老週一般很少玩遊戲，在某寶上買了一堆散件，計劃在過年期間自己做個機械臂耍耍。頭腦中劃過一道紫藍色的閃電，想起用遊戲手柄來控制機械臂。機械臂是由樹莓派（大草莓）負責控制，然後客戶端通過 Socket UDP 來發送信號。優先考慮在 PC 和手機上測試，就順便折騰一下 XInput API。當然，讀取手柄數據有多套 API。本文老周先介紹 XInput 方案，後面再介紹 Windows.Gaming.Input 方案。Windows.Gaming.Input 是 UWP API，也可以在.NET 項目中使用。.NET 程序適合用這套 API。
XInput 中的 X 指的就是“西瓜手柄”，哦不，是 XBox 手柄。當然了，並不侷限於 XB 手柄，結構與 XB 相似的手柄也能用。老周用的是北通的阿修羅無線版，經測試是可用的。
XInput API 基本的定義都在 Xinput.h 頭文件中。讀手柄的數值要用到 XInputGetState 函數，它的原型如下：
DWORD WINAPI XInputGetState ( _In_ DWORD dwUserIndex, // Index of the gamer associated with the device _Out_ XINPUT_STATE* pState // Receives the current state )
dwUserIndex 指的是手柄設備索引，範圍爲 0 - 3，也就是隻能連接四個手柄（其實也夠玩了）。如果只連接了一個手柄，這個參數直接用 0 就可以了。如果你想用 for 循環來訪問各個手柄，還可以用到以下宏：
#define XUSER_MAX_COUNT 4
pState 參數是指針類型，指向 XINPUT_STATE 結構體，它只有兩個成員：
typedef struct _XINPUT_STATE { DWORD dwPacketNumber; XINPUT_GAMEPAD Gamepad; } XINPUT_STATE, *PXINPUT_STATE;
DWORD 就是 double word，一個 word 是 16 位無符號整數，兩個就是 32 位。所以 dwPacketNumber 字段是一個整數值。它表示你讀取數據的序號，它的值會不斷累加，在讀取數據時，咱們可以用一個變量保存它的值，每次讀手柄後進行比較，如果這個序號沒有變化，說明用戶沒有操作手柄；相反，如果值不同，表明手柄的狀態有改變。
Gamepad 字段是另一個結構體—— XINPUT_GAMEPAD。
typedef struct _XINPUT_GAMEPAD { WORD wButtons; BYTE bLeftTrigger; BYTE bRightTrigger; SHORT sThumbLX; SHORT sThumbLY; SHORT sThumbRX; SHORT sThumbRY; } XINPUT_GAMEPAD, *PXINPUT_GAMEPAD;
wButtons 表示手柄被按下的按鍵，“w”表示它的值是 word 類型。以下宏定義了這些按鍵：
1、方向鍵。
/* 下面這四個是手柄上的方向鍵：上、下、左、右 */ #define XINPUT_GAMEPAD_DPAD_UP 0x0001 #define XINPUT_GAMEPAD_DPAD_DOWN 0x0002 #define XINPUT_GAMEPAD_DPAD_LEFT 0x0004 #define XINPUT_GAMEPAD_DPAD_RIGHT 0x0008
就是中間那四個，如下圖紅圈內。
2、開始和返回。
#define XINPUT_GAMEPAD_START 0x0010 #define XINPUT_GAMEPAD_BACK 0x0020
如下圖黃圈那兩個鍵：
3、X、Y、A、B 鍵。
#define XINPUT_GAMEPAD_A 0x1000 #define XINPUT_GAMEPAD_B 0x2000 #define XINPUT_GAMEPAD_X 0x4000 #define XINPUT_GAMEPAD_Y 0x8000
就是右搖桿上面的四個鍵，如下圖綠色圈內部分：
4、下面兩個表示搖桿上的按鈕按下時觸發：
/* 左搖桿按下 */ #define XINPUT_GAMEPAD_LEFT_THUMB 0x0040 /* 右搖桿按下 */ #define XINPUT_GAMEPAD_RIGHT_THUMB 0x0080
5、下面兩個是“肩膀”鍵，在手柄的左上角和右上角。
#define XINPUT_GAMEPAD_LEFT_SHOULDER 0x0100 #define XINPUT_GAMEPAD_RIGHT_SHOULDER 0x0200
下圖中藍色圈內就是。
好，回到 XINPUT_GAMEPAD 結構體，接着看其他字段。
typedef struct _XINPUT_GAMEPAD { …… BYTE bLeftTrigger; BYTE bRightTrigger; SHORT sThumbLX; SHORT sThumbLY; SHORT sThumbRX; SHORT sThumbRY; } XINPUT_GAMEPAD, *PXINPUT_GAMEPAD;
bLeftTrigger 和 bRightTrigger 是兩個扳機鍵，玩打鬼子游戲時用來開槍，它的範圍是 0 - 255，所以類型是字節。
後機四個 sThumb-- 是兩個搖桿的讀數（左搖桿的X、Y值，右搖桿的X、Y值），範圍是有符號的 16 位整數值，取值在 -32768 和 32767 內，搖桿位於中心位置時，讀值爲 0。搖桿向前（向上）推時Y爲正值，向後（向下）推時Y爲負值；搖桿向左推時X爲負值，向右推時X爲正值。
就這樣了，有了上述知識，你已經可以讀手柄了。下面咱們做個示例。
新建一個 C++ 控制檯項目就可以了，不需要 Windows / Win32 應用。
a、包含 Xinput.h 頭文件。
#include <stdio.h> #include <Windows.h> #include <Xinput.h>
b、光包含頭文件還不行，因爲項目默認沒有導入相關的 .lib 文件。.lib 可不是什麼靜態庫，只是描述動態庫的符號罷了。在“解決方案”窗口右擊項目，打開屬性窗口。“配置”處選“所有”，免得爲 Debug 和 Release 版本重複配置。
在左邊導航節點中找到“鏈接器” -> “輸入”，並選中。在窗口右邊點擊“附加依賴項”右邊的下拉箭頭，點擊“編輯...”。
在彈出的對話框中加上 “Xinput.lib”。
確定保存即可。
下面是整個程序的代碼：
#include <stdio.h> #include <Windows.h> #include <Xinput.h> /* 此變量保存讀數序號 */ static unsigned long readOrder = 0; /* 入口點 */ int main(int argc, char** argv) { /* 開始讀數 */ XINPUT_STATE xis = { 0 }; while (1) { if (ERROR_SUCCESS != XInputGetState(0, &xis)) { continue; /* 這一次沒讀成功，下一次再讀 */ } /* 注意比較一下數據序號，相同的值不需要處理 */ if (readOrder == xis.dwPacketNumber) { continue; } /* 保存新的序號 */ readOrder = xis.dwPacketNumber; /* 分析數據 */ printf_s("左搖桿：x= %d，y= %d\t右搖桿：x= %d，y= %d\n", xis.Gamepad.sThumbLX, xis.Gamepad.sThumbLY, xis.Gamepad.sThumbRX, xis.Gamepad.sThumbRY); /* 休息一會兒 */ Sleep(60); } printf_s("即將退出\n"); return 0; }
XInputGetState 函數調用成功，返回 ERROR_SUCCESS，也就是 0。注意：每次讀取後，要比較一下數據序號，如果新序號沒有變，說明手柄的狀態未改變，不用處理；如果值不相同，說明有新的狀態，要處理，並且保存最新的數據序號。
把你的手柄連接好，運行程序。接着推動左右搖桿，會看到控制檯打印各個座標值。
如果需要，還可以加入對按鍵的判斷，比如這裏，我加入對 X、Y、A、B 鍵的判斷。
while (1) { ……………… /* 判斷按鍵 */ if ((xis.Gamepad.wButtons & XINPUT_GAMEPAD_A) == XINPUT_GAMEPAD_A) { printf_s("你按下了【A】鍵\t"); } else if ((xis.Gamepad.wButtons & XINPUT_GAMEPAD_B) == XINPUT_GAMEPAD_B) { printf_s("你按下了【B】鍵\t"); } else if ((xis.Gamepad.wButtons & XINPUT_GAMEPAD_X) == XINPUT_GAMEPAD_X) { printf_s("你按下了【X】鍵\t"); } else if ((xis.Gamepad.wButtons & XINPUT_GAMEPAD_Y) == XINPUT_GAMEPAD_Y) { printf_s("你按下了【Y】鍵"); } printf_s("\n"); /* 休息一會兒 */ Sleep(60); }
各個鍵位的宏所定義的值都是佔用一個二進制位，所以這裏咱們可以通過位運算來確定哪個按鈕被觸發。
效果如下：
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好了，現在，離模擬鼠標動作不遠了，下一步就是如發送消息了。發送輸入模擬需要用 SendInput 函數。它的原型如下：
UINT SendInput( UINT cInputs, // number of input in the array LPINPUT pInputs, // array of inputs int cbSize); // sizeof(INPUT)
爲了好看，我去掉修飾參數的宏。這個函數如果返回 0，說明輸入消息發送不成功；成功的時候是返回已發送的消息數。調用這個函數的核心是 INPUT 結構體。一個 INPUT 實例就代表一條指令，一個操作可能會有多條指令完成，所以， INPUT以數組的形式傳遞。
cInputs 參數指定數組中 INPUT 實例的個數，cbSize 是一個 INPUT 實例的大小（字節，用 sizeof 運算符）。pInputs 就是指向 INPUT 數組第一個元素的指針。
然後，咱們瞭解一下 INPUT 結構體。
typedef struct tagINPUT { DWORD type; union { MOUSEINPUT mi; KEYBDINPUT ki; HARDWAREINPUT hi; } DUMMYUNIONNAME; } INPUT, *PINPUT, FAR* LPINPUT;
指向 INPUT 結構的指針是 LP（長指針、分配遠程堆，所以有 far），這個咱們一般不用管它，這東西是16位處理器的遺留物，現在處理器都 32 位以上了。不過，咱們得關注的是：這個結構體裏面，除了第一個字段 type，其他的字段是共用內存的（union）。說人話就是，mi、ki、hi 字段的偏移地址相同。不過，這個結構體是 8 字節對齊的，type 只有4字節，剩下4字節留空，下一個字段是從第9個字節開始（偏移是8）。最後就相當於第一個字段用了8字節，後面的字段用32字節，整個結構體40字節。如果 dll import 到 .NET 項目，得注意這個偏移，不然後無法調用。如果你照抄網上的 PInvoke 代碼，至少在 64 位系統上是不起作用的。老周後面的水文中會告訴大夥伴們怎麼 Dll Import，
mi、ki、hi 這幾個貨的大小並不一致，分別佔用 32、24、8 字節。爲了使用訪問性能最優，故選擇 8 字節對齊。說人話就是程序單次處理8個字節，如 8、16、24、32、64 等。
INPUT 結構體的 type 字段指明要模擬的輸入類型：
#define INPUT_MOUSE 0 /* 鼠標 */ #define INPUT_KEYBOARD 1 /* 鍵盤 */ #define INPUT_HARDWARE 2 /* 硬件消息 */
從名字就知道是啥了，就是模擬鼠標、鍵盤事件，這兩個是最常用的；第三個是除鼠標、鍵盤以外的硬件輸入消息，直接用消息編號，這個極少用。這三個值對應 INPUT 結構體中的 mi、ki、hi 字段。
咱們的例子只是模擬鼠標動作，所以用到 MOUSEINPUT 結構體。
typedef struct tagMOUSEINPUT { LONG dx; LONG dy; DWORD mouseData; DWORD dwFlags; DWORD time; ULONG_PTR dwExtraInfo; } MOUSEINPUT, *PMOUSEINPUT, FAR* LPMOUSEINPUT;
dwFlags 是一個整數值，可以由多個二進制組合使用，包括：
#define MOUSEEVENTF_MOVE 0x0001 /* mouse move */ #define MOUSEEVENTF_LEFTDOWN 0x0002 /* left button down */ #define MOUSEEVENTF_LEFTUP 0x0004 /* left button up */ #define MOUSEEVENTF_RIGHTDOWN 0x0008 /* right button down */ #define MOUSEEVENTF_RIGHTUP 0x0010 /* right button up */ #define MOUSEEVENTF_MIDDLEDOWN 0x0020 /* middle button down */ #define MOUSEEVENTF_MIDDLEUP 0x0040 /* middle button up */ #define MOUSEEVENTF_XDOWN 0x0080 /* x button down */ #define MOUSEEVENTF_XUP 0x0100 /* x button down */ #define MOUSEEVENTF_WHEEL 0x0800 /* wheel button rolled */ #if (_WIN32_WINNT >= 0x0600) #define MOUSEEVENTF_HWHEEL 0x01000 /* hwheel button rolled */ #endif #if(WINVER >= 0x0600) #define MOUSEEVENTF_MOVE_NOCOALESCE 0x2000 /* do not coalesce mouse moves */ #endif /* WINVER >= 0x0600 */ #define MOUSEEVENTF_VIRTUALDESK 0x4000 /* map to entire virtual desktop */ #define MOUSEEVENTF_ABSOLUTE 0x8000 /* absolute move */
這裏老周僅模擬移動、左鍵按下/彈起、右鍵按下/彈起，以及滾輪。如果要模擬滾輪，要指定 MOUSEEVENTF_WHEEL，滾輪的值通過 MOUSEINPUT 結構體的 mouseData 字段傳遞。
把前面的示例程序改一下，這回咱們不輸出文本了，而是從手柄讀數據，然後用 SendInput 函數發送鼠標模擬。
while (1) { if (ERROR_SUCCESS != XInputGetState(0, &xis)) { continue; /* 這一次沒讀成功，下一次再讀 */ } /* 注意比較一下數據序號，相同的值不需要處理 */ if (readOrder == xis.dwPacketNumber) { continue; } /* 保存新的序號 */ readOrder = xis.dwPacketNumber; // 轉換一下 int xx = xis.Gamepad.sThumbRX / 1000; int yy = -xis.Gamepad.sThumbRY / 1000; // 這個是滾輪 int wheel = xis.Gamepad.sThumbLY / 500; /* 準備發送消息 */ INPUT mouseAction = { 0 }; mouseAction.type = INPUT_MOUSE; // 設置偏移座標 mouseAction.mi.dwFlags = MOUSEEVENTF_MOVE | MOUSEEVENTF_WHEEL; mouseAction.mi.dx = xx; mouseAction.mi.dy = yy; mouseAction.mi.mouseData = wheel; // 滾輪數據 SendInput(1, &mouseAction, sizeof(INPUT)); /* 模擬左鍵單擊 */ if ((xis.Gamepad.wButtons & XINPUT_GAMEPAD_A) == XINPUT_GAMEPAD_A) { // 一次單擊包含兩條消息：按下 + 彈起 INPUT leftDown = { 0 }; leftDown.type = INPUT_MOUSE; leftDown.mi.dwFlags = MOUSEEVENTF_LEFTDOWN; INPUT leftUp = { 0 }; leftUp.type = INPUT_MOUSE; leftUp.mi.dwFlags = MOUSEEVENTF_LEFTUP; // 創建數組 INPUT cmds[] = { leftDown, leftUp }; SendInput(2, cmds, sizeof(INPUT)); } /* 模擬右鍵單擊 */ if ((xis.Gamepad.wButtons & XINPUT_GAMEPAD_B) == XINPUT_GAMEPAD_B) { // 也是兩條消息：右鍵按下 + 彈起 INPUT rightDown = { 0 }; rightDown.type = INPUT_MOUSE; rightDown.mi.dwFlags = MOUSEEVENTF_RIGHTDOWN; INPUT rightUp = { 0 }; rightUp.type = INPUT_MOUSE; rightUp.mi.dwFlags = MOUSEEVENTF_RIGHTUP; // 創建數組 INPUT inputs[] = { rightDown, rightUp }; SendInput(2, inputs, sizeof(INPUT)); } /* 休息一會兒 */ Sleep(60); }
MOUSEINPUT結構體的 dwFlags 字段要注意一下：
1、移動鼠標用的是 MOUSEEVENTF_MOVE， 滾輪用的是 MOUSEEVENTF_WHEEL。這裏老周是把兩者合起來發送：MOUSEEVENTF_MOVE | MOUSEEVENTF_WHEEL；
2、MOUSEEVENTF_MOVE 值可以與 MOUSEEVENTF_ABSOLUTE 值組合用。如果指定了 MOUSEEVENTF_ABSOLUTE，表示使用絕對定位座標，值的範圍在 0 和 65535 之間。這個範圍不管你的顯示器屏幕的大小，總之，左上角是 (0, 0)，右下角是 (65535, 65535)，鼠標指針的位置在這範圍內換算。這裏不用 MOUSEEVENTF_ABSOLUTE 值，dx、dy 就變成移動量，以像素爲單位的。正值表示向下/向右移動；負值表示向上/向左移動。這裏還是選擇移動量好一些，可避免鼠標指針飄得太快難以操控。例如，-22 表示向反方向移動 22 像素，+50 表示正向移動 50 像素。
前面的演示中咱們知道搖桿的讀值是 -32768 到 32767，這個值有點大，所以老周做了運算：
int xx = xis.Gamepad.sThumbRX / 1000; int yy = -xis.Gamepad.sThumbRY / 1000; // 這個是滾輪 int wheel = xis.Gamepad.sThumbLY / 500;
移動量除以 1000，滾輪值除以 500。這個換算不是固定的，只是老周覺得這個值比較合適，除數的值越大，活動的範圍越小。
在上面演示中，老周用 A 鍵模擬左鍵單擊，B 鍵模擬右鍵單擊。左搖桿的 Y 方向模擬滾輪，右搖桿模擬鼠標指針的移動。當然，你可以使用任何你喜歡的鍵和搖桿來模擬。我這裏僅作參考。
用手柄移動手柄的效果如下：
模擬鼠標點擊效果如下：
滾輪模擬的效果如下：
好了，今天就說到這裏。下一篇咱們用 .NET P/Invoke 來實現。