杜曉東，舒明蕾，孟利民，華驚宇

（浙江工業(yè)大學(xué) 省通信網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310023）

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)常需要在各個界面或者各個部件之間進(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，相應(yīng)的部件就會發(fā)射（emit）一個信號，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。一個信號可以與一個或者多個槽進(jìn)行關(guān)聯(lián)，多個信號也可以和一個槽進(jìn)行關(guān)聯(lián)，甚至一個信號可以和另一個信號進(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。

圖1 信號與槽連接的簡單模型

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。

圖2 鍵盤布局

（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。

（4）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：

（5）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(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（Input-demo）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(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Linuxarm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 event-Filter（）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。

圖3 鍵盤、鼠標(biāo)事件過濾器處理流程

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。

（1）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QLabel來顯示輸入的拼音。

（2）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數(shù)以及使用的頻率，同時設(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）；

（3）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QTool-Button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：

（4）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。

圖4 輸入法運(yùn)行效果

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。同時本文的設(shè)計(jì)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。

[1]屈克文，石奮蘇.基于QT/E和 SQLite3的嵌入式中文輸入法的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011，31（1）：149-151.

[2]BLANCHETTE J，SUMMERFIELD M.C++GUI Qt4編程（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[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.

[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(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.