摘要：開始動工就我的需求而言，我腦子里第一個浮現的抽象機制就是狀態機，不知為何。一個比較合適的設計是兩層的自動機，第一層用來為這三個一組的事件分組，分好組之后成為第二層狀態機的輸入，一個二元組。

霓虹語標題我都想好了。evdevの力を貸して、Linuxでホットキーの魔改造

Linux用戶就像Minecraft玩家，雖然大家玩的都是Minecraft，但是，臥槽，我們一定是在玩不同的游戲（見到建筑師的MC作品時來自小白的驚嘆）。要讓自己的Linux別人不會用，別人的Linux自己不會用，最重要的當然是要把快捷鍵改得驚天地泣鬼神。

作為一個Vim癮君子，我的需求就是手盡量不要離開主鍵盤區。對，方向鍵我都不想按。于是我想通過一些組合鍵去實現上下左右。有人認為CapsLock按起來方便，我自己比較喜歡按Alt，因為就在空格鍵旁邊，觸手可及。總的來說，我希望Alt+[H|J|K|L]分別變成左下上右，Alt+0變成Home, Alt+4變成End。

我自己試用過很多修改鍵位或者添加熱鍵的工具，包括著名的AutoKey。很可惜，它們大都不好用。比如說，我采取這樣的操作序列Alt Down, K Down, K Up, Alt Up，這些軟件大多會采取在檢測到K Down的時候，同時發出Alt Up, ↑ Down，以便撤銷掉先前一個Alt Down的作用，然后發出↑鍵按下的事件。這里有一個問題，就是很多GUI在Alt Down, Alt Up之后，會喚出菜單，從而失焦于輸入框。

另外一方面就是，真的不是哪里都能用。至少，你不可能拿它去玩賽車游戲。你也不能在TTY中繼續使用這些熱鍵。此外還有許許多多的地方不能使用。熱鍵是一種會上癮的東西，在它失效的時候，你就會有戒斷綜合征。想摔鍵盤。

我試過從GNOME和X11入手，貌似沒有什么好用的方案。XGrabKeyboard一定程度上可以做到接管的效果，但是要指定窗口，似乎還會讓窗口失焦。總而言之稍微有點太繞。不過Linux最好的一點，就是它很裸露。如果從高于驅動低于X11的層入手，興許會有比較好的效果。

evdev內核中通用的輸入設備驅動，它為設備提供了/dev/input下字符設備接口。它非常底層，內核在進行中斷處理后，第一時間就將輸入數據交由它處理。但是它一點都不反直覺，甚至還提供了很好用的工具libevdev，可以直接用Python處理消息。不少人改游戲手柄都是通過evdev進行的。

uinput是一個特殊的虛擬設備，它允許你直接在用戶態向內核插入輸入事件 —— 一般而言就是直接向/dev/uinput寫數據，不過當然，要服從libevdev提供的接口/數據結構。這些事件之后會在另一個evdev字符設備里，假裝是物理設備的輸入，被X的libinput取出來或者由TTY轉為stdin。

這種實驗性的東西就不用C寫了。evdev提供了十分好用的Python Bindings，我們可以直接在Python里寫我們的快捷鍵配置。我們先用pip install evdev安裝它，然后在用它提供的示例腳本來測試一下evdev輸入的究竟是什么東西：sudo python -m evdev.evtest /dev/input/by-path/platform-i8042-serio-0-event-kbd（這里我鍵盤的路徑是i8042鍵盤控制器上的，你需要根據你電腦上的配置來調整）

time 1504189579.19    type 4 (EV_MSC), code 4    (MSC_SCAN), value 21
time 1504189579.19    type 1 (EV_KEY), code 21   (KEY_Y), value 1
time 1504189579.19    --------- SYN_REPORT --------
time 1504189579.28    type 4 (EV_MSC), code 4    (MSC_SCAN), value 21
time 1504189579.28    type 1 (EV_KEY), code 21   (KEY_Y), value 0
time 1504189579.28    --------- SYN_REPORT --------
time 1504189579.29    type 4 (EV_MSC), code 4    (MSC_SCAN), value 18
time 1504189579.29    type 1 (EV_KEY), code 18   (KEY_E), value 1
time 1504189579.29    --------- SYN_REPORT --------
time 1504189579.4     type 4 (EV_MSC), code 4    (MSC_SCAN), value 18
time 1504189579.4     type 1 (EV_KEY), code 18   (KEY_E), value 0
time 1504189579.4     --------- SYN_REPORT --------
time 1504189579.48    type 4 (EV_MSC), code 4    (MSC_SCAN), value 31
time 1504189579.48    type 1 (EV_KEY), code 31   (KEY_S), value 1
time 1504189579.48    --------- SYN_REPORT --------
time 1504189579.64    type 4 (EV_MSC), code 4    (MSC_SCAN), value 31
time 1504189579.64    type 1 (EV_KEY), code 31   (KEY_S), value 0
time 1504189579.64    --------- SYN_REPORT --------

這里我按了yes三個鍵，可以看到，每一個動作（按下或釋放，表現在EV_KEY的value的1或0上），都會產生三個事件，分別是EV_MSC，EV_KEY和EV_SYN。根據 https://lp007819.wordpress.com/2013/02/12/再談linux-input子系統/的說法，事實上是有四個消息的發出，但是第一個通常不被支持（隱身了），第二個MSC_SCAN通常會被應用程序忽略，第三個EV_KEY才是真正會被接收的，第四個是同步，可以看到就是用來產生萌萌的分界線的（笑）

有了這一層認識我們就知道，三個事件合起來，才是一次真正的輸入。

就我的需求而言，我腦子里第一個浮現的抽象機制就是狀態機，不知為何。一個比較合適的設計是兩層的自動機，第一層用來為這三個一組的事件分組，分好組之后成為第二層狀態機的輸入，一個二元組(key-scan-code, up/down/hold)。第二層狀態機我花了好些時間去構思，結果大概是這樣的：

是不是頭都暈了。把它畫出來或許會比較清楚，不過我也沒這個閑心拿繪圖軟件再畫一遍了。有四個狀態，分別是：

正常狀態 (Normal)，除了Alt以外所有鍵都直接發射到uinput里

剛按了下Alt鍵 (Alt)，現在還不能確定Alt鍵會否形成組合鍵

插入狀態 (Inject)，不是我們想要的熱鍵，連剛才的Alt一起發射到uinput里

映射狀態 (Mapped)，是熱鍵，把映射過之后的鍵發射出去，比如按下了K就發射Up

Inject和Mapped狀態之間轉換時，還要把一些Alt鍵的動作補充一下，以防誤導其它應用程序。

關于evdev本身的使用上，evdev的文檔已經說得非常詳盡。在這個腳本里，僅僅用到了少量的功能，比如從/dev/input里讀事件，我是block read，但是你也可以用select或者epoll去異步完成這些操作。：

# 留意！需要Root權限！
dev = evdev.InputDevice("/dev/input/by-path/platform-i8042-serio-0-event-kbd")

for event in dev.read_loop():
    kev = evdev.categorize(event)
    ks.input(kev) # 第一層狀態機
    process(ks) # 第二層狀態機，以第一層狀態的結果為輸入

Inject這樣的操作就是往uinput里面一次過寫三個事件（含同步）：

ui = evdev.UInput()

def __inject(keycode, keystate):
    global ui
 
    ui.write(ecodes.EV_MSC, ecodes.MSC_SCAN, keycode)
    ui.write(ecodes.EV_KEY, keycode, keystate)
    ui.syn()

當然，最重要的一點是怎樣做到獨占讀，也就是托管整個設備的事件處理不讓它側漏呢？我們為它設置GRAB。Grab了之后，整個系統只有當前進程讀得到鍵盤的輸入。如果這個設備已經被別人Grab了，這個操作就會失敗。

dev.grab()
dev.ungrab()

整份代碼已經上傳到 https://github.com/Shihira/la...，歡迎斧正。

參考資料：

https://lp007819.wordpress.com/2013/02/12/再談linux-input子系統/ ，可能需要梯子

https://python-evdev.readthed...