24. Qt键盘记录器开发教程：Windows钩子与动态库应用

1.前言

这个键盘记录器同样是我以前的兴趣之作，研究了良久才完成的，现在拿来作为大家的一个学习Qt的项目。

同时该项目里面不仅仅含有Qt知识，还含有很多其它WIndows开发的神奇知识点，也当是给大家开开眼界了。

它的作用就是，可以记录你每天电脑敲击键盘的数量，并显示出你敲击数量最多的前十个键，成品如下：

是不是感觉还不错呢？

所以接下来，我就带大家一步一步将这个软件给做出来，当然建议你跟我一样，使用VS开发，因为这个解决方案里面将至少包含两个项目，用Qtcreator的话，确实不方便。

之所以说是至少，因为我本来还想给它写个服务器，弄个多人排行榜之类的东西。

也就是说，这个软件只是一个单机版的，单纯就是用来记录我们每天敲击键盘数量的软件，每天晚上看一看自己一天的成果，是不是也很有成就感呢！

2.理论知识

首先我们看这个项目的核心功能，是统计用户敲击键盘按键的次数。

为了实现这一功能，我们就需要用到Windows编程中的钩子概念。

在WIndows窗口编程，乃至MFC编程中，相信大家最记忆犹新的就是消息循环，我们的窗口应用程序启动后，是如何接收到用户的鼠标、键盘消息的呢？

这就是通过我们的Windows系统，将我们移动鼠标，点击键盘的消息收集起来，然后发送给你应用程序的。

最常见的就是，我们窗口上开了很多个应用程序，比如微信、QQ，那么我们的按键消息应该发送给哪个应用程序呢？

经验来看，一般是最前面的那一个窗口，我们称当前接收系统发送消息的窗口，为焦点窗口。

一般来说，即使你开了很多程序，系统也只会将我们的按键消息发送给其中一个焦点窗口。

而所谓钩子，就是在系统发送给窗口的中途，设下了一个关卡，即系统无论发送给哪个窗口，都必须经过这个关卡。

现在你听着可能没啥感觉，举个例子，当你输入QQ账号密码时，你按下的每一个按键都将作为消息，发送给QQ，这是正常情况下。

然后当我们设下了一个钩子时，系统发送的消息就必须先经过我们这里，然后我们可以任意处理该消息，早期盗号的木马病毒，很多就是用的这个技术，你的QQ密码还没到QQ程序，在半路就被拦截下来了。

而想要做一个这样的钩子，就必须使用动态库，为什么呢？

这就涉及到了进程相关的知识，不懂的可以先看看本站的另一篇文章：进程与线程。

我们平时说的内存8G，16G，32G，一般指电脑的运行内存，即电脑同时可以容纳多大的程序运行，比如我目前的电脑就是16G的：

而我们平时在编写程序中，所说的申请内存，其实就是申请的这个内存，无论临时变量（栈中）还是全局变量，new变量（堆中），都是它，这些名称只是我们在特定情况下，给某些内存人为的赋予了不同的涵义而已。

一般32位应用程序最大为4G内存（2的32次方），而64位应用程序最大是很多T的内存（2的64次方）。

那为什么我们电脑运行这么多程序，电脑占用内存还是这么低呢？

这就涉及到了一个叫做虚拟内存的概念，可以查看本站的另一篇文章：逆向基础。

为什么需要了解这些看起来枯燥且乏味的理论知识呢？就是因为我们这里要用到这个。

动态库的作用就是，当它被加载到内存中时，可以被多个exe程序，即进程，加载到自己的地址空间中，虽然一般它在内存中只有一份（只要你不改变动态库中的变量值），但它却可以同时被所有进程使用。

这就是使用动态库的优点：节约空间。

由于进程之间的互不关联性，所以我们不能在我们的程序中，去统计系统发给别的应用程序的消息。

而这里通过动态库的这一特性：可以加载到所有exe程序（进程）中，我们就可以完成这样的任务！

我们将钩子写在动态库中，只要我们的exe程序启用并加载这个动态库，那么系统中其它所有的程序接收的系统信息，就都必须经由这个动态库。

因为一旦启用钩子，这个动态库就会被系统强制加载到所有接收消息的进程中。

这样我们就可以统计按键消息了！

说了这么多，可能你依旧还是云里雾里的，但没关系，我们边写代码边理解！

3.建立项目

还是创建Qt组件应用程序：

这里解决方案与项目直接同名即可，注意不要勾选将这两者放在同一个目录：

前面的选项都为默认即可，到下图的步骤时，选择QMainWindow比较方便，因为我们需要菜单等正常窗口所需要的东西，它里面就有现成的：

然后我还勾选了预编译头文件，因为如果你Qt用的比较多的话，就会发现它编译特别慢，每次编译运行都要等好久，而MFC就会比它快很多。

难道是MFC设计的比Qt好吗？那可不一定，最主要的原因就是MFC是自动开启了预编译的，而Qt我们一直没有使用过预编译，所以编译速度会相差很大。

所以这里我就带大家使用一下预编译，然后上图点击Finish即可。

这样我们的基本项目就建立好了，剩下的就不用管它了，后面我们再对它进行写代码之内的操作

然后我们还需要给这个解决方案再添加动态库项目，至于如何使用，我们后面会谈到：

选择动态链接库：

名字就叫KLEngine吧，即KeyLog Engine，键盘日志引擎：

虽然名字看起来高大上，其实就是个动态库而已，不用太过纠结，其作用我们后面马上就会谈到。

建好之后，如下图：

注意动态库这个项目，我将自动生成的那个dllMain文件删除了，然后分别添加了一个头文件与一个源文件，KLEngine。

这么做也没啥其它原因，纯属是为了好看，因为动态库我们知道，要想给别人用，就得把头文件交给别人。

所以这里就有了这个KLEngine.h，目的是拿给其它项目使用，既然头文件都叫这个名字，源文件也跟它同名不是更好吗？所以就有了对应的源文件。

至于自动生成的那个文件，里面的代码我们这里用不着，留着也没用。

源文件中除了包含的头文件，没有任何代码：

这样，我们的项目就搭建好了，接着我们还需要添加一个Qt的组件，因为我们这个软件是采用的图表的形式展示数据，那些基本的Qt控件肯定是无法完成这一重任的。

经过浏览搜索，我们可以查到，Qt提供了一个额外的QChar组件，可以用来表示图表数据。

来到Qt的安装文件夹，点击下图这个程序：

进入后，先登录，然后来到下图，选择第一个：

然后找到我们当前安装的qt版本，从额外库中找到库Qt charts，然后进行下载安装即可：

这样我们的前置工作就做好了。

4.动态库编写

前面建好了项目，下面我们就首先把动态库写好，方便我们的主程序使用。

首先介绍一下我们主要使用的一个函数，那就是win API函数SetWindowsHookEx：

HHOOK SetWindowsHookExW(
  [in] int       idHook,
  [in] HOOKPROC  lpfn,
  [in] HINSTANCE hmod,
  [in] DWORD     dwThreadId
);

该函数的作用就是在我们的系统里面挂一个钩子，下面来看一看它的参数：

1. 第一个参数，就是要挂的钩子类型，比如这里我们要挂的键盘钩子，还有其它的比如鼠标钩子等等，更多的请参考官方文档,这里我们要填的值是WH_KEYBOARD
2. 第二个参数，为回调函数，即当系统拦截到消息给钩子后，用哪个函数进行处理？
3. 第三个参数，即本DLL的模块句柄，和前面提到的窗口句柄一样，用来标识的，可以通过函数GetModuleHandle(L"KLEngine.dll")获取，它唯一的参数就是模块的名称，如果你的DLL项目名称与我不同，那么这里这个名字就得改为你自己的1
4. 第四个参数，启动这个钩子的线程ID，这里直接填NULL即可。

所以总结来说，填好参数的函数为：

SetWindowsHookEx(WH_KEYBOARD,keyfun,GetModuleHandle(L"KLEngine.dll"), 0);

keyfun为回调函数。

而对应的回调函数也有讲究，格式如下：

LRESULT CALLBACK  keyfun(int code, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {

	return CallNextHookEx(hookKey,code,wParam,lParam);
}

上面是一般写法，调用了一个API函数CallNextHookEx，然后参数就是这个回调函数的参数。

看这个函数的名字我们也能大概猜到，将接收到的内容再交给下一个钩子，如果不用这个函数的话，就会导致你的键盘会彻底失效，因为系统所有的键盘消息都发送到你这个函数中，然后你就不往后面传了。

这就会导致电脑里面所有的应用程序都接收不到键盘消息，从而导致键盘失效。

看到这里有没有什么想法呢？如果再将鼠标消息也拦截了，不就无法操作电脑了……

回到主题，这三个参数的含义是根据你设置的什么钩子决定的，在官方文档，你就应该点击下面这个回调函数：

1. 第一个参数，如果为HC_ACTION ，就说明有按键消息。
2. 第二个参数，虚拟键码，即前面我们提到过的 字符’A’代表的ASCII数值，就代表了我们的按下的A键，可以点击这里查看所有的虚拟键码。
3. 第三个参数，按键消息标志，有很多，可以自己去官方查看，我们这里用到的是它的第31位（从1开始，共32位），代表先前键的状态，比如你按下A键并放开，会有有两个消息，一个是按下的，一个是弹起的。

然后我们的回调函数就可以写为：

LRESULT CALLBACK  keyfun(int code, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {

	if (code== HC_ACTION&&(lParam&0x40000000)) {
		keyLogs.k[wParam]++;
	}
	return CallNextHookEx(hookKey,code,wParam,lParam);
}

意思就是，如果有键盘消息，而且上一次该键是按下状态，那么就将对应的键盘值加1，这是我的写的一个结构体，暂时不用管。

下面来看一看0x400000000这个值怎么来的：

0100 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000

上方是二进制的表示方法，根据2进制与16进制的关系，4位变一位，所以16进制最高位为0100，即4，其它都是0，所以就有了这个值，通过与运算，就能判断对应的参数位上，是否也是1

然后我们再来看一看上方提到的结构体：

struct Key
{
	unsigned k[0xFF];//存储按键次数
	unsigned Checksum;//和校验
};

这个结构体很简单，就一个数组和一个值，这里使用的unsigned ，等价于unsigned int，即无符号整型，说人话就是正数。

那个数组的作用就是存储所有键值按下的数量，为什么是0xFF个呢？因为官网说的最大值就是0xFE：

所以前面我们就可以直接根据回调函数传入的虚拟键码值进行传参。

至于另一个值，我注释写的校验和，即防止被人逆向篡改（只是说增大其篡改的难度），至于怎么用，马上会讲到的，原理很简单，就是将所有的键值按键数量相加就行了。

然后就是很重要的，申请变量环节，因为前面我们理论已经提到过，各个进程虽然位于同一电脑内存中，但却是互不干涉的。

而动态库却可以用一份内存，加载到不同的进程中，但也仅限于加载使用，一旦你涉及更改动态库中的变量，系统为了防止影响其它进程，就会单独拷贝一份出来到内存里专门供该进程使用。

这就会导致，我们根本无法统计整合数据，因为动态库在内存中不再是一份内存，各个程序的按键值都是自己加自己的，没办法求和。

所以这里我们就得禁止系统的这一行为：

#pragma data_seg("Shared")
Key keyLogs{};
HHOOK hookKey = NULL;
#pragma data_seg()

#pragma comment(linker,"/section:Shared,rws")

详细介绍可以参考我的这一篇文章：共享内存。

上方的格式基本是固定的，只需要将变量申请在两个#pragma data_seg之间即可，注意这里面的变量一定要进行初始化！

这里除了一个Key 变量，还有一个HHOOK ，即钩子句柄，用于标识我们挂的钩子。

上面基本就是动态库的所有重要内容，其实并不是很难，可能原理有点抽象，但你可以看一看我的那篇window共享内存的解释，应该会有所感悟。

首先是头文件：

#pragma once
struct Key
{
	unsigned k[0xFF];//存储按键次数
	unsigned Checksum;//和校验
};
extern "C" __declspec(dllexport) bool SetHook();
extern "C" __declspec(dllexport) bool UnSetHook();
extern "C" __declspec(dllexport) Key GetKeyNum();
extern "C" __declspec(dllexport) void Clear();

然后是源文件：

#include "pch.h"
#include"KLEngine.h"

#pragma data_seg("Shared")
Key keyLogs{};
HHOOK hookKey = NULL;
#pragma data_seg()

#pragma comment(linker,"/section:Shared,rws")


LRESULT CALLBACK  keyfun(int code, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {

	if (code== HC_ACTION&&(lParam&0x40000000)) {
		keyLogs.k[wParam]++;
	}
	return CallNextHookEx(hookKey,code,wParam,lParam);
}


bool SetHook() {
	hookKey=SetWindowsHookEx(WH_KEYBOARD,keyfun,GetModuleHandle(L"KLEngine.dll"), 0);
	if (hookKey == NULL) {
		return false;
	}
	return true;
}

Key GetKeyNum(){
	return keyLogs;
}

bool UnSetHook() {
	if (hookKey == NULL) {
		return false;
	}
	return UnhookWindowsHookEx(hookKey);
}

void Clear() {
	memset(&keyLogs,0,sizeof(keyLogs));
}

这些函数封装了相应的操作，方便我们在程序中使用：

1. SetHook：设置钩子
2. UnSetHook：卸载钩子
3. GetKeyNum：获取统计的数据
4. Clear：清空数据

这样，我们的动态库就写好了，代码不难，难的可能是这个概念，需要自己好好理解一下。

然后我们就可以点击生成该动态库项目（这个不会还不会吧？解决方案右键该项目，点击生成即可），将头文件以及生成的动态库与静态库复制到主项目中：

注意这里是Debug版本，这个一般需要对应，即主程序是Debug版本，那么动态库也要是Debug，release同理，不要混用。

5.主程序

由于本程序不似前面的程序，涉及的知识面相当广。

我尝试过从头开始讲，但发现那会相当繁琐，而且能学到这里，相信各位已经有很强的自学能力了以及一定的看源码能力了。

所以我打算采取直接将项目文件上传，你可以直接点击keylog进行下载。

接下来，我将直接对着项目中的源码，根据逻辑直接一步一步进行讲解。

5.1 准备动态库的使用

首先将动态库的头文件添加进来，注意这里将dllexport改为dllimport:

然后在预编译头文件中，添加动态库的使用：

注意这里预编译文件名字为stdafx，不是pch，这个名字其实可以自己在设置里面改，不过一般我们用默认的即可。

然后在项目属性中，添加Qt Charts库的使用：

注意，release版本与debug版本需要分别添加，即需要操作两次，并且这个项目默认用的6.2.4版本，你可以直接在这里更改为你当前所使用的版本。

首先我们来看看如何使用这个图表库，首先在预编译头文件中添加头文件：

QtCharts这个头文件里面就包含了所有图表类，比如常见的扇形、柱形、折现等等。

然后我们就开始从构造函数开始讲起。

5.2 构造函数

构造函数很简单，仅仅只是调用了三个函数：

这三个函数都是我写的初始化函数，用于初始化三个不同方面的数据

至于第三个，那是我们前面编写的动态库里面的函数，就不多说了，这肯定是必须的。

首先是InitFileData函数，这个函数用于初始化本软件的相关文件数据：

首先我们尝试随便创建一个文件：

    //判断是否具有足够权限
    QFile file("t.dat");
    bool ret = file.open(QIODevice::WriteOnly);
    if (!ret) {
        QMessageBox::warning(this, "错误", "无法读写数据,请尝试以管理员权限启动!\n");
        Exit();
    }
    file.close();
    remove("t.dat");
    //判断数据目录是否存在

这是为了判断当前程序是否有对当前目录写文件的权限，如果没有，那就直接退出，调用Exit函数，这个函数也为自己写的，很简单：

void KeyLog::Exit()
{
    this->close();
    tray->hide();
    UnSetHook();
    QApplication::exit(0);
    ExitProcess(0);
}

先是关闭当前程序，然后关闭托盘tray，这个在后面的UI初始化会讲到，然后UnSetHook删除钩子，最后 QApplication::exit(0);退出程序，以及ExitProcess退出进程，格式很固定。

接着就是正式读取或写入数据文件的代码了：

    QDir dir(".\\Data\\");
    ret = dir.exists();
    if (!ret) {
        dir.mkdir(".\\Data\\");
    }
    //判断当天文件数据是否存在
    date = "Data\\" + QDate::currentDate().toString("yyyyMMdd");
    file.setFileName(date);
    ret = file.exists();
    if (ret) {
        ret = ReadFromFile();
        if (!ret) {
            bool ret = WriteToFile(true);
            if (!ret) QMessageBox::warning(this, "错误", "写入数据失败");
        }
    }
    else {
        bool ret = WriteToFile(true);