摘 要： 針對QT在Windows、Linux、以及嵌入式Linux-arm等不同平臺下沒有開源、高效的虛擬鍵盤（包含中文輸入法），以及QT版本升級造成代碼不兼容等問題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)跨平臺的虛擬鍵盤。該方法首先創(chuàng)建英文虛擬鍵盤和SQLite3的中文字庫，然后在此基礎(chǔ)上根據(jù)QT底層信號與槽以及事件過濾機(jī)制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了中文拼音輸入法接口，并結(jié)合SQLite3數(shù)據(jù)庫查詢實(shí)現(xiàn)了中文拼音到漢字的查詢、匹配、選詞以及顯示等功能，最終實(shí)現(xiàn)中英文輸入功能。最后，在不同平臺下對所設(shè)計(jì)虛擬鍵盤進(jìn)行了測試，結(jié)果表明效果良好。
關(guān)鍵詞： 虛擬鍵盤；跨平臺；SQLite3；嵌入式系統(tǒng)
0 引言
QT是原Trolltech公司開發(fā)的跨平臺C++GUI應(yīng)用框架，它提供了豐富的部件集合，并具有面向?qū)ο?、組件編程等優(yōu)勢，近年來QT由Digia公司運(yùn)作，發(fā)展迅猛，其在嵌入式平臺以及桌面平臺中有著不可替代的地位[1]。
QT目前支持幾乎所有的桌面操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)[2]，但由于各個(gè)版本（尤其是QT4和QT5）之間兼容性較差，造成以前編寫的代碼難以在新版本下運(yùn)行或者根本無法使用等問題。當(dāng)前，在桌面系統(tǒng)下，基于QT4的開源虛擬鍵盤（包含中文輸入法）比較少，基于QT5的幾乎沒有；在嵌入式系統(tǒng)下，基于QT4的虛擬鍵盤幾乎都是繼承QT4內(nèi)部輸入法類QInputContext或者QWSInputMethod，這樣設(shè)計(jì)簡單、快捷，但是只能在嵌入式系統(tǒng)中使用，而QT5也已經(jīng)刪除了這兩個(gè)內(nèi)部的輸入法類。因此，在QT環(huán)境下亟需重新設(shè)計(jì)一個(gè)新的虛擬鍵盤，以此來兼容QT的不同版本以及滿足不同桌面操作系統(tǒng)、嵌入式設(shè)備中的輸入需求[2]。
本文設(shè)計(jì)一個(gè)在多平臺（Windows、Linux、嵌入式Linux-arm）下，跨越QT版本限制的虛擬鍵盤解決方案。該方案完全基于QT底層的信號與槽機(jī)制以及事件過濾機(jī)制，沒有使用特定系統(tǒng)下的接口，因此可以實(shí)現(xiàn)跨平臺、跨QT版本的目的，同時(shí)兼容嵌入式系統(tǒng)。鍵盤布局參考實(shí)體鍵盤，支持拖拽移動，并且聯(lián)合了數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自由添加詞組，支持英文和中文拼音兩種輸入模式，并且支持鼠標(biāo)單擊虛擬鍵盤與實(shí)體鍵盤同步輸入等功能，豐富了基于QT的虛擬鍵盤設(shè)計(jì)方案。
1 虛擬鍵盤的設(shè)計(jì)原理
在GUI的編程中，經(jīng)常需要在各個(gè)界面或者各個(gè)部件之間進(jìn)行對象間通信。而信號與槽作為QT的核心機(jī)制[3]，主要用來實(shí)現(xiàn)對象間通信，以此取代傳統(tǒng)的回調(diào)函數(shù)方式，這也是一種更加安全的機(jī)制。例如，在虛擬鍵盤上有部件狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，相應(yīng)的部件就會發(fā)射（emit）一個(gè)信號，而與該信號進(jìn)行關(guān)聯(lián)（connect）的槽函數(shù)則負(fù)責(zé)監(jiān)視接收信號，一旦信號產(chǎn)生，則執(zhí)行槽函數(shù)里面的相應(yīng)操作。一個(gè)信號可以與一個(gè)或者多個(gè)槽進(jìn)行關(guān)聯(lián)，多個(gè)信號也可以和一個(gè)槽進(jìn)行關(guān)聯(lián)，甚至一個(gè)信號可以和另一個(gè)信號進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這樣就實(shí)現(xiàn)了信息的封裝，確保對象可以當(dāng)做一個(gè)組件來編程。
因此，基于QT的GUI編程簡單、靈活容易擴(kuò)展，其核心也就是如何來設(shè)計(jì)槽函數(shù)[4]。信號與槽之間一般通過QObject：：connect函數(shù)進(jìn)行連接，信號與槽的簡單連接模型如圖1。
2 虛擬鍵盤的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.1英文輸入法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
該虛擬鍵盤是在Linux（Ubuntu12.04）環(huán)境下使用QtCreator設(shè)計(jì)的鍵盤布局，在QWidget下面根據(jù)實(shí)體鍵盤拖入QToolButton，并對Button進(jìn)行屬性綁定，以便后面可以根據(jù)屬性批量處理按鍵事件。傳統(tǒng)的虛擬鍵盤則通過單個(gè)click信號，連接到相應(yīng)的槽，這樣設(shè)計(jì)思路簡單，容易理解，但代碼冗余較大[5]。改進(jìn)的虛擬鍵盤則根據(jù)Button屬性來捆綁信號與槽，這樣就降低了代碼冗余度，具體步驟如下。
（1）根據(jù)實(shí)體鍵盤設(shè)計(jì)布局，基本實(shí)現(xiàn)全鍵盤，根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需求并考慮兼容嵌入式液晶屏，故刪除了部分不常用的按鍵，具體鍵盤布局見圖2。
?。?）為使鍵盤支持拖拽操作，將QWidget隱藏了邊框和標(biāo)題欄，然后重新實(shí)現(xiàn)了三個(gè)虛函數(shù)mouseMoveEvent（QMouseEvent*e）、mousePressEvent（QMouseEvent*e）、mouse ReleaseEvent（QMouseEvent*e），這樣虛擬鍵盤就可以在有鼠標(biāo)的情況下以及支持觸摸的液晶顯示器上，通過長按空白處拖拽虛擬鍵盤。
?。?）設(shè)置QToolButton的objectName并且將所有的字母鍵、數(shù)字鍵以及特殊符號鍵依次綁定屬性為btn_alphabet、btn_number、btn_special。如按鍵“a”的objectName為btna，屬性設(shè)置為btn_letter，即btna->setProperty（”btn_alphabet”，true），其他按鍵依次設(shè)置。
?。?）創(chuàng)建QToolButton為QList類型鏈表，獲取虛擬鍵盤中所有的QToolButton類型的孩子項(xiàng)，然后遍歷所有按鍵，依次關(guān)聯(lián)槽函數(shù)，代碼如下：
QList<QToolButton*>keyValue=this->findChildren
<QToolButton*>（）；
foreach（QToolButton*B，keyValue）{
connect（B，SIGNAL（clicked（）），this，
SLOT（on_keyValue_clicked（）））；}
?。?）在槽函數(shù)on_keyValue_clicked（）中首先通過sender（）函數(shù)獲取激活的Button，然后根據(jù)之前劃分的屬性，批量地處理不同類型的按鍵，再根據(jù)objectName實(shí)現(xiàn)特殊鍵的功能，例如Backspace、切換中英文等。
最后將虛擬鍵盤輸入的字母、數(shù)字以及特殊符號發(fā)送到QLineEdit中，通過信號focusChanged（QWidget*，QWidget*）實(shí)現(xiàn)新舊焦點(diǎn)的切換。
至此實(shí)現(xiàn)了所有虛擬鍵盤的輸入以及焦點(diǎn)切換等功能，然后在此基礎(chǔ)上聯(lián)合使用了SQLite實(shí)現(xiàn)中文拼音輸入法。
2.2 中文拼音輸入法的設(shè)計(jì)與改進(jìn)
在基于QT的傳統(tǒng)中文輸入法中，尤其是嵌入式系統(tǒng)中使用的中文輸入法，如果是基于QT4，基本都是繼承自QInputContext或者QWSInputMethod，它依賴于QT/E的C/S架構(gòu)，將輸入法安裝在服務(wù)器端，負(fù)責(zé)監(jiān)聽來自鍵盤、鼠標(biāo)的事件，然后再由服務(wù)端的輸入法進(jìn)行事件處理、分發(fā)，這樣設(shè)計(jì)簡單，但是自由度低、局限性大，而且使用了進(jìn)程間通信的原理[6]，只能在嵌入式QT/E中使用，無法移植到其他桌面系統(tǒng)，QT5也刪除了這兩個(gè)基本的內(nèi)部輸入法類，因此基于此設(shè)計(jì)的虛擬鍵盤根本無法在QT5中運(yùn)行。
本文改進(jìn)的中文輸入法則摒棄了這兩個(gè)內(nèi)部輸入法類，完全基于QT底層的信號與槽機(jī)制以及事件過濾機(jī)制，因此可以突破QT版本升級帶來的不兼容問題，也沒有使用各個(gè)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)，因此只需要在虛擬鍵盤的代碼中預(yù)定義幾個(gè)簡單的跨平臺的宏定義即可實(shí)現(xiàn)跨平臺（Window、Linux、嵌入式Linux-arm）。
在前面實(shí)現(xiàn)的虛擬鍵盤基礎(chǔ)上，本節(jié)使用SQLite3設(shè)計(jì)制作了中文漢字字庫，設(shè)計(jì)了中文輸入法類（Inputdemo）的基本接口，同時(shí)完成了事件過濾器對鍵盤以及鼠標(biāo)事件的分發(fā)調(diào)度。
2.2.1 中文輸入法字庫結(jié)構(gòu)
SQLite3是一款開源免費(fèi)的高性能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，具有占用資源低、效率高、體積小、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)支持Window、Linux以及嵌入式Linux等主流操作系統(tǒng)，近幾年其在嵌入式領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展。該中文輸入法使用SQLite3主要考慮了QT本身對SQLite3提供了很好的驅(qū)動支持，同時(shí)考慮了虛擬鍵盤兼容嵌入式Linux-arm以及在嵌入式中使用效率、查詢速度等因素[7]。輸入法字庫字段設(shè)計(jì)如下：
（1）pinyin：漢字以及詞組對應(yīng)的拼音；
（2）hanzi：漢字以及詞語，詞組之間用空格區(qū)分，并一一對應(yīng)拼音。
（3）frequency：漢字詞頻。
2.2.2 中文拼音輸入法設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)
QT主要有四種處理事件的方式：重新實(shí)現(xiàn)特定的事件處理器、重寫Object：event事件、在對象中注冊事件過濾器以及繼承QApplication重寫notify（）函數(shù)。本文采用在對象中注冊事件過濾器以及重寫event事件的方式[8]，來完成對鍵盤、鼠標(biāo)事件的過濾、分發(fā)、調(diào)度工作。設(shè)置事件過濾器主要通過兩個(gè)步驟：
（1）安裝事件過濾器，通過對目標(biāo)對象調(diào)用installEventFilter（）注冊事件過濾器來注冊監(jiān)視對象，安裝事件過濾器代碼類似于：Object.installEventFilter（this）。
（2）重新實(shí)現(xiàn)事件過濾器，即在監(jiān)視對象的eventFilter（）中處理監(jiān)視的事件，這樣鍵盤或者鼠標(biāo)事件（嵌入式中是觸摸事件）產(chǎn)生時(shí)，首先將事件發(fā)送到過濾器，然后再交付給程序。事件濾波器原型如下：eventFilter（QObject*obj，QEvent*event）。
鍵盤以及鼠標(biāo)事件的處理流程如圖3所示。
中文拼音輸入的實(shí)現(xiàn)過程就是將輸入的拼音字符串轉(zhuǎn)換成相應(yīng)漢字。本輸入法對漢字的匹配建立在SQL查詢的基礎(chǔ)上，查詢簡單、代碼冗余低，比較容易實(shí)現(xiàn)一些高級功能，其實(shí)現(xiàn)步驟如下。
?。?）實(shí)現(xiàn)輸入拼音以及顯示漢字功能首先自定義繼承QLabel類的MyLabel類，重載了mouseReleaseEvent（QMouseEvent*）函數(shù)，使其可以像Button一樣支持點(diǎn)擊，然后重載void enterEvent（QEvent*）、void leaveEvent（QEvent*），使其可以在選中漢字時(shí)出現(xiàn)顏色變化，最后通過部件提升的方法將MyLabel添加到QtCreator設(shè)計(jì)器中，這樣添加的MyLabel就可以支持鼠標(biāo)點(diǎn)擊（嵌入式中是觸摸操作）選中并且發(fā)送漢字，然后在ui文件添加一個(gè)QLabel來顯示輸入的拼音。
?。?）實(shí)現(xiàn)索引功能，根據(jù)之前設(shè)計(jì)的字庫表，通過SQL語句查詢匹配漢字以及詞組，然后將通過SQL查詢到的漢字依次添加到漢字鏈表中，并統(tǒng)計(jì)查詢的漢字或者詞組的個(gè)數(shù)以及使用的頻率，同時(shí)設(shè)計(jì)了接口display_chinese（）、choice_chinese（int num）、remove_chinese（），分別用來顯示漢字或詞組、根據(jù)索引選中漢字或詞組，以及清空漢字或者詞組。最后將查詢到的漢字顯示到前面建立的MyLabel上，并通過前翻頁、后翻頁查找所需漢字或者詞組。SQL核心代碼如下：
QSqlQuery query；
QString sql="SELECT hanzi FROM pinyin WHERE
pinyin=′"+present_pinyin+"′"；
query.exec（sql）；
?。?）實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)點(diǎn)擊虛擬鍵盤與實(shí)體鍵盤同步輸入功能，即在中文模式下，首先獲取虛擬鍵盤的所有QToolButton的孩子項(xiàng)，然后將實(shí)體鍵盤的鍵值依次映射到虛擬鍵盤的QToolButton上面，實(shí)現(xiàn)數(shù)字鍵選中漢字和鼠標(biāo)點(diǎn)擊選中漢字功能，同樣做了類似的映射。核心代碼如下：
QList<QToolButton*>keyValue=this->findChildren
<QToolButton*>（）；
QString key=keyEvent->text（）；
foreach（QToolButton*Btn，keyValue）{
if（Btn->text（）==key）{
Btn->click（）；}
?。?）用戶將選中的漢字或者詞組發(fā)送到QLineEdit中，至此中文輸入法完成。
3 測試
桌面系統(tǒng)環(huán)境為Linux（Ubuntu12.04），編譯器g++4.6.4，分別使用QT4.7.2和QT5.3.2進(jìn)行編譯運(yùn)行，編譯順利通過，界面一致；然后在嵌入式QT/Embedded下，使用qvfb進(jìn)行編譯運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)中英文輸入，運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。
4 結(jié)束語
本文完全基于QT的信號與槽以及事件過濾機(jī)制，結(jié)合SQLite3數(shù)據(jù)庫查詢技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了虛擬鍵盤，可以支持中、英文輸入。同時(shí)本文的設(shè)計(jì)方案完全兼容各個(gè)桌面操作系統(tǒng)以及嵌入式Linux-arm操作系統(tǒng)，并且不受QT版本升級的限制，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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[3] 唐新華.QT的信號與槽機(jī)制介紹[EB/OL].（2005-9-20）[2015-05-15].http：//www.ibm.com/developerworks/cn/linux/guitoolkit/qt/signal-slot/index.html.
[4] 謝芬，潘麗，劉守印.基于QT/E的嵌入式Linux系統(tǒng)的軟鍵盤實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20（5）：177-179.
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[6] 章堅(jiān)武，吳寒君.基于嵌入式Linux和Qt4的中文輸入法的實(shí)現(xiàn)與改進(jìn)[J].電子器件，2010，33（3）：395-398.
[7] SQLite參考手冊[EB/OL].（2014-06-04）[2015-05-15].http：//www.sqlite.org/lang.html.
[8] QT參考文檔[EB/OL]. （2014-05-06）[2015-05-15].http：//doc.qt.io/qt-4.8/qt-embedded-architecture.html.