在 WinForms 项目中使用全局快捷键

　　借助于全局快捷键，用户可以在任何地方操控程序，触发对应的功能。但 WinForms 框架并没有提供全局快捷键的功能。想要实现全局快捷键需要跟 Windows API 打交道。本文就交你如何使用 Windows API 使用全局快捷键。

了解消息循环机制

消息机制简要介绍

　　一个窗体到底是如何工作的呢？它是如何响应用户的操作的呢？不妨先让我们搞明白一个程序的运行机制吧。

　　在 Windows 上面，一个桌面应用程序是通过消息机制驱动的。消息（Message）携带着对应窗体发生了什么的信息。如，用户按下了按键、鼠标移动或者点击等等。

　　那么工作流程是怎样的呢？

首先，用户做出了一些操作或者一些其他的事情发生了，系统就会创建一条消息出来。接着，把消息投送到当前对应的窗体的线程消息队列。等待应用程序处理消息。消息会携带一个窗体的句柄、一个消息号、以及一些额外信息。这些信息可以告诉应用程序，到底发生了什么事情。
应用程序完成初始化之后，就开始建立消息处理机制。通过不断循环从消息队列获取消息。对于那些有对应目标窗体的消息，将消息转发到对应窗体的窗体处理函数。
窗体处理函数负责处理消息。

在 Win Forms 中，消息的派发机制

　　在　Ｗｉｎ Forms 中， Application.Run 方法就实现了消息处理机制。我们看一下 Program.cs 中的以下代码。这段代码就是创建一个窗体，接着，把窗体传入 Application.Run 方法。而 Application.Run 方法，首先显示这个窗体，接着就开始循环从消息队列获取消息并派发消息了。

[STAThread]
static void Main()
{
    Application.EnableVisualStyles();
    Application.SetCompatibleTextRenderingDefault(false);
    Application.Run(new Form1());
}

　　Application.Run 方法的描述如下：

在当前线程上开始运行标准应用程序消息循环，并使指定窗体可见。

　　那么，能不能直观的看到有哪些消息放到了咱们的消息队列里面呢？通过查看 Application 类的文档，我们找到了如下方法：

public static void AddMessageFilter (System.Windows.Forms.IMessageFilter value);

添加消息筛选器以便在向目标传送 Windows 消息时监视这些消息。

　　很显然，想要查看到消息需要我们实现一个 IMessageFilter 接口的类。我们来编写一个这样的类：如下：

internal class MyMessageFilter : IMessageFilter
{
    public bool PreFilterMessage(ref Message m)
    {
        Console.WriteLine("MyMessageFilter: {0}", m.ToString());
        return false;
    }
}

　　代码非常的易懂。不过值得说到的是，返回 false 的含义是允许这条消息继续向下传递，如果返回 true，则该条消息就不会往下继续传递。

　　下面，我们把这个消息处理器注册到 Application 中去。

　　Main 方法下编写如下的代码：

Application.AddMessageFilter(new MyMessageFilter()); ;
Application.Run(new Form1());

　　第一行就是我们新增加的代码。接着为了能出现控制台窗口，我们应该把程序的目标平台选为 Windows 控制台程序。最后开始执行应用程序。应该就可以在控制台中看到有信息输出了。

窗体的消息处理函数探秘

　　通过 Application 建立的消息派发机制，消息会被发送到下一站，也就是窗体的消息处理函数。在 Win Forms 中，我们可以通过重写消息的处理函数，来窥探这些消息内容。请看如下代码：

internal class Form1 : Form
{
    protected override void WndProc(ref Message m)
    {
        Console.WriteLine("Form1 WndProc: {0}", m.ToString());
        base.WndProc(ref m);
    }
}

消息机制小结

　　通过以上代码，你应该对消息机制有了一个直观的描述。那么，下面会说到我们的今天的主角——热键。由于热键被触发的时候，也是通过消息机制告知应用程序的，因此我们当然要会处理热键消息啦。相信你现在已经可以写出对应的代码了。

导入相关 API

　　注册全局热键和撤销全局热键的 API 文档如下,共你去查阅。

RegisterHotKey

https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/api/winuser/nf-winuser-registerhotkey

UnregisterHotKey

https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/api/winuser/nf-winuser-unregisterhotkey

　　为了能把这两个函数引入我们的程序，我们需要定义一个枚举类。如下：

/// <summary>
/// 为热键提供修饰键选项的枚举。
/// </summary>
[Flags]
public enum KeyModifiers
{
    /// <summary>
    /// 没有修饰键。
    /// </summary>
    None = 0X00,

    /// <summary>
    /// ALT 键。
    /// </summary>
    Alt = 0X01,

    /// <summary>
    /// CTRL 键。
    /// </summary>
    Control = 0X02,

    /// <summary>
    /// SHIFT 键。
    /// </summary>
    Shift = 0X04,

    /// <summary>
    /// Windows 徽标键。
    /// </summary>
    Windows = 0X08,

    /// <summary>
    /// 热键按下时禁止重复发出消息。
    /// </summary>
    NoRepeat = 0X4000
}

　　接着我们引入两个API 函数和一个常量。如下：

/// <summary>
/// 导入和定义 Windows SDK 中关于全局热键函数及常量的静态类。
/// </summary>
internal static class NativeMethods
{
    /// <summary>
    /// 定义使用 <see cref="RegisterHotKey(IntPtr, int, KeyModifiers, VirtualKeys)"/> 注册的热键触发的消息的消息号。
    /// </summary>
    public const int WM_HOTKEY = 0X0312;

    /// <summary>
    /// 注册系统全局热键。
    /// </summary>
    /// <param name="hWnd">关联的窗口句柄。如果此值为零，则与当前县城关联， WM_HOTKEY 消息会放到当前县城的消息队列。</param>
    /// <param name="id">用来标识热键的标识符。</param>
    /// <param name="fsModifiers">修饰键和选项的值。</param>
    /// <param name="vk">虚拟键代码。</param>
    /// <returns>成功返回 true， 失败返回 false。如需错误信息可调用 <see cref="Marshal.GetLastWin32Error"/> 方法。</returns>
    /// <seealso cref="UnregisterHotKey(IntPtr, int)"/>
    /// <remarks>
    /// 当键被按下时，系统会寻找匹配的已注册的全局热键，如果该全局热键与一个窗体关联，则 <see cref="WM_HOTKEY"/> 消息会放到该窗体的消息队列，若未与一个窗体关联，则将 <see cref="WM_HOTKEY"/> 消息发送到对应的线程消息队列。
    /// 该函数无法将全局热键与另一个线程创建的窗体关联。
    /// 如果将要注册的全局热键已被注册，调用该函数将失败。
    /// 如果已注册的全局热键具有与将要注册的全局热键相同的窗体句柄 （hWnd） 和标识符 （id）， 则新注册的全局热键与旧全局热键一起维护。 如果就全局热键需要被新全局热键替换，应该先显示地调用 <see cref="UnregisterHotKey(IntPtr, int)"/> 函数以撤销注册的全局热键， 接着调用该函数注册新的全局热键。
    /// 在 Windows Server 2003 上： 新全局热键与以注册的全局热键具有相同的窗体句柄 （hWnd） 和标识符 （id） 时， 旧全局热键将被新的全局热键替换。
    /// F12 应当保留给调试器使用。
    /// 应用程序必须指定 0x0000 到 0xBFFF之间的值， 共享类库必须指定 0xC000 到 0xFFFF 之间的值给 id 参数。
    /// </remarks>
    [DllImport("user32.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = true)]
    public static extern bool RegisterHotKey(IntPtr hWnd, int id, KeyModifiers fsModifiers, Keys vk);

    /// <summary>
    /// 撤销已经注册的系统全局热键。
    /// </summary>
    /// <param name="hWnd">关联的窗口句柄。如果没有与任何窗口关联，则必须为零。</param>
    /// <param name="id">需要撤销的热键的标识符。</param>
    /// <returns>成功返回 true， 失败返回 false。如需错误信息可调用 <see cref="Marshal.GetLastWin32Error"/>方法。</returns>
    /// <seealso cref="RegisterHotKey(IntPtr, int, KeyModifiers, VirtualKeys)"/>
    [DllImport("user32.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = true)]
    public static extern bool UnregisterHotKey(IntPtr hWnd, int id);
}

　　以上，我们就准备好了相关的类型和平台调用的定义代码。

使用热键的流程

　　使用热键的流程如下：

在必要的时候注册需要的热键。
在必要的时候释放注册的热键。
处理好热键消息。

关联到窗体的热键实例

注册热键

　　下面我们通过注册一个 Ctrl + Shift + H 这一热键，演示关联到窗体的热键的工作流程。首先，区分不同热键的方法是指定不同的 id 标识符。我们首先定义一个常量，规定我们这个热键的标识符：

/// <summary>
/// 定义用于改变窗体显示状态热键的标识符。
/// </summary>
const int ChangeVisibleHotKeyId = 1;

　　接着我们在窗体的 Load 事件下编写如下代码，注册我们需要的热键。

private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
{
    NativeMethods.RegisterHotKey(this.Handle, ChangeVisibleHotKeyId, KeyModifiers.Control | KeyModifiers.Shift, Keys.H);
}

处理热键

　　为了使该热键能实现对应的功能。我们应该重写窗体的处理函数，并且，把 WM_HOTKEY 消息拿出来，并且派遣到另外一个方法实现具体的功能。代码如下：

    protected override void WndProc(ref Message m)
    {
        Console.WriteLine("Form1 WndProc: {0}", m.ToString());

        // 根据消息 id 处理消息。
        switch (m.Msg)
        {
            case NativeMethods.WM_HOTKEY:
                // 我们把热键的 id 取出来，调用处理热键的方法。
                this.ProcessHotKeyMessage(m.WParam.ToInt32());
                break;
            default:
                base.WndProc(ref m);
                break;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 处理热键消息。我们在这里实现热键对应的功能。
    /// </summary>
    /// <param name="hotKeyId">热键的标识符。</param>
    private void ProcessHotKeyMessage(int hotKeyId)
    {
        // 根据不同的id 区分不同的热键。
        switch (hotKeyId)
        {
            case ChangeVisibleHotKeyId:
                this.Visible = !this.Visible;
                break;
        }
}

撤销热键

　　最后，我们在窗体销毁时撤销我们注册的热键，代码如下：

private void Form1_FormClosed(object sender, FormClosedEventArgs e)
{
    NativeMethods.UnregisterHotKey(this.Handle, ChangeVisibleHotKeyId);
}

　　以上,就完成了我们的热键注册工作了。可以执行程序试一下是否能正常工作。

更进一步

　　本文只是展示了关联到窗体的热键的处理流程。还有一种情况是这样的，我们的程序并不需要窗体，那么显然就不需要创建出来一个窗体。那么应该如何处理这个热键呢？没错，你可以在　MessageＦｉｌｔｅｒ　中对热键消息进行处理。

完整代码

以下是本程序的完整代码：

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Windows.Forms;


namespace HotKeyApp
{
    internal class Program
    {
        [STAThread]
        static void Main()
        {
            Application.EnableVisualStyles();
            Application.SetCompatibleTextRenderingDefault(false);
            Application.AddMessageFilter(new MyMessageFilter()); ;
            Application.Run(new Form1());
        }
    }

    internal class Form1 : Form
    {
        /// <summary>
        /// 定义用于改变窗体显示状态热键的标识符。
        /// </summary>
        const int ChangeVisibleHotKeyId = 1;

        public Form1()
        {
            this.Load += Form1_Load;
            this.FormClosed += Form1_FormClosed;
        }

        private void Form1_FormClosed(object sender, FormClosedEventArgs e)
        {
            NativeMethods.UnregisterHotKey(this.Handle, ChangeVisibleHotKeyId);
        }

        private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
        {
            NativeMethods.RegisterHotKey(this.Handle, ChangeVisibleHotKeyId, KeyModifiers.Control | KeyModifiers.Shift, Keys.H);
        }

        protected override void WndProc(ref Message m)
        {
            Console.WriteLine("Form1 WndProc: {0}", m.ToString());

            // 根据消息 id 处理消息。
            switch (m.Msg)
            {
                case NativeMethods.WM_HOTKEY:
                    // 我们把热键的 id 取出来，调用处理热键的方法。
                    this.ProcessHotKeyMessage(m.WParam.ToInt32());
                    break;
                default:
                    base.WndProc(ref m);
                    break;
            }
        }

        /// <summary>
        /// 处理热键消息。我们在这里实现热键对应的功能。
        /// </summary>
        /// <param name="hotKeyId">热键的标识符。</param>
        private void ProcessHotKeyMessage(int hotKeyId)
        {
            // 根据不同的id 区分不同的热键。
            switch (hotKeyId)
            {
                case ChangeVisibleHotKeyId:
                    this.Visible = !this.Visible;
                    break;
            }
        }

    }

    internal class MyMessageFilter : IMessageFilter
    {
        public bool PreFilterMessage(ref Message m)
        {
            Console.WriteLine("MyMessageFilter: {0}", m.ToString());
            return false;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 为热键提供修饰键选项的枚举。
    /// </summary>
    [Flags]
    public enum KeyModifiers
    {
        /// <summary>
        /// 没有修饰键。
        /// </summary>
        None = 0X00,

        /// <summary>
        /// ALT 键。
        /// </summary>
        Alt = 0X01,

        /// <summary>
        /// CTRL 键。
        /// </summary>
        Control = 0X02,

        /// <summary>
        /// SHIFT 键。
        /// </summary>
        Shift = 0X04,

        /// <summary>
        /// Windows 徽标键。
        /// </summary>
        Windows = 0X08,

        /// <summary>
        /// 热键按下时禁止重复发出消息。
        /// </summary>
        NoRepeat = 0X4000
    }

    /// <summary>
    /// 导入和定义 Windows SDK 中关于全局热键函数及常量的静态类。
    /// </summary>
    internal static class NativeMethods
    {
        /// <summary>
        /// 定义使用 <see cref="RegisterHotKey(IntPtr, int, KeyModifiers, VirtualKeys)"/> 注册的热键触发的消息的消息号。
        /// </summary>
        public const int WM_HOTKEY = 0X0312;

        /// <summary>
        /// 注册系统全局热键。
        /// </summary>
        /// <param name="hWnd">关联的窗口句柄。如果此值为零，则与当前县城关联， WM_HOTKEY 消息会放到当前县城的消息队列。</param>
        /// <param name="id">用来标识热键的标识符。</param>
        /// <param name="fsModifiers">修饰键和选项的值。</param>
        /// <param name="vk">虚拟键代码。</param>
        /// <returns>成功返回 true， 失败返回 false。如需错误信息可调用 <see cref="Marshal.GetLastWin32Error"/> 方法。</returns>
        /// <seealso cref="UnregisterHotKey(IntPtr, int)"/>
        /// <remarks>
        /// 当键被按下时，系统会寻找匹配的已注册的全局热键，如果该全局热键与一个窗体关联，则 <see cref="WM_HOTKEY"/> 消息会放到该窗体的消息队列，若未与一个窗体关联，则将 <see cref="WM_HOTKEY"/> 消息发送到对应的线程消息队列。
        /// 该函数无法将全局热键与另一个线程创建的窗体关联。
        /// 如果将要注册的全局热键已被注册，调用该函数将失败。
        /// 如果已注册的全局热键具有与将要注册的全局热键相同的窗体句柄 （hWnd） 和标识符 （id）， 则新注册的全局热键与旧全局热键一起维护。 如果就全局热键需要被新全局热键替换，应该先显示地调用 <see cref="UnregisterHotKey(IntPtr, int)"/> 函数以撤销注册的全局热键， 接着调用该函数注册新的全局热键。
        /// 在 Windows Server 2003 上： 新全局热键与以注册的全局热键具有相同的窗体句柄 （hWnd） 和标识符 （id） 时， 旧全局热键将被新的全局热键替换。
        /// F12 应当保留给调试器使用。
        /// 应用程序必须指定 0x0000 到 0xBFFF之间的值， 共享类库必须指定 0xC000 到 0xFFFF 之间的值给 id 参数。
        /// </remarks>
        [DllImport("user32.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = true)]
        public static extern bool RegisterHotKey(IntPtr hWnd, int id, KeyModifiers fsModifiers, Keys vk);

        /// <summary>
        /// 撤销已经注册的系统全局热键。
        /// </summary>
        /// <param name="hWnd">关联的窗口句柄。如果没有与任何窗口关联，则必须为零。</param>
        /// <param name="id">需要撤销的热键的标识符。</param>
        /// <returns>成功返回 true， 失败返回 false。如需错误信息可调用 <see cref="Marshal.GetLastWin32Error"/>方法。</returns>
        /// <seealso cref="RegisterHotKey(IntPtr, int, KeyModifiers, VirtualKeys)"/>
        [DllImport("user32.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = true)]
        public static extern bool UnregisterHotKey(IntPtr hWnd, int id);
    }
}