虚拟键盘(软键盘)设计要点
前些天花了很多时间写这样一个软键盘,效果是显示一个与键盘外观相似的视图,通过鼠标单击像活动窗口发送虚拟的键盘消息。目标是实现像windows自带的软键盘osk相似。看似很简单的工作,设计中却遇到了很多困难。
困难一:键盘按键分类
键盘按键有很多种分类方法。
第一种:按显示分类。按住shift键,字母键、符号键显示上面的字符;按下caps lock键,字母键切换为大写字母。
第二种:按功能分类。大体有可显示字符类、控制类。控制类包括shift,ctrl等。
为了解决可变的显示问题,采用了一个自我感觉非常好的解决方案:字符集、键集相互独立。如此一来,只要总体按照功能分类,通过特定功能的按键控制有效字符集即可,也就是说,对普通按键来说,它只负责到指定的字符集中去取对应序号的字符即可。
//
LabelSet.h
#pragma once
// 字母标签集合
class LabelSet
{
public :
LabelSet(LPCSTR * _pTable, int _n);
LPCSTR getLabel( int _id) const ;
~ LabelSet();
protected :
LabelSet(){}
private :
LPCSTR * pTable;
int n;
};
// 相当于单刀双掷开关组
class LabelSetEx
{
protected :
struct Switch
{
LabelSet * s[ 2 ];
int at;
};
public :
LabelSetEx( int _n);
bool addSets( int id,LPCSTR * s1,LPCSTR * s2, int n, int at = 0 );
LPCSTR getLable( int id, int off) const ;
void turn( int id);
~ LabelSetEx();
private :
int n; // 开关组总个数
Switch * pGroup; // 开关组
};
//
// LabelSet.cpp
#include " StdAfx.h "
#include " LabelSet.h "
#include < algorithm >
#include < cassert >
using namespace std;
LabelSet::LabelSet( LPCSTR * _pTable, int _n )
{
n = _n;
pTable = new LPCSTR[n];
copy(_pTable,_pTable + _n,pTable);
}
LPCSTR LabelSet::getLabel( int _id ) const
{
return pTable[_id];
}
LabelSet:: ~ LabelSet()
{
delete [] pTable;
}
LabelSetEx::LabelSetEx( int _n )
{
n = _n;
pGroup = new Switch[n];
memset(pGroup, 0 ,n * sizeof (pGroup[ 0 ]));
}
LabelSetEx:: ~ LabelSetEx()
{
while (n -- )
{
if (pGroup[n].s[ 0 ] == pGroup[n].s[ 1 ])
delete pGroup[n].s[ 0 ];
else
{
delete pGroup[n].s[ 0 ];
delete pGroup[n].s[ 1 ];
}
}
delete [] pGroup;
}
bool LabelSetEx::addSets( int id,LPCSTR * s1,LPCSTR * s2, int n, int at /* = 0 */ )
{
assert((at & ~ 1 ) == 0 );
if (pGroup[id].s[ 0 ] != NULL)
return false ;
LabelSet * p = new LabelSet(s1,n);
pGroup[id].s[ 0 ] = p;
if (s1 == s2)
pGroup[id].s[ 1 ] = p;
else
pGroup[id].s[ 1 ] = new LabelSet(s2,n);
pGroup[id].at = at;
return true ;
}
LPCSTR LabelSetEx::getLable( int id, int off ) const
{
Switch * p = pGroup + id;
return p -> s[p -> at] -> getLabel(off);
}
void LabelSetEx::turn( int id )
{
assert((pGroup -> at & ~ 1 ) == 0 );
pGroup[id].at ^= 1 ;
}
以上取开关的索引id是指字符集的分类id,在config.h文件下定义了这样的id#pragma once
// 字母标签集合
class LabelSet
{
public :
LabelSet(LPCSTR * _pTable, int _n);
LPCSTR getLabel( int _id) const ;
~ LabelSet();
protected :
LabelSet(){}
private :
LPCSTR * pTable;
int n;
};
// 相当于单刀双掷开关组
class LabelSetEx
{
protected :
struct Switch
{
LabelSet * s[ 2 ];
int at;
};
public :
LabelSetEx( int _n);
bool addSets( int id,LPCSTR * s1,LPCSTR * s2, int n, int at = 0 );
LPCSTR getLable( int id, int off) const ;
void turn( int id);
~ LabelSetEx();
private :
int n; // 开关组总个数
Switch * pGroup; // 开关组
};
//
// LabelSet.cpp
#include " StdAfx.h "
#include " LabelSet.h "
#include < algorithm >
#include < cassert >
using namespace std;
LabelSet::LabelSet( LPCSTR * _pTable, int _n )
{
n = _n;
pTable = new LPCSTR[n];
copy(_pTable,_pTable + _n,pTable);
}
LPCSTR LabelSet::getLabel( int _id ) const
{
return pTable[_id];
}
LabelSet:: ~ LabelSet()
{
delete [] pTable;
}
LabelSetEx::LabelSetEx( int _n )
{
n = _n;
pGroup = new Switch[n];
memset(pGroup, 0 ,n * sizeof (pGroup[ 0 ]));
}
LabelSetEx:: ~ LabelSetEx()
{
while (n -- )
{
if (pGroup[n].s[ 0 ] == pGroup[n].s[ 1 ])
delete pGroup[n].s[ 0 ];
else
{
delete pGroup[n].s[ 0 ];
delete pGroup[n].s[ 1 ];
}
}
delete [] pGroup;
}
bool LabelSetEx::addSets( int id,LPCSTR * s1,LPCSTR * s2, int n, int at /* = 0 */ )
{
assert((at & ~ 1 ) == 0 );
if (pGroup[id].s[ 0 ] != NULL)
return false ;
LabelSet * p = new LabelSet(s1,n);
pGroup[id].s[ 0 ] = p;
if (s1 == s2)
pGroup[id].s[ 1 ] = p;
else
pGroup[id].s[ 1 ] = new LabelSet(s2,n);
pGroup[id].at = at;
return true ;
}
LPCSTR LabelSetEx::getLable( int id, int off ) const
{
Switch * p = pGroup + id;
return p -> s[p -> at] -> getLabel(off);
}
void LabelSetEx::turn( int id )
{
assert((pGroup -> at & ~ 1 ) == 0 );
pGroup[id].at ^= 1 ;
}
#pragma once
// 分类id的定义
#define LABEL_SET_ALPHA 0
#define LABEL_SET_SYMBOL 1
#define LABEL_SET_NUMPAD 2
#define LABEL_SET_MAIN 3
#define LABEL_SET_HELP 4
// 字母串表
extern LPCSTR AlphaTable1[]; // 小写
extern LPCSTR AlphaTable2[]; // 大写
extern const int AlphaTableSize;
// 符号串表
extern LPCSTR SymbolTable1[]; // 下
extern LPCSTR SymbolTable2[]; // 上
extern const int SymbolTableSize;
// 小键盘数字表
extern LPCSTR NumPadTable1[]; // 数字
extern LPCSTR NumPadTable2[]; // 光标控制
extern const int NumPadTableSize;
// 主键盘单显
extern LPCSTR MainTable[];
extern const int MainTableSize;
// 辅助键盘单显
extern LPCSTR HelpTable[];
extern const int HelpTableSize;
struct KeyConfig
{
short id; // 分类id
short offset; // 类内偏移
RECT rt; // 位置
BYTE vk; // 虚拟码
};
extern KeyConfig kcs[];
extern const int kcSize;
extern const SIZE kbSize;
第一次这样写代码,写完发现这样极大地提高了灵活性,只要在配置文件config.cpp中修改,就可以产生很多种不同的界面(虽然仍然是代码级别的,毕竟迈出了第一步,今后还会尝试改成xml配置)。// 分类id的定义
#define LABEL_SET_ALPHA 0
#define LABEL_SET_SYMBOL 1
#define LABEL_SET_NUMPAD 2
#define LABEL_SET_MAIN 3
#define LABEL_SET_HELP 4
// 字母串表
extern LPCSTR AlphaTable1[]; // 小写
extern LPCSTR AlphaTable2[]; // 大写
extern const int AlphaTableSize;
// 符号串表
extern LPCSTR SymbolTable1[]; // 下
extern LPCSTR SymbolTable2[]; // 上
extern const int SymbolTableSize;
// 小键盘数字表
extern LPCSTR NumPadTable1[]; // 数字
extern LPCSTR NumPadTable2[]; // 光标控制
extern const int NumPadTableSize;
// 主键盘单显
extern LPCSTR MainTable[];
extern const int MainTableSize;
// 辅助键盘单显
extern LPCSTR HelpTable[];
extern const int HelpTableSize;
struct KeyConfig
{
short id; // 分类id
short offset; // 类内偏移
RECT rt; // 位置
BYTE vk; // 虚拟码
};
extern KeyConfig kcs[];
extern const int kcSize;
extern const SIZE kbSize;
言归正传,这样的设计分离了按键与显示,可配置能力大大加强。但仍然存在第二个大问题。
问题二:输入焦点的确定
方案一:现在只要在网上搜索“虚拟键盘”,能够搜到一大溜的源代码,但只可惜全是同一份拷贝,而且存在一点小错误。他的解决方案是:利用 PreTranslateMessage,在底层调用它之前,前台窗口仍然没有改变,此时是获得前一个前台窗口的好时机,获得后保存,并将使用 AttachThreadInput将当前线程绑定活动窗口的消息队列,然后在单击虚拟键盘时使用SetFocus将保存的窗口设为焦点(源代码中同时使用了SetForgroundWindow和SetFocus,这是失效的原因),然后发送虚拟按键。
方案二:其实有更简便的方法。设置主窗口属性为WM_ES_NOACTIVATE,这样窗口就不会成为前台窗口,不管如何发送键盘消息,拥有焦点的窗口总会收到。但此时仍然存在问题。当移动窗口时,效果不大顺畅,而且没办法响应菜单命令,那是因为该窗口始终不是前台窗口造成的。解决方法就是在单击标题栏时,成为前台窗口,释放是归还前台。
void
CMainFrame::OnNcLButtonDown(UINT nHitTest, CPoint point)
{
if (m_hForground == NULL)
{
m_hForground = ::GetForegroundWindow();
ModifyStyleEx(WS_EX_NOACTIVATE, 0 );
SetForegroundWindow();
}
CFrameWnd::OnNcLButtonDown(nHitTest, point);
}
但是,如果想当然归还前台使用WM_NCLBUTTONUP消息的话,就要让你失望了,windows似乎有意跟我们开玩笑,必须单击两次才能响应这个消息。没办法,于是尝试WM_NCMOUSELEAVE,但效果也不好,最终尝试WM_NCMOUSEMOVE,很好,这次终于成功了。{
if (m_hForground == NULL)
{
m_hForground = ::GetForegroundWindow();
ModifyStyleEx(WS_EX_NOACTIVATE, 0 );
SetForegroundWindow();
}
CFrameWnd::OnNcLButtonDown(nHitTest, point);
}
void
CMainFrame::OnNcMouseMove(UINT nHitTest, CPoint point)
{
if (m_hForground != NULL)
{
::SetForegroundWindow(m_hForground);
ModifyStyleEx( 0 ,WS_EX_NOACTIVATE);
m_hForground = NULL;
}
CFrameWnd::OnNcMouseMove(nHitTest, point);
}
问题到此为止,现在说说一点小小的发现。{
if (m_hForground != NULL)
{
::SetForegroundWindow(m_hForground);
ModifyStyleEx( 0 ,WS_EX_NOACTIVATE);
m_hForground = NULL;
}
CFrameWnd::OnNcMouseMove(nHitTest, point);
}
原本以为一般的按键就两种状态,通过down、up改变,如果用方波描述,down就是下降沿触发,up是上升沿触发。也曾了解,像shift这样的按键会很复杂,存在多个状态。后来测试发现,shift并非一个特例,所有的按键都有4个状态,通过down、up改变状态。只是不同按键对状态的关注点不同。
可以做这样一个测试,用GetKeyboardState得到各个虚拟码对应的按键状态。最高位为1时表示键被按下,最高位为1时,如果是lock键则表示被锁住,对于其他键,各有各的作用。
比如一个键,用2位的二进制数表示这些状态,设初始状态为10,经过down后,变为01,经过up后,变为11,再经过down后,变为00,再经过up后,变为10,如此四个状态经过down、up实现了周期性的状态装换。大体符合这样的规律:
10-(down xor 11)->01->(up xor 10)->11-(down xor 11)->00(up xor 10)->10。
这样,如果虚拟得比较彻底,在虚拟键盘内部可以轻易地实现状态的记忆,并且可以获得足够的信息。对于显示、控制都非常方便。
这只是第一个版本,还有很多问题需要解决。
待解决问题一:xml配置动态配置键盘,及动态更换显示效果。
待解决问题二:同步物理键盘。
待解决问题三:更深层次,防止键盘消息被hook,初步认识,似乎可以使用剪贴板。
【源代码1.2版本:http://www.cppblog.com/Files/yefeng/VirtualKeyboard1.2.rar】