【Qt实现虚拟键盘】

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Qt实现虚拟键盘

项目分析
实现方式
开发流程

项目分析

需求：为Linux环境下提供可便捷使用的虚拟键盘
OS环境：Windows 7/11、CentOS 7
开发语言：Qt/C++
IDE：QtCreator 、Qt5.14.2
功能：支持中/英文/数字键盘输入、支持中文拼音输入法、支持半/全角标点输入

实现方式

方式一：调用第三方程序。windows下调用系统自带虚拟键盘。Linux下通过安装第三方虚拟键盘OnKeyboard，在程序中调用
方式二：使用Qt自带虚拟键盘。通过引入虚拟键盘模块，检测到程序内的输入控件焦点后，自动显示。
方式三：自定义虚拟键盘。设计虚拟键盘布局，实现键盘按键效果，接入谷歌中文拼音库。

本文接下来主要讲解方式三的实现。

开发流程

谷歌中文拼音库编译：
1. 点击此处下载项目源码。
2. 打开QtCreator，导入该项目。在pinyinime.pro中添加下面命令CONFIG += staticlib。选择qmake并构建，在构建目录中可以看到，生成两个库文件：pinyinime.dll和pinyinime.lib，这两个库文件即为使用谷歌拼音库所需。
新建虚拟键盘项目：
1. 创建QWidget项目。
  
  2.选择构建套件。
2. 在项目路径下，创建文件夹lib、include、build、bin。拷贝生成的pinyinime.dll放入bin文件夹下，pinyinime.dll放入lib文件夹下。将pinyinime项目的src文件夹中所有文件拷贝到include文件夹中。
3. 修改VirtualKeyboard.pro文件，设置项目构建配置、可执行文件生成路径、第三方依赖引用、头文件引用。

QT       += core gui

greaterThan(QT_MAJOR_VERSION, 4): QT += widgets

CONFIG += c++17
CONFIG -= debug_and_release

# You can make your code fail to compile if it uses deprecated APIs.
# In order to do so, uncomment the following line.
#DEFINES += QT_DISABLE_DEPRECATED_BEFORE=0x060000    # disables all the APIs deprecated before Qt 6.0.0

DESTDIR += $$PWD/bin

INCLUDEPATH += $$PWD/include

SOURCES += \
    main.cpp \
    keyboard.cpp

HEADERS += \
    keyboard.h

FORMS += \
    keyboard.ui

# Default rules for deployment.
qnx: target.path = /tmp/$${TARGET}/bin
else: unix:!android: target.path = /opt/$${TARGET}/bin
!isEmpty(target.path): INSTALLS += target



win32:CONFIG(release, debug|release): LIBS += -L$$PWD/lib/ -lpinyinime
else:win32:CONFIG(debug, debug|release): LIBS += -L$$PWD/lib/ -lpinyinimed

INCLUDEPATH += $$PWD/include
DEPENDPATH += $$PWD/include

虚拟键盘UI设计：
1. 利用StackedWidget分别存放中/英文、数字、符号所对应的界面。
2. 留出一个布局控件，用于存放候选词显示控件。
3. 候选词数量级较小，通过使用QListWidget横向展示即可实现需求。
4. 自定义标题栏，为了方便后期更换样式，适应使用场景。下面展示三种方式的键盘布局。
候选词类设计：
1. 继承QListWidget，重写接口和信号。
2. 集成对于谷歌拼音库的调用。
下面是关键代码展示：

//调用谷歌拼音库搜索，获取候选词
QList<QString> CandidateWidget::search(const QString &pinyinPrefix)
{

    QList<QString> candidateList;

    // 1. 转换拼音前缀为小写
    QString normalizedPrefix = pinyinPrefix.toLower();

    // 重置搜索
    im_reset_search();

    // 4. 搜索拼音对应的汉字候选
    QByteArray bytearray(normalizedPrefix.toUtf8());
    char *pinyin(bytearray.data());
    size_t cand_num = im_search(pinyin, bytearray.size());

    // 5. 获取候选词
    char16 *cand_buf = new char16[max_decoded_length];
    for (size_t i = 0; i < cand_num; i++)
    {
        char16 *cand = im_get_candidate(i, cand_buf, max_decoded_length);
        if (cand)
        {
            QString candidateStr = QString::fromUtf16(cand);
            if (i == 0) candidateStr.remove(0, im_get_fixed_len()); // 去除固定拼音部分
            candidateList.append(candidateStr); // 加入候选词列表
        }
    }

    // 6. 释放资源
    delete[] cand_buf;

    // 7. 返回候选词列表
    return candidateList;
}

项目主体类设计：

考虑到对于内存的管理以及场景的评估，这里将其封装成了单例工具类，方便在项目中使用。
实现候选词模块的嵌入。
实现UI中按键的响应函数，以及不同键盘布局之间的跳转。
处理焦点变化，实现实时检测焦点，可以动态更换交互控件。（需要在主应用中重写事件过滤器，检测焦点进入事件。并区分使用交互控件，发出全局焦点变化信号）

展示关键部分代码：

//单例类的实现方式：
//Keyboard.h
public:
    // 获取单例实例
    static Keyboard *getInstance(QWidget *parent = nullptr);
    // 销毁单例实例
    static void destroyInstance();
private:
	//声明静态实例
	static Keyboard* m_instance;
	//存放候选词ListWidget
	CandidateWidget *m_pChineseWidget;  

//Keyboard.cpp
// 定义静态实例
Keyboard* Keyboard::m_instance = nullptr;
// 获取单例实例
Keyboard* Keyboard::getInstance(QWidget *parent)
{
    if (m_instance == nullptr) {
        m_instance = new Keyboard(parent);
    }
    return m_instance;
}

void Keyboard::destroyInstance()
{
    if (m_instance != nullptr)
    {
        delete m_instance;
        m_instance = nullptr;
    }
}

void initWidget(){
	....
	m_pChineseWidget = new CandidateWidget;
	m_pChineseWidget->setSizePolicy(QSizePolicy::Ignored, QSizePolicy::Ignored);
	ui->horizontalLayout_Chinese->addWidget(m_pChineseWidget);//嵌入候选词显示列表
	...
	connect(GlobalSignalManager::getInstance(),&GlobalSignalManager::focusChanged,
				this,&Keyboard::onFocusReceived,Qt::UniqueConnection);//绑定全局的焦点变化信号和焦点处理函数

}

void Keyboard::onFocusReceived(QWidget* newWidget,int type) {//我的主应用中有5中类型的交互控件，需要分别处理
    if (newWidget && m_currentTarget!=newWidget ) {
        if(m_currentTarget){
            disconnect(this,nullptr,m_currentTarget,nullptr);
        }
        // 保存当前聚焦控件
        LogDebug << "receive new WIDGET"<<newWidget->objectName();
        m_currentTarget = newWidget;
        switch (type) {
        case 0:{
            connect(this,&Keyboard::operateText,dynamic_cast<CustomLineEdit*>(m_currentTarget),&CustomLineEdit::operateTextSlot);
            break;
        }
        case 1:{
            connect(this,&Keyboard::operateText,dynamic_cast<CustomPlainTextEdit*>(m_currentTarget),&CustomPlainTextEdit::operateTextSlot);
            break;
        }
        case 2:{
            connect(this,&Keyboard::operateText,dynamic_cast<QLineEdit*>(m_currentTarget),[=](QString opt,QString text){
//                static QElapsedTimer timer;
//                if (timer.elapsed() < 100) {
//                    return;  // 节流机制：忽略100毫秒内的多次输入
//                }
//                timer.restart();
                if(opt == "insert"){
                    dynamic_cast<QLineEdit*>(m_currentTarget)->insert(text);
                }else if(opt == "backspace"){
                    if(!dynamic_cast<QLineEdit*>(m_currentTarget)->text().isEmpty()){
                        dynamic_cast<QLineEdit*>(m_currentTarget)->backspace();
                    }
                }
            });
            break;
        }
        case 3:{
            connect(this,&Keyboard::operateText,dynamic_cast<QPlainTextEdit*>(m_currentTarget),[=](QString opt,QString text){
//                static QElapsedTimer timer;
//                if (timer.elapsed() < 100) {
//                    return;  // 节流机制：忽略100毫秒内的多次输入
//                }
//                timer.restart();
                if(opt == "insert"){
                    dynamic_cast<QPlainTextEdit*>(m_currentTarget)->insertPlainText(text);
                }else if(opt == "backspace"){
                    if(!dynamic_cast<QPlainTextEdit*>(m_currentTarget)->toPlainText().isEmpty()){
                        dynamic_cast<QPlainTextEdit*>(m_currentTarget)->undo();
                    }
                } else if(opt == "enter"){
                    dynamic_cast<QPlainTextEdit*>(m_currentTarget)->insertPlainText("\n");
                }
            });
            break;
        }
        case 4:{
            connect(this,&Keyboard::operateText,dynamic_cast<QTextEdit*>(m_currentTarget),[=](QString opt,QString text){
//                static QElapsedTimer timer;
//                if (timer.elapsed() < 100) {
//                    return;  // 节流机制：忽略100毫秒内的多次输入
//                }
//                timer.restart();
                if(opt == "insert"){
                    dynamic_cast<QTextEdit*>(m_currentTarget)->insertPlainText(text);
                } else if(opt == "backspace"){
                    if(!dynamic_cast<QTextEdit*>(m_currentTarget)->toPlainText().isEmpty()){
                        dynamic_cast<QTextEdit*>(m_currentTarget)->undo();
                    }
                } else if(opt == "enter"){
                    dynamic_cast<QTextEdit*>(m_currentTarget)->insertPlainText("\n");
                }
            });
            break;
        }
        default:
            break;
        }
    }

//MianWindow.cpp
//主程序的事件过滤
bool MainWindow::eventFilter(QObject *obj, QEvent *event)
{
    if (event->type() == QEvent::FocusIn) {
        if (dynamic_cast<CustomLineEdit*>(obj)) {
            LogDebug << obj->objectName() << " gained focus.";
            // 这里可以处理焦点事件
            emit GlobalSignalManager::getInstance()->focusChanged(qobject_cast<QWidget*>(obj),0);
        }else if(dynamic_cast<CustomPlainTextEdit*>(obj)){
            LogDebug << obj->objectName() << " gained focus.";
            emit GlobalSignalManager::getInstance()->focusChanged(qobject_cast<QWidget*>(obj),1);
        }else if(dynamic_cast<QLineEdit*>(obj)){
            LogDebug << obj->objectName() << " gained focus.";
            emit GlobalSignalManager::getInstance()->focusChanged(qobject_cast<QWidget*>(obj),2);
        }else if(dynamic_cast<QPlainTextEdit*>(obj)){
            LogDebug << obj->objectName() << " gained focus.";
            emit GlobalSignalManager::getInstance()->focusChanged(qobject_cast<QWidget*>(obj),3);
        }else if(dynamic_cast<QTextEdit*>(obj)){
            LogDebug << obj->objectName() << " gained focus.";
            emit GlobalSignalManager::getInstance()->focusChanged(qobject_cast<QWidget*>(obj),4);
        }
    } else if (event->type() == QEvent::FocusOut) {
        if (dynamic_cast<CustomLineEdit*>(obj)) {
//            LogDebug << obj->objectName() << "lost focus.";
        }
    }
    return QWidget::eventFilter(obj, event); // 确保事件传递给基类
}
}

PinYinIMe接口描述

启动解码引擎

bool im_open_decoder(const char *fn_sys_dict, const char *fn_usr_dict);

fn_sys_dict: 系统字典，可以直接使用谷歌自带的字典dict_pinyin.dat
fn_usr_dict: 用户字典，用户自己定义的字典
成功启动引擎时接口返回true。

bool im_open_decoder_fd(int sys_fd, long start_offset, long length,
                          const char *fn_usr_dict);

上一个函数的变形。

sys_fd: 系统字典的文件描述符
start_offset: 系统字典文件描述符的偏移位置
length: 系统字典文件读取的长度
fn_usr_dict: 用户字典

关闭解码引擎

void im_close_decoder();

设置输入输出上限

void im_set_max_lens(size_t max_sps_len, size_t max_hzs_len);

如果本函数未被调用，则使用默认参数。举例说明该函数的作用，对于显示屏幕大小受限制，
显示部件可以只显示确定数量的输入字母来解码，以及确定数量的中文来显示。
如果用户添加一个新字母之母，输入的所有字母或输出的中文数量超过了设置的上限，则引擎会不理踩
新添加的字母。

max_sps_len: 输入拼音字母的最大长度
max_hzs_len: 解码中文字符的最大长度

清除缓冲

void im_flush_cache();

因为引擎在运行时，为是达到最好的性能，一些数据有保存至内存中，所以有必要时需要清除掉。

搜索

size_t im_search(const char* sps_buf, size_t sps_len);

本函数用于搜索匹配字母的候选中文。当要搜索的字母的前缀与先前的搜索字母一样，引擎默认会在先前的
搜索结果中进行搜索。如果用户需要开启新的搜索，可以先调用im_reset_search()接口。

sps_buf: 拼音字母
sps_len: 字母长度
返回候选数

删除

size_t im_delsearch(size_t pos, bool is_pos_in_splid, bool clear_fixed_this_step);

对当前查找结果执行删除操作，然后再重新查找。

pos: 拼音字母的位置或者是搜索结果ID
is_pos_in_splid: 申明pos参数是字母位置还是搜索结果ID
clear_fixed_this_step:
返回候选数量

初始化查找结果

void im_reset_search();

获取输入的拼音字母

const char *im_get_sps_str(size_t *decoded_len);

decoded_len: 保存返回拼音字母的长度arsed.
返回拼音字母

获取候选字符串

char16* im_get_candidate(size_t cand_id, char16* cand_str, size_t max_len);

cand_id: 获取候选字符串的ID号，从0开始，通常ID为0是匹配度最高的
cand_str: 用于保存选择字符串的缓冲区
max_len: 缓冲区最大长度
成功返回缓冲区地址cand_str，失败返回NULL.

项目展示
在这里插入图片描述

如果有兴趣，下载源码，并尝试优化：）

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