任何项目。
允许用户切换项目和任务的状态为已完成。已完成的任务不会显示在“已完成的任务”列表筛选条件下。
日历控件用于新建窗口和编辑窗口，允许用户选择任务、项目的截止日期。如果用户勾选了“无时间限制”选项，则禁用整个日历控件。
底部按钮负责控制项目的状态，允许新增、编辑、删除和标记为已完成。
该程序的数据存储于数据库，需要实现与数据库的连接。
本程序使用Python 3.11实现。需要自行安装SQLite3运行环境和工具集，以及使用 pip install 安装PyQt5库。
本程序基于桌面端开发，请使用Windows 10及以上版本的桌面平台打开PyCharm等IDE并运行 to_do_list.py 及其附属源文件，并确保 to_do.db 数据库文件存在。
本程序需要设计GUI，为了轻量化考虑，使用了PyQt作为GUI框架。同样地，使用SQLite而不是 MySQL 作为数据库。
此外，考虑到整体的代码量将会比较庞大，因此使用了面向对象设计思想，并包含众多Python新版本的特性。
除了Python本身，本次使用到框架、库和插件有：
- PyQt5
- SQLite3
- Pandoc
- ...
为了更好地配合PyQt框架进行程序设计，我深入研究了Python的面向对象机制。
和其它编程语言相似，Python可以定义一个类 class：
class MyClass:
def __init__(self):
self.name = "Bob"
def myPublicMethod(self):
print(f"Hello, {self.name}.")
c = MyClass()
c.myPublicMethod() # output: Hello, Bob.使用 __init__ 定义类的构造函数，而在构造函数中定义的 self.name 等等以 self. 开头的变量，都是类的私有数据成员。
而在构造函数外部定义的，不以双下划线 __ 开头的函数，皆为公有方法（如果以双下划线开头，如 __insert() 则为私有方法）。
Python的类也支持继承。类继承自父类后，将可以调用父类的所有方法和数据成员。
class Base:
# ...
def foo(self):
print("base")
class Derived(Base):
# ...
d = Derived()
d.foo() # output: base本次大作业我选用 PyQt5 作为前端框架进行开发。其中一个理由是，PyQt5无需 HTML，CSS，JavaScript 等语言实现前端的页面布局和交互逻辑，它直接使用Python本身来编写这些元素。
对于每一个 PyQt 的窗口类（继承自 QWidget 类的自定义类）它的构造函数中将调用设定窗口布局的方法完成实例化。
以本程序中 EditDialog 类为例，该类对应的窗口在用户新建或者修改任务时调用，允许用户设置任务的具体信息：
# 编辑任务/项目对话框
class EditDialog(QDialog):
def __init__(self):
super().__init__()
# ...
# 定义控件类型
self.description_label = QLabel("描述: ")
self.description_line_edit = QLineEdit()
self.deadline_label = QLabel("截止日期: ")
self.deadline_calendar_widget = QCalendarWidget()
# ...
self.no_deadline_checkbox = QCheckBox("无时间限制")
# 定义窗口布局
self.description_deadline_layout = QVBoxLayout()
self.description_deadline_layout.addWidget(self.description_label)
self.description_deadline_layout.addWidget(self.description_line_edit)
self.description_deadline_layout.addWidget(self.deadline_label)
self.description_deadline_layout.addWidget(self.deadline_calendar_widget)
self.description_deadline_layout.addWidget(self.no_deadline_checkbox)可以看到，在构造函数内定义完每一个窗口内的控件后，又定义了一个布局类型的变量：
self.description_deadline_layout = QVBoxLayout()这里接收的类 QVBoxLayout ，拆解开来的含义是：
Q：代表这是一个Qt库的类型；V：Vertical的缩写，代表垂直布局（从上到下依次排列）；Box：代表窗口的布局是使用正方形的盒子约束的（还有其它不同的定义方式）；Layout：顾名思义，代表布局。
在此之后，将布局内容一个一个按顺序 addWidget 加入 Layout 对象即可。
承接上段，了解完 Qt 定义GUI的方式后，接下来需要明白 Qt 是如何定义程序的逻辑的。
PyQt5 是 Qt 公司的产品。而 Qt 公司早在1990年就为 C++ 语言开发框架（那时还没有 Python 这门语言），在那个“设计模式”一词都颇为新鲜，MVC，MVVM等设计模式都还没被验证的时候，Qt 公司提出了“信号-槽”模型（signals and slots)，并一直沿用至今（Qt6 for C++）。
在 Python 这门语言发布后，Qt 也迅速跟进了在 Python 上的 PyQt 框架。
信号与槽是 PyQt 的核心设计思想。简单来说，当用户在界面上按下一个按钮时，它将触发一个信号。而在用户界面的窗口（和后台数据库等）之中，会有一个或者几个控件会接收这个信号，称之为“槽”。当一个信号进入一个槽时，用户按下的按钮触发了相应事件，这个过程称之为连接。
在编写Python代码的时候，继承自 QObject 顶层类的所有控件都默认具有槽和接口。我们在编程时需要做的仅仅是将它们连接起来：
# TaskProjectTabs.py
self.tabs.currentChanged.connect(self.refresh_tab)这个 connect 方法，将对象自己（self）与 refresh_tab() 相连接，使得前端窗口产生了变化。
这样的连接在程序中随处可见，是程序设计核心中的核心。
碍于本人对数据库了解不深，为了尽快完成大作业的要求，我只好选择相对轻量的 SQLite3 数据库系统作为本程序的数据库。
安装好 SQLite 3 环境和控制台后，使用 Python 调用 SQLite3 时需要先将其导入进来：
import sqlite3因此，最好的方式是将所有操作数据库的方式集中到一个 .py 文件，并提供 Python 的接口供其它函数调用。
在本程序中，DbController 类就承担了这样的工作。碍于篇幅限制，请在“3.4 核心代码”部分查看有关 DbController 类的具体设计。
在连接数据库与访问本地文件时，需要使用异常处理模块将代码包裹起来，预防错误的数据流干扰程序的正常运行。
自 Python 2.5 起，with 关键字被加入了 Python。对于控制外部的文件流、数据流（如读写文件，访问数据库，连接网络等），一般我们都需要用一个异常处理模块将它们包裹起来，处理意想不到的情况：
try:
a = file.read() # 打开文件
# ... 执行代码
except:
# 处理异常
finally:
a.close() # 关闭文件在比较复杂的使用场合，这种写法过于冗长。Python 使用了 with 关键字提供了对此类 try-except 场合的语法糖：
with file.read() as a:
# ... 执行代码上文 with 语句是先前 try-except 的等价写法。当一个数据流能够提供打开、关闭的方法，并在使用过程中会抛出异常时，就可以使用 with 语句对其进行简化。让开发者专注于业务的实现，并让代码的阅读者能够更好地关注程序逻辑本身。
众所周知，Markdown 是一种轻量级的文本文档格式，它能够用类似 HTML 的标签和语法约定对纯文本构成的文档赋予结构，从而让格式统一，让编写者专注于内容。
在本次大作业文档中，使用了 Pandoc on Obsidian 插件（Obsidian 是一款笔记软件，能够编辑 Markdown 文档），将 .md 文档转化成 .docx 文档。生成的文档内容不会出现格式错误。
从 Markdown 文件转到 docx 文档后，保留了段落、正文、标题、注释、脚注等等核心的文本内容。并且可以通过 Word 文档“样式”模块进行修改，做到修改一处，全局应用。
import sys
import os
from CreateNewDatabase import *
from TaskProjectTabs import *
# 自定义的类，表示主窗口。继承了 PyQt5.QtWidgets.QMainWindowclass ToDoWindow(QMainWindow):
# 构造函数
def __init__(self):
super().__init__() # 调用父类的构造函数
# 设置窗口标题和大小
self.setWindowTitle("任务清单")
self.setMinimumHeight(300)
# 主菜单 UI self.central_widget = TaskProjectTabs()
self.setCentralWidget(self.central_widget)
# 断开主菜单的信号槽连接，退出程序
self.central_widget.task_exit_button.clicked.connect(self.close)
self.central_widget.project_exit_button.clicked.connect(self.close)
# 程序入口
if __name__ == "__main__":
# PyQt 框架初始化
to_do = QApplication(sys.argv)
# 启动前检查数据库是否存在，不存在则创建
if not os.path.exists("to_do.db"):
createNewDatabase("to_do.db")
# 创建数据库后，显示一个窗口
new_db = QMessageBox()
new_db.setWindowTitle("新增数据库")
new_db.setText("已新建数据库 to_do.db")
new_db.exec_()
# 创建主界面
main_window = ToDoWindow()
main_window.show()
main_window.raise_()
# PyQt 安全退出
to_do.exec_()class TableWidget(QTableWidget):
def __init__(self):
super().__init__()
self.controller = DbController("to_do.db")
self.setSizeAdjustPolicy(QAbstractScrollArea.AdjustToContents)
self.setSelectionBehavior(QTableView.SelectRows)
self.setShowGrid(False)
# 显示任务
def show_items(self, item_list):
if len(item_list) == 0:
self.setRowCount(0)
else:
row = 0
for entry in item_list:
if entry[4] == None:
active = True
else:
active = False
self.setRowCount(row + 1)
column = 0
for item in entry:
if item == None:
item = ""
elif column == 3 or column == 4:
item = str(item[:-7])
table_item = QTableWidgetItem(str(item))
if column == 2 and item != "" and active:
if check_overdue(item):
table_item.setForeground(QColor(255, 0, 0))
self.setItem(row, column, table_item)
column += 1
row += 1# 编辑任务/项目对话框
class EditDialog(QDialog):
def __init__(self):
super().__init__()
# ...
# 新建日历组件
self.deadline_calendar_widget = QCalendarWidget()
# 设置可用的最小日期为今天（过期的不能选择）
self.deadline_calendar_widget.setMinimumDate(datetime.today())
# ...
# ...
# 日历控件
def toggle_calendar(self):
if self.no_deadline_checkbox.isChecked():
self.deadline_calendar_widget.setEnabled(False)
else:
self.deadline_calendar_widget.setEnabled(True)import sqlite3
from datetime import datetime
# 用这个类集中处理操作数据库
class DbController:
# 构造函数
def __init__(self, db_name):
# 数据库名称作为私有属性
self.db_name = db_name
# 用于执行增删改操作
def query(self, sql, data):
# 连接数据库
with sqlite3.connect(self.db_name) as db:
# 将db数据库流传给cursor
cursor = db.cursor()
# 开启外键约束
cursor.execute("PRAGMA Foreign_Keys = ON")
cursor.execute(sql, data)
# 提交数据库（thread关闭）
db.commit()
# 用于执行查询操作
def select_query(self, sql, data=None):
with sqlite3.connect(self.db_name) as db:
cursor = db.cursor()
cursor.execute("PRAGMA foreign_keys = ON")
if data:
cursor.execute(sql, data)
else:
cursor.execute(sql)
# 返回查询结果（按列表）
return cursor.fetchall()
# 添加任务到数据库表
def add_task(self, description, deadline, project_id):
# 获取当前时间
created = datetime.now()
# 用一个str类型变量存储sql语句
sql_add_task = "INSERT INTO Tasks (Description, Deadline, Created, ProjectID) VALUES (?,?,?,?)"
# 执行sql语句（第一个参数是sql语句（str类型），第二个参数是一个tuple类型的数据，用于替换sql语句中的问号）
self.query(sql_add_task, (description, deadline, created, project_id))
# 添加项目到数据库表
def add_project(self, description, deadline):
created = datetime.now()
sql_add_project = "INSERT INTO Projects (Description, Deadline, Created) VALUES (?,?,?)"
self.query(sql_add_project, (description, deadline, created))
# 删除任务
def delete_task(self, task_id):
self.query("DELETE FROM Tasks WHERE TaskID = ?", (task_id,))
# 仅删除项目
def delete_project_only(self, project_id):
self.query("UPDATE Tasks SET ProjectID = NULL WHERE ProjectID = ?", (project_id,))
self.query("DELETE FROM Projects WHERE ProjectID = ?", (project_id,))
# 删除任务和项目
def delete_project_and_tasks(self, project_id):
self.query("DELETE FROM Tasks WHERE ProjectID = ?", (project_id,))
self.query("DELETE FROM Projects WHERE ProjectID = ?", (project_id,))
# 标记任务为已完成
def mark_task_completed(self, task_id):
completed = datetime.now()
sql_mark_completed = "UPDATE Tasks SET Completed = ? WHERE TaskID = ?"
self.query(sql_mark_completed, (completed, task_id))
# 标记项目为已完成
def mark_project_completed(self, project_id):
completed = datetime.now()
sql_mark_completed = "UPDATE Projects SET Completed = ? WHERE ProjectID = ?"
self.query(sql_mark_completed, (completed, project_id))
# 标记项目和任务为已完成
def mark_project_tasks_completed(self, project_id):
completed = datetime.now()
sql_mark_completed = "UPDATE Tasks SET Completed = ? WHERE ProjectID = ?"
self.query(sql_mark_completed, (completed, project_id))
# 获取任务和项目ID
def get_task_project_id(self, task_id):
sql_get_project_id = "SELECT ProjectID FROM Tasks WHERE TaskID = ?"
results = self.select_query(sql_get_project_id, (task_id,))
return results[0][0]
# 检查项目和任务是否已完成
def check_project_tasks_completed(self, project_id):
sql_check_project = "SELECT TaskID FROM Tasks WHERE ProjectID = ? AND Completed IS NULL"
results = self.select_query(sql_check_project, (project_id,))
if not results:
return True
return False
# 编辑任务描述
def edit_task_description(self, task_id, description):
sql_edit_descr = "UPDATE Tasks SET Description = ? WHERE TaskID = ?"
self.query(sql_edit_descr, (description, task_id))
# 设置任务截止日期
def set_task_deadline(self, task_id, deadline):
sql_set_deadline = "UPDATE Tasks SET Deadline = ? WHERE TaskID = ?"
self.query(sql_set_deadline, (deadline, task_id))
# 分配任务到项目
def assign_task_to_project(self, task_id, project_id):
sql_assign_task = "UPDATE Tasks SET ProjectID = ? WHERE TaskID = ?"
self.query(sql_assign_task, (project_id, task_id))
# 设置项目截止日期
def set_project_deadline(self, project_id, deadline):
sql_set_deadline = "UPDATE Projects SET Deadline = ? WHERE ProjectID = ?"
self.query(sql_set_deadline, (deadline, project_id))
# 编辑项目描述
def edit_project_description(self, project_id, description):
sql_edit_descr = "UPDATE Projects SET Description = ? WHERE ProjectID = ?"
self.query(sql_edit_descr, (description, project_id))
# 获取所有任务
def get_all_tasks(self):
results = self.select_query("SELECT * FROM Tasks")
return results
# 获取未完成的任务
def get_active_tasks(self):
results = self.select_query("SELECT * FROM Tasks WHERE Completed IS NULL")
return results
# 获取已完成的任务
def get_completed_tasks(self):
results = self.select_query("SELECT * FROM Tasks WHERE Completed IS NOT NULL")
return results
# 获取单个任务
def get_single_task(self, task_id):
results = self.select_query("SELECT * FROM Tasks WHERE TaskID = ?", (task_id,))
return results
# 获取所有项目
def get_all_projects(self):
results = self.select_query("SELECT * FROM Projects")
return results
# 获取未完成的项目
def get_active_projects(self):
results = self.select_query("SELECT * FROM Projects WHERE Completed IS NULL")
return results
# 获取已完成的项目
def get_completed_projects(self):
results = self.select_query("SELECT * FROM Projects WHERE Completed IS NOT NULL")
return results
# 获取单个项目
def get_single_project(self, project_id):
results = self.select_query("SELECT * FROM Projects WHERE ProjectID = ?", (project_id,))
return results
# 获取项目中的任务
def get_project_tasks(self, project_id):
results = self.select_query("SELECT * FROM Tasks WHERE ProjectID = ?", (project_id,))
return results在初期调试时，遇到过几十次数据库连接失败的问题。我一边想借助 PyCharm Professional 优秀的IDE工具帮助我操作数据库，但是我会写Python，会写一点SQL语句，对于这个工具我还是很不熟悉。
后来，我新建了一个 test.py 测试这个数据库相关的信息，才慢慢解决了这个问题。
在调试这个返回功能时，每当我点击“完成”按钮后程序都会闪退。后来发现是我没有将变量连接到正确的槽导致的。
在这个过程中，使用 PyCharm 单步调试分析给了我很大帮助。
我想到做一个“任务清单”APP，是因为我生活中经常使用的一款时间管理软件：滴答清单。在这段学习过后，我也深刻理解到，做一个看似简单的任务清单APP背后有这么多需要设计的注意点，而我的实现距离市面上商用的任务清单还有非常大的距离，跟他们相比，我做的仅仅是一个玩具级的项目。
在本次学习中，我更多地接触了Python的框架。起初看到PyQt的时候我是十分疑惑的，就是因为这个名字。我以前学过 Qt for C++，当时还不知道 Qt 为 Python 也做了 GUI 框架。经过不断学习，我发现Python 这门语言本身的简洁和高效让Qt的GUI设计能够更有效率。也正因如此，可以使用 Python 作为脚本设计GUI（这换成其它低级语言绝对做不到）。
比较可惜的是，在后来上网学习和查询时，我发现Qt 公司后来推出的 PySide6 相比 PyQt5 的编程体验更加优秀，做出来GUI的效果也更好。可惜了解到这一点的时候已经进入了项目的晚期，我已经不可能将它们全部推翻重做了。
另外，我很喜欢 Python 的装饰器功能。装饰器可以在用户进入一个函数之前对参数进行检查，相比普通的返回值和异常抛出，用装饰器进行书写更加便捷和美观。同样地，很多参数合理性检查都由PyQt框架帮我执行了，导致我没有什么机会使用装饰器。
- 可以支持提醒，通过windows 系统通知发送到桌面；
- 任务清单的截止日期设置可以增加对一天中具体时间的支持，让用户一天内的突发事件也可以使用这个系统进行管理；
- 任务清单可以设置循环任务，比如背单词，每天都需要有截止日期，每天都需要提醒。
通过本次学习，我进一步巩固了已经掌握的Python知识，并且学习了新的框架和数据库使用方法。我会在日后的编程和学习中进一步利用Python的优势，写出我自己的程序。