键盘键位修改及管理(Windows篇)

不知道大家生活中有没有遇到这些情况:键盘上某个比较重要的键损坏或失灵而要重新更换键盘,或者在一些游戏、办公软件重的一些默认按键不合理,又或者希望自己DIY出一套属于自己的键位布局。那么我想这篇文章对你会很有帮助。

前几个月因心血来潮想尝试一些其他键位布局(例如Dvorak、Norman、Colemak等),需要修改键盘键位。其实,修改键位的方法也有很多,比较常见的是安装第三方辅助软件修改键位映射和功能。但对于我个人来说,出于简洁安全、自由可控的原因,不太喜欢在自己计算机上安装一些不必要的软件,这个功能完全可以在Windows上通过修改底层的注册表实现。

先说一下这篇文章的大致内容:

  1. 实现原理
  2. 自制管理工具(Python3)


实现原理


在Windows注册表中有个"Scancode Map"(即扫描码映射)的键,我们可以通过修改这个键的值来实现键位映射的更改。


"Scancode Map"的值的格式是"hex:00,00,00,00,00,00,00,00,xx,00,00,00,[yy,yy,yy,yy,...,yy,yy,yy,yy,]00,00,00,00"

前8个16进制的值(即前8组00)表示版本号和头部字节,后4个16进制的值(即最后的4组00)表示结束标志,中间xx表示映射数目,最小值为01(考虑到结束标志的4组00),中括号内为可写项,也是我们修改键位比较关键的部分,每四个代表一组映射。

在我们键盘上每一个按键都有其十六进制扫描码,例如A的扫描码为"1e",其十六进制扫描码修正形式(为了表示方便就这么说吧)就是"001e",B的扫描码为"0030",右ctrl键的扫描码为"e01d",右alt键的扫描码则表示为"e038",空值的扫描码为"0000"(可实现无效按键或者说是屏蔽按键)。具体其他按键扫描码在源码中贴有。

既然我们知道键盘上每一个键都具有其对应的扫描码,那么我们假设需要A和B键互换,应该怎么做呢?这个时候就需要我们向中括号中添加我们需要的值,"30,00,1e,00,"就可以实现将B键的功能映射到物理键盘A上(通俗点说就是敲击键盘上的A键会打出B字符,同时要注意值的顺序)。你以为这样就完了吗?不然。"30,00,1e,00,"只能将B键功能映射在物理键盘A键位上,而物理键位B键并未被映射成A!这很危险,相当于键盘上没有一个按键能实现A的功能,所以我们还得添加一项"1e,00,30,00,"。最后我们的"Scancode Map"的完整值就为"hex:00,00,00,00,00,00,00,00,03,00,00,00,30,00,1e,00,1e,00,30,00,00,00,00,00"。就这一串值就可完全调换A,B键的功能。

再来一个,我们要实现右Alt键能实现右Ctrl键的功能,并且屏蔽掉右Ctrl键,那么其"Scancode Map"值就为"hex:00,00,00,00,00,00,00,00,03,00,00,00,1d,e0,38,e0,00,00,1d,e0,00,00,00,00"。


那么问题来了,既然我知道这个键位和所谓的键盘扫描码之间的对应关系和Scancode值之后,具体怎么实现呢?


别急,我们一步步来,先打开Windows注册表编辑器(在cmd或powershell命令行下键入regedit回车即可打开),然后在"HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Keyboard Layout"这个项下新建一个名为"ScanCode Map"键(右键新建二进制值),然后再右键名称列下的这个"ScanCode Map"修改,这时就可以依次键入编辑那一串hex值了,最后确定就完成了注册表的修改了!


图示如下,先新建这个ScanCode Map的键(右键Keyboard Layout或空白处,然后选择新建二进制值)



然后修改值(我的这个hex值功能是实现左Ctrl和CapsLock互换,毕竟Emacs党)


但是,修改完了后并不能立即生效,因为是通过注册表修改底层键位映射所以需要重启计算机,重启资源管理器也是没有用的。


那么,要还原按键怎么办?也很简单,有两种方法,一是从注册表中删除你创建的ScanCode Map这个键,或者用"hex:00,00,00,00,00,00,00,00,01,00,00,00,00,00,00,00"覆盖掉原来的值就行了。


当然,如果修改的键位比较多的话,通过查各个键位映射值,修改注册表写hex值,就麻烦很多了(很佩服曾经的自己硬是这样写了一些键位布局)。这时我们需要一个工具来管理,可以用第三方软件。但是既然原理我们已经知道了,也并不难远未达到工程级的量级,那完全可以自己实现这个管理工具。我们可以用Java,C++,Python等来写,这不重要,自己喜欢什么就用什么吧。下面是我用Python写的一个布局管理工具。





自制管理工具


这个工具名为layout_manage.py,功能是实现将我们要修改的键位关系转换为hex,并导出bat或reg文件(bat是Windows批处理文件,reg是Windows注册表脚本文件,在这里的功能是将hex值写入前面注册表中"ScanCode Map"这个键中)到layout_bat或layout_reg文件夹中。其本身不带有修改注册表功能(python自身的权限问题),只是生成的文件具有此功能。

即我们想修改以下键位:将qwer和asdf调换位置,小键盘123和789调换位置,屏蔽右shift键。这时我们只需要新建一个文本文件(例如一个名为test.txt的文件),将以下内容写入:


这个文件内容是按键值对组成的,"Q: A"的意思是将物理按键Q映射为A字符,即按Q键敲出A,更容易让人理解,冒号前为物理按键,冒号后为按键功能。说一下这个格式规则:

  1. 忽略大小写
  2. 忽略换行符、冒号、分号前后的空白字符(位于两单词间的空格不忽略,如Left Ctrl中间只能有一个空格)
  3. 小键盘上的字符前需要加n,例如小键盘上的'0'和'.'应分别写为"n0"和'n.'
  4. 一些功能键需正确写入,如:Tab、Esc、CapsLock、Backspace、Delete、Enter、Left Ctrl、Left Windows等

然后我们将这个文件作为参数,传递给layout_manage.py并执行。有两种方法,第一种是直接拖动这个txt文件到layout_manage.py图标上,这样layout_manage.py也能顺利执行。第二种方法是在cmd或powershell中执行命令"python layout_manage.py test.txt",注意路径问题。

此外如果没有其他参数传递给该脚本文件时(即双击直接执行),将会生成一个recover文件,即还原初始键位的文件,也很方便。


附上源码,注释应该很清楚了:

import sys
import os

save_format = "bat"    #这个值可以修改,有两个选项(bat和reg),可选择生成bat批处理文件或者reg注册表脚本文件,功能一样

class CountError(Exception):    #文本文件格式错误异常
    pass

class FileFormatError(Exception):    #save_format值异常
    pass


if save_format not in ["bat","reg"]:
    raise FileFormatError("The variable 'save_format'`s value must be 'bat' or 'reg'.")


if __name__ == "__main__":
    
    if not os.path.isdir("layout_"+save_format):
        os.mkdir("layout_"+save_format)

    if len(sys.argv) == 1:
        if save_format == "bat":
            with open("layout_bat/recover.bat",'w') as f:
                f.write('@echo off\nreg delete "hklm\\system\\currentcontrolset\\control\\keyboard layout" /v "ScanCode Map" /f\necho "键位已恢复,重启系统后生效"\npause')
            input("恢复文件recover.bat已生成至layout_bat文件夹下,以管理员身份右键执行该文件后重启系统生效。\n按回车键退出程序...")

        else:
            with open("layout_reg/recover.reg",'w') as f:
                f.write('Windows Registry Editor Version 5.00\n[HKEY_LOCAL_MACHINE\\SYSTEM\\CurrentControlSet\\Control\\Keyboard Layout]\n"ScanCode Map"=hex:00,00,00,00,00,00,00,00,01,00,00,00,00,00,00,00')
            input("恢复文件recover.reg已生成至layout_reg文件夹下,双击执行该文件后重启系统生效。\n按回车键退出程序...")

    elif len(sys.argv) == 2:
        scan_code_dict = {
            "00 00":"None",
            "01 00":"Esc",    #即Esc键的扫描码是"0001"
            "02 00":"1",
            "03 00":"2",
            "04 00":"3",
            "05 00":"4",
            "06 00":"5",
            "07 00":"6",
            "08 00":"7",
            "09 00":"8",
            "0a 00":"9",
            "0b 00":"0",
            "0c 00":"-",
            "0d 00":"=",
            "0e 00":"Backspace",
            "0f 00":"Tab",
            "10 00":"Q",
            "11 00":"W",
            "12 00":"E",
            "13 00":"R",
            "14 00":"T",
            "15 00":"Y",
            "16 00":"U",
            "17 00":"I",
            "18 00":"O",
            "19 00":"P",
            "1a 00":"[",
            "1b 00":"]",
            "1c 00":"Enter",
            "1d 00":"Left Ctrl",
            "1e 00":"A",
            "1f 00":"S",
            "20 00":"D",
            "21 00":"F",
            "22 00":"G",
            "23 00":"H",
            "24 00":"J",
            "25 00":"K",
            "26 00":"L",
            "27 00":"Semicolon",    #由评论区指出,键盘上的“;”应该用其他值代替,否则会与配置文本文件中的“;”混淆
            "28 00":"'",
            "29 00":"`",
            "2a 00":"Left Shift",
            "2b 00":"\\",
            "2c 00":"Z",
            "2d 00":"X",
            "2e 00":"C",
            "2f 00":"V",
            "30 00":"B",
            "31 00":"N",
            "32 00":"M",
            "33 00":",",
            "34 00":".",
            "35 00":"/",
            "36 00":"Right Shift",
            "37 00":"n*",
            "38 00":"Left Alt",
            "39 00":"Space",
            "3a 00":"Caps Lock",
            "3b 00":"F1",
            "3c 00":"F2",
            "3d 00":"F3",
            "3e 00":"F4",
            "3f 00":"F5",
            "40 00":"F6",
            "41 00":"F7",
            "42 00":"F8",
            "43 00":"F9",
            "44 00":"F10",
            "45 00":"Num Lock",
            "46 00":"Scroll Lock",
            "47 00":"n7",
            "48 00":"n8",
            "49 00":"n9",
            "4a 00":"n-",
            "4b 00":"n4",
            "4c 00":"n5",
            "4d 00":"n6",
            "4e 00":"n+",
            "4f 00":"n1",
            "50 00":"n2",
            "51 00":"n3",
            "52 00":"n0",
            "53 00":"n.",
            "57 00":"F11",
            "58 00":"F12",

            
            "1c e0":"nEnter",
            "1d e0":"Right Ctrl",
            "37 e0":"PrtSc",
            "38 e0":"Right Alt",
            "47 e0":"Home",
            "48 e0":"Up",
            "49 e0":"Page Up",
            "4b e0":"Left",
            "4d e0":"Right",
            "4f e0":"End",
            "50 e0":"Down",
            "51 e0":"Page Down",
            "52 e0":"Insert",
            "53 e0":"Delete",
            "5b e0":"Left Windows",
            "5c e0":"Right Windows",
            }

        fun_key_dict = dict((m.upper(),n) for n,m in scan_code_dict.items())    #键值互换,键值全大写
        content = '00 00 00 00 00 00 00 00'
        
        #用于暂时保存映射前后的键位,判断这次键位修改是否有风险
        before_map_set = set()
        after_map_set = set()

        with open(sys.argv[1]) as f:
            p = f.read().strip().split(';')
            p.remove('')
            content += ' {:0>2x} 00 00 00'.format(len(p)+1)
            try:
                for i in p:
                    if len(i.strip().split(':')) == 2:
                        before_map_set.add(i.split(':')[0].strip().upper())
                        after_map_set.add(i.split(':')[1].strip().upper())
                        content += ' '+fun_key_dict[i.split(':')[1].strip().upper()]+' '+fun_key_dict[i.split(':')[0].strip().upper()]
                    else:
                        raise CountError
                content += ' 00 00 00 00'
            except KeyError:
                print("文件中键名称有误")
                
            except CountError:
                print("文件中未按格式书写")
            else:
                if before_map_set != after_map_set:
                    run = input("此次键位替换存在风险,{}键功能将在键盘上无对应按键,是否继续?(输入y继续,否则退出程序)".format(str(before_map_set-after_map_set)[1:-1]))
                    if run != 'y':
                        sys.exit()

                if save_format == "bat":
                    with open("layout_bat/"+'.'.join(sys.argv[1].split('\\')[-1].split('.')[:-1])+'.bat','w') as g:
                        g.write('@echo off\nreg add "hklm\\system\\currentcontrolset\\control\\keyboard layout" /v "ScanCode Map" /t REG_BINARY /d "{}" /f\necho "键位已完成修改,重启系统后生效"\npause'.format(''.join(content.split())))
                    input("...\n{}文件已生成至layout_bat目录下,右键以管理员身份执行该文件后重启系统生效。\n按回车键退出程序...".format('.'.join(sys.argv[1].split('\\')[-1].split('.')[:-1])+'.'+save_format))

                else:
                    with open("layout_reg/"+'.'.join(sys.argv[1].split('\\')[-1].split('.')[:-1])+'.reg','w') as g:
                        g.write('Windows Registry Editor Version 5.00\n[HKEY_LOCAL_MACHINE\\SYSTEM\\CurrentControlSet\\Control\\Keyboard Layout]\n"ScanCode Map"=hex:{}'.format(','.join(content.split())))

                    input("...\n{}文件已生成至layout_reg目录下,双击执行该文件后重启系统生效。\n按回车键退出程序...".format('.'.join(sys.argv[1].split('\\')[-1].split('.')[:-1])+'.'+save_format))
    else:
        input("传入参数错误,按回车键退出程序...")


另外通过此脚本生成的bat或reg文件可以将其保存好,在其他Windows系统电脑上可以直接执行并修改为你想要的键位,这样可以一次生成,多处适用!切勿用来恶作剧哦。

关于键位布局:我用了一个多月的Dvorak和两个多月的Norman,刚开始练习使用新键位的一周非常痛苦和新鲜,适应之后在英文文章输入的确要快点,但不是很明显。如果是敲code的话,就没什么可比性了。考虑到种种因素(尤其是在用其他人设备时),所以最后还是回归了QWERTY键位。

编辑于 2019-04-25