丁丁的个人博客

本文介绍在Linux X11环境下如何注册操作系统级的热键。使你的应用程序C/C++/Java…能够在没有焦点的情况下触发其功能。本文所实现的功能源自一个Linux触摸屏软键盘的项目，该项目需要在一台工控机上部署Linux（Lubuntu)，并用面板上的GPIO按键（转USB键盘芯片发送标准键值给PC）随时呼出软键盘进行操作。
思路灵感来自于这篇blog：http://blog.163.com/ojb_123/blog/static/2417742420094138384658/ ，在此感谢作者。

知识点

1. X Window是Linux图形系统，X client（一般是各种应用程序）跟X server（Linux提供）进行通信从而在屏幕上显示各式窗体和图像。
2. 「Linux注册系统热键，在应用程序没有焦点的情况触发功能事件」，这样的需求只会存在于使用X Window的情况，当使用命令行终端时并不太可能有这样的需求。
3. XLib中提供XGrabKeyboard()和XGrabKey()函数供抓取键盘事件，前者用来让应用程序打开键盘监听，以后在获取焦点的情况下就能捕获任意键盘事件；后者是我们需要用到的，指定特定的键值捕获，并且以passtive的方式捕获，也就是无论是否能获取焦点，KeyEvent事件都能透传到我们的应用程序，详细描述请查阅XLib手册：https://tronche.com/gui/x/xlib/input/keyboard-grabbing.html
4. Linux下的XLib动态库是以libX11.so的命名方式提供的，g++编译时需加上-lX11参数表示引用libX11.so。/usr/lib/路径下有我们需要的lib，并且libX11.so是一个link，指向另外的名字中带上版本号的.so，比如libX11.so.0.6.0。
5. X Window虽然在操作系统运行时就提供了，但XLib和所要用的头文件，需要另外下载：sudo apt install libx11-dev
6. Linux X环境下，如果按住一个按键不松开，其Press和Release事件会一直循环触发，如果程序中需要对物理键盘一次敲击只响应一次，需要自己加一点逻辑判断。
7. 基于C/C++的全局注册模块编译出来后，可以通过JNI技术可以轻松为上层JAVA程序使用，甚至你可以使用JavaFX构建美观的GUI，实际上我就是这么干的，留到下次写文章来介绍。

1. 准备工作

• 一台Lubuntu16.04，或者其他Ubunut LTS版本，或者其他Debian。（个人偏好使用Lubuntu长期支持版）
• sudo apt install libx11-dev
• sudo apt install g++
• sudo apt install vim
• sudo apt install make

2. 编码

vim hotkey.cpp

#include <stdio.h>
#include <X11/Xlib.h>

int main(){
    Window root;
    XEvent e;
    int F4, F6;

    //Open the display
    Display *dpy = XOpenDisplay(0);
    if(!dpy)
        return 1;

    root = DefaultRootWindow(dpy);

    F4 = XKeysymToKeycode(dpy, XStringToKeysym("F4"));
    F6 = XKeysymToKeycode(dpy, XStringToKeysym("F6"));

    //Register the keys
    XGrabKey(dpy, F4, 0, root, True, GrabModeAsync, GrabModeAsync);
    XGrabKey(dpy, F6, 0, root, True, GrabModeAsync, GrabModeAsync);

    //Wait for events
    for(;;){
        XNextEvent(dpy, &e);
        if(e.type == KeyPress){
            if(e.xkey.keycode == F4)
                break;
            else if(e.xkey.keycode == F6)
                printf("F6 pressed\n");
        }
    }

    XUngrabKey(dpy, F4, 0, root);
    XUngrabKey(dpy, F6, 0, root);
}

OK，最原始的测试DEMO就写好了，这份代码主要是打通和验证注册热键的功能。下面进行编译测试：

g++ -o hotkey.o hotkey.cpp -lX11

不出意外的话就可以编译出来，在X Window环境下Ctrl+Alt+T打开图形界面下的终端，而不要直接Ctrl+Alt+F1打开纯命令行，执行编译出来的hotkey.o，程序应该在for(;;)死循环中停住，然后按下F6功能键，则输出F6 pressed，按下F4则退出程序，截图如下：

3. 剖析和魔改

观察上述代码：

• 首先定义了两个int F4,F6，对其用F4 = XKeysymToKeycode(dpy, XStringToKeysym("F4"))进行赋值，可以看出XStringToKeysym()一定是一个能把字符串解析成键值的高端玩意儿。
• 接着用XGrabKey(dpy, F4, 0, root, True, GrabModeAsync, GrabModeAsync);，对F4和F6按键进行系统级的热键注册。
• 最后写了一个死循环监听键盘事件，在监听循环中，判断是否是KeyPress事件，如果是的话，键值为F4就退出，键值为F6就输出字符串。
• 程序的最后解除了针对F4和F6的键盘监听

代码非常容易理解，于是我们尝试深入一下头文件，并修改代码。

刚才提到XStringToKeysym()这个函数挺有趣的，能将字符串转成键值，但我并不觉得好用，因为键盘上那么多按键，我也不知道除了F功能键以外的按键应该用什么字符串来表达，我还是希望能够用确切的键值来表示，最好是整型。

于是执行

grep -rn "XStringToKeysym" /usr/include/X11/
#搜索到XStringToKeysym返回的是KeySym类型
grep -rn "KeySym" /usr/include/X11/
#搜索到KeySym是CARD32的别名
grep -rn "CARD32" /usr/include/X11/
#搜索到CARD32是unsigned int的别名

OK，确实返回的是一个整型，那么我们直接用确切的整型吧，就别用XStringToKeysym再去转了，也方便以后用其他键值的时候不知道输入啥字符串。

那么整型的键值在哪里定义的呢？同样的，使用暴力的搜索命令

grep -rn "F4" /usr/include/X11/

找到两个比较靠谱的位置，打开/usr/include/X11/keysymdef.h瞧瞧吧：

全是我们想要的！OK，丢掉XStringToKeysym，潇洒地用键值吧。

4. 重复触发问题

我们在Windows下处理键盘事件，几乎都有KeyPress和KeyRelease可以处理，XLib同样也有，在事件枚举中同样提供了KeyRelease事件条目，理论上如果按键按下不松开，那么会触发一次KeyPress事件，直到按键松开，再触发一次KeyRelease事件。然而，XLib为了解决光标键，回车键，DEL键等按键的连续响应问题，将所有按键都设置成AutoRepeat了。这就有点讨厌了，设想一下我们设计一个软键盘程序，在用户按一下F6的时候呼出，再按一下F6的时候隐藏，如果操作人员按F6的时间有点长，那这个软键盘窗体会一直在屏幕上闪动，不停地切换显示/隐藏的状态。因此我们在程序中如果想只响应一次，就必须做出调整。

借鉴这个ISSUE：https://stackoverflow.com/questions/2100654/ignore-auto-repeat-in-x11-applications

可以看到，这个ISSUE中，有人用e.xkey.time，也就是触发时间来处理这个问题，但给出的代码还是有些晦涩，那么我们来自己动手研究一下。

可以看出每个键盘事件响应时，都会带上xkey.time这个值，目测是事件响应的时间，那么我们继续暴力搜索，寻找蛛丝马迹吧：
Xlib.h和X.h中有如下定义：

OK，Time是一个unsigned long int，长整。那么我们触发时将其输出一下试试：

修改代码：

    for(;;){
        XNextEvent(dpy, &e);
        if(e.type == KeyPress){
            if(e.xkey.keycode == F4)
                break;
            else if(e.xkey.keycode == F6)
                printf("F6 pressed, press time : %ld\n", e.xkey.time);            
        } else if(e.type == KeyRelease){
            if(e.xkey.keycode == F6)
                printf("F6 pressed, release time : %ld\n", e.xkey.time);
        }
    }

重新编译运行，按住F6不松开，如下图所示

OK，我们看出端倪来了，原来KeyPress会在上一次KeyRelease发生后立即触发，二者的时间是相同的，那么好了，只要我们记录一下上一次KeyRelease的时间，下一次KeyPress发生时再判断一下，如果KeyPress的时间跟上一次KeyRelease的时间不同，则表示是两次独立的事件，如果相同，则表示用户的手没有松开按键，不应该响应。

编码如下：

    //if press-release event repeat,the last release time = the next press time
    unsigned long lastReleaseTime = 0;

    //Wait for events
    for(;;){
        XNextEvent(dpy, &e);
        if(e.type == KeyPress && e.xkey.time != lastReleaseTime){
            if(e.xkey.keycode == F4)
                //do something...
            else if(e.xkey.keycode == F6)
                //do something...
        }else if(e.type == KeyRelease){
            lastReleaseTime = e.xkey.time;            
        }
    }

OK，本文到此结束了，可以成功注册Linux系统热键了，后面还会写一篇小文介绍一下如何将这个模块编译成.so动态链接库，使用JNI技术，供上层JAVA调用，并使用JavaFX设计一个美观的软键盘。

最后上一张软键盘做好的截图：

find

当我们正在数十个文件中寻找特定文件时，这个命令就是救星。我将在这里介绍几个简单的用例。示例1：列出所有CSS文件（包括子目录）：
find . -type f -name "*.css"
示例2：列出所有CSS或HTML文件：
find . -type f \( -name "*.css" -or -name "*.html" \)

tree

以树状格式列出目录的内容。它有整洁的选项，如只显示目录:
tree -d

htop

有名的过程监控。它有一个漂亮又多彩的命令行界面。一些有用的键绑定：
\过滤器
/搜索
,选择排序条件
k发送杀死信号
u用户过滤结果
t打开/关闭树模式
-和+ 折叠 / 展开选定的流程树
H关闭显示线程

比较常见的做法：
编辑/etc/rc.local文件
exit 0之前添加自己编写的脚本命令，或者自定义脚本程序的全路径指向。

值得注意的是rc.local文件需要检查一下执行权限，ls -l命令看一下是否有x权限。

另外，如果添加的是自己的外部脚本的路径，确认一下改脚本是否能在其他路径下执行，比如我在路径P上有一个程序APP，给他编写了启动脚本SH，在P路径执行是没有问题的，但是在其他路径下执行就出错，原因在于APP内部使用了file-io读写当前路径下的配置文件，当在P路径下执行时是没有问题的，一旦在其他路径执行就会报错，找不到配置文件。这种脚本放入/etc/rc.local也是没法正确执行的，需要在这之前使用cd命令先进入指定路径才能正确运行。