C#模拟键盘输入、键状态和监听键盘消息

模拟键盘输入

模拟键盘输入的功能需要依赖Windows函数实现，这个函数是SendInput，它是专门用来模拟键盘、鼠标等设备输入的函数。

另外和键盘输入相关的函数还有SendKeys，它是System.Windows.Forms. SendKeys，只能在WinFrom项目中使用，并且它的所有功能都可以由SendInput来实现。

另一个是keybd_event函数，这个函数依然是有用的，但是目前官方已经推荐使用SendInput替代它了。
SendInput的定义

[DllImport("user32.dll")]
static extern uint SendInput(int nInputs,INPUT[] pInputs,int cbSize);

INPUT对象中保存了输入内容，nInputs和cbSize代表pInputs的长度和INPUT结构的大小，这两个参数能帮助SendInput正确解析INPUT对象。返回值0表示失败，非零表示正确执行。

INPUT的定义

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
struct KEYBDINPUT {
    public ushort wVk;
    public ushort wScan;
    public uint dwFlags;
    public uint time;
    public IntPtr dwExtraInfo;
}
[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
struct HARDWAREINPUT {
    public uint uMsg;
    public ushort wParamL;
    public ushort wParamH;
}
[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
struct MOUSEINPUT {
    public int dx;
    public int dy;
    public uint mouseData;
    public uint dwFlags;
    public uint time;
    public IntPtr dwExtraInfo;
}
[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
struct MOUSEKEYBDHARDWAREINPUT {
    [FieldOffset(0)]
    public HARDWAREINPUT hi;
    [FieldOffset(0)]
    public KEYBDINPUT ki;
    [FieldOffset(0)]
    public MOUSEINPUT mi;
}
[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
struct INPUT {
    public uint type;
    public MOUSEKEYBDHARDWAREINPUT mkhi;
}

INPUT结构中的type表示消息类型，值为1表示键盘消息。mkhi表示具体的消息内容，它可以模拟三类消息，其中键盘消息使用KEYBDINPUT表示，其它消息类型的结构不在这里介绍（虽然用不到MOUSEINPUT等结构，但是它们的定义不能省略，否则SendInput无法正确解析INPUT中的具体内容）。

⩥FieldOffset(0)将三个结构的起始都放在0位置，所以只能使用其中一个内容，因为一个INPUT也只能表示一个消息，这样设计可以节省空间。

KEYBDINPUT结构中的wVK表示虚拟键码 ，dwFlags的第一位bit默认0表示键盘按下事件，1表示键盘释放事件。

虚拟键码是一种能让Windows以与设备无关的方式处理键盘的技术，可以简单理解为：键盘上的每个键用一个数字来表示。

模拟A键

INPUT[] inputs = new INPUT[2];
inputs[0]=new INPUT {
    type=1,
    mkhi=new MOUSEKEYBDHARDWAREINPUT {
        ki=new KEYBDINPUT {
            wVk=0x41
        }
    }
};
inputs[1]=new INPUT {
    type=1,
    mkhi=new MOUSEKEYBDHARDWAREINPUT {
        ki=new KEYBDINPUT {
            wVk=0x41,
            dwFlags=2
        }
    }
};
SendInput(inputs.Length,inputs,Marshal.SizeOf(inputs[0]));

A键的虚拟键码是0x41。type=1表示这是键盘消息，dwFlags=2表示键盘释放事件。

这里INPUT数组模拟的就是使用物理键盘A键的过程。inputs[0]模拟A键按下，inputs[1]模拟A键释放。

模拟Ctrl+A

INPUT[] inputs = new INPUT[4];
inputs[0]=new INPUT {
    type=1,
    mkhi=new MOUSEKEYBDHARDWAREINPUT {
        ki=new KEYBDINPUT {
            wVk=0x11
        }
    }
};
inputs[1]=new INPUT {
    type=1,
    mkhi=new MOUSEKEYBDHARDWAREINPUT {
        ki=new KEYBDINPUT {
            wVk=0x41
        }
    }
};
inputs[2]=new INPUT {
    type=1,
    mkhi=new MOUSEKEYBDHARDWAREINPUT {
        ki=new KEYBDINPUT {
            wVk=0x41,
            dwFlags=2
        }
    }
};
inputs[3]=new INPUT {
    type=1,
    mkhi=new MOUSEKEYBDHARDWAREINPUT {
        ki=new KEYBDINPUT {
            wVk=0x11,
            dwFlags=2,
        }
    }
};
SendInput(inputs.Length,inputs,Marshal.SizeOf(inputs[0]));

0x11是Ctrl的虚拟键码，这里模拟了按下Ctrl键,按下A键，释放A键，释放Ctrl键的过程，实现了Ctrl+A的组合键效果。

SendInput除了能模拟击键消息外还可以在文本输入中模拟字符消息。

KEYBDINPUT结构的wScan表示字符内容，将dwFlags的第二位bit置1表示使用wScan属性而非wVK。
文本输入

string ntext = "你好";
INPUT[] inputs = new INPUT[ntext.Length*2];
for(int i = 0;i<ntext.Length;i++) {
    ushort ch = ntext[i];
    inputs[i*2]=new INPUT {
        type=1,
        mkhi=new MOUSEKEYBDHARDWAREINPUT {
            ki=new KEYBDINPUT {
                wScan=ch,
                dwFlags=4
            }
        }
    };
    inputs[i*2+1]=new INPUT {
        type=1,
        mkhi=new MOUSEKEYBDHARDWAREINPUT {
            ki=new KEYBDINPUT {
                wScan=ch,
                dwFlags=4|2
            }
        }
    };
}
SendInput(inputs.Length,inputs,Marshal.SizeOf(inputs[0]));

键状态

有时需要知道键盘按键的当前状态，可以使用GetKeyState函数。
GetKeyState的定义

[DllImport("user32.dll")]
static extern short GetKeyState(int VKey);

参数是键的虚拟码，对于开关键（Caps Look、Num Lock和Scroll Lock），返回值1表示开启状态。对于其它键返回负数表示按下状态。
CapsLock键状态

short iState = GetKeyState(0x14);

监听键盘消息

对于WinForm和WPF程序，要监听输入到本程序的键盘消息直接使用窗口的KeyDown和KeyUp事件即可。

对于其它键盘消息（即给本程序以外的键盘消息），需要使用钩子（hook）。

钩子是Windows系统消息处理机制中的一个节点，可以安装钩子来监听系统中的Windows消息。

Windows消息分很多种，对于特定的一类消息需要使用对应的特定类型的钩子，这里只介绍键盘消息的钩子。

钩子的安装需要调用系统SetWindowsHookEx方法。

SetWindowsHookEx的定义

[DllImport("user32.dll")]
static extern IntPtr SetWindowsHookEx(int idHook, HookProc lpfn, IntPtr hmod, int threadID);

idHook等于13表示全局键盘消息钩子，lpfn代表键盘消息处理程序，返回非IntPtr.Zero表示安装成功。

安装钩子

delegate int HookProc(int code,IntPtr wParam,IntPtr lParam);
static HookProc KeyboardProc;
static void InstallKeyboardHook() {
    KeyboardProc=KeyboardHookCallback;
    pKeyboardHook=SetWindowsHookEx(13,keyboardProc,IntPtr.Zero,0);
}

KeyboardHookCallback就是自定义的具体处理键盘消息的方法。

消息处理

[DllImport("user32.dll")]
static extern int CallNextHookEx(IntPtr hhk, int nCode, IntPtr wParam, IntPtr lParam);
static int KeyboardHookCallback(int code,IntPtr wParam,IntPtr lParam) {
    if(code<0)
        return CallNextHookEx(IntPtr.Zero,code,wParam,lParam);
    int vkCode = Marshal.ReadInt32(lParam);
    System.Diagnostics.Debug.Write(vkCode+" ");
    long downup = (long)wParam;
    switch(downup) {
        case 256:
            System.Diagnostics.Debug.WriteLine("down");
            break;
        case 257:
            System.Diagnostics.Debug.WriteLine("up");
            break;
        case 260:
            System.Diagnostics.Debug.WriteLine("sys_down");
            break;
        case 261:
            System.Diagnostics.Debug.WriteLine("sys_up");
            break;
     }
     return CallNextHookEx(IntPtr.Zero,code,wParam,lParam);
}

从lParam中读取键的虚拟码（lParam其实是指向类似前文提到的KEYBDINPUT结构的指针），wParam表示击键事件的类型。CallNextHookEx将消息传递给下一个消息处理节点。

⩥使用前文提到的SendInput方法模拟键盘输入也能被钩子监听到。

⩥应避免在消息处理过程中进行耗时操作。

卸载钩子需要使用UnhookWindowsHookEx
UnhookWindowsHookEx的定义

[DllImport("user32.dll")]
static extern bool UnhookWindowsHookEx(IntPtr pHookHandle);

传入SetWindowsHookEx的返回值即可，返回true则卸载成功。