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基于Python与Tkinter的校园点餐系统设计与实现

news 2025/8/24 12:57:34

import tkinter as tk
from tkinter import messagebox, ttk
import os
import json
from datetime import datetime# --- 数据存储文件 ---
USERS_FILE = "users.txt"
MENU_FILE = "menu.txt"
ORDERS_FILE = "orders.txt"# --- 初始化数据文件 ---
def init_data_files():if not os.path.exists(USERS_FILE):with open(USERS_FILE, 'w') as f:# 初始管理员账户f.write("admin,admin123,admin\n") if not os.path.exists(MENU_FILE):with open(MENU_FILE, 'w') as f:# 示例菜单数据menu_data = [{"id": 1, "name": "宫保鸡丁", "price": 18.0, "category": "主食"},{"id": 2, "name": "鱼香肉丝", "price": 16.0, "category": "主食"},{"id": 3, "name": "麻婆豆腐", "price": 12.0, "category": "主食"},{"id": 4, "name": "西红柿鸡蛋", "price": 10.0, "category": "主食"},{"id": 5, "name": "可乐", "price": 3.0, "category": "饮料"},{"id": 6, "name": "雪碧", "price": 3.0, "category": "饮料"},{"id": 7, "name": "矿泉水", "price": 2.0, "category": "饮料"},{"id": 8, "name": "米饭", "price": 1.5, "category": "主食"},]json.dump(menu_data, f)if not os.path.exists(ORDERS_FILE):with open(ORDERS_FILE, 'w') as f:json.dump([], f) # 初始化为空列表# --- 用户认证模块 ---
class UserAuth:@staticmethoddef load_users():users = {}try:with open(USERS_FILE, 'r') as f:for line in f:username, password, role = line.strip().split(',')users[username] = {'password': password, 'role': role}except FileNotFoundError:pass # 文件不存在时，返回空字典return users@staticmethoddef save_user(username, password, role='user'):with open(USERS_FILE, 'a') as f:f.write(f"{username},{password},{role}\n")@staticmethoddef authenticate(username, password):users = UserAuth.load_users()user = users.get(username)if user and user['password'] == password:return True, user['role']return False, None@staticmethoddef register(username, password):users = UserAuth.load_users()if username in users:return False, "用户名已存在"UserAuth.save_user(username, password)return True, "注册成功"# --- 菜单管理模块 ---
class MenuManager:@staticmethoddef load_menu():try:with open(MENU_FILE, 'r') as f:return json.load(f)except (FileNotFoundError, json.JSONDecodeError):return []@staticmethoddef get_menu_by_category():menu = MenuManager.load_menu()categorized_menu = {}for item in menu:cat = item['category']if cat not in categorized_menu:categorized_menu[cat] = []categorized_menu[cat].append(item)return categorized_menu# --- 订单管理模块 ---
class OrderManager:@staticmethoddef load_orders():try:with open(ORDERS_FILE, 'r') as f:return json.load(f)except (FileNotFoundError, json.JSONDecodeError):return []@staticmethoddef save_orders(orders):with open(ORDERS_FILE, 'w') as f:json.dump(orders, f)@staticmethoddef place_order(username, cart_items, total_price):orders = OrderManager.load_orders()order = {'id': len(orders) + 1,'username': username,'items': cart_items,'total': total_price,'timestamp': datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")}orders.append(order)OrderManager.save_orders(orders)return order['id']# --- 主应用类 ---
class CampusCanteenApp:def __init__(self, root):self.root = rootself.root.title("校园点餐系统")self.current_user = Noneself.cart = {} # {item_id: quantity}# 初始化数据文件init_data_files()# 创建主框架self.main_frame = tk.Frame(root)self.main_frame.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)# 显示登录/注册界面self.show_login_screen()def show_login_screen(self):self.clear_frame()tk.Label(self.main_frame, text="校园点餐系统", font=("Arial", 18)).pack(pady=20)tk.Label(self.main_frame, text="用户名:").pack()self.username_entry = tk.Entry(self.main_frame)self.username_entry.pack()tk.Label(self.main_frame, text="密码:").pack()self.password_entry = tk.Entry(self.main_frame, show="*")self.password_entry.pack()tk.Button(self.main_frame, text="登录", command=self.login).pack(pady=10)tk.Button(self.main_frame, text="注册", command=self.show_register_screen).pack()def show_register_screen(self):self.clear_frame()tk.Label(self.main_frame, text="用户注册", font=("Arial", 16)).pack(pady=20)tk.Label(self.main_frame, text="新用户名:").pack()self.new_username_entry = tk.Entry(self.main_frame)self.new_username_entry.pack()tk.Label(self.main_frame, text="新密码:").pack()self.new_password_entry = tk.Entry(self.main_frame, show="*")self.new_password_entry.pack()tk.Button(self.main_frame, text="注册", command=self.register).pack(pady=10)tk.Button(self.main_frame, text="返回登录", command=self.show_login_screen).pack()def show_main_menu(self):self.clear_frame()welcome_text = f"欢迎, {self.current_user}!"tk.Label(self.main_frame, text=welcome_text, font=("Arial", 14)).pack(anchor=tk.W, padx=10, pady=5)# 创建按钮框架button_frame = tk.Frame(self.main_frame)button_frame.pack(pady=10)tk.Button(button_frame, text="浏览菜单", command=self.show_menu).pack(side=tk.LEFT, padx=5)tk.Button(button_frame, text="查看购物车", command=self.show_cart).pack(side=tk.LEFT, padx=5)tk.Button(button_frame, text="查看订单历史", command=self.show_order_history).pack(side=tk.LEFT, padx=5)tk.Button(button_frame, text="退出登录", command=self.logout).pack(side=tk.LEFT, padx=5)def show_menu(self):self.clear_frame()tk.Button(self.main_frame, text="返回主菜单", command=self.show_main_menu).pack(anchor=tk.NW, padx=5, pady=5)# 创建一个Canvas和Scrollbar用于滚动canvas = tk.Canvas(self.main_frame)scrollbar = ttk.Scrollbar(self.main_frame, orient="vertical", command=canvas.yview)scrollable_frame = ttk.Frame(canvas)scrollable_frame.bind("<Configure>",lambda e: canvas.configure(scrollregion=canvas.bbox("all")))canvas.create_window((0, 0), window=scrollable_frame, anchor="nw")canvas.configure(yscrollcommand=scrollbar.set)# 加载并显示菜单categorized_menu = MenuManager.get_menu_by_category()for category, items in categorized_menu.items():tk.Label(scrollable_frame, text=category, font=("Arial", 12, "bold")).pack(anchor=tk.W, padx=10, pady=(10, 0))for item in items:item_frame = tk.Frame(scrollable_frame, relief=tk.RAISED, borderwidth=1)item_frame.pack(fill=tk.X, padx=10, pady=2)tk.Label(item_frame, text=f"{item['name']} - ¥{item['price']:.2f}", width=30, anchor=tk.W).pack(side=tk.LEFT)tk.Button(item_frame, text="加入购物车", command=lambda i=item: self.add_to_cart(i)).pack(side=tk.RIGHT, padx=5)canvas.pack(side="left", fill="both", expand=True)scrollbar.pack(side="right", fill="y")def show_cart(self):self.clear_frame()tk.Button(self.main_frame, text="返回主菜单", command=self.show_main_menu).pack(anchor=tk.NW, padx=5, pady=5)if not self.cart:tk.Label(self.main_frame, text="购物车是空的").pack(pady=20)return# 购物车列表cart_frame = tk.Frame(self.main_frame)cart_frame.pack(fill=tk.BOTH, expand=True, padx=10, pady=10)self.cart_tree = ttk.Treeview(cart_frame, columns=("名称", "单价", "数量", "小计"), show="headings")self.cart_tree.heading("名称", text="名称")self.cart_tree.heading("单价", text="单价")self.cart_tree.heading("数量", text="数量")self.cart_tree.heading("小计", text="小计")self.cart_tree.column("名称", width=150)self.cart_tree.column("单价", width=80)self.cart_tree.column("数量", width=80)self.cart_tree.column("小计", width=80)menu = MenuManager.load_menu()menu_dict = {item['id']: item for item in menu}total_price = 0for item_id, quantity in self.cart.items():item = menu_dict.get(item_id)if item:subtotal = item['price'] * quantitytotal_price += subtotalself.cart_tree.insert("", tk.END, values=(item['name'], f"¥{item['price']:.2f}", quantity, f"¥{subtotal:.2f}"))self.cart_tree.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)# 总价和操作按钮total_frame = tk.Frame(self.main_frame)total_frame.pack(pady=10)tk.Label(total_frame, text=f"总计: ¥{total_price:.2f}", font=("Arial", 12, "bold")).pack(side=tk.LEFT, padx=10)tk.Button(total_frame, text="清空购物车", command=self.clear_cart).pack(side=tk.LEFT, padx=5)tk.Button(total_frame, text="下单", command=lambda: self.place_order(total_price)).pack(side=tk.LEFT, padx=5)def show_order_history(self):self.clear_frame()tk.Button(self.main_frame, text="返回主菜单", command=self.show_main_menu).pack(anchor=tk.NW, padx=5, pady=5)orders = OrderManager.load_orders()user_orders = [order for order in orders if order['username'] == self.current_user]if not user_orders:tk.Label(self.main_frame, text="暂无订单记录").pack(pady=20)return# 订单历史列表history_frame = tk.Frame(self.main_frame)history_frame.pack(fill=tk.BOTH, expand=True, padx=10, pady=10)self.history_tree = ttk.Treeview(history_frame, columns=("订单号", "时间", "总价"), show="headings")self.history_tree.heading("订单号", text="订单号")self.history_tree.heading("时间", text="下单时间")self.history_tree.heading("总价", text="总价")self.history_tree.column("订单号", width=80)self.history_tree.column("时间", width=150)self.history_tree.column("总价", width=80)for order in user_orders:self.history_tree.insert("", tk.END, values=(order['id'], order['timestamp'], f"¥{order['total']:.2f}"), tags=(order['id'],))self.history_tree.bind("<Double-1>", self.show_order_detail) # 双击查看详情self.history_tree.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)def show_order_detail(self, event):item = self.history_tree.selection()[0]order_id = self.history_tree.item(item, "tags")[0]orders = OrderManager.load_orders()order = next((o for o in orders if o['id'] == int(order_id)), None)if not order:returndetail_window = tk.Toplevel(self.root)detail_window.title(f"订单详情 - {order_id}")tk.Label(detail_window, text=f"订单号: {order['id']}").pack(anchor=tk.W, padx=10, pady=2)tk.Label(detail_window, text=f"下单时间: {order['timestamp']}").pack(anchor=tk.W, padx=10, pady=2)tk.Label(detail_window, text=f"总价: ¥{order['total']:.2f}").pack(anchor=tk.W, padx=10, pady=2)tk.Label(detail_window, text="菜品:").pack(anchor=tk.W, padx=10, pady=(10, 2))menu = MenuManager.load_menu()menu_dict = {item['id']: item for item in menu}for item_id, quantity in order['items'].items():item = menu_dict.get(int(item_id))if item:tk.Label(detail_window, text=f"  - {item['name']} x {quantity} = ¥{item['price'] * quantity:.2f}").pack(anchor=tk.W, padx=20)def clear_frame(self):for item in self.main_frame.winfo_children():item.destroy()def login(self):username = self.username_entry.get()password = self.password_entry.get()success, role = UserAuth.authenticate(username, password)if success:self.current_user = usernamemessagebox.showinfo("成功", f"欢迎回来, {username}!")self.show_main_menu()else:messagebox.showerror("错误", "用户名或密码错误")def register(self):username = self.new_username_entry.get()password = self.new_password_entry.get()if not username or not password:messagebox.showerror("错误", "用户名和密码不能为空")returnsuccess, message = UserAuth.register(username, password)if success:messagebox.showinfo("成功", message)self.show_login_screen()else:messagebox.showerror("错误", message)def logout(self):self.current_user = Noneself.cart = {}messagebox.showinfo("注销", "您已成功注销")self.show_login_screen()def add_to_cart(self, item):item_id = item['id']self.cart[item_id] = self.cart.get(item_id, 0) + 1messagebox.showinfo("成功", f"{item['name']} 已添加到购物车")def clear_cart(self):self.cart = {}self.show_cart() # 刷新购物车界面def place_order(self, total_price):if not self.cart:messagebox.showwarning("警告", "购物车为空")returnorder_id = OrderManager.place_order(self.current_user, self.cart, total_price)self.cart = {} # 清空购物车messagebox.showinfo("成功", f"订单已提交，订单号: {order_id}")self.show_main_menu() # 返回主菜单# --- 程序入口 ---
if __name__ == "__main__":root = tk.Tk()app = CampusCanteenApp(root)# 设置窗口大小root.geometry("600x500")root.mainloop()

摘要：

随着信息技术的发展和移动互联网的普及，传统的校园餐饮服务模式已难以满足师生日益增长的便捷性、个性化需求。本文设计并实现了一个基于Python编程语言和Tkinter图形用户界面库的校园点餐系统。该系统旨在简化点餐流程，提高食堂运营效率，并为用户提供便捷的线上点餐体验。本文详细阐述了系统的开发背景、需求分析、架构设计、核心功能模块实现以及系统测试。系统采用模块化设计，主要包括用户认证、菜单管理、购物车和订单处理等模块，并使用文本文件模拟数据存储。通过功能测试，验证了系统各模块的基本功能，证明了该系统方案的可行性。

关键词： 校园点餐系统；Python；Tkinter；软件设计；信息管理系统

1. 引言

校园食堂作为师生日常生活的重要组成部分，其服务效率和质量直接影响着校园生活的便利性和满意度。传统的排队点餐方式存在等待时间长、高峰期拥堵、菜单信息不透明等问题。为了解决这些问题，提升用户体验和食堂管理效率，开发一个便捷、高效的校园点餐系统显得尤为必要。

近年来，国内外已有不少关于在线点餐系统的研究与实践。这些系统多采用Web或移动应用的形式，后端依赖于数据库和服务器。然而，对于一些规模较小或希望快速部署试点的校园场景，一个轻量级的、易于部署和维护的桌面应用程序同样具有价值。Python语言以其简洁易读、丰富的库支持和跨平台特性，成为快速开发此类应用的理想选择。Tkinter作为Python的标准GUI库，无需额外安装，即可构建基本的图形用户界面。

因此，本文提出并实现了一个基于Python和Tkinter的校园点餐系统。该系统专注于核心功能的实现，采用简单的文件存储机制，降低了部署和运行的门槛，适用于教学演示或小规模的实际应用。

2. 系统需求分析

2.1 功能性需求

用户管理：
用户注册：新用户能够创建账户。
用户登录：已注册用户能够使用账户凭证登录系统。
用户注销：登录用户能够安全退出系统。
菜单浏览：
菜品展示：系统应能清晰地展示所有可点菜品。
分类显示：菜品应按类别（如主食、饮料等）进行组织和展示。
购物车管理：
添加菜品：用户能够将感兴趣的菜品添加到购物车。
查看购物车：用户能够查看购物车中的菜品列表及数量。
计算总价：系统能够根据购物车中的菜品及单价自动计算总金额。
清空购物车：用户能够清空购物车中的所有内容。
订单处理：
提交订单：用户能够将购物车中的菜品生成订单并提交。
订单历史：用户能够查看自己历史提交的订单记录。
订单详情：用户能够查看历史订单的详细信息（包含菜品列表、数量、总价、下单时间等）。

2.2 非功能性需求

易用性：界面简洁直观，操作逻辑清晰，易于上手。
稳定性：系统应能稳定运行，避免频繁崩溃。
安全性：（基础）对用户账户信息进行基本的保护，防止未授权访问。（注：本原型在密码存储上未采用加密，实际应用需加强）
可扩展性：系统设计应具备一定的模块化，便于未来功能的增加和修改。

3. 系统设计

3.1 系统架构

本系统采用经典的客户端-数据存储架构。客户端使用Python的Tkinter库构建图形用户界面，负责与用户交互。数据存储层采用简单的文本文件（`.txt`）来模拟数据库，分别存储用户信息、菜单信息和订单信息。这种架构简化了部署，无需配置复杂的数据库服务器。

表示层 (Presentation Layer)**：由Tkinter GUI组件构成，负责展示信息和接收用户输入。
业务逻辑层 (Business Logic Layer)**：由Python类和函数实现，处理用户请求、执行业务规则（如登录验证、订单生成）。
数据访问层 (Data Access Layer)**：封装了对文本文件的读写操作，为业务逻辑层提供数据接口。

3.2 功能模块设计

系统主要划分为以下几个核心模块：

用户认证模块 (UserAuth)：负责处理用户注册、登录、注销等与账户相关的操作。它读取和写入`users.txt`文件。
菜单管理模块 (MenuManager)：负责加载和提供菜单数据。它从`menu.txt`文件读取菜品信息，并按类别组织。
订单管理模块 (OrderManager)：负责处理订单的创建、存储和查询。它读取和写入`orders.txt`文件。
主应用模块 (CampusCanteenApp)：作为系统的中枢，继承自`tk.Tk`，负责初始化GUI、管理不同界面（登录、注册、主菜单、菜单浏览、购物车、订单历史）的切换，并协调各功能模块的工作。

3.3 数据结构设计

用户数据 (`users.txt`)：每行存储一个用户信息，格式为 `用户名,密码,角色`。例如：`admin,admin123,admin`。
菜单数据 (`menu.txt`)：采用JSON格式存储一个包含所有菜品字典的列表。每个菜品字典包含 `id`, `name`, `price`, `category` 键。
订单数据 (`orders.txt`)：采用JSON格式存储一个包含所有订单字典的列表。每个订单字典包含 `id`, `username`, `items` (一个字典，键为菜品ID，值为数量), `total`, `timestamp` 键。

4. 系统实现

系统使用Python 3.x开发，核心库为`tkinter`。以下是关键部分的实现细节：

* **初始化 (`init_data_files`)：程序启动时检查必要的数据文件是否存在，若不存在则创建并写入初始数据（如管理员账户、示例菜单）。
* **用户认证 (`UserAuth`)：
* `load_users()`: 读取`users.txt`，构建用户字典。
* `authenticate(username, password)`: 验证用户凭据。
* `register(username, password)`: 检查用户名唯一性后，将新用户信息追加到`users.txt`。
* **菜单管理 (`MenuManager`)：
* `load_menu()`: 读取`menu.txt`，加载菜单列表。
* `get_menu_by_category()`: 将菜单列表按`category`键重新组织为字典，方便GUI展示。
* **订单管理 (`OrderManager`)：
* `load_orders()`: 读取`orders.txt`，加载订单列表。
* `place_order(username, cart_items, total_price)`: 构造新订单对象，追加到订单列表，并写回`orders.txt`。
* **主应用 (`CampusCanteenApp`)：
* **界面切换**：通过`clear_frame()`方法清空主窗口内容，然后调用不同方法（如`show_login_screen()`, `show_main_menu()`）来绘制新的界面。
* **事件处理**：为按钮等控件绑定命令函数（如`command=self.login`），当用户操作时触发相应逻辑。
* **购物车 (`self.cart`)：使用一个字典来存储，键为菜品ID，值为数量。
* **滚动菜单**：在菜单浏览界面，使用`tk.Canvas`和`ttk.Scrollbar`实现菜品列表的垂直滚动，以适应较长的菜单。

5. 系统测试

对系统的主要功能进行了手动测试，测试用例及结果如下：

用户注册与登录：
- 测试用例1：使用新用户名和密码注册，成功。
- 测试用例2：使用已存在的用户名注册，提示“用户名已存在”。
- 测试用例3：使用正确的用户名和密码登录，成功进入主菜单。
- 测试用例4：使用错误的用户名或密码登录，提示“用户名或密码错误”。
菜单浏览：成功加载并按类别显示了menu.txt中的菜品。
购物车操作：
- 测试用例1：点击“加入购物车”按钮，菜品成功添加，购物车数量增加。
- 测试用例2：多次添加同一菜品，数量正确累加。
- 测试用例3：查看购物车，列表和总价计算正确。
- 测试用例4：点击“清空购物车”，购物车列表变空。
下单与订单历史：
- 测试用例1：购物车非空时点击“下单”，生成新订单，购物车清空，提示订单号。
- 测试用例2：购物车为空时点击“下单”，提示“购物车为空”。
- 测试用例3：查看订单历史，能列出当前用户的所有订单。
- 测试用例4：双击订单历史中的订单，能弹出窗口显示订单详细信息。