中級者向け No.41

バーチャルキーボード

画面上に表示してマウスでクリック入力できるバーチャルキーボード。pyautoguiライブラリの活用を学びます。

🎯 難易度: ★★☆ 📦 ライブラリ: tkinter（標準ライブラリ）, pyautogui ⏱️ 制作時間: 30〜90分

📋 目次

1. アプリ概要
2. 機能一覧
3. 事前準備・環境
4. 完全なソースコード
5. コード解説
6. ステップバイステップガイド
7. カスタマイズアイデア
8. よくある問題と解決法
9. 練習問題

1. アプリ概要

画面上に表示してマウスでクリック入力できるバーチャルキーボード。pyautoguiライブラリの活用を学びます。

このアプリは中級カテゴリに分類される実践的なGUIアプリです。使用ライブラリは tkinter（標準ライブラリ）・pyautogui で、難易度は ★★☆ です。

このアプリは「ユーティリティ」カテゴリです。小回りの効くユーティリティは Python の真骨頂で、汎用的なユーザー操作を組み合わせる発想が他のアプリにもそのまま流用できます。tkinter（標準ライブラリ）・pyautogui を活かして実装するこの構造は、他のアプリにも応用が効きます。

コードを読む前に実行することをおすすめします。動いている挙動を先に把握しておくと、解説で出てくる関数や処理がどこに対応するかが頭に入りやすくなります。

応用のヒントは、機能を 1 つ増やす・見た目を整える・例外を一つでも丁寧に扱う、のいずれかから始めるのがおすすめです。

バーチャルキーボード実行画面（Linux Mint） — 実行画面（Linux Mint）

2. 機能一覧

ループで生成するボタン群を _on_key() に接続
「📋 コピー」ボタン（_copy_text()）・「🗑 クリア」ボタン（lambda: self.output_text.delete('1.0', tk.END)）で操作

3. 事前準備・環境

ℹ️

動作確認環境

Python 3.10 以上 / Windows 11（実機）で起動・基本操作を確認／ Linux Mint 22.3（仮想マシン）で起動・画面表示を確認（macOS は未検証）

Windows 11（実機）で起動と基本操作を確認しています（全機能の網羅テストではありません）。Linux Mint 22.3（仮想マシン）では起動と画面表示を確認しました。macOS は必要なライブラリ（pip install）を入れれば動作する想定ですが、未検証です。

Python 3.10 以上
OS: Windows 11（実機で起動・基本操作を確認）・Linux Mint 22.3（仮想マシンで起動・画面表示を確認）

送信先を「フォーカス中ウィンドウ」にすると、押したキーは pyautogui を通じてほかのアプリへ本物のキー入力として送られます。試すときは「テキストエリア」を選んだままにして、パスワードの入力欄や保存していない書類を開いた状態で操作しないでください（詳しくは9章）。

4. 完全なソースコード

💡

コードのコピー方法

右上の「コピー」ボタンをクリックするとコードをクリップボードにコピーできます。

📦 必要なライブラリをインストール（初回のみ）

pip install pyautogui

app41.py

import tkinter as tk
from tkinter import ttk, messagebox
import string

try:
    import pyautogui
    PYAUTOGUI_AVAILABLE = True
except ImportError:
    PYAUTOGUI_AVAILABLE = False


class App41:
    """バーチャルキーボード"""

    # キーボードレイアウト
    ROWS = [
        ["Esc", "F1", "F2", "F3", "F4", "F5", "F6", "F7", "F8", "F9", "F10", "F11", "F12"],
        ["`", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "0", "-", "=", "BS"],
        ["Tab", "q", "w", "e", "r", "t", "y", "u", "i", "o", "p", "[", "]", "\\"],
        ["Caps", "a", "s", "d", "f", "g", "h", "j", "k", "l", ";", "'", "Enter"],
        ["Shift", "z", "x", "c", "v", "b", "n", "m", ",", ".", "/", "Shift"],
        ["Ctrl", "Alt", "Space", "Alt", "Ctrl"],
    ]

    SHIFTED = {
        "`": "~", "1": "!", "2": "@", "3": "#", "4": "$", "5": "%",
        "6": "^", "7": "&", "8": "*", "9": "(", "0": ")", "-": "_", "=": "+",
        "[": "{", "]": "}", "\\": "|", ";": ":", "'": '"', ",": "<",
        ".": ">", "/": "?",
    }

    WIDE_KEYS = {"BS": 2.0, "Tab": 1.5, "Caps": 1.8, "Enter": 2.2,
                 "Shift": 2.5, "Space": 5.0, "Ctrl": 1.5, "Alt": 1.2,
                 "Esc": 1.0, "BS": 1.8}

    SPECIAL_KEYS = {"BS", "Tab", "Caps", "Enter", "Shift", "Ctrl", "Alt",
                    "Esc", "Space", "F1", "F2", "F3", "F4", "F5", "F6",
                    "F7", "F8", "F9", "F10", "F11", "F12", "\\"}

    KEY_COLOR = "#3c3c3c"
    SPECIAL_COLOR = "#505050"
    PRESSED_COLOR = "#0078d4"

    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.root.title("バーチャルキーボード")
        self.root.resizable(False, False)
        self.root.configure(bg="#1e1e1e")
        self._shift = False
        self._caps = False
        self._ctrl = False
        self._alt = False
        self._key_buttons = {}
        self._build_ui()

    def _build_ui(self):
        header = tk.Frame(self.root, bg="#252526", pady=6)
        header.pack(fill=tk.X)
        tk.Label(header, text="⌨️ バーチャルキーボード",
                 font=("Noto Sans JP", 12, "bold"),
                 bg="#252526", fg="#4fc3f7").pack(side=tk.LEFT, padx=12)

        if not PYAUTOGUI_AVAILABLE:
            tk.Label(self.root,
                     text="⚠ pyautogui が未インストール (pip install pyautogui)。"
                          "テキストエリアへの入力モードで動作します。",
                     bg="#fff3cd", fg="#856404", font=("Arial", 8),
                     anchor="w", padx=8).pack(fill=tk.X)

        # テキスト出力エリア
        output_f = tk.Frame(self.root, bg="#1e1e1e")
        output_f.pack(fill=tk.X, padx=8, pady=6)
        tk.Label(output_f, text="入力結果:", bg="#1e1e1e", fg="#ccc",
                 font=("Arial", 9)).pack(anchor="w")
        self.output_text = tk.Text(output_f, height=4, bg="#0d1117", fg="#c9d1d9",
                                    font=("Courier New", 13), relief=tk.FLAT,
                                    insertbackground="white")
        sb = ttk.Scrollbar(output_f, command=self.output_text.yview)
        self.output_text.configure(yscrollcommand=sb.set)
        sb.pack(side=tk.RIGHT, fill=tk.Y)
        self.output_text.pack(fill=tk.X)

        # 操作ボタン
        ctrl_f = tk.Frame(self.root, bg="#1e1e1e")
        ctrl_f.pack(fill=tk.X, padx=8, pady=2)
        tk.Button(ctrl_f, text="📋 コピー",
                  command=self._copy_text,
                  bg="#3c3c3c", fg="white", relief=tk.FLAT,
                  font=("Arial", 9), padx=8, pady=3,
                  activebackground="#505050", bd=0).pack(side=tk.LEFT, padx=4)
        tk.Button(ctrl_f, text="🗑 クリア",
                  command=lambda: self.output_text.delete("1.0", tk.END),
                  bg="#3c3c3c", fg="white", relief=tk.FLAT,
                  font=("Arial", 9), padx=8, pady=3,
                  activebackground="#505050", bd=0).pack(side=tk.LEFT, padx=4)

        # 送信先フォーカス設定
        self.target_var = tk.StringVar(value="テキストエリア")
        tk.Label(ctrl_f, text="送信先:", bg="#1e1e1e", fg="#ccc",
                 font=("Arial", 9)).pack(side=tk.LEFT, padx=(12, 4))
        for val in ["テキストエリア", "フォーカス中ウィンドウ"]:
            ttk.Radiobutton(ctrl_f, text=val, variable=self.target_var,
                            value=val).pack(side=tk.LEFT, padx=4)

        # キーボード本体
        kb_f = tk.Frame(self.root, bg="#1e1e1e", padx=8, pady=8)
        kb_f.pack()

        BASE_W = 42
        BASE_H = 38

        for row_idx, row in enumerate(self.ROWS):
            row_f = tk.Frame(kb_f, bg="#1e1e1e")
            row_f.pack(pady=2, anchor="w")
            for key in row:
                width_mult = self.WIDE_KEYS.get(key, 1.0)
                is_special = key in self.SPECIAL_KEYS
                color = self.SPECIAL_COLOR if is_special else self.KEY_COLOR
                btn_w = max(1, int(width_mult * 3.5))
                btn = tk.Button(row_f, text=key,
                                bg=color, fg="white",
                                relief=tk.FLAT, bd=0,
                                font=("Arial", 9),
                                width=btn_w,
                                height=1,
                                padx=2, pady=4,
                                activebackground=self.PRESSED_COLOR,
                                activeforeground="white",
                                command=lambda k=key: self._on_key(k))
                btn.pack(side=tk.LEFT, padx=1)
                if key not in self._key_buttons:
                    self._key_buttons[key] = []
                self._key_buttons[key].append(btn)

        self.status_var = tk.StringVar(value="キーをクリックして入力")
        tk.Label(self.root, textvariable=self.status_var,
                 bg="#252526", fg="#858585", font=("Arial", 9),
                 anchor="w", padx=8).pack(fill=tk.X, side=tk.BOTTOM)

    def _on_key(self, key):
        target = self.target_var.get()

        if key == "Shift":
            self._shift = not self._shift
            self._update_shift_display()
            self._highlight_key("Shift", self._shift)
            return
        elif key == "Caps":
            self._caps = not self._caps
            self._update_shift_display()
            self._highlight_key("Caps", self._caps)
            return
        elif key == "Ctrl":
            self._ctrl = not self._ctrl
            self._highlight_key("Ctrl", self._ctrl)
            return
        elif key == "Alt":
            self._alt = not self._alt
            self._highlight_key("Alt", self._alt)
            return

        char = self._resolve_char(key)

        if target == "テキストエリア" or not PYAUTOGUI_AVAILABLE:
            self._insert_to_textarea(key, char)
        else:
            self._send_to_focus(key, char)

        # Shiftの自動解除
        if self._shift:
            self._shift = False
            self._update_shift_display()
            self._highlight_key("Shift", False)

        self.status_var.set(f"押下: {key}  →  '{char}'")

    def _resolve_char(self, key):
        if key == "BS":
            return ""
        if key == "Enter":
            return "\n"
        if key == "Tab":
            return "\t"
        if key == "Space":
            return " "
        if key in self.SPECIAL_KEYS:
            return ""

        effective_shift = self._shift ^ self._caps
        if effective_shift:
            if key in self.SHIFTED:
                return self.SHIFTED[key]
            return key.upper()
        return key.lower()

    def _insert_to_textarea(self, key, char):
        if key == "BS":
            content = self.output_text.get("1.0", tk.END)
            if len(content) > 1:
                self.output_text.delete("end-2c", "end-1c")
        elif char:
            self.output_text.insert(tk.END, char)
            self.output_text.see(tk.END)

    def _send_to_focus(self, key, char):
        if not PYAUTOGUI_AVAILABLE:
            return
        try:
            if key == "BS":
                pyautogui.press("backspace")
            elif key == "Enter":
                pyautogui.press("enter")
            elif key == "Tab":
                pyautogui.press("tab")
            elif key == "Space":
                pyautogui.press("space")
            elif key == "Esc":
                pyautogui.press("escape")
            elif key.startswith("F") and key[1:].isdigit():
                pyautogui.press(key.lower())
            elif char:
                pyautogui.typewrite(char, interval=0)
        except Exception as e:
            self.status_var.set(f"エラー: {e}")

    def _update_shift_display(self):
        effective_shift = self._shift ^ self._caps
        for row in self.ROWS:
            for key in row:
                if key in self.SPECIAL_KEYS or key not in self._key_buttons:
                    continue
                display = key
                if effective_shift:
                    if key in self.SHIFTED:
                        display = self.SHIFTED[key]
                    else:
                        display = key.upper()
                else:
                    display = key.lower()
                for btn in self._key_buttons[key]:
                    btn.config(text=display)

    def _highlight_key(self, key, active):
        if key in self._key_buttons:
            color = self.PRESSED_COLOR if active else self.SPECIAL_COLOR
            for btn in self._key_buttons[key]:
                btn.config(bg=color)

    def _copy_text(self):
        text = self.output_text.get("1.0", tk.END).strip()
        self.root.clipboard_clear()
        self.root.clipboard_append(text)
        self.status_var.set("クリップボードにコピーしました")


if __name__ == "__main__":
    root = tk.Tk()
    app = App41(root)
    root.mainloop()

5. コード解説

バーチャルキーボードのコードを、実際に書かれている実装に沿って解説します。

クラス設計とコンストラクタ

App41 クラスにアプリの全機能をまとめています（メソッド9個・全259行）。__init__ ではタイトル「バーチャルキーボード」を設定します。あわせて状態を保持する変数（self._shift・self._caps・self._ctrl・self._alt）を初期化し、最後に _build_ui() で画面を組み立てます。