基于QT的跨平台虚拟键盘设计与实现

杜晓东，舒明蕾，孟利民，华惊宇

（浙江工业大学 省通信网技术应用研究重点实验室，浙江 杭州 310023）

0 引言

QT是原Trolltech公司开发的跨平台C++GUI应用框架，它提供了丰富的部件集合，并具有面向对象、组件编程等优势，近年来QT由Digia公司运作，发展迅猛，其在嵌入式平台以及桌面平台中有着不可替代的地位[1]。

QT目前支持几乎所有的桌面操作系统和嵌入式操作系统[2]，但由于各个版本（尤其是QT4和QT5）之间兼容性较差，造成以前编写的代码难以在新版本下运行或者根本无法使用等问题。当前，在桌面系统下，基于QT4的开源虚拟键盘（包含中文输入法）比较少，基于QT5的几乎没有；在嵌入式系统下，基于QT4的虚拟键盘几乎都是继承QT4内部输入法类QInputContext或者QWSInputMethod，这样设计简单、快捷，但是只能在嵌入式系统中使用，而QT5也已经删除了这两个内部的输入法类。因此，在QT环境下亟需重新设计一个新的虚拟键盘，以此来兼容QT的不同版本以及满足不同桌面操作系统、嵌入式设备中的输入需求[2]。

本文设计一个在多平台（Windows、Linux、嵌入式Linux-arm）下，跨越QT版本限制的虚拟键盘解决方案。该方案完全基于QT底层的信号与槽机制以及事件过滤机制，没有使用特定系统下的接口，因此可以实现跨平台、跨QT版本的目的，同时兼容嵌入式系统。键盘布局参考实体键盘，支持拖拽移动，并且联合了数据库技术，实现自由添加词组，支持英文和中文拼音两种输入模式，并且支持鼠标单击虚拟键盘与实体键盘同步输入等功能，丰富了基于QT的虚拟键盘设计方案。

1 虚拟键盘的设计原理

在GUI的编程中，经常需要在各个界面或者各个部件之间进行对象间通信。而信号与槽作为QT的核心机制[3]，主要用来实现对象间通信，以此取代传统的回调函数方式，这也是一种更加安全的机制。例如，在虚拟键盘上有部件状态发生变化时，相应的部件就会发射（emit）一个信号，而与该信号进行关联（connect）的槽函数则负责监视接收信号，一旦信号产生，则执行槽函数里面的相应操作。一个信号可以与一个或者多个槽进行关联，多个信号也可以和一个槽进行关联，甚至一个信号可以和另一个信号进行关联，这样就实现了信息的封装，确保对象可以当做一个组件来编程。

因此，基于 QT的 GUI编程简单、灵活容易扩展，其核心也就是如何来设计槽函数[4]。信号与槽之间一般通过QObject：：connect函数进行连接，信号与槽的简单连接模型如图1。

图1 信号与槽连接的简单模型

2 虚拟键盘的设计与实现

2.1 英文输入法的设计与实现

该虚拟键盘是在Linux（Ubuntu12.04）环境下使用QtCreator设计的键盘布局，在QWidget下面根据实体键盘拖入 QToolButton，并对 Button进行属性绑定，以便后面可以根据属性批量处理按键事件。传统的虚拟键盘则通过单个click信号，连接到相应的槽，这样设计思路简单，容易理解，但代码冗余较大[5]。改进的虚拟键盘则根据Button属性来捆绑信号与槽，这样就降低了代码冗余度，具体步骤如下。

（1）根据实体键盘设计布局，基本实现全键盘，根据实际项目需求并考虑兼容嵌入式液晶屏，故删除了部分不常用的按键，具体键盘布局见图2。

图2 键盘布局

（2）为使键盘支持拖拽操作，将 QWidget隐藏了边框和标题栏，然后重新实现了三个虚函数mouseMoveEvent（QMouseEvent*e）、mousePressEvent（QMouseEvent*e）、mouse ReleaseEvent（QMouseEvent*e），这样虚拟键盘就可以在有鼠标的情况下以及支持触摸的液晶显示器上，通过长按空白处拖拽虚拟键盘。

（3）设置 QToolButton的 objectName并且将所有的字母键、数字键以及特殊符号键依次绑定属性为btn_alphabet、btn_number、btn_special。 如 按 键 “a” 的 objectName为 btna，属性设置为 btn_letter，即 btna-＞setProperty（”btn_alphabet”，true），其他按键依次设置。

（4）创建 QToolButton为 QList类型链表，获取虚拟键盘中所有的QToolButton类型的孩子项，然后遍历所有按键，依次关联槽函数，代码如下：

（5）在槽函数 on_keyValue_clicked（）中首先通过sender（）函数获取激活的 Button，然后根据之前划分的属性，批量地处理不同类型的按键，再根据objectName实现特殊键的功能，例如Backspace、切换中英文等。

最后将虚拟键盘输入的字母、数字以及特殊符号发送到 QLineEdit中，通过信号 focusChanged（QWidget*，QWidget*）实现新旧焦点的切换。

至此实现了所有虚拟键盘的输入以及焦点切换等功能，然后在此基础上联合使用了SQLite实现中文拼音输入法。

2.2 中文拼音输入法的设计与改进

在基于QT的传统中文输入法中，尤其是嵌入式系统中使用的中文输入法，如果是基于QT4，基本都是继承自QInputContext或者QWSInputMethod，它依赖于QT/E的 C/S架构，将输入法安装在服务器端，负责监听来自键盘、鼠标的事件，然后再由服务端的输入法进行事件处理、分发，这样设计简单，但是自由度低、局限性大，而且使用了进程间通信的原理[6]，只能在嵌入式QT/E中使用，无法移植到其他桌面系统，QT5也删除了这两个基本的内部输入法类，因此基于此设计的虚拟键盘根本无法在QT5中运行。

本文改进的中文输入法则摒弃了这两个内部输入法类，完全基于QT底层的信号与槽机制以及事件过滤机制，因此可以突破QT版本升级带来的不兼容问题，也没有使用各个操作系统的系统函数，因此只需要在虚拟键盘的代码中预定义几个简单的跨平台的宏定义即可实现跨平台（Window、Linux、嵌入式 Linux-arm）。

在前面实现的虚拟键盘基础上，本节使用SQLite3设计制作了中文汉字字库，设计了中文输入法类（Input-demo）的基本接口，同时完成了事件过滤器对键盘以及鼠标事件的分发调度。

2.2.1 中文输入法字库结构

SQLite3是一款开源免费的高性能数据库系统，具有占用资源低、效率高、体积小、使用可靠等优点，同时支持Window、Linux以及嵌入式 Linux等主流操作系统，近几年其在嵌入式领域得到了长足的发展。该中文输入法使用SQLite3主要考虑了QT本身对SQLite3提供了很好的驱动支持，同时考虑了虚拟键盘兼容嵌入式Linuxarm以及在嵌入式中使用效率、查询速度等因素[7]。输入法字库字段设计如下：

（1）pinyin：汉字以及词组对应的拼音；

（2）hanzi：汉字以及词语，词组之间用空格区分，并一一对应拼音。

（3）frequency：汉字词频。

2.2.2 中文拼音输入法设计以及实现

QT主要有四种处理事件的方式：重新实现特定的事件处理器、重写Object：event事件、在对象中注册事件过滤器以及继承QApplication重写notify（）函数。本文采用在对象中注册事件过滤器以及重写event事件的方式[8]，来完成对键盘、鼠标事件的过滤、分发、调度工作。设置事件过滤器主要通过两个步骤：

（1）安装事件过滤器，通过对目标对象调用 installEventFilter（）注册事件过滤器来注册监视对象，安装事件过滤器代码类似于：Object.installEventFilter（this）。

（2）重新实现事件过滤器，即在监视对象的 event-Filter（）中处理监视的事件，这样键盘或者鼠标事件（嵌入式中是触摸事件）产生时，首先将事件发送到过滤器，然后再交付给程序。事件滤波器原型如下：eventFilter（QObject*obj，QEvent*event）。

键盘以及鼠标事件的处理流程如图3所示。

图3 键盘、鼠标事件过滤器处理流程

中文拼音输入的实现过程就是将输入的拼音字符串转换成相应汉字。本输入法对汉字的匹配建立在SQL查询的基础上，查询简单、代码冗余低，比较容易实现一些高级功能，其实现步骤如下。

（1）实现输入拼音以及显示汉字功能首先自定义继承QLabel类的MyLabel类，重载了mouseReleaseEvent（QMouseEvent*）函数，使其可以像Button一样支持点击，然 后 重 载 void enterEvent （QEvent*）、void leaveEvent（QEvent*），使其可以在选中汉字时出现颜色变化，最后通过部件提升的方法将MyLabel添加到QtCreator设计器中，这样添加的MyLabel就可以支持鼠标点击 （嵌入式中是触摸操作）选中并且发送汉字，然后在ui文件添加一个QLabel来显示输入的拼音。

（2）实现索引功能，根据之前设计的字库表，通过SQL语句查询匹配汉字以及词组，然后将通过SQL查询到的汉字依次添加到汉字链表中，并统计查询的汉字或者词组的个数以及使用的频率，同时设计了接口 display_chinese（）、choice_chinese（int num）、remove_chinese（），分别用来显示汉字或词组、根据索引选中汉字或词组，以及清空汉字或者词组。最后将查询到的汉字显示到前面建立的MyLabel上，并通过前翻页、后翻页查找所需汉字或者词组。SQL核心代码如下：

QSqlQuery query；

QString sql=＂SELECT hanzi FROM pinyin WHERE

pinyin=′＂+present_pinyin+＂′＂；

query.exec（sql）；

（3）实现鼠标点击虚拟键盘与实体键盘同步输入功能，即在中文模式下，首先获取虚拟键盘的所有QTool-Button的孩子项，然后将实体键盘的键值依次映射到虚拟键盘的QToolButton上面，实现数字键选中汉字和鼠标点击选中汉字功能，同样做了类似的映射。核心代码如下：

（4）用户将选中的汉字或者词组发送到QLineEdit中，至此中文输入法完成。

3 测试

桌面系统环境为 Linux（Ubuntu12.04），编译器 g++4.6.4，分别使用 QT4.7.2和 QT5.3.2进行编译运行，编译顺利通过，界面一致；然后在嵌入式QT/Embedded下，使用qvfb进行编译运行，可以实现中英文输入，运行结果如图4所示。

图4 输入法运行效果

4 结束语

本文完全基于QT的信号与槽以及事件过滤机制，结合SQLite3数据库查询技术，设计实现了虚拟键盘，可以支持中、英文输入。同时本文的设计方案完全兼容各个桌面操作系统以及嵌入式Linux-arm操作系统，并且不受QT版本升级的限制，具有广泛的应用价值。

[1]屈克文，石奋苏.基于QT/E和 SQLite3的嵌入式中文输入法的设计[J].计算机应用，2011，31（1）：149-151.

[2]BLANCHETTE J，SUMMERFIELD M.C++GUI Qt4编程（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2008.

[3]唐新华.QT的信号与槽机制介绍[EB/OL].（2005-9-20）[2015-05-15].http：//www.ibm.com/developerworks/cn/linux/guitoolkit/qt/signal-slot/index.html.

[4]谢芬，潘丽，刘守印.基于 QT/E的嵌入式 Linux系统的软键盘实现[J].电子设计工程，2012，20（5）：177-179.

[5]韦东山.嵌入式Linux应用完全开发手册[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[6]章坚武，吴寒君.基于嵌入式Linux和Qt4的中文输入法的实现与改进[J].电子器件，2010，33（3）：395-398.

[7]SQLite 参考手册 [EB/OL].（2014-06-04）[2015-05-15].http：//www.sqlite.org/lang.html.

[8]QT 参考文档[EB/OL].（2014-05-06）[2015-05-15].http：//doc.qt.io/qt-4.8/qt-embedded-architecture.html.