Python keyboard 模块：实现非阻塞按键监听与程序优雅退出

在使用 keyboard 模块进行自动化或交互式编程时，一个常见的需求是程序能够在后台持续运行，同时又能响应用户的按键输入，例如按下某个键来停止当前操作。然而，直接使用 keyboard.read_key() 函数可能会导致程序行为不符合预期，因为它是一个阻塞式函数。

理解 keyboard.read_key() 的阻塞特性

keyboard.read_key() 函数的设计目的是等待一个键盘事件发生，然后返回该事件的名称或扫描码。这意味着，一旦程序执行到 kbd.read_key() 这一行，它将暂停所有后续操作，直到用户按下任意一个键。对于需要持续执行某些任务（例如自动按键）并同时监听特定停止指令的场景，这种阻塞行为是不可接受的。

考虑以下示例代码，它尝试在持续自动按键的同时，通过按下“q”键来停止：

import keyboard as kbd
from time import sleep

while True:
    kbd.press("space")
    sleep(0.1)
    kbd.release("space")            
    # 程序将在此处停止，直到有按键输入
    if kbd.read_key() == "q":
        break

上述代码的问题在于，if kbd.read_key() == "q": 这一行会使得 while 循环在每次迭代时都暂停，等待用户输入。这不仅会中断自动按键的流畅性，也无法实现真正的“后台监听”效果。

解决方案：利用 keyboard.add_hotkey() 实现非阻塞按键监听

为了实现非阻塞的按键监听，keyboard 模块提供了 keyboard.add_hotkey() 函数。这个函数允许我们注册一个“热键”（hotkey），并指定当该热键被按下时应执行的回调函数。这种机制是异步的，意味着它不会阻塞程序的正常执行流程。

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keyboard.add_hotkey(hotkey, callback, args=(), suppress=False, timeout=1, trigger_on_release=False)

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• hotkey: 字符串，表示要监听的按键组合（例如 "q", "ctrl+c"）。
• callback: 当热键被按下时要执行的函数。
• args: 传递给回调函数的参数元组。
• suppress: 如果为 True，则会阻止热键事件传递给其他应用程序。

通过结合 add_hotkey() 和一个全局标志，我们可以在主循环中持续执行任务，同时由回调函数在后台设置标志来通知主循环停止。

实现步骤与示例代码

下面是使用 add_hotkey() 实现非阻塞按键监听和程序优雅退出的详细步骤和示例代码：

1. 定义一个全局标志变量：这个变量将用于在回调函数和主循环之间传递状态信息。
2. 定义一个回调函数：当热键被按下时，这个函数会被执行。它的主要任务是修改全局标志变量，并移除自身注册的热键（如果只需要触发一次）。
3. 注册热键：使用 keyboard.add_hotkey() 将回调函数与特定的按键关联起来。
4. 主循环逻辑：在主循环中执行主要任务，并周期性地检查全局标志变量，以决定是否退出循环。

import keyboard as kbd
from time import sleep

# 1. 定义一个全局标志变量，用于指示“q”键是否被按下
was_q_pressed = False
q_hotkey_id = None # 用于存储热键的ID，以便后续移除

# 2. 定义回调函数
def on_q_press():
    """
    当“q”键被按下时执行的回调函数。
    它会设置全局标志为 True，并移除自身注册的热键。
    """
    global was_q_pressed
    global q_hotkey_id

    was_q_pressed = True
    # 移除热键，确保它只触发一次，并释放资源
    if q_hotkey_id:
        kbd.remove_hotkey(q_hotkey_id)
        print("“q”键被按下，热键已移除。")

# 3. 注册热键
# 将 on_q_press 函数绑定到“q”键
q_hotkey_id = kbd.add_hotkey("q", on_q_press)
print("程序开始运行，按 'q' 键停止自动按键。")

# 4. 主循环逻辑
while True:
    # 模拟自动按键操作
    kbd.press("space")
    sleep(0.1)
    kbd.release("space")            

    # 检查全局标志，如果“q”键被按下，则退出循环
    if was_q_pressed:
        print("检测到 'q' 键，程序即将停止。")
        break

print("程序已停止。")

在这个示例中：

• was_q_pressed 是一个布尔型全局变量，初始为 False。
• on_q_press 是回调函数，当“q”键被按下时，它会将 was_q_pressed 设置为 True。
• kbd.add_hotkey("q", on_q_press) 注册了热键。当用户按下“q”键时，on_q_press 函数会在后台自动执行，而不会中断 while 循环中的 sleep(0.1) 或其他操作。
• 在 on_q_press 函数内部，我们通过 kbd.remove_hotkey(q_hotkey_id) 移除了这个热键。这是非常关键的一步，因为它确保了“q”键只被处理一次，防止多次触发，也释放了 keyboard 模块内部维护的资源。

注意事项

• 全局变量的使用：在回调函数中修改全局变量时，必须使用 global 关键字声明变量，否则 Python 会将其视为局部变量。
• 热键的移除：如果你的程序只需要在特定按键第一次按下时触发一次动作，那么在回调函数中移除热键是最佳实践。这可以防止重复触发，并有助于清理资源。如果需要持续监听或多次触发，则可以不移除。
• 回调函数的简洁性：回调函数应该尽可能地简洁高效，因为它可能在另一个线程或事件循环中被调用。复杂的逻辑应放在主循环中处理，回调函数只负责设置状态标志。
• 跨平台兼容性：keyboard 模块在 Windows、macOS 和 Linux 上都能工作，但在不同操作系统上，某些特殊键的处理可能略有差异。
• 权限问题：在某些操作系统上，keyboard 模块可能需要管理员权限才能正常工作，尤其是在模拟按键或监听全局热键时。

总结

通过 keyboard.add_hotkey() 结合全局标志变量，我们可以有效地解决 keyboard.read_key() 的阻塞问题，实现非阻塞的按键监听。这种模式使得程序能够在执行核心任务的同时，保持对用户输入的响应，从而构建出更加灵活和用户友好的自动化脚本或交互式应用。理解并正确运用这一机制，是掌握 keyboard 模块高级用法的关键。

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