【XInput】手柄模拟鼠标运作之 .NET P/Invoke 和 UWP-API 方案

东邪独孤2024-03-02 23:23

上一篇中，老周简单肤浅地介绍了 XInput API 的使用，并模拟了鼠标移动，左、右键单击和滚轮。本篇，咱们用 .NET 代码来完成相同的效果。

说起来也是倒霉，博文写了一半，电脑忽然断电了。不知道什么原因，可能是 UPS 电源出故障。重新开机进来一看，博文没有自动保存到草稿箱。我记得以前是有自动保存这功能的。很无奈，只好重写了。

在 dll 导入的时，容易出问题的是 INPUT 结构体，因为这货有 union 成员。不知各位还记不记得。

复制代码 
typedef struct tagINPUT {
    DWORD   type;

    union
    {
        MOUSEINPUT      mi;
        KEYBDINPUT      ki;
        HARDWAREINPUT   hi;
    } DUMMYUNIONNAME;
} INPUT, *PINPUT, FAR* LPINPUT;

导入代码网上一搜一大把，然而，那些代码都是恐龙时代的，在 32 位平台上是没问题的，但在 64 位平台上会无法正常用的。伙伴们可能会说，如果不自定义各种属性，运行时不是自动处理的吗？对的，如果应用在字段成员上的各种特性（如 [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]）是会自动对齐字节的。

而 INPUT 结构体特别啊，在 type 后面的三个字段是共享内存的，所以，必须明确设置字节偏移。这个结构体在 32 位系统中是 4 字节对齐的，大小为 28；而在 64 位系统上是 8 字节对齐的，大小是 40 字节。type 字段占 4 字节，这个不变，但如果 8 字节对齐，那么，type 后面还要额外填充 4 个字节，即 mi、ki 等成员的偏移是从第 9 个字节开始的，索引是 8。如果你抄网上的代码，offset = 4，在 64 位系统上运行，是无效的。

解决这个核心问题，dll 导入就很顺利了。

复制代码 
public enum InputType : uint
{
    INPUT_MOUSE = 0,
    INPUT_KEYBOARD = 1,
    INPUT_HARDWARE = 2
}

 [Flags]
 public enum MouseEventFlags : uint
 {
     MOUSEEVENTF_MOVE = 0x0001,
     MOUSEEVENTF_LEFTDOWN = 0x0002,
     MOUSEEVENTF_LEFTUP = 0x0004,
     MOUSEEVENTF_RIGHTDOWN = 0x0008,
     MOUSEEVENTF_RIGHTUP = 0x0010,
     MOUSEEVENTF_ABSOLUTE = 0x8000
 }

 [Flags]
 public enum KeyboardEventFlags : uint
 {
     KEYEVENTF_KEYDOWN = 0x0000,
     KEYEVENTF_EXTENDEDKEY = 0x0001,
     KEYEVENTF_KEYUP = 0x0002,
     KEYEVENTF_UNICODE = 0x0004,
     KEYEVENTF_SCANCODE = 0x0008
 }

这些在头文件中本来是宏定义的，我全定义为枚举，用起来方便几个档次。

复制代码 
[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
public struct MOUSEINPUT
{
    public int dx;
    public int dy;
    public uint MouseData;
    public MouseEventFlags Flags;
    public uint Time;
    public nuint ExtraInfo;
}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
public struct KEYBDINPUT
{
    public ushort Vk;
    public ushort Scan;
    public KeyboardEventFlags Flags;
    public uint Time;
    public nuint ExtraInfo;
}

以上两个结构体无需特殊处理，就按常规就行。但下面的 INPUT 结构体就要注意了。

复制代码 
public enum InputType : uint
{
    INPUT_MOUSE = 0,
    INPUT_KEYBOARD = 1,
    INPUT_HARDWARE = 2
}

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
public struct INPUT
{
    [FieldOffset(0)]
    public InputType Type;
    [FieldOffset(8)]
    public MOUSEINPUT mi;
    [FieldOffset(8)]
    public KEYBDINPUT ki;
}

StructLayoutAttribute 特性类在应用时，目标结构体的成员排列要设置为 Explicit。即由咱们手动指定各个成员的偏移字节。记住，在 64 位系统中，偏移量是 8（鉴于现在很多人都用 64 位了，所以我这里就不设置条件编译了，如果你要兼容，可以设定条件编译，32 位的偏移量是 4，64位的是 8）。

上面那一大堆东西弄好，SendInput 函数就可以导入了。

复制代码 
[DllImport("user32.dll")]
public static extern uint SendInput(
    uint Inputs,
    [MarshalAs(UnmanagedType.LPArray)] INPUT[] inputs,
    int size);

然后是 XInput 的函数，这个就按常规方式导入即可（熟悉的配方，熟悉的味道）。

复制代码 
[Flags]
public enum GamePadButtons : ushort
{
    XINPUT_GAMEPAD_DPAD_UP = 0x0001,
    XINPUT_GAMEPAD_DPAD_DOWN = 0x0002,
    XINPUT_GAMEPAD_DPAD_LEFT = 0x0004,
    XINPUT_GAMEPAD_DPAD_RIGHT = 0x0008,
    XINPUT_GAMEPAD_START = 0x0010,
    XINPUT_GAMEPAD_BACK = 0x0020,
    XINPUT_GAMEPAD_LEFT_THUMB = 0x0040,
    XINPUT_GAMEPAD_RIGHT_THUMB = 0x0080,
    XINPUT_GAMEPAD_LEFT_SHOULDER = 0x0100,
    XINPUT_GAMEPAD_RIGHT_SHOULDER = 0x0200,
    XINPUT_GAMEPAD_A = 0x1000,
    XINPUT_GAMEPAD_B = 0x2000,
    XINPUT_GAMEPAD_X = 0x4000,
    XINPUT_GAMEPAD_Y = 0x8000
}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
public struct XINPUT_GAMEPAD
{
    public GamePadButtons Buttons;
    public byte LeftTrigger;
    public byte RightTrigger;
    public short ThumbLX;
    public short ThumbLY;
    public short ThumbRX;
    public short ThumbRY;
}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
public struct XINPUT_STATE
{
    public uint PacketNumber;
    public XINPUT_GAMEPAD GamePad;
}

导入 XInputGetState 函数。

复制代码 
[DllImport("Xinput1_4.dll")]
public static extern uint XInputGetState(
    uint UserIndex,
    ref XINPUT_STATE State);

两个 API 咱们封装到一个类中。

复制代码 
 static class WinApi
 {
     [DllImport("user32.dll")]
     public static extern uint SendInput(
         uint Inputs,
         [MarshalAs(UnmanagedType.LPArray)] INPUT[] inputs,
         int size);

     [DllImport("Xinput1_4.dll")]
     public static extern uint XInputGetState(
         uint UserIndex,
         ref XINPUT_STATE State);
 }

好了，API 已经导入，可以玩了。这一次老周只做了：

1、左边的摇杆负责控制鼠标移动；

2、A 键表示左键单击，B 键表示右键单击。

下面是示例代码：

复制代码 
internal class Program
{
    // 记录序号，如果序号改变，才表示有新的数据
    static uint SerialID = default;

    static void Main(string[] args)
    {
        while (true)
        {
            Thread.Sleep(80);
            // 读取数据
            XINPUT_STATE state = default;
            if (WinApi.XInputGetState(0, ref state) != 0)
            {
                // 返回值不为0，表示不成功，跳过
                continue;
            }
            // 比较一下序号，看是不是新的数据
            if (SerialID == state.PacketNumber)
            {
                continue;   // 数据是旧的，不处理
            }
            // 保存新的序号
            SerialID = state.PacketNumber;
            // 要发送的输入消息列表
            List<INPUT> inputList = new();
            // 计算鼠标移动量
            int dx = state.GamePad.ThumbLX / 1000;
            int dy = -state.GamePad.ThumbLY / 1000;
            INPUT mouseMove = new();
            mouseMove.Type = InputType.INPUT_MOUSE;     // 消息类型是鼠标
            // 设置鼠标事件标志
            mouseMove.mi.Flags = MouseEventFlags.MOUSEEVENTF_MOVE;
            // 设置移动量
            mouseMove.mi.dx = dx;
            mouseMove.mi.dy = dy;
            inputList.Add(mouseMove);

            // 判断按键
            if ((state.GamePad.Buttons & GamePadButtons.XINPUT_GAMEPAD_A) == GamePadButtons.XINPUT_GAMEPAD_A)
            {
                // 左键按下消息
                INPUT lbpress = new INPUT();
                lbpress.Type = InputType.INPUT_MOUSE;
                lbpress.mi.Flags = MouseEventFlags.MOUSEEVENTF_LEFTDOWN;
                inputList.Add(lbpress);
                // 左键释放
                INPUT lbrelease = new INPUT();
                lbrelease.Type = InputType.INPUT_MOUSE;
                lbrelease.mi.Flags = MouseEventFlags.MOUSEEVENTF_LEFTUP;
                inputList.Add(lbrelease);
            }
            if ((state.GamePad.Buttons & GamePadButtons.XINPUT_GAMEPAD_B) == GamePadButtons.XINPUT_GAMEPAD_B)
            {
                // 右键按下
                INPUT rbpress = new();
                rbpress.Type = InputType.INPUT_MOUSE;
                rbpress.mi.Flags = MouseEventFlags.MOUSEEVENTF_RIGHTDOWN;
                inputList.Add(rbpress);
                // 右键释放
                INPUT rbrelease = new INPUT();
                rbrelease.Type = InputType.INPUT_MOUSE;
                rbrelease.mi.Flags = MouseEventFlags.MOUSEEVENTF_RIGHTUP;
                inputList.Add(rbrelease);
            }
            // 发送消息
            WinApi.SendInput((uint)inputList.Count, inputList.ToArray(), Marshal.SizeOf<INPUT>());
        }
    }
}

原理和上一篇中所述一样，先读取手柄数据，然后发送鼠标输入消息。

===================================================================================

微软其实有提供了新的 XInput API，即给 UWP 应用程序使用的，而实际上。.NET 应用项目是可以使用 UWP API 的。毕竟，Win 10/11 是内置了运行库的。

接下来，咱们就用 UWP 方案，这个不需要 Dll 导入，用起来方便多了。

1、像平常一样，创建 .NET 项目。WPF、WinForms 或 UWP App 都无所谓，但不建议控制台，有可能读不到数据。API 文档中说要求是可以 Focus 的窗口才能接收输入；

2、打开系统 CMD 窗口，或任意终端都行。执行 systeminfo

这里能看到 build 版本号，比如老周的是 Win 11，只要记住前两位数字就行了，即 10.0.22000.0。

3、回到开发环境，打开项目文件，找到这一行。

复制代码 
<TargetFramework>net8.0</TargetFramework>

默认是 net-<ver>，表明这个控制台应用是跨平台的，我们把它改为 Windows 特供的。

复制代码 
<TargetFramework>net8.0-Windows10.0.22000.0</TargetFramework>

保存，关闭文件。此时，你的项目可以用 UWP API 了。

注意：要模拟鼠标动作也是要导入 Win API 的，和前文一样，只是读手柄的API不同罢了。

下面的例子，老周就用一个 System.Threading.Timer 来每 100 ms 读取一次数据，并显示在窗口上。窗口的结构如下：

主要用到的是 Windows.Gaming.Input 命名空间下的 Gamepad 类，这个类的构造函数不是公共的，不能直接实例化，而是访问它的静态属性 Gamepads。这是一个集合，如果连接了多个手柄，里面会有多个元素。

我在窗口的 Load 事件处理中，开一个 Task 来获取。

复制代码 
_ = Task.Run(async () =>
{
    while (gamePad == null)
    {
        gamePad = Gamepad.Gamepads.FirstOrDefault();
        await Task.Delay(1000);
    }
});

这里假设只连接了一个手柄，所以总是获取集合中的第一个元素。为什么要这样获取呢？因为当应用程序初始化时，访问 Gamepads 集合不一定能获取到手柄（有时候会有一两秒的延时），所以咱们要这样来获取。

本示例中，老周用来读数据的 Timer 是后台线程的。尽量不要用 System.Windows.Forms 下的 Timer，因为那个定时器用的是 UI 线程。在 UI 线程上读数据要把获取数据的一段代码放在 lock 里面，否则读到的全是 0，或者读到错的值。同理，WPF 也不用 DispatcherTimer，那个定时器也是在 UI 线程上运行的。

用非 UI 线程的定时器，在读取数据时可以不进行 lock。下面是定时器使用过程：

1、在窗口类中定义 Timer 为私有字段。

复制代码 
 private Gamepad? gamePad;
 private System.Threading.Timer timer;

gamepad 也是私有字段，待会儿用于引用 Gamepad 实例。

2、在窗口类的构造函数中，new 一个 Timer 实例，用 Change 方法禁用定时器。

复制代码 
 public MyWindow()
 {
     InitializeComponent();
     Load += OnLoad;
     FormClosing += OnClosing;
     timer = new System.Threading.Timer(OnTick);
     timer.Change(Timeout.Infinite, Timeout.Infinite);
 }

传给 Timer 构造函数的是一个回调委托，这里我绑定的是 OnTick 方法。委托类型接收一个 object 类型的参数，是用户自定义的状态数据，不使用的话可以忽略。这个 Timer 没有 Start、Stop 等方法，用 Change 方法设置超时为永不超时，这样就等于禁用定时器了。

实现 OnTick 方法，循环读取手柄数据，显示在窗口上。

复制代码 
private void OnTick(object? state)
{
    if (gamePad == null) return;

    // 读数
    GamepadReading data = gamePad.GetCurrentReading();
    BeginInvoke(() =>
    {
        // 左摇杆
        txtLeftX.Text = data.LeftThumbstickX.ToString("N4");
        txtLeftY.Text = data.LeftThumbstickY.ToString("N4");

        // 右摇杆
        txtRightX.Text = data.RightThumbstickX.ToString("N4");
        txtRightY.Text = data.RightThumbstickY.ToString("N4");

        // 左右扳机键
        txtLeftTrigger.Text = data.LeftTrigger.ToString("N2");
        txtRightTrigger.Text = data.RightTrigger.ToString("N2");

        // 检查按键
        ckbX.Checked = (data.Buttons & GamepadButtons.X) == GamepadButtons.X;
        ckbY.Checked = (data.Buttons & GamepadButtons.Y) == GamepadButtons.Y;
        ckbStart.Checked = (data.Buttons & GamepadButtons.Menu) == GamepadButtons.Menu;
    });
}

调用 GetCurrentReading 方法就可以获取实时读数了。返回的是 GamepadReading 结构体。注意它和 XInput API 的读数范围是不同的。

这个 UWP API 的读范围是 -1 到 1，如果摇杆在中间位置（默认位置），那么读数是 0。读出来的值是 -1 到 1 的小数（含-1 和 1）。

GamepadButtons 枚举定义的是手柄的按键，这个和 XInput API 差不多。

复制代码 
public enum GamepadButtons : uint
{
    // 未按下任何键
    None = 0u,
    // 菜单键，老周的手柄上是 Start 键
    Menu = 1u,
   
    // 这个不知道是什么
    View = 2u,

    // A、B、X、Y 按键
    A = 4u,
    B = 8u,
    X = 0x10u,
    Y = 0x20u,

    // 手柄上的四个方向键
    DPadUp = 0x40u,
    DPadDown = 0x80u,
    DPadLeft = 0x100u,
    DPadRight = 0x200u,
  
    // 这两个是两个肩膀按键
    LeftShoulder = 0x400u,
    RightShoulder = 0x800u,

    // 下面两个指的是摇杆上的按键，摇杆除了可以摇，还可以按下去。
    // 其实摇杆中间是一个轻触按钮
    LeftThumbstick = 0x1000u,
    RightThumbstick = 0x2000u,

     // 其他按键
}

一起来看看效果。

最后，共享点猛料给大伙伴。AOSP Android 14 原生系统，树莓派 4 / 5 镜像，都是最新版的。

链接：https://pan.baidu.com/s/1q9xnLh4n7pNBl62djxDNnQ?pwd=1981

提取码：1981

下载后解压出来，直接写入内存卡就行，就跟安装官方系统一样。

把卡插到 Pi 上，第一次运行要用 HDMI 口连显示器，如果显示器不能触控，顺便连上键盘鼠标。如果你有 DSI 接的触控显示屏，需要到 设置 - 系统 - Raspberry Pi 设置中打开 7 寸触控屏选项。不一定要官方的屏幕（很贵），某宝上随便弄的只要是 DSI 排线连接的，多数屏幕是可以用的。DSI 排线要在树莓派关机断电后再连接，不要热插拔。接了触控屏就不要再接 HDMI 口了。

由于是原生系统，时间服务器是不能用的，要自动更新网络时间，需要用 adb 改为国内的 NTP 服务器，方法可以百度，很多教程。

经老周测试，不管是4代还是5代，声音、触控、WiFi、蓝牙、HDMI 音/视频、GPIO 等功能都可正常使用。但是，自己连接到 i2c 上的 MPU6050（重力加速和陀螺仪）不能用。这个是在设置 - 系统 - Raspberry pi 设置中的传感选项中开启的，反正老周买的模块无法正常使用。

另外，把 GPIO 21 接低电平，可以触发电源按钮功能，就像手机上的电源键，可以长按关机/重启、唤醒锁屏等，有键盘的可以按 F5。

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