C# 實現螢幕鍵盤 (ScreenKeyboard)

銀河使者發表於2008-05-19
要實現一個螢幕鍵盤,需要監聽所有鍵盤事件,無論窗體是否被啟用。因此需要一個全域性的鉤子,也就
是系統範圍的鉤子。

什麼是鉤子(Hook)

    鉤子(Hook)是Windows提供的一種訊息處理機制平臺,是指在程式正常執行中接受資訊之前預先
    啟動的函式,用來檢查和修改傳給該程式的資訊,(鉤子)實際上是一個處理訊息的程式段,通
    過系統呼叫,把它掛入系統。每當特定的訊息發出,在沒有到達目的視窗前,鉤子程式就先捕獲
    該訊息,亦即鉤子函式先得到控制權。這時鉤子函式即可以加工處理(改變)該訊息,也可以不
    作處理而繼續傳遞該訊息,還可以強制結束訊息的傳遞。注意:安裝鉤子函式將會影響系統的性
    能。監測“系統範圍事件”的系統鉤子特別明顯。因為系統在處理所有的相關事件時都將呼叫您的
    鉤子函式,這樣您的系統將會明顯的減慢。所以應謹慎使用,用完後立即解除安裝。還有,由於您可
    以預先截獲其它程式的訊息,所以一旦您的鉤子函式出了問題的話必將影響其它的程式。

鉤子的作用範圍
    一共有兩種範圍(型別)的鉤子,區域性的和遠端的。區域性鉤子僅鉤掛自己程式的事件。遠端的鉤
    子還可以將鉤掛其它程式發生的事件。遠端的鉤子又有兩種: 基於執行緒的鉤子將捕獲其它程式中
    某一特定執行緒的事件。簡言之,就是可以用來觀察其它程式中的某一特定執行緒將發生的事件。 系
    統範圍的鉤子將捕捉系統中所有程式將發生的事件訊息。

Hook 型別
    Windows共有14種Hooks,每一種型別的Hook可以使應用程式能夠監視不同型別的系統訊息處理機
    制。下面描述所有可以利用的Hook型別的發生時機。詳細內容可以查閱MSDN,這裡只介紹我們將要
    用到的兩種型別的鉤子。
   
    (1)WH_KEYBOARD_LL Hook
        WH_KEYBOARD_LL Hook監視輸入到執行緒訊息佇列中的鍵盤訊息。

    (2)WH_MOUSE_LL Hook
        WH_MOUSE_LL Hook監視輸入到執行緒訊息佇列中的滑鼠訊息。

下面的 class 把 API 呼叫封裝起來以便呼叫。
1// NativeMethods.cs
2using System;
3using System.Runtime.InteropServices;
4using System.Drawing;
5
6namespace CnBlogs.Youzai.ScreenKeyboard {
7    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
8    internal struct MOUSEINPUT {
9        public int dx;
10        public int dy;
11        public int mouseData;
12        public int dwFlags;
13        public int time;
14        public IntPtr dwExtraInfo;
15    }
16
17    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
18    internal struct KEYBDINPUT {
19        public short wVk;
20        public short wScan;
21        public int dwFlags;
22        public int time;
23        public IntPtr dwExtraInfo;
24    }
25
26    [StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
27    internal struct Input {
28        [FieldOffset(0)]
29        public int type;
30        [FieldOffset(4)]
31        public MOUSEINPUT mi;
32        [FieldOffset(4)]
33        public KEYBDINPUT ki;
34        [FieldOffset(4)]
35        public HARDWAREINPUT hi;
36    }
37
38    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
39    internal struct HARDWAREINPUT {
40        public int uMsg;
41        public short wParamL;
42        public short wParamH;
43    }
44
45    internal class INPUT {
46        public const int MOUSE = 0;
47        public const int KEYBOARD = 1;
48        public const int HARDWARE = 2;
49    }
50
51    internal static class NativeMethods {
52        [DllImport("User32.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = false)]
53        internal static extern IntPtr GetWindowLong(IntPtr hWnd, int nIndex);
54
55        [DllImport("User32.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = false)]
56        internal static extern IntPtr SetWindowLong(IntPtr hWnd, int nIndex, int dwNewLong);
57
58        [DllImport("User32.dll", EntryPoint = "SendInput", CharSet = CharSet.Auto)]
59        internal static extern UInt32 SendInput(UInt32 nInputs, Input[] pInputs, Int32 cbSize);
60
61        [DllImport("Kernel32.dll", EntryPoint = "GetTickCount", CharSet = CharSet.Auto)]
62        internal static extern int GetTickCount();
63
64        [DllImport("User32.dll", EntryPoint = "GetKeyState", CharSet = CharSet.Auto)]
65        internal static extern short GetKeyState(int nVirtKey);
66
67        [DllImport("User32.dll", EntryPoint = "SendMessage", CharSet = CharSet.Auto)]
68        internal static extern IntPtr SendMessage(IntPtr hWnd, int msg, IntPtr wParam, IntPtr lParam);
69    }
70}

安裝鉤子
    使用SetWindowsHookEx函式(API函式),指定一個Hook型別、自己的Hook過程是全域性還是區域性Hook,
    同時給出Hook過程的進入點,就可以輕鬆的安裝自己的Hook過程。SetWindowsHookEx總是將你的Hook函
    數放置在Hook鏈的頂端。你可以使用CallNextHookEx函式將系統訊息傳遞給Hook鏈中的下一個函式。
    對於某些型別的Hook,系統將向該類的所有Hook函式傳送訊息,這時,
    Hook函式中的CallNextHookEx語句將被忽略。全域性(遠端鉤子)Hook函式可以攔截系統中所有執行緒的某
    個特定的訊息,為了安裝一個全域性Hook過程,必須在應用程式外建立一個DLL並將該Hook函式封裝到其中,
    應用程式在安裝全域性Hook過程時必須先得到該DLL模組的控制程式碼。將Dll名傳遞給LoadLibrary 函式,就會得
    到該DLL模組的控制程式碼;得到該控制程式碼 後,使用GetProcAddress函式可以得到Hook過程的地址。最後,使用
    SetWindowsHookEx將 Hook過程的首址嵌入相應的Hook鏈中,SetWindowsHookEx傳遞一個模組控制程式碼,它為
    Hook過程的進入點,執行緒識別符號置為0,該Hook過程同系統中的所有執行緒關聯。如果是安裝區域性Hook此時
    該Hook函式可以放置在DLL中,也可以放置在應用程式的模組段。在C#中通過平臺呼叫(前文已經介紹過)
    來呼叫API函式。
1    public void Start(bool installMouseHook, bool installKeyboardHook) {
2        if (hMouseHook == IntPtr.Zero && installMouseHook) {
3            MouseHookProcedure = new HookProc(MouseHookProc);
4            hMouseHook = SetWindowsHookEx(
5                WH_MOUSE_LL,
6                MouseHookProcedure,
7                Marshal.GetHINSTANCE(
8                Assembly.GetExecutingAssembly().GetModules()[0]),
9                0
10           );
11
12            if (hMouseHook == IntPtr.Zero) {
13                int errorCode = Marshal.GetLastWin32Error();
14                Stop(true, false, false);
15
16                throw new Win32Exception(errorCode);
17            }
18        }
19
20        if (hKeyboardHook == IntPtr.Zero && installKeyboardHook) {
21            KeyboardHookProcedure = new HookProc(KeyboardHookProc);
22            //install hook
23            hKeyboardHook = SetWindowsHookEx(
24                WH_KEYBOARD_LL,
25                KeyboardHookProcedure,
26                Marshal.GetHINSTANCE(
27                Assembly.GetExecutingAssembly().GetModules()[0]),
28                0);
29            // If SetWindowsHookEx fails.
30            if (hKeyboardHook == IntPtr.Zero) {
31                // Returns the error code returned by the last
32                // unmanaged function called using platform invoke
33                // that has the DllImportAttribute.SetLastError flag set.
34                int errorCode = Marshal.GetLastWin32Error();
35                //do cleanup
36                Stop(false, true, false);
37                //Initializes and throws a new instance of the
38                // Win32Exception class with the specified error.
39                throw new Win32Exception(errorCode);
40            }
41        }
42    }

使用完鉤子後,要進行解除安裝,這個可以寫在解構函式中。
1
2    public void Stop() {
3        this.Stop(true, true, true);
4    }
5   
6    public void Stop(bool uninstallMouseHook, bool uninstallKeyboardHook,
7        bool throwExceptions) {
8        // if mouse hook set and must be uninstalled
9        if (hMouseHook != IntPtr.Zero && uninstallMouseHook) {
10            // uninstall hook
11            bool retMouse = UnhookWindowsHookEx(hMouseHook);
12            // reset invalid handle
13            hMouseHook = IntPtr.Zero;
14            // if failed and exception must be thrown
15            if (retMouse == false && throwExceptions) {
16                // Returns the error code returned by the last unmanaged function
17                // called using platform invoke that has the DllImportAttribute.
18                // SetLastError flag set.
19                int errorCode = Marshal.GetLastWin32Error();
20                // Initializes and throws a new instance of the Win32Exception class
21                // with the specified error.
22                throw new Win32Exception(errorCode);
23            }
24        }
25
26        // if keyboard hook set and must be uninstalled
27        if (hKeyboardHook != IntPtr.Zero && uninstallKeyboardHook) {
28            // uninstall hook
29            bool retKeyboard = UnhookWindowsHookEx(hKeyboardHook);
30            // reset invalid handle
31            hKeyboardHook = IntPtr.Zero;
32            // if failed and exception must be thrown
33            if (retKeyboard == false && throwExceptions) {
34                // Returns the error code returned by the last unmanaged function
35                // called using platform invoke that has the DllImportAttribute.
36                // SetLastError flag set.
37                int errorCode = Marshal.GetLastWin32Error();
38                // Initializes and throws a new instance of the Win32Exception class
39                // with the specified error.
40                throw new Win32Exception(errorCode);
41            }
42        }
43    }
44

將這個檔案編譯成一個dll,即可在應用程式中呼叫。通過它提供的事件,便可監聽所有的鍵盤事件。
但是,這隻能監聽鍵盤事件,沒有鍵盤的情況下,怎麼會有鍵盤事件?其實很簡單,通過SendInput
API函式提供虛擬鍵盤程式碼的呼叫即可模擬鍵盤輸入。下面的程式碼模擬一個 KeyDown 和 KeyUp 過程,
把他們連線起來就是一次按鍵過程。
1    private void SendKeyDown(short key) {
2        Input[] input = new Input[1];
3        input[0].type = INPUT.KEYBOARD;
4        input[0].ki.wVk = key;
5        input[0].ki.time = NativeMethods.GetTickCount();
6
7        if (NativeMethods.SendInput((uint)input.Length, input, Marshal.SizeOf(input[0]))
8            < input.Length) {
9            throw new Win32Exception(Marshal.GetLastWin32Error());
10        }
11    }
12
13    private void SendKeyUp(short key) {
14        Input[] input = new Input[1];
15        input[0].type = INPUT.KEYBOARD;
16        input[0].ki.wVk = key;
17        input[0].ki.dwFlags = KeyboardConstaint.KEYEVENTF_KEYUP;
18        input[0].ki.time = NativeMethods.GetTickCount();
19
20        if (NativeMethods.SendInput((uint)input.Length, input, Marshal.SizeOf(input[0]))
21            < input.Length) {
22            throw new Win32Exception(Marshal.GetLastWin32Error());
23        }
24    }

自己實現一個 KeyBoardButton 控制元件用作按鈕,用 Visual Studio 或者 SharpDevelop 為螢幕鍵盤設計 UI,然後
在這些 Button 的 Click 事件裡面模擬一個按鍵過程。
1
2    private void ButtonOnClick(object sender, EventArgs e) {
3        KeyboardButton btnKey = sender as KeyboardButton;
4        if (btnKey == null) {
5            return;
6        }
7
8        SendKeyCommand(btnKey);
9    }
10   
11    private void SendKeyCommand(KeyboardButton keyButton) {
12        short key = keyButton.VKCode;
13        if (combinationVKButtonsMap.ContainsKey(key)) {
14            if (keyButton.Checked) {
15                SendKeyUp(key);
16            } else {
17                SendKeyDown(key);
18            }
19        } else {
20            SendKeyDown(key);
21            SendKeyUp(key);
22        }
23    }

其中 combinationVKButtonsMap 是一個 IDictionary>, key 儲存的是
VK_SHIFT, VK_CONTROL 等組合鍵的鍵盤碼。左右兩個按鈕對應同一個鍵盤碼,因此需要放在一個 List 裡。
標準鍵盤上的每一個鍵都有虛擬鍵碼( VK_CODE)與之對應。還有一些其他的常量,
把它寫在一個靜態 class 裡吧。
1    // KeyboardConstaint.cs
2    internal static class KeyboardConstaint {
3        internal static readonly short VK_F1 = 0x70;
4        internal static readonly short VK_F2 = 0x71;
5        internal static readonly short VK_F3 = 0x72;
6        internal static readonly short VK_F4 = 0x73;
7        internal static readonly short VK_F5 = 0x74;
8        internal static readonly short VK_F6 = 0x75;
9        internal static readonly short VK_F7 = 0x76;
10        internal static readonly short VK_F8 = 0x77;
11        internal static readonly short VK_F9 = 0x78;
12        internal static readonly short VK_F10 = 0x79;
13        internal static readonly short VK_F11 = 0x7A;
14        internal static readonly short VK_F12 = 0x7B;
15
16        internal static readonly short VK_LEFT = 0x25;
17        internal static readonly short VK_UP = 0x26;
18        internal static readonly short VK_RIGHT = 0x27;
19        internal static readonly short VK_DOWN = 0x28;
20
21        internal static readonly short VK_NONE = 0x00;
22        internal static readonly short VK_ESCAPE = 0x1B;
23        internal static readonly short VK_EXECUTE = 0x2B;
24        internal static readonly short VK_CANCEL = 0x03;
25        internal static readonly short VK_RETURN = 0x0D;
26        internal static readonly short VK_ACCEPT = 0x1E;
27        internal static readonly short VK_BACK = 0x08;
28        internal static readonly short VK_TAB = 0x09;
29        internal static readonly short VK_DELETE = 0x2E;
30        internal static readonly short VK_CAPITAL = 0x14;
31        internal static readonly short VK_NUMLOCK = 0x90;
32        internal static readonly short VK_SPACE = 0x20;
33        internal static readonly short VK_DECIMAL = 0x6E;
34        internal static readonly short VK_SUBTRACT = 0x6D;
35
36        internal static readonly short VK_ADD = 0x6B;
37        internal static readonly short VK_DIVIDE = 0x6F;
38        internal static readonly short VK_MULTIPLY = 0x6A;
39        internal static readonly short VK_INSERT = 0x2D;
40
41        internal static readonly short VK_OEM_1 = 0xBA;  // ';:' for US
42        internal static readonly short VK_OEM_PLUS = 0xBB;  // '+' any country
43
44        internal static readonly short VK_OEM_MINUS = 0xBD;  // '-' any country
45
46        internal static readonly short VK_OEM_2 = 0xBF;  // '/?' for US
47        internal static readonly short VK_OEM_3 = 0xC0;  // '`~' for US
48        internal static readonly short VK_OEM_4 = 0xDB;  //  '[{' for US
49        internal static readonly short VK_OEM_5 = 0xDC;  //  '|' for US
50        internal static readonly short VK_OEM_6 = 0xDD;  //  ']}' for US
51        internal static readonly short VK_OEM_7 = 0xDE;  //  ''"' for US
52        internal static readonly short VK_OEM_PERIOD = 0xBE;  // '.>' any country
53        internal static readonly short VK_OEM_COMMA = 0xBC;  // ', 54        internal static readonly short VK_SHIFT = 0x10;
55        internal static readonly short VK_CONTROL = 0x11;
56        internal static readonly short VK_MENU = 0x12;
57        internal static readonly short VK_LWIN = 0x5B;
58        internal static readonly short VK_RWIN = 0x5C;
59        internal static readonly short VK_APPS = 0x5D;
60
61        internal static readonly short VK_LSHIFT = 0xA0;
62        internal static readonly short VK_RSHIFT = 0xA1;
63        internal static readonly short VK_LCONTROL = 0xA2;
64        internal static readonly short VK_RCONTROL = 0xA3;
65        internal static readonly short VK_LMENU = 0xA4;
66        internal static readonly short VK_RMENU = 0xA5;
67
68        internal static readonly short VK_SNAPSHOT = 0x2C;
69        internal static readonly short VK_SCROLL = 0x91;
70        internal static readonly short VK_PAUSE = 0x13;
71        internal static readonly short VK_HOME = 0x24;
72
73        internal static readonly short VK_NEXT = 0x22;
74        internal static readonly short VK_PRIOR = 0x21;
75        internal static readonly short VK_END = 0x23;
76
77        internal static readonly short VK_NUMPAD0 = 0x60;
78        internal static readonly short VK_NUMPAD1 = 0x61;
79        internal static readonly short VK_NUMPAD2 = 0x62;
80        internal static readonly short VK_NUMPAD3 = 0x63;
81        internal static readonly short VK_NUMPAD4 = 0x64;
82        internal static readonly short VK_NUMPAD5 = 0x65;
83        internal static readonly short VK_NUMPAD5NOTHING = 0x0C;
84        internal static readonly short VK_NUMPAD6 = 0x66;
85        internal static readonly short VK_NUMPAD7 = 0x67;
86        internal static readonly short VK_NUMPAD8 = 0x68;
87        internal static readonly short VK_NUMPAD9 = 0x69;
88
89        internal static readonly short KEYEVENTF_EXTENDEDKEY    = 0x0001;
90        internal static readonly short KEYEVENTF_KEYUP          = 0x0002;
91
92        internal static readonly int GWL_EXSTYLE    = -20;
93        internal static readonly int WS_DISABLED    = 0X8000000;
94        internal static readonly int WM_SETFOCUS    = 0X0007;
95    }

螢幕鍵盤必須是一個不能獲得輸入焦點的窗體,在這個窗體的建構函式裡,可以安裝
一個全域性滑鼠鉤子,再通過呼叫 SetWindowLong API 函式完成。
1UserActivityHook hook = new UserActivityHook(true, true);
2hook.MouseActivity += HookOnMouseActivity;
3
4private void HookOnMouseActivity(object sener, HookEx.MouseExEventArgs e) {
5    Point location = e.Location;
6
7    if (e.Button == MouseButtons.Left) {
8        Rectangle captionRect = new Rectangle(this.Location, new Size(this.Width,
9            SystemInformation.CaptionHeight));
10        if (captionRect.Contains(location)) {
11            NativeMethods.SetWindowLong(this.Handle, KeyboardConstaint.GWL_EXSTYLE,
12                (int)NativeMethods.GetWindowLong(this.Handle, KeyboardConstaint.GWL_EXSTYLE)
13                 & (~KeyboardConstaint.WS_DISABLED));
14            NativeMethods.SendMessage(this.Handle, KeyboardConstaint.WM_SETFOCUS, IntPtr.Zero, IntPtr.Zero);
15        } else {
16            NativeMethods.SetWindowLong(this.Handle, KeyboardConstaint.GWL_EXSTYLE,
17                (int)NativeMethods.GetWindowLong(this.Handle, KeyboardConstaint.GWL_EXSTYLE) |
18                 KeyboardConstaint.WS_DISABLED);
19        }
20    }
21}



    滑鼠單擊標題欄,讓螢幕鍵盤可以接收焦點,並啟用,單擊其他部分則不啟用窗體(如果啟用了,其他程式必然取消啟用,
輸入就無法進行了),這樣才可以進行輸入,並且保證了可以拖動窗體到其他位置。

至此,一個螢幕鍵盤程式差不多完成了,能夠實現與實際鍵盤完全同步。至於窗體,按鍵重繪,以及 Num Lock, Caps Lock,
Scroll Lock 等鍵盤燈的模擬,這裡就不講了,如果有興趣,可以下載完整的程式碼。最後我們的螢幕鍵盤程式執行的效果如
下圖:


C# 實現螢幕鍵盤 (ScreenKeyboard)
ScreenKeyboard.PNG

來自 “ ITPUB部落格 ” ,連結:http://blog.itpub.net/12921506/viewspace-277852/,如需轉載,請註明出處,否則將追究法律責任。

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