监听Mac OS X的全局鼠标事件

标签:Objective-C, Mac开发

因为Mac OS X下没有给力的鼠标手势软件,所以昨天突然想自己实现个玩玩,便研究了一番怎么监听全局的鼠标事件。

首先不能错过的是Cocoa Event-Handling Guide这篇文档。它详细介绍了Mac OS X下的事件机制,这里只简要说一下事件传播的流程。
考虑一个鼠标点击事件。鼠标硬件先接收到用户点击,然后交给鼠标驱动来处理。这个驱动是在Mac OS X内核运行的,处理完就通过I/O Kit传递给window server的事件队列。而window server则负责分派这些事件到对应进程的run-loop。

接着是Stack Overflow的这篇Global Mouse Moved Events in Cocoa,列出了监听全局鼠标事件的2个API。

其中之一是NSEvent的+ addGlobalMonitorForEventsMatchingMask:handler:方法。
这个方法有2点需要注意:
  1. 它是异步接收的,因此不能修改事件和阻止事件传播。
  2. 这个程序本身不能接收到自己的事件,但可以用+ addLocalMonitorForEventsMatchingMask:handler:。
很显然,不能阻止事件传播的话,执行鼠标手势时就会触发默认的右键功能了,因此这个方法并不适合。
不过拿来做其他的事倒也不错,于是我就写了个记录鼠标使用状况的程序。

先定义一下要用到的属性:
#import <Cocoa/Cocoa.h>

@interface AppDelegate : NSObject <NSApplicationDelegate> {
@private
	NSInteger leftClicked;
	NSInteger rightClicked;
	NSInteger moved;
	NSTextField *leftClickedText;
	NSTextField *rightClickedText;
	NSTextField *movedText;
}

@property (assign) IBOutlet NSWindow *window;
@property (retain) IBOutlet NSTextField *leftClickedText;
@property (retain) IBOutlet NSTextField *rightClickedText;
@property (retain) IBOutlet NSTextField *movedText;

@end
其中3个整数分别记录左键点击数、右键点击数和移动的像素数,而3个NSTextField则是用于显示它们的。

实现也很简单:
#include "math.h"
#import "AppDelegate.h"

@implementation AppDelegate

@synthesize window = _window;
@synthesize leftClickedText;
@synthesize rightClickedText;
@synthesize movedText;

- (void)dealloc
{
	[super dealloc];
	[leftClickedText release];
	[rightClickedText release];
	[movedText release];
}

- (void)applicationDidFinishLaunching:(NSNotification *)aNotification
{
	[NSEvent addGlobalMonitorForEventsMatchingMask:NSLeftMouseDownMask | NSRightMouseDownMask | NSMouseMovedMask | NSLeftMouseDraggedMask | NSRightMouseDraggedMask handler:^(NSEvent *event) {
		NSString *text;
		NSInteger delta;
		switch (event.type) {
			case NSLeftMouseDown:
				text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"%d", ++leftClicked];
				leftClickedText.stringValue = text;
				break;
			case NSRightMouseDown:
				text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"%d", ++rightClicked];
				rightClickedText.stringValue = text;
				break;
			case NSMouseMoved:
			case NSLeftMouseDragged:
			case NSRightMouseDragged:
				delta = (NSInteger)sqrt(event.deltaX * event.deltaX + event.deltaY * event.deltaY);
				moved += delta;
				text = [[NSString alloc] initWithFormat:@"%d px", moved];
				movedText.stringValue = text;
				break;
			default:
				break;
		}
		[text release];
	}];
}

@end
唯一要解释的就是NSLeftMouseDragged和NSRightMouseDragged,当按下按键并移动鼠标时,会触发这2个事件,而不是NSMouseMoved,所以要合并在一起。
最后测试一下,一切工作正常。唯一要担心的就是像素数实在增长太快了,看来显示时应该改下单位,例如转化成米或千米。



另一个方法则是使用CGEventTap,它更为底层,可以修改事件。

先来捕捉事件:
- (void)applicationDidFinishLaunching:(NSNotification *)aNotification
{
	CGEventMask eventMask = CGEventMaskBit(kCGEventRightMouseDown) | CGEventMaskBit(kCGEventRightMouseUp);
	CFMachPortRef eventTap = CGEventTapCreate(kCGHIDEventTap, kCGHeadInsertEventTap, kCGEventTapOptionDefault, eventMask, eventCallback, NULL);
	CFRunLoopSourceRef runLoopSource = CFMachPortCreateRunLoopSource(kCFAllocatorDefault, eventTap, 0);
	CFRunLoopAddSource(CFRunLoopGetCurrent(), runLoopSource, kCFRunLoopCommonModes);
	CGEventTapEnable(eventTap, true);
	CFRelease(eventTap);
	CFRelease(runLoopSource);
}
这段代码有点复杂,于是逐行来解释。
首先是eventMask,它是我要捕捉的事件掩码。这里我只是演示,因此就不捕捉拖动了。
接着是eventTap,它是一个CFMachPort对象,是与Mac OS X内核通信的通道。第一个参数有3种值,注意事件传播是沿着硬件系统 → window server → 用户session → 应用程序这条路径的,每个箭头处都可以捕捉事件,而这个参数就决定了在哪捕捉事件。kCGHeadInsertEventTap是指要放在其他event taps之前,避免事件被修改或停止传播。kCGEventTapOptionDefault是指可以修改或停止传播事件,用kCGEventTapOptionListenOnly的话就和上一种方法一样了。eventCallback是事件发生时会被调用的函数,稍后列出。最后一个参数是传给回调函数的值,这里我用不到,所以设为NULL。
然后是拿eventTap创建一个加到RunLoopSource对象,太抽象了也没啥好解释的。
再是把这个runLoopSource加到当前线程(即主线程)的RunLoop。
后面那行代码其实是多余的,用于启用eventTap。事实上添加到RunLoop后就已经启用了,要停用时可以将参数改成false。

再来看看刚才那个回调函数:
static CGEventRef eventCallback(CGEventTapProxy proxy, CGEventType type, CGEventRef event, void *refcon) {
	CGPoint location = CGEventGetLocation(event);
	NSInteger windowNumber = [NSWindow windowNumberAtPoint:location belowWindowWithWindowNumber:0];
	CGWindowID windowID = (CGWindowID)windowNumber;

	CFArrayRef array = CFArrayCreate(NULL, (const void **)&windowID, 1, NULL);
	NSArray *windowInfos = (NSArray *)CGWindowListCreateDescriptionFromArray(array);
	CFRelease(array);

	if (windowInfos.count > 0) {
		NSDictionary *windowInfo = [windowInfos objectAtIndex:0];
		NSLog(@"Window name:  %@", [windowInfo objectForKey:(NSString *)kCGWindowName]);
		NSLog(@"Window owner: %@", [windowInfo objectForKey:(NSString *)kCGWindowOwnerName]);
	}
	[windowInfos release];

	return NULL;
}
这一大段代码实际上是获取鼠标坐标对应的窗口信息的。
NSEvent可以直接获取windowNumber,但CGEventRef能在事件传递到窗口之前就捕捉到,也就没法知道这个值了。于是我只能用了NSWindow的类方法来获得窗口,再获取该窗口的名字。
最后返回NULL,这样事件就不会被继续传播了。

接着再把右键改成左键:
static CGEventRef eventCallback(CGEventTapProxy proxy, CGEventType type, CGEventRef event, void *refcon) {
	if (type == kCGEventRightMouseDown) {
		CGEventSetType(event, kCGEventLeftMouseDown);
	} else {
		CGEventSetType(event, kCGEventLeftMouseUp);
	}
	return event;
}

再试试把它替换成按回车键:
#include <Carbon/Carbon.h>

static CGEventRef createEventCallback(CGEventTapProxy proxy, CGEventType type, CGEventRef event, void *refcon) {
	CGEventRef newEvent = CGEventCreateKeyboardEvent(NULL, kVK_Return, type == kCGEventRightMouseDown);
	return newEvent;
}
注意这里回调函数的名字需要带create或copy,因为我创建了一个对象,却没有释放它。

或者用CGEventTapPostEvent()和CGEventPost()来一次传递2个事件:
static CGEventRef createEventCallback(CGEventTapProxy proxy, CGEventType type, CGEventRef event, void *refcon) {
	if (type == kCGEventRightMouseDown) {
		return NULL;
	} else {
		CGEventRef newEvent = CGEventCreateKeyboardEvent(NULL, kVK_Return, true);
		CGEventPost(kCGSessionEventTap, newEvent);
		// CGEventTapPostEvent(proxy, newEvent);
		CFRelease(newEvent);

		return CGEventCreateKeyboardEvent(NULL, kVK_Return, false);
	}
}
注意这里最好是发送到kCGSessionEventTap,这样就不会再被kCGHIDEventTap捕捉到,避免重复捕捉。
如果要使用快捷键,不能直接模拟控制键按下的事件,而是要用CGEventSetFlags来设置。例如下面这段代码可以实现Shift + Command + T:
CGEventRef event = CGEventCreateKeyboardEvent(NULL, kVK_ANSI_T, true);
CGEventSetFlags(event, kCGEventFlagMaskShift | kCGEventFlagMaskCommand);
CGEventPost(kCGSessionEventTap, event);
CFRelease(event);
event = CGEventCreateKeyboardEvent(NULL, kVK_ANSI_T, false);
CGEventSetFlags(event, kCGEventFlagMaskShift | kCGEventFlagMaskCommand);
CGEventPost(kCGSessionEventTap, event);
CFRelease(event);

接着附送些鼠标手势的算法和代码:
Mouse Gesture Recognition
鼠标手势算法
smoothgestures-chromium

最后也送上自己实现的一个4方向的手势检测:
typedef enum {
	NONE,
	RIGHT,
	UP,
	LEFT,
	DOWN,
} DIRECTION;

static vector<DIRECTION> directions;
static CGPoint lastLocation;

static void updateDirections(CGEventRef event) {
	CGPoint newLocation = CGEventGetLocation(event);
	float deltaX = newLocation.x - lastLocation.x;
	float deltaY = newLocation.y - lastLocation.y;
	float absX = fabs(deltaX);
	float absY = fabs(deltaY);
	if (absX + absY < 20) {
		return;
	}

	lastLocation = newLocation;
	DIRECTION lastDirection = directions.empty() ? NONE : directions.back();
	if (absX > absY) {
		if (deltaX > 0) {
			if (lastDirection != RIGHT) {
				directions.push_back(RIGHT);
			}
		} else if (lastDirection != LEFT) {
			directions.push_back(LEFT);
		}
	} else {
		if (deltaY < 0) {
			if (lastDirection != UP) {
				directions.push_back(UP);
			}
		} else if (lastDirection != DOWN) {
			directions.push_back(DOWN);
		}
	}
}

static CGEventRef eventCallback(CGEventTapProxy proxy, CGEventType type, CGEventRef event, void *refcon) {
	switch (type) {
		case kCGEventRightMouseDown:
			lastLocation = CGEventGetLocation(event);
			break;
		case kCGEventRightMouseDragged:
			updateDirections(event);
			break;
		case kCGEventRightMouseUp:
			updateDirections(event);
			for (vector<DIRECTION>::iterator iter = directions.begin(); iter != directions.end(); ++iter) {
				NSLog(@"%d", *iter);
			}
			NSLog(@"----");
			directions.clear();
			break;
		default:
			return event;
			break;
	}
	return NULL;
}

如果不喜欢和CGEventRef打交道的话,也可以转换成NSEvent,不过注意Y轴的方向是相反的:
static NSPoint lastLocation;

static void updateDirections(NSEvent* event) {
	NSPoint newLocation = event.locationInWindow;
	float deltaX = newLocation.x - lastLocation.x;
	float deltaY = newLocation.y - lastLocation.y;
	float absX = fabs(deltaX);
	float absY = fabs(deltaY);
	if (absX + absY < 20) {
		return;
	}

	lastLocation = newLocation;
	DIRECTION lastDirection = directions.empty() ? NONE : directions.back();
	if (absX > absY) {
		if (deltaX > 0) {
			if (lastDirection != RIGHT) {
				directions.push_back(RIGHT);
			}
		} else if (lastDirection != LEFT) {
			directions.push_back(LEFT);
		}
	} else {
		if (deltaY > 0) {
			if (lastDirection != UP) {
				directions.push_back(UP);
			}
		} else if (lastDirection != DOWN) {
			directions.push_back(DOWN);
		}
	}
}

static CGEventRef eventCallback(CGEventTapProxy proxy, CGEventType type, CGEventRef event, void *refcon) {
	NSEvent *mouseEvent = [NSEvent eventWithCGEvent:event];
	switch (mouseEvent.type) {
		case NSRightMouseDown:
			lastLocation = mouseEvent.locationInWindow;
			break;
		case NSRightMouseDragged:
			updateDirections(mouseEvent);
			break;
		case NSRightMouseUp:
			updateDirections(mouseEvent);
			for (vector<DIRECTION>::iterator iter = directions.begin(); iter != directions.end(); ++iter) {
				NSLog(@"%d", *iter);
			}
			NSLog(@"----");
			directions.clear();
			break;
		default:
			return event;
			break;
	}
	return NULL;
}

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