“Avalon”输入系统
发布日期： 9/3/2004 | 更新日期： 9/3/2004
Nick Kramer
Microsoft Corporation
摘要：“Longhorn”中的表示子系统（代号为“Avalon”）提供了功能强大的新 API 以用于输入。本文将概述这些 API：为应用程序提供哪些服务、输入系统的体系结构以及如何支持新的输入设备。
本页内容
简介在树中输入文本输入键盘示例命令输入核心体系结构添加新型设备小结简介
“Longhorn”中的表示子系统（代号为“Avalon”）提供了新的 API 以用于输入。这些主要输入 API 都在 Element 类上。请注意，在本文中，我将“FrameworkElement”或“ContentFrameworkElement”统称为“element”。虽然它们是截然不同的类，但从输入的角度讲它们却是完全相同的。元素具有您期望从 Windows 操作系统中获得的全部鼠标和键盘功能：按键、鼠标按钮、鼠标移动、焦点管理以及鼠标捕获等等。元素具有下列与输入相关的属性、方法和事件：
class Element{// non-input APIs omitted// Mouseevent MouseButtonEventHandler MouseLeftButtonDown;event MouseButtonEventHandler MouseLeftButtonUp;event MouseButtonEventHandler MouseRightButtonDown;event MouseButtonEventHandler MouseRightButtonUp;event MouseEventHandler MouseMove;bool IsMouseOver { get; }bool IsMouseDirectlyOver { get; }event MouseEventHandler MouseEnter;event MouseEventHandler MouseLeave;event MouseEventHandler GotMouseCapture;event MouseEventHandler LostMouseCapture;bool IsMouseCaptured { get; }bool CaptureMouse();void ReleaseMouseCapture();event MouseEventHandler MouseHover;event MouseWheelEventHandler MouseWheel;// Keyboardevent KeyEventHandler KeyDown;event KeyEventHandler KeyUp;event TextInputEventHandler TextInput;bool IsFocused { get; }bool Focus();event FocusChangedEventHandler GotFocus;event FocusChangedEventHandler LostFocus;bool Focusable { get; set; }bool IsFocusWithin { get; }bool KeyboardActive { get; set; }bool IsEnabled { get; }}
此外，Mouse 和 Keyboard 类提供：
class Keyboard{static Element Focused { get; }static bool Focus(Element elt)static ModifierKeys Modifiers { get; }static bool IsKeyDown(Key key)static bool IsKeyUp(Key key)static bool IsKeyToggled(Key key)static KeyState GetKeyState(Key key)static KeyboardDevice PrimaryDevice { get; }}class Mouse{static Element DirectlyOver { get; }static Element Captured { get; }static bool Capture(Element elt);static Cursor OverrideCursor { get; set; }static bool SetCursor(Cursor cursor);static MouseButtonState LeftButton { get; }static MouseButtonState RightButton { get; }static MouseButtonState MiddleButton { get; }static MouseButtonState XButton1 { get; }static MouseButtonState XButton2 { get; }static Point GetPosition(Element relativeTo);static void Synchronize(bool force);static MouseDevice PrimaryDevice { get; }static void AddAnyButtonDown(Element element,MouseButtonEventHandler handler);static void RemoveAnyButtonDown(Element element,MouseButtonEventHandler handler);}
Avalon 还具有对笔针的集成支持。笔针是指笔输入，广泛用于 Tablet PC。Avalon 应用程序通过使用鼠标 API 可将笔针视为鼠标。但是，Avalon 还公开了与键盘和鼠标 API 同等的笔针 API：
// stylus APIs on Elementevent StylusEventHandler StylusDown;event StylusEventHandler StylusUp;event StylusEventHandler StylusMove;event StylusEventHandler StylusInAirMove;bool IsStylusOver { get; }bool IsStylusDirectlyOver { get; }event StylusEventHandler StylusEnter;event StylusEventHandler StylusLeave;event StylusEventHandler StylusInRange;event StylusEventHandler StylusOutOfRange;event StylusSystemGestureEventHandler StylusSystemGesture;event StylusEventHandler GotStylusCapture;event StylusEventHandler LostStylusCapture;bool IsStylusCaptured { get; }bool CaptureStylus()void ReleaseStylusCapture()
笔针还可充当鼠标，因此，仅识别鼠标的应用程序会自动获得某一级别的笔针支持。当以这种方式使用笔针时，应用程序首先获取适当的笔针事件，然后再获取相应的鼠标事件，我们称这个过程为笔针事件提升 到鼠标事件。（我在
添加新型设备中简要讨论了提升的概念。）
此外，还可以使用更高级别的服务（例如，手写输入），虽然它们超出了本文的讨论范围。
返回页首在树中输入
元素包含其他元素（它的子元素），从而形成了通常具有数层深的元素树。在 Avalon 中，父元素始终可以参与定向到其子元素（或孙元素等）的输入。这对于控件组合（使用较小的控件来构建控件）特别有用。
Avalon 使用事件路由向父元素发出通知。路由 是指将事件传递到多个元素，直至其中一个元素将事件标记为“handled”（已处理）的过程。事件使用以下三种路由机制之一：直接通知（也称为“不路由”）、隧道和冒泡。直接通知 意味着仅通知目标元素，这种机制由 Windows 窗体和其他 .NET 库使用。冒泡 沿元素树向上通知：先通知目标元素，然后依次通知目标的父元素以及父元素的父元素等等。隧道 的通知过程相反：先通知元素树的根，然后向下通知，最后通知目标元素。
Avalon 输入事件通常是成对出现的 — 隧道事件后面跟有冒泡事件。例如，PreviewMouseMove 隧道事件就与冒泡 MouseMove 事件一同出现。作为一个示例，假设在以下树中，“叶元素 #2”是 MouseDown/PreviewMouseDown 的目标：
事件处理的顺序将为：
1.
根元素上的 PreviewMouseDown（隧道）
2.
中间元素 #1 上的 PreviewMouseDown（隧道）
3.
叶元素 #2 上的 PreviewMouseDown（隧道）
4.
叶元素 #2 上的 MouseDown（冒泡）
5.
中间元素 #1 上的 MouseDown（冒泡）
6.
根元素上的 MouseDown（冒泡）
以下为 Element 上 Preview 输入事件的列表：
// Preview events on Elementevent MouseButtonEventHandler PreviewMouseLeftButtonDown;event MouseButtonEventHandler PreviewMouseLeftButtonUp;event MouseButtonEventHandler PreviewMouseRightButtonDown;event MouseButtonEventHandler PreviewMouseRightButtonUp;event MouseEventHandler PreviewMouseMove;event MouseWheelEventHandler PreviewMouseWheel;event MouseEventHandler PreviewMouseHover;event MouseEventHandler PreviewMouseEnter;event MouseEventHandler PreviewMouseLeave;event KeyEventHandler PreviewKeyDown;event KeyEventHandler PreviewKeyUp;event FocusChangedEventHandler PreviewGotFocus;event FocusChangedEventHandler PreviewLostFocus;event TextInputEventHandler PreviewTextInput;event StylusEventHandler PreviewStylusDown;event StylusEventHandler PreviewStylusUp;event StylusEventHandler PreviewStylusMove;event StylusEventHandler PreviewStylusInAirMove;event StylusEventHandler PreviewStylusEnter;event StylusEventHandler PreviewStylusLeave;event StylusEventHandler PreviewStylusInRange;event StylusEventHandler PreviewStylusOutOfRange;event StylusSystemGestureEventHandler PreviewStylusSystemGesture;
通常，在将事件标记为已处理之后，不会调用其他处理程序。但是，当您创建处理程序时，您可以要求它通过使用 AddHandler 方法（为 handledEventsToo 参数传递“true”）来接收已处理的事件以及未处理的事件。
由于隧道和冒泡，父元素将会接收最初以其子元素为目标的事件。通常，谁为目标并不重要，毕竟事件是未处理的事件。但是，当有必要知道目标（尤其是 MouseEnter/MouseLeave 和 GotFocus/LostFocus）时，InputEventArgs.Source 将会通知您。
另一个引人注意的问题是坐标空间。坐标 (0,0) 位于左上方，但这是什么事物的左上方？是作为输入目标的元素的左上方，还是您附加有事件处理程序的元素的左上方，或是其他事物的左上方？为了避免混淆，Avalon 输入 API 要求您在处理坐标时指定您的引用框架。例如，MouseEventArgs.GetPosition 方法将 Element 作为一个参数，而且由 GetPosition 返回的 (0,0) 坐标位于该元素的左上角。
返回页首文本输入
TextInput 事件允许组件或应用程序以与设备无关的方式侦听文本输入。键盘是 TextInput 的主要方式，但是语音、手写以及其他输入设备也可生成 TextInput。
对于键盘输入，Avalon 将首先发送适当的 KeyDown/KeyUp 事件，但如果这些事件是未处理的且键为文本键，则会发送 TextInput 事件。通常，在 KeyDown/KeyUp 和 TextInput 事件之间并不是单个的一对一映射，多个击键可以生成单个字符的 TextInput，而单个击键可以生成多字符的字符串。对于中文、日文以及韩文尤其如此，这些语言使用输入法编辑器 (IME) 生成数以千计的以字母表示的不同字符。
当 Avalon 发送 KeyDown/KeyUp 事件时，如果击键成为 TextInput 事件的一部分，那么 KeyEventArgs.Key 将被设置为 Key.TextInput，因此应用程序不会意外地处理属于较大 TextInput 一部分的击键。在这些情况下，KeyEventArgs.TextInputKey 将显示实际击键。同样，如果 IME 处于活动状态，那么 KeyEventArgs.Key 将为 Key.ImeProcessed，而 KeyEventArgs.ImeProcessedKey 将提供实际击键。
返回页首键盘示例
让我们看一个简单的示例，在该示例中，按 CTRL+O 会打开一个文件（无论什么控件具有焦点），而按 Open 按钮也可执行该操作：
在 Win32 中，应该定义一个快捷键对应表并处理 WM_COMMAND，这通常使用 switch 语句来完成。（您也可以尝试在窗口的 WndProc 内处理 WM_KEYDOWN，但是，如果焦点不在按钮或编辑框上，您只能获取击键，除非您还修改了按钮和编辑框的 WndProc。）
// sample.rcIDC_INPUTSAMPLE2 ACCELERATORSBEGIN"O", ID_ACCELERATOR_O, VIRTKEY, CONTROL, NOINVERTEND// sample.cppint APIENTRY _tWinMain(HINSTANCE hInstance,HINSTANCE hPrevInstance,LPTSTR lpCmdLine,int nCmdShow){. . .MyRegisterClass(hInstance);InitInstance(hInstance, nCmdShow);HACCEL hAccelTable = LoadAccelerators(hInstance,(LPCTSTR)IDC_INPUTSAMPLE2);MSG msg;while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0)){if (!TranslateAccelerator(window, hAccelTable, &msg)){TranslateMessage(&msg);DispatchMessage(&msg);}}return (int) msg.wParam;}ATODWM MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance) { . . . }BOOL InitInstance(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow){window = CreateWindow(szWindowClass, szTitle, WS_OVERLAPPEDWINDOW,CW_USEDEFAULT, 0, CW_USEDEFAULT, 0, NULL, NULL, hInstance, NULL);if (!window){return FALSE;}button = CreateWindow("BUTTON", "Open",WS_CHILD | WS_VISIBLE | BS_PUSHBUTTON,40, 40, 90, 30, window, (HMENU) ID_BUTTON, hInstance, NULL);if (!button){return FALSE;}DWORD dwStyle = WS_CHILD | WS_VISIBLE| WS_BORDER | ES_LEFT | ES_NOHIDESEL| ES_AUTOHSCROLL | ES_AUTOVSCROLL;edit = CreateWindow("EDIT", "...", dwStyle,40, 80, 150, 40,window, (HMENU) 6, hInstance, NULL);ShowWindow(window, nCmdShow);UpdateWindow(window);return TRUE;}LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message,WPARAM wParam, LPARAM lParam){switch (message){case WM_COMMAND: {switch (LOWORD(wParam)){case ID_ACCELERATOR_O:case ID_BUTTON:MessageBox(NULL, "Pretend this opens a file", "", 0);return 0;}break;}case WM_DESTROY:PostQuitMessage(0);return 0;}return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);}
在 Windows 窗体中，应该将窗体上的 KeyPreview 设置为 true，并处理窗体上的 KeyDown 事件：
using System;using System.Drawing;using System.Collections;using System.ComponentModel;using System.Windows.Forms;using System.Data;public class Form1 : Form{static void Main(){Application.Run(new Form1());}private Button button1;private TextBox textBox1;public Form1(){this.button1 = new Button();this.textBox1 = new TextBox();this.SuspendLayout();//// button1//this.button1.Location = new Point(8, 40);this.button1.Name = "button1";this.button1.TabIndex = 0;this.button1.Text = "Open";this.button1.Click += new EventHandler(this.button1_Click);//// textBox1//this.textBox1.Location = new Point(8, 88);this.textBox1.Name = "textBox1";this.textBox1.TabIndex = 1;this.textBox1.Text = "...";//// Form1//this.AutoScaleBaseSize = new Size(6, 15);this.ClientSize = new System.Drawing.Size(292, 260);this.Controls.AddRange(new Control[] {this.textBox1,this.button1});this.Name = "Form1";this.Text = "Input Sample";this.KeyPreview = true;this.KeyDown += new KeyEventHandler(this.Form1_KeyDown);this.ResumeLayout(false);}private void button1_Click(object sender, EventArgs e){handle();}private void Form1_KeyDown(object sender, KeyEventArgs e){if (e.KeyCode == Keys.O && e.Modifiers == Keys.Control){handle();e.Handled = true;}}void handle(){MessageBox.Show("Pretend this opens a file");}}
在 Avalon 中，应该为 Button 的 Click 事件 (btn_Click) 定义一个处理程序，也要为 KeyDown (fp_KeyDown) 定义一个处理程序：
<Windowxmlns="http://schemas.microsoft.com/2003/xaml"xmlns:def="Definition"Text="Application1" Visible="True"><FlowPanel KeyDown="fp_KeyDown"><Button Click="btn_Click"> Open </Button><TextBox> ... </TextBox><def:Code> <![CDATA[void fp_KeyDown(object sender, KeyEventArgs e) {if (e.Key == Key.O&& Keyboard.Modifiers == ModifierKeys.Control) {handle();e.Handled = true;}}void btn_Click(object sender, ClickEventArgs e) {handle();e.Handled = true;}void handle() {MessageBox.Show("Pretend this opens a file");}]]> </def:Code></FlowPanel></Window>
请注意，KeyDown 处理程序附加到树根附近的 FlowPanel 中。（我们使用 FlowPanel 而不是 Window，这是因为 Window 类不能获取输入。）由于输入沿树向上冒泡，因此无论哪种元素具有焦点，FlowPanel 均将获取输入。
这些示例有一点略有不同，假设编辑控件要处理 CTRL+O，结果会如何呢?在 Win32 和 Windows 窗体示例中，编辑控件从未接收到 WM_KEYDOWN 或等效通知，这是因为事件是在消息循环中通过 TranslateAccelerator 的方式处理的。在 Avalon 示例中，首先通知 TextBox 控件，然后，仅当 TextBox 没有处理输入时才会调用我们的 fp_KeyDown 处理程序。或者，我们可以处理 PreviewKeyDown 而不是 KeyDown，在这种情况下，首先调用我们的 fp_KeyDown 处理程序。
在上面的 Avalon 示例中，我们两次结束编写处理逻辑，一次针对 CTRL+O，另一次针对按钮单击。我们可以使用 Avalon 命令 简化此操作。
返回页首命令
注命令在 PDC 2003 Longhorn 预发布版本中仅部分实现。
与设备输入相比，命令使您能够在更富有语义的层次上处理输入。命令是简单的指令，例如，“cut”、“copy”、“paste”或“open”。Avalon 将提供通用命令库，但是您也可以定义自己的命令库。
命令对于集中处理逻辑十分有用。可以从菜单中、在工具栏上或者通过键盘快捷键来访问相同的命令，而且，您可以使用命令来编写适用于所有不同输入情况的单行代码。命令还提供了一种机制，当命令变得不可用时，使用此机制可以将菜单项和工具栏按钮变为灰色。
Avalon 提供的通用命令附带有一组内置的默认输入绑定，因此，当您指定应用程序处理 Copy 时，您会自动获得 CTRL+C = Copy 绑定。您还可获得用于其他输入设备的绑定，例如，Tablet 笔势输入和语音信息。最后，许多通用命令都附带有自己的图标，从而使工具栏看上去更加一致且专业。
许多控件都具有对某些命令的内置支持。例如，TextBox 理解 Cut、Copy 和 Paste。由于这些命令中的每一个都提供了默认的键绑定，因此，TextBox 会自动支持这些快捷键。
返回页首输入核心体系结构
输入系统由内核模式组件和用户模式组件组成。输入在设备驱动程序中产生，然后，对于大多数输入设备而言，此输入会发送到 USER 和 GDI 的内核模式组件 win32k.sys 中。Win32k.sys 会对输入进行一些处理，并决定将输入发送到哪个应用程序进程。在 Longhorn 应用程序内，Avalon 会对输入执行进一步的处理，并向应用程序发送通知。
与 Win32 程序一样，Avalon 程序也具有可以轮询外部环境以获取新通知的消息循环。Avalon 可以与标准的 Win32 消息循环集成，该消息循环通过调度程序 与 Avalon 的其余部分连接。调度程序能提取特定循环的详细信息，从而也能提供服务以便处理嵌套消息循环。为了从 Win32 接收消息，Avalon 具有一个称为 HwndSource 的 hwnd。消息处理是同步的，即在 Avalon 完全处理完输入消息之前，HwndSource WndProc 不会返回。在期望 WndProc 返回一个值的情况下，这会启用与 Win32 的集成。
在 Longhorn 应用程序内，输入处理如下所示：
在核心输入系统（以灰色框表示）中，当 IInputProvider 向其相应的 InputProviderSite 通知有关可用输入报告时，输入便会开始。站点会通知 InputManager，后者将输入报告放在临时区域中。然后，会在临时区域上运行各种监视器和筛选器，从而将输入报告变成一系列事件。最后，通过元素树路由事件，并调用处理程序。
键盘和鼠标的输入提供程序通过 HwndSource（未用图表示）的方式从 Win32 USER 获取输入。其他设备可以选择此机制，也可以选择一种完全不同的机制。笔针就是并非来自 HwndSource 的输入的一个示例，笔针的输入提供程序从 wisptis.exe 获取输入，后者又通过 HID（人机接口设备 API）与设备驱动程序进行会话。InputManager 提供了用于注册新的输入提供程序的 API。
筛选器是指侦听 InputManager.PreProcessInput 或 InputManager.PostProcessInput 事件的任何代码。筛选器可以修改临时区域。取消 PreProcessInput 将会从临时区域中删除输入事件。PostProcessInput 将临时区域公开为一个堆栈，即可以将项从临时区域顶部弹出或推入。
监视器是侦听 InputManager.PreNotifyInput 或 InputManager.PostNotifyInput 的任何代码。监视器无法修改临时区域。
返回页首添加新型设备
注我们处于本部分所讨论功能的早期设计阶段，非常感谢您的反馈。以下列出了能够启用设备扩展性的一些方案：
•
向键盘添加新键；向鼠标添加按钮
•
添加能够向应用程序公开 API 的新型设备
•
添加能够模拟现有设备（通常为鼠标和键盘）的新型设备
•
添加能够公开 API 并模拟现有设备的新型设备，以获得与不理解此类设备的应用程序的兼容性
•
使用 HID 添加新设备或设备功能
•
启用使用 HID 的应用程序以获取较低级别的“原始”输入
•
全局启用到操作的绑定输入序列；例如，“mail”键将会启动电子邮件程序（包括前台应用程序不理解 mail 键的情形）
返回页首小结
使用 Avalon 可以完全访问鼠标、键盘以及笔针，从而提供了更高级别的服务，以用于文本输入和命令。
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