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，然后在此基礎上根據(jù)QT底層信號與槽以及事件過濾機制設計實現(xiàn)了中文拼音輸入法接口，并結合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計虛擬鍵盤進行了測試，結果表明效果良好。
關鍵詞： 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應用框架，它提供了豐富的部件集合，并具有面向對象、組件編程等優(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內部輸入法類QInputContext或者QWSInputMethod，這樣設計簡單、快捷，但是只能在嵌入式系統(tǒng)中使用，而QT5也已經刪除了這兩個內部的輸入法類。因此，在QT環(huán)境下亟需重新設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)、嵌入式設備中的輸入需求[2]。
本文設計一個在多平臺（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，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的虛擬鍵盤設計方案。
1 虛擬鍵盤的設計原理
在GUI的編程中，經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，相應的部件就會發(fā)射（emit）一個信號，而與該信號進行關聯(lián)（connect）的槽函數(shù)則負責監(jiān)視接收信號，一旦信號產生，則執(zhí)行槽函數(shù)里面的相應操作。一個信號可以與一個或者多個槽進行關聯(lián)，多個信號也可以和一個槽進行關聯(lián)，甚至一個信號可以和另一個信號進行關聯(lián)，這樣就實現(xiàn)了信息的封裝，確保對象可以當做一個組件來編程。
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 虛擬鍵盤的設計與實現(xiàn)
2.1英文輸入法的設計與實現(xiàn)
該虛擬鍵盤是在Linux（Ubuntu12.04）環(huán)境下使用QtCreator設計的鍵盤布局，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，連接到相應的槽，這樣設計思路簡單，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，屬性設置為btn_letter，即btna->setProperty（”btn_alphabet”，true），其他按鍵依次設置。
（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，然后遍歷所有按鍵，依次關聯(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（）））；}
（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，將輸入法安裝在服務器端，負責監(jiān)聽來自鍵盤、鼠標的事件，然后再由服務端的輸入法進行事件處理、分發(fā)，這樣設計簡單，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部輸入法類，因此基于此設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)的虛擬鍵盤基礎上，本節(jié)使用SQLite3設計制作了中文漢字字庫，設計了中文輸入法類（Inputdemo）的基本接口，同時完成了事件過濾器對鍵盤以及鼠標事件的分發(fā)調度。
2.2.1 中文輸入法字庫結構
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]。輸入法字庫字段設計如下：
（1）pinyin：漢字以及詞組對應的拼音；
（2）hanzi：漢字以及詞語，詞組之間用空格區(qū)分，并一一對應拼音。
（3）frequency：漢字詞頻。
2.2.2 中文拼音輸入法設計以及實現(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、鼠標事件的過濾、分發(fā)、調度工作。設置事件過濾器主要通過兩個步驟：
（1）安裝事件過濾器，通過對目標對象調用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，這樣鍵盤或者鼠標事件（嵌入式中是觸摸事件）產生時，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換成相應漢字。本輸入法對漢字的匹配建立在SQL查詢的基礎上，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。
（1）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設計器中，這樣添加的MyLabel就可以支持鼠標點擊（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。
（2）實現(xiàn)索引功能，根據(jù)之前設計的字庫表，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）；
（3）實現(xiàn)鼠標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（）；}
（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，運行結果如圖4所示。
4 結束語
本文完全基于QT的信號與槽以及事件過濾機制，結合SQLite3數(shù)據(jù)庫查詢技術，設計實現(xiàn)了虛擬鍵盤，可以支持中、英文輸入。同時本文的設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，具有廣泛的應用價值。
參考文獻
[1] 屈克文，石奮蘇.基于QT/E和SQLite3的嵌入式中文輸入法的設計[J].計算機應用，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].電子設計工程，2012，20（5）：177-179.
[5] 韋東山.嵌入式Linux應用完全開發(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.