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)計并實現(xiàn)了一個跨平臺的虛擬鍵盤。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制設(shè)計實現(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,最終實現(xiàn)中英文輸入功能。最后,在不同平臺下對所設(shè)計虛擬鍵盤進行了測試,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蟆⒔M件編程等優(yōu)勢,近年來QT由Digia公司運作,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)刪除了這兩個內(nèi)部的輸入法類。因此,在QT環(huán)境下亟需重新設(shè)計一個新的虛擬鍵盤,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)計一個在多平臺(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底層的信號與槽機制以及事件過濾機制,沒有使用特定系統(tǒng)下的接口,因此可以實現(xiàn)跨平臺、跨QT版本的目的,同時兼容嵌入式系統(tǒng)。鍵盤布局參考實體鍵盤,支持拖拽移動,并且聯(lián)合了數(shù)據(jù)庫技術(shù),實現(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)單擊虛擬鍵盤與實體鍵盤同步輸入等功能,豐富了基于QT的虛擬鍵盤設(shè)計方案。
1 虛擬鍵盤的設(shè)計原理
在GUI的編程中,經(jīng)常需要在各個界面或者各個部件之間進行對象間通信。而信號與槽作為QT的核心機制[3],主要用來實現(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制。例如,在虛擬鍵盤上有部件狀態(tài)發(fā)生變化時,相應(yīng)的部件就會發(fā)射(emit)一個信號,而與該信號進行關(guān)聯(lián)(connect)的槽函數(shù)則負責(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。一個信號可以與一個或者多個槽進行關(guān)聯(lián),多個信號也可以和一個槽進行關(guān)聯(lián),甚至一個信號可以和另一個信號進行關(guān)聯(lián),這樣就實現(xiàn)了信息的封裝,確保對象可以當(dāng)做一個組件來編程。
因此,基于QT的GUI編程簡單、靈活容易擴展,其核心也就是如何來設(shè)計槽函數(shù)[4]。信號與槽之間一般通過QObject::connect函數(shù)進行連接,信號與槽的簡單連接模型如圖1。
2 虛擬鍵盤的設(shè)計與實現(xiàn)
2.1英文輸入法的設(shè)計與實現(xiàn)
該虛擬鍵盤是在Linux(Ubuntu12.04)環(huán)境下使用QtCreator設(shè)計的鍵盤布局,在QWidget下面根據(jù)實體鍵盤拖入QToolButton,并對Button進行屬性綁定,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click信號,連接到相應(yīng)的槽,這樣設(shè)計思路簡單,容易理解,但代碼冗余較大[5]。改進的虛擬鍵盤則根據(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)實體鍵盤設(shè)計布局,基本實現(xiàn)全鍵盤,根據(jù)實際項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。
(2)為使鍵盤支持拖拽操作,將QWidget隱藏了邊框和標(biāo)題欄,然后重新實現(xiàn)了三個虛函數(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。
(3)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,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*)實現(xiàn)新舊焦點的切換。
至此實現(xiàn)了所有虛擬鍵盤的輸入以及焦點切換等功能,然后在此基礎(chǔ)上聯(lián)合使用了SQLite實現(xiàn)中文拼音輸入法。
2.2 中文拼音輸入法的設(shè)計與改進
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)端的輸入法進行事件處理、分發(fā),這樣設(shè)計簡單,但是自由度低、局限性大,而且使用了進程間通信的原理[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也刪除了這兩個基本的內(nèi)部輸入法類,因此基于此設(shè)計的虛擬鍵盤根本無法在QT5中運行。
本文改進的中文輸入法則摒棄了這兩個內(nèi)部輸入法類,完全基于QT底層的信號與槽機制以及事件過濾機制,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)定義幾個簡單的跨平臺的宏定義即可實現(xiàn)跨平臺(Window、Linux、嵌入式Linux-arm)。
在前面實現(xiàn)的虛擬鍵盤基礎(chǔ)上,本節(jié)使用SQLite3設(shè)計制作了中文漢字字庫,設(shè)計了中文輸入法類(Inputdemo)的基本接口,同時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,同時支持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)計如下:
?。?)pinyin:漢字以及詞組對應(yīng)的拼音;
?。?)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。
?。?)frequency:漢字詞頻。
2.2.2 中文拼音輸入法設(shè)計以及實現(xiàn)
QT主要有四種處理事件的方式:重新實現(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步驟:
?。?)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)。
?。?)重新實現(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,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,比較容易實現(xiàn)一些高級功能,其實現(xiàn)步驟如下。
?。?)實現(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一樣支持點擊,然后重載void enterEvent(QEvent*)、void leaveEvent(QEvent*),使其可以在選中漢字時出現(xiàn)顏色變化,最后通過部件提升的方法將MyLabel添加到QtCreator設(shè)計器中,這樣添加的MyLabel就可以支持鼠標(biāo)點擊(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QLabel來顯示輸入的拼音。
?。?)實現(xiàn)索引功能,根據(jù)之前設(shè)計的字庫表,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)計查詢的漢字或者詞組的個數(shù)以及使用的頻率,同時設(shè)計了接口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);
?。?)實現(xiàn)鼠標(biāo)點擊虛擬鍵盤與實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,然后將實體鍵盤的鍵值依次映射到虛擬鍵盤的QToolButton上面,實現(xiàn)數(shù)字鍵選中漢字和鼠標(biāo)點擊選中漢字功能,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進行編譯運行,編譯順利通過,界面一致;然后在嵌入式QT/Embedded下,使用qvfb進行編譯運行,可以實現(xiàn)中英文輸入,運行結(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制,結(jié)合SQLite3數(shù)據(jù)庫查詢技術(shù),設(shè)計實現(xiàn)了虛擬鍵盤,可以支持中、英文輸入。同時本文的設(shè)計方案完全兼容各個桌面操作系統(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)用價值。
參考文獻
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[3] 唐新華.QT的信號與槽機制介紹[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)的軟鍵盤實現(xiàn)[J].電子設(shè)計工程,2012,20(5):177-179.
[5] 韋東山.嵌入式Linux應(yīng)用完全開發(fā)手冊[M].北京:人民郵電出版社,2008.
[6] 章堅武,吳寒君.基于嵌入式Linux和Qt4的中文輸入法的實現(xiàn)與改進[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.