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键盘状态机 ​

plantuml Diagram

1. KeyboardState 层次结构 ​

KeyboardState 是键盘交互的有限状态集,以 sealed class 层级表达。每种状态对应一种键盘交互模式,状态数据作为子类字段内嵌,编译期保证类型正确与穷举检查。整个层次结构分为六大分支:空闲、拼音输入、候选选择、提交选项、编辑器编辑、以及符号/Emoji 选择。拼音输入分支包含三种子状态——等待(Waiting)、滑行(Slipping)与翻动(Flipping),覆盖了拼音键盘的核心交互方式。候选选择分支包含三个递进子状态——选择(Choosing)、过滤(Filtering)与高级过滤(AdvanceFiltering),形成逐层细化的候选筛选链路。编辑器编辑分支将光标移动和文本范围选择拆分为独立子状态,避免使用枚举字段区分编辑目标。所有子类均为 data class 或 data object,支持结构化相等比较与不可变 copy() 语义。

kotlin
sealed class KeyboardState {
    data object Idle : KeyboardState()

    sealed class PinyinInput : KeyboardState() {
        data class Waiting(val pending: InputItem.Char?) : PinyinInput()
        data class Slipping(
            val startKey: InputKey,
            val level0Key: InputKey,
            val level1Key: InputKey?,
            val level2Key: InputKey?,
            val nextCharsByLength: Map<Int, List<String>>,
        ) : PinyinInput()
        data class Flipping(val startChar: String, val candidates: List<String>) : PinyinInput()
    }

    sealed class CandidateSelection : KeyboardState() {
        data class Choosing(val candidates: List<InputWord>, val pageIndex: Int, val pageSize: Int)
        data class Filtering(val filter: PinyinWordFilter, val filtered: List<InputWord>)
        data class AdvanceFiltering(val radical: PinyinWord.Radical?, val tone: PinyinWord.Tone?, val filtered: List<InputWord>)
    }

    data class CommitOptionChoosing(val options: List<CommitOption>, val hasSpell: Boolean, val hasVariant: Boolean)

    sealed class EditorEditing : KeyboardState() {
        data class CursorMoving(val position: Int) : EditorEditing()
        data class TextSelecting(val start: Int, val end: Int) : EditorEditing()
    }

    data class SymbolChoosing(val groupId: String?)
    data class EmojiChoosing(val groupId: String?)
}

1.1 状态层次一览 ​

顶层状态子状态说明
Idle—空闲状态,数字/数学/编辑键盘的默认状态
PinyinInputWaiting等待输入,pending 为未确认的拼音字符
Slipping滑行输入中,三级按键层次结构
Flipping翻动输入中,以起始字符展示全部候选
CandidateSelectionChoosing候选词选择,含分页数据
Filtering拼音过滤,应用声调/拼写筛选
AdvanceFiltering高级过滤(部首/声调)
CommitOptionChoosing—提交选项选择
EditorEditingCursorMoving光标移动中
TextSelecting文本范围选择中
SymbolChoosing—符号选择,含分组信息
EmojiChoosing—Emoji 选择,含分组信息

1.2 Slipping 状态数据说明 ​

滑行输入(Slip)是拼音键盘的核心交互方式,用户手指从起始按键滑出,经过中间级按键,最终到达目标按键完成输入。滑行输入采用三级按键层次结构:

  • level0Key:滑行起始按键,手指按下时确定的按键
  • level1Key:滑行第一级目标按键,手指从起始按键滑出后的第一个中间按键
  • level2Key:滑行第二级目标按键,手指继续滑行到达的最终按键

nextCharsByLength 记录在当前滑行路径下,按字符长度分组的可选后续字符列表。例如,滑行到 level1Key 后,可能产生的后续字符按长度 1、2、3 等分组存储。此映射用于 UI 层预显示可能的后续输入选项,使键盘在滑行过程中能够实时展示预测字符,提升输入效率。

1.3 Flipping 状态数据说明 ​

翻动输入(Flip)是在首字母按键上快速滑出触发的输入方式,startChar 为起始字符,candidates 为翻动产生的候选字符列表。翻动输入是一种快捷输入方式,允许用户通过快速滑动选择同一起始字符下的不同变体。当用户在某个声母按键上快速向外滑动时,引擎收集以该声母开头的所有韵母组合对应的候选字符,以列表形式呈现,用户点击即可完成选择。翻动输入与滑行输入共享手指滑动触发的入口,但翻动以快速短滑为触发条件,滑行以持续移动为触发条件。

1.4 CandidateSelection 状态数据说明 ​

候选选择有三个子状态,形成 选择 → 过滤 → 高级过滤 的递进关系:

Choosing:基础候选选择状态,candidates 为当前候选词列表,pageIndex 和 pageSize 控制分页显示。分页采用轮播模式:翻到末页后继续翻页回到首页,翻到首页前继续翻页跳到末页。

Filtering:在基础选择上应用拼音过滤器,filter 包含声调和拼写过滤条件,filtered 为过滤后的候选词列表。过滤时会合并首页高频词和后续页面词,高频词不再单独占用首页。

AdvanceFiltering:在基础选择上应用部首和声调的高级过滤,radical 为选中的部首,tone 为选中的声调,filtered 为过滤后的候选词列表。部首列表从候选词中动态提取,按权重排序(出现频次高的部首优先,笔画数少的优先)。

1.5 CommitOptionChoosing 状态数据说明 ​

提交选项选择是输入列表中针对已确认输入的后续操作选择。options 为可用的提交选项列表,hasSpell 表示当前输入列表中是否有包含拼音拼写的候选字,hasVariant 表示是否有包含变体(繁体/异体)的候选字。这两个布尔值控制提交选项面板中「切换拼写模式」和「切换变体」按钮的显示与否。当 hasSpell 为 false 时,拼写模式切换按钮不可见;当 hasVariant 为 false 时,变体切换按钮不可见。这种门控机制避免向用户展示无意义的操作选项。

1.6 EditorEditing 状态数据说明 ​

编辑器编辑包含两种子状态:CursorMoving 控制光标在输入列表中的位置移动,TextSelecting 控制文本范围选择。两种编辑模式通过编辑手势触发切换:短按进入光标移动,长按后滑动进入范围选择。position 为光标在输入列表中的索引位置,start 和 end 为文本选择的起止索引。所有索引均为 InputList 中的输入项位置,而非字符偏移量,因为输入列表的粒度是输入项(InputItem.Char),而非单个字符。将光标移动和文本选择拆分为独立子状态,使得状态机可以针对两种编辑模式定义不同的合法转换,避免运行时通过枚举字段区分编辑目标。

1.7 SymbolChoosing 与 EmojiChoosing 状态数据说明 ​

符号选择和表情选择均支持分组浏览。groupId 标识当前选中的分组,null 表示默认分组或未选择分组。切换分组时重置分页到首页。符号选择的分组由符号数据定义(中文符号、拉丁符号、数学符号、配对符号),表情选择的分组由表情数据文件的分组键名定义。符号选择还支持 onlyPair 模式,仅显示配对符号(如括号、引号),该模式在输入列表中插入配对符号时使用。


2. KeyboardStateTransition 转换体系 ​

KeyboardStateTransition 是触发状态机转换的原子事件 sealed class。每个转换类型携带转换所需的上下文数据,由 KeyboardIntentHandler 子类在处理 ImeIntent 时构造并提交给 KeyboardStateMachine。转换体系分为五大类别:拼音输入转换、候选选择转换、提交选项转换、编辑器转换、以及符号/Emoji 转换。此外,ReturnToIdle 和 BackToPrevious 作为通用转换,在任何状态下均可能被触发。Result 作为嵌套类型,表达转换执行后的输出——新状态与副作用意图列表。这种设计使得状态转换的输入(KeyboardStateTransition)和输出(Result)在类型归属上形成闭环,编译期即可校验转换结果的合法性。

kotlin
sealed class KeyboardStateTransition {
    data class InputPinyinChar(val char: Char)
    data class BeginSlip(val startKey: InputKey)
    data class BeginFlip(val startChar: Char)
    data class SelectSlipChar(val char: Char)
    data class SelectFlipChar(val char: Char)
    data class LoadCandidates(val candidates: List<InputWord>)
    data class FilterCandidates(val filter: PinyinWordFilter)
    data class AdvanceFilterCandidates(val radical: PinyinWord.Radical?, val tone: PinyinWord.Tone?)
    data class PageCandidates(val direction: PageDirection)
    data class LoadCommitOptions(val options: List<CommitOption>)
    data class MoveCursor(val position: Int)
    data class SelectText(val start: Int, val end: Int)
    data class OpenSymbolGroup(val groupId: String?)
    data class OpenEmojiGroup(val groupId: String?)
    data object ReturnToIdle
    data object BackToPrevious
    data class Result(val newState: KeyboardState, val sideEffects: List<ImeIntent> = emptyList())
}

2.1 转换类型一览 ​

类别转换类型说明触发场景
拼音输入InputPinyinChar输入拼音字符单击字母按键
BeginSlip开始滑行输入手指在字母按键上开始移动
BeginFlip开始翻动输入在首字母按键上快速滑出
SelectSlipChar选择滑行字符滑行输入中手指到达目标按键
SelectFlipChar选择翻动字符翻动输入中单击目标按键
候选选择LoadCandidates加载候选词输入拼音后自动加载 / 选中拼音输入
FilterCandidates过滤候选词点击拼音过滤按键
AdvanceFilterCandidates高级过滤点击高级过滤按键
PageCandidates翻页候选词手指翻动翻页
提交选项LoadCommitOptions加载提交选项长按提交按键
编辑器MoveCursor移动光标在光标定位按键上滑动
SelectText选择文本在光标定位按键上长按后滑动
符号/EmojiOpenSymbolGroup打开符号分组点击符号分组切换按键
OpenEmojiGroup打开 Emoji 分组点击 Emoji 分组切换按键
通用ReturnToIdle回到空闲/初始状态提交输入 / 清空输入 / 退出键盘
BackToPrevious回退到前一状态编辑器编辑结束 / 高级过滤确认

2.2 Result 副作用机制 ​

Result 的 sideEffects 字段是状态转换产生的副作用意图列表,包含需要异步处理的操作(如字典查询、音频播放、编辑器桥接等)。KeyboardStateMachine 本身是纯函数式的——transition() 方法根据当前状态和转换类型计算新状态与副作用列表,不直接执行任何副作用。副作用列表由 ImeEngine 在获得 Result 后异步处理,确保状态计算与副作用执行的解耦。Result 作为 KeyboardStateTransition 的嵌套类型,表达转换与结果之间的归属关系,使得调用方可以清晰地从类型签名中识别返回值的来源。


3. KeyboardStateMachine 状态机 ​

KeyboardStateMachine 是状态转换的集中处理器,接收 KeyboardStateTransition,根据当前状态执行转换规则,返回 KeyboardStateTransition.Result。状态机内部维护当前状态 _state 和有界历史栈 stateHistory,对外仅暴露只读的 state 属性。transition() 方法通过 when 对当前状态的 sealed class 层级进行穷举匹配,每个分支委托给对应的 handleFrom* 私有方法处理。新状态与当前状态不同时,自动将当前状态压入历史栈并更新 _state。状态机依赖 KeyAudioPlayer 播放按键音效,依赖 InputListOperator 执行输入列表操作——这两个依赖通过构造函数注入,使得状态机本身不持有字典或 UI 引用,保持职责单一。

kotlin
class KeyboardStateMachine(
    private val audioPlayer: KeyAudioPlayer,
    private val inputListOp: InputListOperator,
) {
    private var _state: KeyboardState = KeyboardState.Idle
    val state: KeyboardState get() = _state
    private val stateHistory = KeyboardStateHistory(maxSize = 10)

    fun transition(transition: KeyboardStateTransition): KeyboardStateTransition.Result {
        val (newState, sideEffects) = when (_state) {
            is KeyboardState.Idle -> handleFromIdle(transition)
            is KeyboardState.PinyinInput.Waiting -> handleFromPinyinWaiting(transition)
            is KeyboardState.PinyinInput.Slipping -> handleFromPinyinSlipping(transition)
            is KeyboardState.PinyinInput.Flipping -> handleFromPinyinFlipping(transition)
            is KeyboardState.CandidateSelection.Choosing -> handleFromCandidateChoosing(transition)
            is KeyboardState.CandidateSelection.Filtering -> handleFromCandidateFiltering(transition)
            is KeyboardState.CandidateSelection.AdvanceFiltering -> handleFromCandidateAdvanceFiltering(transition)
            is KeyboardState.CommitOptionChoosing -> handleFromCommitOptionChoosing(transition)
            is KeyboardState.EditorEditing.CursorMoving -> handleFromEditorCursorMoving(transition)
            is KeyboardState.EditorEditing.TextSelecting -> handleFromEditorTextSelecting(transition)
            is KeyboardState.SymbolChoosing -> handleFromSymbolChoosing(transition)
            is KeyboardState.EmojiChoosing -> handleFromEmojiChoosing(transition)
        }

        if (newState != _state) {
            stateHistory.push(_state)
            _state = newState
        }
        return KeyboardStateTransition.Result(newState, sideEffects)
    }

    fun backToPrevious() {
        _state = stateHistory.pop() ?: KeyboardState.Idle
    }

    fun resetToIdle() {
        _state = KeyboardState.Idle
        stateHistory.clear()
    }

    fun resetTo(state: KeyboardState) {
        _state = state
        stateHistory.clear()
    }
}

3.1 纯函数式转换原则 ​

transition() 方法遵循纯函数式转换原则:给定相同的当前状态和转换类型,始终产生相同的新状态和副作用列表。状态机不直接修改 InputList 或调用字典查询——这些操作通过副作用意图列表交由 ImeEngine 异步处理。音频播放也作为副作用的一部分,由 ImeEngine 在处理副作用时调用 KeyAudioPlayer。这种设计使得状态转换逻辑可以脱离运行时环境进行单元测试,只需验证 transition() 返回的 Result 是否符合预期。

3.2 Fail-safe 策略 ​

当某个转换类型在当前状态下不合法时(例如在 Flipping 状态下收到 BeginSlip),对应的 handleFrom* 方法返回保持当前状态不变的 Result,即 Fail-safe 策略:不抛异常,不崩溃,保持原状态。这种策略确保状态机在面对意外输入时始终处于安全状态,而非进入未定义行为。每个 handleFrom* 方法的 else 分支均返回 (currentState, emptyList()),即维持原状、无副作用。


4. KeyboardIntentHandler 接口与实现 ​

4.1 KeyboardIntentHandler 接口 ​

KeyboardIntentHandler 是键盘意图处理器的接口,按不同 KeyboardType 创建子类,各自处理从 ImeIntent 到 KeyboardStateTransition 的映射。各子类是无状态的策略对象——它们不持有可变状态,状态由 KeyboardStateMachine 集中管理。各子类的 handleIntent() 方法负责将 ImeIntent 映射为 KeyboardStateTransition,再由 KeyboardStateMachine 执行转换。这种设计使得意图的语义与状态转换规则解耦:同一个 ImeIntent 在不同键盘类型下可以产生不同的 KeyboardStateTransition,而状态机不需要感知意图的来源。

kotlin
interface KeyboardIntentHandler {
    val type: KeyboardType

    fun handleIntent(intent: ImeIntent, state: KeyboardState): KeyboardStateTransition.Result
}

4.2 KeyboardIntentHandler 子类层次 ​

KeyboardIntentHandler (interface)
├── PinyinKeyboardIntentHandler          — 拼音键盘意图处理(主键盘),同时处理 Latin
├── NumberKeyboardIntentHandler          — 数字键盘意图处理(主键盘)
├── MathKeyboardIntentHandler            — 数学键盘意图处理(临时键盘)
├── SymbolKeyboardIntentHandler          — 符号键盘意图处理(临时键盘)
├── EmojiKeyboardIntentHandler           — Emoji 键盘意图处理(临时键盘)
├── EditorKeyboardIntentHandler          — 编辑键盘意图处理(临时键盘)
├── CandidateKeyboardIntentHandler       — 候选键盘意图处理(超临时键盘)
├── CommitOptionKeyboardIntentHandler    — 提交选项键盘意图处理(超临时键盘)

PinyinKeyboardIntentHandler 同时处理 KeyboardType.Pinyin 和 KeyboardType.Latin,因为拉丁键盘复用拼音的滑行交互模式。两者的差异在于:拉丁模式不支持翻动输入,且输入列表为空时按键直接提交到编辑器(直输模式),不在输入列表中停留和预处理。

4.3 各 Handler 职责 ​

PinyinKeyboardIntentHandler ​

拼音输入的核心意图处理器,支持三种输入模式(点击、滑行、翻动),管理拼音字符输入、候选字查询和输入补全。同时处理 KeyboardType.Latin 的意图转换。

ImeIntent处理流程产生的 KeyboardStateTransition
PressKey(CharKey.Alphabet)单击字母按键,追加到 pending 或新建 pending,查询候选字InputPinyinChar
PressKey(CharKey.Alphabet) + FingerMoving开始滑行输入,进入 Slipping 状态BeginSlip
FingerFlipping(Slipping 中)在滑行中触发翻动,进入 Flipping 状态BeginFlip
FingerMovingStop(Slipping 中)结束滑行输入,确认 pending,回到 WaitingSelectSlipChar + ReturnToIdle
PressKey(CharKey.Symbol/Emoji)符号/表情直输或替换输入InputPinyinChar
PressKey(CtrlKey.Backspace)回删输入列表或编辑器不产生 Transition,直接操作 InputList
PressKey(CtrlKey.Space/Enter)确认 pending + 录入空格/换行ReturnToIdle
PressKey(CtrlKey.Commit)提交输入列表并回到初始状态ReturnToIdle
LongPressKey(CtrlKey.Commit)进入提交选项键盘切换到 CommitOption 键盘

内部状态转换流程:

  1. 点击输入:Waiting → InputPinyinChar → Waiting(单字符追加到 pending)
  2. 滑行输入:Waiting → BeginSlip → Slipping → SelectSlipChar → Waiting(多字符连续输入)
  3. 翻动输入:Slipping → BeginFlip → Flipping → SelectFlipChar → Waiting(快速展示首字母全部候选)
  4. 候选选择:Waiting → LoadCandidates → CandidateSelection.Choosing(选中拼音输入后自动进入)

NumberKeyboardIntentHandler ​

纯数字键盘的意图处理,支持数字和部分符号(+、-、#、*)的直接输入。与 Latin 键盘类似,支持直输和输入列表两种模式。

ImeIntent处理流程产生的 KeyboardStateTransition
PressKey(CharKey.Number)单字符输入InputPinyinChar
PressKey(CtrlKey.Commit)提交输入列表ReturnToIdle
LongPressKey(CtrlKey.Commit)禁用(避免切换到提交选项键盘)不产生 Transition

MathKeyboardIntentHandler ​

数学表达式键盘,管理嵌套的数学 InputList,支持数字、运算符和括号的输入,自动计算表达式结果。

ImeIntent处理流程产生的 KeyboardStateTransition
PressKey(CharKey.Number)数字追加到数学输入列表的 pendingInputPinyinChar
PressKey(MathOpKey)运算符输入(点号、括号、等号等)InputPinyinChar
PressKey(CtrlKey.Backspace)回删数学输入列表或上层输入列表不产生 Transition,直接操作数学 InputList
PressKey(CtrlKey.Commit)提交父输入列表,退出键盘ReturnToIdle

嵌套 InputList 机制:MathKeyboardIntentHandler 维护两层 InputList——父输入列表(上层)和数学输入列表(嵌套在 InputItem.MathExpr 中)。所有数字和运算符输入在数学输入列表中操作,提交时将整个数学表达式作为 InputItem.MathExpr 提交到父输入列表。

SymbolKeyboardIntentHandler ​

符号选择键盘,提供分组浏览和翻页选择符号的能力。支持配对符号输入(如括号、引号)。

ImeIntent处理流程产生的 KeyboardStateTransition
PressKey(SymbolKey)选择符号,配对符号做包裹,非配对符号做替换/直输ReturnToIdle(非连续输入后退出)
LongPressKey(SymbolKey)连续输入符号不退出键盘
PressKey(CtrlKey.Toggle_Symbol_Group)切换符号分组OpenSymbolGroup
FingerFlipping翻页符号PageCandidates

配对符号处理流程:若选中的输入已有配对符号,替换左右符号;若 pending 非空且非符号输入,用配对符号包裹 pending(左符号 + Gap + 被包裹输入 + 右符号);否则,左右符号依次输入,光标放在中间位置。

EmojiKeyboardIntentHandler ​

Emoji 选择键盘,提供分组浏览和翻页选择 Emoji 的能力。

ImeIntent处理流程产生的 KeyboardStateTransition
PressKey(InputWordKey)选择 Emoji,输入列表非空时做替换,空时直输ReturnToIdle
LongPressKey(InputWordKey)连续输入 Emoji不退出键盘
PressKey(CtrlKey.Toggle_Emoji_Group)切换 Emoji 分组OpenEmojiGroup
FingerFlipping翻页 EmojiPageCandidates

EditorKeyboardIntentHandler ​

文本编辑功能键盘,提供光标移动、文本选择、复制、粘贴等编辑操作。

ImeIntent处理流程产生的 KeyboardStateTransition
PressKey(CtrlKey.Edit_Editor)执行编辑操作(复制、粘贴等)不产生 Transition,通过 EditorAction 输出
LongPressKey(CtrlKey.Editor_Cursor_Locator)进入范围选择编辑SelectText
FingerMoving_Start(光标定位按键)进入光标移动编辑MoveCursor

CandidateKeyboardIntentHandler ​

拼音候选字选择键盘,提供候选词浏览、拼音过滤、高级过滤(部首/声调)和候选字确认。是使用频率最高的超临时键盘。

ImeIntent处理流程产生的 KeyboardStateTransition
PressKey(InputWordKey)选择候选词,确认 pending 中的候选字ReturnToIdle(无下一个拼音)/ 继续选择
PressKey(CtrlKey.ConfirmInput)确认当前候选字ReturnToIdle
PressKey(CtrlKey.Toggle_Pinyin_Spell)切换拼音修正模式FilterCandidates
PressKey(CtrlKey.Filter_PinyinCandidate_by_Spell)按拼写过滤候选词FilterCandidates
PressKey(CtrlKey.Filter_PinyinCandidate_advance)进入高级过滤AdvanceFilterCandidates
PressKey(CtrlKey.Confirm_PinyinCandidate_Filter)确认高级过滤条件,回到候选选择BackToPrevious
FingerFlipping翻页候选词PageCandidates

候选字确认流程:确认 pending 中的候选字 → 确认 pending 并选中下一个输入 → 查找下一个拼音输入 → 若有则继续选择候选字,若无则退出键盘 → 自动进行短语预测和输入补全。

CommitOptionKeyboardIntentHandler ​

输入列表提交选项键盘,控制提交到目标编辑器的内容形式(拼音拼写模式、繁简变体)。

ImeIntent处理流程产生的 KeyboardStateTransition
PressKey(CtrlKey.Commit_InputList_Option)切换提交选项(拼写模式/繁简变体)不产生 Transition,更新 InputList.inputOption
PressKey(CtrlKey.Commit)提交输入列表并退出ReturnToIdle
PressKey(CtrlKey.Exit)退出回到切换前的键盘切换到前一键盘

4.4 Handler 注册表机制 ​

ImeEngine 维护一个 Map<KeyboardType, KeyboardIntentHandler> 注册表,根据当前 Keyboard.type 选择对应的 KeyboardIntentHandler 实现。当 ImeIntent.SwitchKeyboard 到达时,引擎根据目标键盘类型查找对应 Handler 并重置状态;其他 Intent 则分派给当前键盘类型对应的 Handler 处理。

kotlin
class ImeEngine internal constructor(
    private val handlers: Map<KeyboardType, KeyboardIntentHandler>,
    // ...
) {
    fun handleIntent(intent: ImeIntent) {
        when (intent) {
            is ImeIntent.SwitchKeyboard -> {
                val handler = handlers[intent.type]
                if (handler != null) {
                    val newKeyboard = _state.value.keyboard.copy(
                        type = intent.type,
                        state = intent.type.initialState,
                    )
                    _state.update { it.copy(keyboard = newKeyboard) }
                }
            }
            else -> {
                val handler = handlers[_state.value.keyboard.type] ?: return
                val result = handler.handleIntent(intent, _state.value.keyboard.state)
                val newKeyboard = _state.value.keyboard.copy(state = result.newState)
                _state.update { it.copy(keyboard = newKeyboard) }
                result.sideEffects.forEach { sideEffect ->
                    handleIntent(sideEffect)
                }
            }
        }
    }
}

5. Keyboard 组合模式 ​

5.1 Keyboard data class ​

Keyboard 将键盘的类型、左右手模式临时状态和交互状态封装为一个不可变的 data class,通过组合模式替代继承。三个字段各自承担独立的职责维度:type 决定按键集合的语义内容,handMode 记录左右手模式的临时切换(null 表示未切换,使用 UiConfig.keyboardHandMode 的值),state 记录当前键盘状态机的精确位置。键盘输入模式(KeyboardInputMode)不再是 Keyboard 的字段,仅通过 ImeConfig.UiConfig.keyboardInputMode 配置变更。状态变更通过 copy() 生成新实例,原始实例不受影响。

kotlin
data class Keyboard(
    val type: KeyboardType = KeyboardType.Pinyin,
    val handMode: KeyboardHandMode? = null,
    val state: KeyboardState = KeyboardState.Idle,
)

5.2 KeyboardType 枚举 ​

kotlin
enum class KeyboardType {
    Pinyin,       // 拼音键盘:主键盘
    Latin,        // 拉丁键盘:主键盘
    Number,       // 数字键盘:主键盘
    Math,         // 数学键盘:临时键盘
    Symbol,       // 符号键盘:临时键盘
    Emoji,        // Emoji 键盘:临时键盘
    Editor,       // 编辑键盘:临时键盘
    Candidate,    // 候选键盘:超临时键盘
    CommitOption, // 提交选项键盘:超临时键盘
}

键盘类型分类:

分类KeyboardType说明
主键盘Pinyin、Latin、Number常驻性键盘,其他键盘退出后回到主键盘
临时键盘Math、Symbol、Emoji、Editor从主键盘切换进入,退出时回到切换前的主键盘
超临时键盘Candidate、CommitOption选择操作完成后立即返回,生命周期极短

5.3 KeyboardInputMode 枚举 ​

kotlin
enum class KeyboardInputMode {
    HexGrid,   // 六边形网格(六边形按键排列)
    RectGrid,  // 矩形网格(传统 QWERTY 排列)
}

KeyboardInputMode 定义了按键的几何排列和交互范式,通过 ImeConfig.UiConfig.keyboardInputMode 配置,不再是 Keyboard 的字段。键盘输入模式只能通过配置变更,不支持运行时临时修改。不同输入模式决定按键的几何排列和手势识别策略——RectGrid 采用传统矩形按键布局,手势识别基于方向向量;HexGrid 采用六边形按键布局,手势识别基于轴向坐标。

5.4 KeyboardType → 初始 KeyboardState 映射 ​

KeyboardType初始 KeyboardState说明
PinyinPinyinInput.Waiting(null)拼音键盘等待输入
LatinPinyinInput.Waiting(null)拉丁键盘复用拼音的输入模式
NumberIdle数字键盘无子状态
MathIdle数学键盘无子状态(但使用嵌套 InputList)
SymbolSymbolChoosing(null)符号键盘默认进入符号选择
EmojiEmojiChoosing(null)Emoji 键盘默认进入 Emoji 选择
EditorIdle编辑键盘无子状态
CandidateCandidateSelection.Choosing(emptyList(), 0, 0)候选键盘直接进入候选选择
CommitOptionCommitOptionChoosing(emptyList(), false, false)提交选项键盘直接进入选项选择

5.5 键盘类型之间的切换逻辑 ​

键盘切换遵循 主键盘 → 临时键盘 → 超临时键盘 的层级关系,回退方向为反向。

切换场景:

触发场景切换方向说明
点击键盘切换按键主键盘 → 主键盘Pinyin ↔ Latin ↔ Number
输入拼音后选中主键盘 → 超临时键盘Pinyin → Candidate
长按提交按键主/临时键盘 → 超临时键盘→ CommitOption
选中数学输入主键盘 → 临时键盘→ Math
选中符号/表情输入主键盘 → 临时键盘→ Symbol / Emoji
双击光标定位按键主键盘 → 临时键盘→ Editor

回退逻辑:

当前键盘退出行为说明
超临时键盘(Candidate / CommitOption)选择完成后自动回到切换前键盘生命周期极短
临时键盘(Math / Symbol / Emoji / Editor)退出时回到切换前的主键盘switch_Keyboard_to_Previous
主键盘无回退常驻性键盘

6. 完整状态转换规则 ​

以下表格列出每种当前状态下所有合法转换的完整规则。未列出的转换类型在对应状态下均为 Fail-safe(保持原状态、无副作用)。每个表格中的「副作用」列标识 Result.sideEffects 中包含的典型 ImeIntent。

6.1 从 Idle 状态转换 ​

当前状态转换类型新状态副作用说明
IdleInputPinyinCharPinyinInput.Waiting查询候选字键盘切换到拼音/拉丁时进入
IdleOpenSymbolGroupSymbolChoosing—键盘切换到符号时进入
IdleOpenEmojiGroupEmojiChoosing—键盘切换到 Emoji 时进入
IdleMoveCursorEditorEditing.CursorMoving—编辑器操作触发
IdleLoadCandidatesCandidateSelection.Choosing—键盘切换到候选时进入
IdleLoadCommitOptionsCommitOptionChoosing—键盘切换到提交选项时进入
Idle其他保持 Idle—Fail-safe

6.2 从 PinyinInput.Waiting 状态转换 ​

当前状态转换类型新状态副作用说明
WaitingInputPinyinCharPinyinInput.Waiting查询候选字字符追加到 pending
WaitingBeginSlipPinyinInput.Slipping播放滑行音效开始滑行输入
WaitingBeginFlipPinyinInput.Flipping播放翻动音效开始翻动输入
WaitingLoadCandidatesCandidateSelection.Choosing—加载候选词进入候选选择
WaitingReturnToIdleIdle提交/清空输入提交/清空输入后回到空闲
Waiting其他保持 Waiting—Fail-safe

6.3 从 PinyinInput.Slipping 状态转换 ​

当前状态转换类型新状态副作用说明
SlippingSelectSlipCharPinyinInput.Waiting确认 pending 字符滑行字符选中后回到等待
SlippingBeginFlipPinyinInput.Flipping播放翻动音效滑行中触发翻动
SlippingLoadCandidatesCandidateSelection.Choosing—滑行输入结束加载候选词
SlippingReturnToIdlePinyinInput.Waiting丢弃 pending异常终止回到等待状态
Slipping其他保持 Slipping—Fail-safe

滑行输入的详细转换过程:手指在字母按键上开始移动时触发 BeginSlip,进入 Slipping 状态并记录 startKey 和 level0Key;手指继续移动时,状态保持在 Slipping,内部更新 level1Key 和 level2Key 以及 nextCharsByLength,但不产生状态转换;手指停止移动或到达目标按键时触发 SelectSlipChar,确认 pending 中的字符并回到 Waiting。

6.4 从 PinyinInput.Flipping 状态转换 ​

当前状态转换类型新状态副作用说明
FlippingSelectFlipCharPinyinInput.Waiting确认 pending 字符翻动字符选中后回到等待
FlippingLoadCandidatesCandidateSelection.Choosing—翻动输入结束加载候选词
FlippingReturnToIdlePinyinInput.Waiting丢弃 pending异常终止回到等待状态
Flipping其他保持 Flipping—Fail-safe

翻动输入与滑行输入的区别在于:翻动输入展示的是同一起始字符下的所有候选字符列表,用户通过点击选择目标字符;而滑行输入是通过手指持续移动经过不同级别的按键完成多字符输入。翻动输入的触发条件是在首字母按键上的快速短滑,引擎识别为翻动手势后自动收集候选并进入 Flipping 状态。

6.5 从 CandidateSelection.Choosing 状态转换 ​

当前状态转换类型新状态副作用说明
ChoosingFilterCandidatesCandidateSelection.Filtering查询过滤结果应用拼音过滤
ChoosingAdvanceFilterCandidatesCandidateSelection.AdvanceFiltering查询高级过滤结果进入高级过滤
ChoosingReturnToIdlePinyinInput.Waiting / Idle确认候选字选择候选后回到等待/空闲
ChoosingLoadCommitOptionsCommitOptionChoosing—进入提交选项
ChoosingPageCandidatesCandidateSelection.Choosing播放翻页音效翻页(pageIndex 更新)
ChoosingLoadCandidatesCandidateSelection.Choosing—重新加载候选词
Choosing其他保持 Choosing—Fail-safe

ReturnToIdle 的目标状态取决于输入列表中是否还有待选的拼音输入:若有,回到 PinyinInput.Waiting 继续下一个拼音的选择;若无,回到 Idle 表示输入流程结束。PageCandidates 在 Choosing 状态下更新 pageIndex,轮播模式确保翻页操作永不越界。

6.6 从 CandidateSelection.Filtering 状态转换 ​

当前状态转换类型新状态副作用说明
FilteringBackToPreviousCandidateSelection.Choosing清除过滤条件清除过滤条件回到候选选择
FilteringFilterCandidatesCandidateSelection.Filtering查询过滤结果更新过滤条件
FilteringPageCandidatesCandidateSelection.Filtering播放翻页音效翻页(pageIndex 更新)
FilteringReturnToIdlePinyinInput.Waiting / Idle确认候选字选择候选后回到等待/空闲
Filtering其他保持 Filtering—Fail-safe

Filtering 状态下的 BackToPrevious 会清除当前过滤条件,将完整的候选词列表恢复到 Choosing 状态。过滤条件下仍可选择候选词(通过 ReturnToIdle),此时确认的是过滤后的候选字。

6.7 从 CandidateSelection.AdvanceFiltering 状态转换 ​

当前状态转换类型新状态副作用说明
AdvanceFilteringBackToPreviousCandidateSelection.Choosing应用过滤结果确认过滤条件回到候选选择
AdvanceFilteringAdvanceFilterCandidatesCandidateSelection.AdvanceFiltering查询高级过滤结果更新高级过滤条件
AdvanceFilteringPageCandidatesCandidateSelection.AdvanceFiltering播放翻页音效翻页
AdvanceFiltering其他保持 AdvanceFiltering—Fail-safe

AdvanceFiltering 是候选选择的最终细化步骤。用户可以同时按部首和声调进行过滤,每次修改过滤条件都会触发 AdvanceFilterCandidates 转换并重新计算 filtered 列表。确认过滤条件后通过 BackToPrevious 回到 Choosing 状态,此时 Choosing 的候选词列表已替换为高级过滤的结果。

6.8 从 CommitOptionChoosing 状态转换 ​

当前状态转换类型新状态副作用说明
CommitOptionChoosingReturnToIdlePinyinInput.Waiting / Idle提交输入列表选择完成后回到等待/空闲
CommitOptionChoosingLoadCommitOptionsCommitOptionChoosing—更新提交选项
CommitOptionChoosing其他保持 CommitOptionChoosing—Fail-safe

CommitOptionChoosing 状态下,用户可以多次切换提交选项(拼写模式、繁简变体),每次切换通过更新 InputList.inputOption 实时反映到输入列表显示中。用户最终通过提交按键(ReturnToIdle)确认所有选项并提交输入,或通过退出按键恢复原始选项并回到前一键盘。

6.9 从 EditorEditing.CursorMoving 状态转换 ​

当前状态转换类型新状态副作用说明
CursorMovingMoveCursorEditorEditing.CursorMoving更新光标位置更新光标位置
CursorMovingSelectTextEditorEditing.TextSelecting—从光标移动切换到文本选择
CursorMovingReturnToIdle前一状态(通过 pop)—编辑结束回到前一状态
CursorMovingBackToPrevious前一状态(通过 pop)—同上
CursorMoving其他保持 CursorMoving—Fail-safe

CursorMoving 到 TextSelecting 的切换由长按手势触发:用户在光标定位按键上长按后滑动,从光标移动模式切换到文本范围选择模式。ReturnToIdle 和 BackToPrevious 均通过 stateHistory.pop() 回到编辑前状态,通常是 PinyinInput.Waiting 或 Idle。

6.10 从 EditorEditing.TextSelecting 状态转换 ​

当前状态转换类型新状态副作用说明
TextSelectingSelectTextEditorEditing.TextSelecting更新选择范围更新选择范围
TextSelectingReturnToIdle前一状态(通过 pop)执行选择操作编辑结束回到前一状态
TextSelectingBackToPrevious前一状态(通过 pop)取消选择同上
TextSelecting其他保持 TextSelecting—Fail-safe

TextSelecting 状态下,用户手指滑动时持续触发 SelectText 更新选择范围(start 和 end)。手指抬起后,选择范围确定,用户可以执行复制、剪切等编辑操作,或通过 BackToPrevious 取消选择回到编辑前状态。

6.11 从 SymbolChoosing 状态转换 ​

当前状态转换类型新状态副作用说明
SymbolChoosingOpenSymbolGroupSymbolChoosing—切换分组(groupId 更新)
SymbolChoosingPageCandidatesSymbolChoosing播放翻页音效翻页
SymbolChoosingReturnToIdleIdle插入符号退出符号选择
SymbolChoosing其他保持 SymbolChoosing—Fail-safe

SymbolChoosing 状态下,切换分组和翻页均在同一状态内更新数据,不产生状态层级变化。选择符号后,根据输入列表状态决定行为:输入列表非空时做替换或包裹,空时直接输出到编辑器。非连续输入(非长按)后自动退出符号选择键盘。

6.12 从 EmojiChoosing 状态转换 ​

当前状态转换类型新状态副作用说明
EmojiChoosingOpenEmojiGroupEmojiChoosing—切换分组(groupId 更新)
EmojiChoosingPageCandidatesEmojiChoosing播放翻页音效翻页
EmojiChoosingReturnToIdleIdle插入 Emoji退出 Emoji 选择
EmojiChoosing其他保持 EmojiChoosing—Fail-safe

EmojiChoosing 的转换规则与 SymbolChoosing 对称。选择 Emoji 后,输入列表非空时做替换,空时直接输出到编辑器。长按选择时不退出键盘,允许连续输入多个 Emoji。默认分组为常用分组,若常用分组为空则自动切换到第二个分组。


7. KeyboardStateHistory 有界历史栈 ​

KeyboardStateHistory 是 KeyboardStateMachine 内部的有界历史栈,用于实现同一键盘类型内的子状态回退。栈采用 ArrayDeque<KeyboardState> 实现,最大容量为 10 层。当栈满时,新压入的状态会自动淘汰栈底最旧的状态(FIFO 淘汰策略),确保历史栈的内存占用始终有上界。

kotlin
class KeyboardStateHistory(private val maxSize: Int = 10) {
    private val stack = ArrayDeque<KeyboardState>(maxSize)

    fun push(state: KeyboardState) {
        if (stack.size >= maxSize) {
            stack.removeFirst()
        }
        stack.addLast(state)
    }

    fun pop(): KeyboardState? = stack.removeLastOrNull()

    fun clear() = stack.clear()

    val size: Int get() = stack.size
}

7.1 历史栈的生命周期管理 ​

  • 压入时机:KeyboardStateMachine.transition() 中,当新状态与当前状态不同时,将当前状态压入历史栈
  • 弹出时机:backToPrevious() 方法弹出栈顶状态并恢复;若栈为空则回退到 Idle
  • 清空时机:resetToIdle() 和 resetTo(state) 方法清空历史栈;键盘类型切换时也清空历史栈

7.2 历史栈与撤销的职责划分 ​

历史栈的职责是同一键盘类型内的子状态回退,例如 EditorEditing.CursorMoving → PinyinInput.Waiting 的回退。历史栈 不负责 输入列表的撤销操作——撤销通过 InputListEditor 的 undoStack / redoStack 双栈实现,保存的是 InputList 的完整快照,而非 KeyboardState 的快照。

操作机制说明
状态回退(BackToPrevious)KeyboardStateHistory.pop()回到前一个键盘交互状态
撤销提交(RevokeCommit)InputListEditor.undoStack恢复提交前的 InputList 快照
撤销清空(RevokeClean)InputListEditor.undoStack恢复清空前的 InputList 快照

7.3 键盘切换时的历史栈行为 ​

键盘类型切换时清空历史栈,因为不同键盘类型之间无回退关系。例如,从 Pinyin 键盘切换到 Symbol 键盘后,不应通过 BackToPrevious 回到拼音键盘的某个子状态——键盘切换通过 ImeIntent.SwitchKeyboard 显式控制,而非通过状态历史回退。只有同一键盘内的子状态转换(如 Waiting → Slipping → Flipping)才需要历史栈支持回退。


8. 三层映射模型 ​

键盘状态转换遵循三层映射模型:

ImeIntent → KeyboardStateTransition → KeyboardState

这三层间接映射是键盘状态机架构的核心设计,每一层承担不同的职责,层与层之间通过明确的接口契约解耦。

8.1 第一层:ImeIntent → KeyboardStateTransition ​

由 KeyboardIntentHandler 子类的 handleIntent() 方法负责。各处理器根据自身业务逻辑,将 ImeIntent 映射为零或多个 KeyboardStateTransition。同一个 ImeIntent 在不同键盘类型下可以产生不同的 KeyboardStateTransition——例如 PressKey(CharKey.Alphabet) 在拼音键盘下可能映射为 InputPinyinChar,而在数字键盘下则不产生任何转换。这种差异封装在各自的 KeyboardIntentHandler 实现中,KeyboardStateMachine 不需要感知意图的来源和语义。

8.2 第二层:KeyboardStateTransition → KeyboardState ​

由 KeyboardStateMachine.transition() 集中处理。根据当前状态和转换类型,确定新状态和副作用列表。所有合法转换规则集中在状态机内部,形成一张完整的有限状态转换表。任何不在转换表中的组合均为 Fail-safe(保持原状态),确保状态机行为可预测。这一层是纯函数式的——输入为当前状态和转换类型,输出为新状态和副作用列表,不产生任何可观察的副作用。

8.3 第三层:副作用执行 ​

由 ImeEngine 异步处理副作用列表中的 ImeIntent,如字典查询、音频播放、编辑器桥接等。KeyboardStateMachine.transition() 返回的 Result.sideEffects 由 ImeEngine 逐一处理——每个副作用 ImeIntent 再次进入 handleIntent() 流程,可能触发新的状态转换或异步操作。这种递归处理机制使得状态机可以在一次转换中表达需要链式执行的副作用序列,同时保持状态转换本身的纯函数性质。

8.4 三层映射的优势 ​

优势说明
关注点分离意图语义、转换规则、副作用执行三者独立演化,修改任一层不影响其他层
可测试性第二层可脱离运行时环境进行纯函数测试,只需验证 (state, transition) → result
可扩展性新增键盘类型只需实现新的 KeyboardIntentHandler,无需修改状态机或引擎
Fail-safe 保障非法转换在第二层被安全拦截,不会传播到副作用执行层
副作用延迟执行副作用在状态计算完成后统一处理,避免状态计算过程中的时序竞争
plantuml Diagram