C++ OpenGL 3D Game Tutorial 2: Making OpenGL 3D Engine学习笔记

视频地址https://www.youtube.com/watch?v=PH5kH8h82L8&list=PLv8DnRaQOs5-MR-zbP1QUdq5FL0FWqVzg&index=3

一、main类

        接上一篇内容，main.cpp的内容增加了一些代码，显得严谨一些：

#include<OGL3D/Game/OGame.h>
#include<iostream>

int main()
{
	try {
		OGame game;
		game.Run();
	}
	catch (const std::exception& e)
	{
		std::cout << e.what() << std::endl;
		return 1;
	}

	return 0;
}

二、OGame类 

       然后是Game类的添加了很多内容：

        Game.h文件：

#pragma once
#include<memory>

class OGraphicsEngine;
class OWindow;
class OGame
{
public:
	OGame();
	~OGame();

	virtual void onCreate();
	virtual void onUpdate();
	virtual void onQuit();

	void Run();
protected:
	bool m_isRunning = true;
	std::unique_ptr<OGraphicsEngine> m_graphicsEngine;
	std::unique_ptr<OWindow> m_display;
};

        Game.cpp文件：

#include<OGL3D/Graphics/OGraphicsEngine.h>
#include<OGL3D/Window/OWindow.h>
#include<OGL3D/Game/OGame.h>
#include<Windows.h>

OGame::OGame()
{
	m_graphicsEngine = std::make_unique<OGraphicsEngine>();
	m_display = std::make_unique<OWindow>();

	m_display->makeCurrentContext();
}

OGame::~OGame()
{
}

void OGame::onCreate()
{
	m_graphicsEngine->clear(OVec4(1,0,0,1));

	m_display->present(false);
}

void OGame::onUpdate()
{
}

void OGame::onQuit()
{
}

void OGame::Run()
{
	onCreate();

	MSG msg;
	while (m_isRunning)
	{
		msg = {};
		if (PeekMessage(&msg, NULL, NULL, NULL, PM_REMOVE))
		{
			if (msg.message == WM_QUIT)
			{
				m_isRunning = false;
				continue;
			}
			else 
			{
				TranslateMessage(&msg);
				DispatchMessage(&msg);
			}
		}

		onUpdate();
	}

	onQuit();
}

       和上一篇相比，在构造函数里面创建了OGraphicEngine对象，同时执行了OWindow对象m_display的方法makeCurrentContext，这个方法也是OWindow类在本次视频里面后加的。需要注意的是，这两行代码的顺序不能错：

m_graphicsEngine = std::make_unique<OGraphicsEngine>();
m_display = std::make_unique<OWindow>();

         因为OWindow构造期间需要获取的HDC里面的内容，而这个HDC内容要在OGraphicsEngine构造期间设置，所以必定要先构造OGraphicsEngine对象，顺序颠倒了肯定不行。

        同时OGame类里面还添加onCreate、onUpdate、onQuit方法，注意一下这三个方法的调用时机就好了。

三、OWindow类

Owindow.h文件

#pragma once

#include<Windows.h>
class OWindow
{
public:
		OWindow();
		~OWindow();

		void makeCurrentContext();
		void present(bool vsync);
private:
	HWND m_handle = nullptr;
	HGLRC m_context = nullptr;
};

OWindow.cpp文件

#include<OGL3D/Window/OWindow.h>
#include<glad/glad.h>
#include<glad/glad_wgl.h>
#include <Windows.h>
#include<assert.h>

LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hwnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
	switch (msg)
	{
	case WM_DESTROY:
	{
		OWindow* window = (OWindow*)GetWindowLongPtr(hwnd, GWLP_USERDATA);
		break;
	}
	case WM_CLOSE:
	{
		PostQuitMessage(0);
		break;
	}
	default:
		return DefWindowProc(hwnd, msg, wParam, lParam);
	}
	return NULL;
}

OWindow::OWindow()
{
	WNDCLASSEX wc = {};
	wc.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);
	wc.lpszClassName = L"OGL3DWindow";
	wc.lpfnWndProc = WndProc;

	auto classId = RegisterClassEx(&wc);
	assert(classId);

	RECT rc = { 0,0,1024,768 };
	AdjustWindowRect(&rc, WS_OVERLAPPED | WS_CAPTION | WS_SYSMENU, false);

	m_handle = CreateWindowEx(NULL,
		MAKEINTATOM(classId),
		L"Parcode | OpenGL 3D Game",
		WS_OVERLAPPEDWINDOW,
		CW_USEDEFAULT,
		CW_USEDEFAULT,
		rc.right - rc.left, rc.bottom - rc.top,
		NULL, NULL, NULL, NULL);

	assert(m_handle);

	SetWindowLongPtr(m_handle, GWLP_USERDATA, (LONG_PTR)this);

	ShowWindow(m_handle, SW_SHOW);
	UpdateWindow(m_handle);

	HDC hDC = GetDC(m_handle);

	int pixelFormatAttributes[] = {
		WGL_DRAW_TO_WINDOW_ARB,GL_TRUE,
		WGL_SUPPORT_OPENGL_ARB,GL_TRUE,
		WGL_DOUBLE_BUFFER_ARB,GL_TRUE,
		WGL_ACCELERATION_ARB,WGL_FULL_ACCELERATION_ARB,
		WGL_PIXEL_TYPE_ARB,WGL_TYPE_RGBA_ARB,
		WGL_COLOR_BITS_ARB,24,
		WGL_DEPTH_BITS_ARB,24,
		WGL_STENCIL_BITS_ARB,8,
		0
	};

	int iPixelFormat = 0;
	UINT numFormats = 0;
	wglChoosePixelFormatARB(hDC, pixelFormatAttributes, nullptr, 1, &iPixelFormat, &numFormats);
	assert(numFormats);

	PIXELFORMATDESCRIPTOR pixelFormatDesc = {};
	DescribePixelFormat(hDC, iPixelFormat, sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR), &pixelFormatDesc);
	SetPixelFormat(hDC, iPixelFormat, &pixelFormatDesc);

	int openAttributes[] = {
	WGL_CONTEXT_MAJOR_VERSION_ARB,4,
	WGL_CONTEXT_MINOR_VERSION_ARB,6,
	WGL_CONTEXT_PROFILE_MASK_ARB,WGL_CONTEXT_CORE_PROFILE_BIT_ARB,
	0
	};

	m_context = wglCreateContextAttribsARB(hDC, 0, openAttributes);
	assert(m_context);
}

OWindow::~OWindow()
{
	wglDeleteContext(m_context);
	DestroyWindow(m_handle);
}

void OWindow::makeCurrentContext()
{
	wglMakeCurrent(GetDC(m_handle), m_context);
}

void OWindow::present(bool vsync)
{
	wglSwapIntervalEXT(vsync);
	wglSwapLayerBuffers(GetDC(m_handle), WGL_SWAP_MAIN_PLANE);
}

创建窗口

        这里需要解释一些创建窗口的问题，其实在上一篇文件里就应该解释，但是当时理解的也不到位，这里算是补充一下。 
        WNDCLASSEX创建一个名称为wc的结构体实例，这个实例相当于我们事先写一份要创建窗口的类型申请表，RegisterClass这个函数就是把wc这个申请表提交(注册)给Window系统，然后当需要创建窗口时，Window系统就会按这个申请表来创建。
        RegisterClass的形参是指向WNDCLASSEX结构体的指针，这个指针会加入到system atom table即SAT中，这样系统就可以通过查找这张表来找到用户自定义的窗口类，window预定义的窗口类指针也在SAT中。

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        SAT实际上实现了一种用于查询的映射，ATOM（翻译过来叫“原子”）实际类型是short，即16整数。ATOM表（原子表）是一个系统定义的用于存放字符串和相应的标识符的表。程序把一个字符串放入ATOM表，获得一个相应的16位整数，这个整数就叫原子，可以用来访问该字符串。一个被放进原子表的字符串叫做原子名称。

        只有系统才可直接访问这张表，但在调用某些api函数时，如Registerclass，可以告知系统来存取这张表。当然，还有本地原子表和全局原子表，这些表应用程序是可以直接访问的。

        MAKEINTATOM 宏 (位于winbase.h)将指定的原子转换为对应的字符串地址，以便可以将其传递给接受原子或字符串的函数。调用CreateWindowEx就用到了这个宏。

获取绘制上下文 

        后面补充的代码是从

HDC hDC = GetDC(m_handle); 

这行代码开始，一直到

assert(m_context); 

这行代码结束，其核心的目的是获取绘制上下文，就是 m_context 。而获取上下文的代码时使用的代码是：

m_context = wglCreateContextAttribsARB(hDC, 0, openAttributes);

        总体来说对我是个晕头转向的过程，不过大概就是先要获取形参，第一个是hDC，也是唯一需要说明一下的，这个内容有点儿多，查了老半天也是很糊涂的，先能明白多少算多少。

        HDC——Handle of the Device Context，中文意思是“设备上下文句柄”，这个东西会在后面多次用到。HDC是一种包含有关某个设备（如显示器或打印机）的绘制属性信息的 Windows 数据结构。所有绘制调用都通过设备上下文对象进行，这些对象封装了用于绘制线条、形状和文本的 Windows API。

        虽然说GetDC函数很容易就获取了这个hDC，但是对其像素格式进行设置。就是下面的代码：

SetPixelFormat(hDC, iPixelFormat, &pixelFormatDesc);

        这个过程设计好几个函数，基本没看明白，估计照着写就行。

        就说一个wglChoosePixelFormatARB函数吧，它能够找到合适的像素格式。

        Windows下要通过程序设置多重采样，必须使用wglChoosePixelFormatARB这个函数。正确使用这个函数的关键，就是需要创建一个临时窗体，通过这个窗体，我们可以获取必须的基础像素格式，然后再使用wglChoosePixelFormatARB这个函数，得到可用的多重采样像素格式，最后，对渲染窗口设置这个像素格式即可。

四、OGraphicsEngine类

        新增加了OGraphicsEngine类，先贴出代码：

        OGraphicsEngine.h文件：

#pragma once
#include<OGL3D/Math/OVec4.h>

class OGraphicsEngine
{
public:
	OGraphicsEngine();
	~OGraphicsEngine();
public:
	void clear(const OVec4& color);
};

        OGraphicsEngine.cpp文件：

#include<OGL3D/Graphics/OGraphicsEngine.h>
#include<glad/glad.h>
#include<glad/glad_wgl.h>
#include<assert.h>
#include<stdexcept>

OGraphicsEngine::OGraphicsEngine()
{
	WNDCLASSEX wc = {};
	wc.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);
	wc.lpszClassName = L"OGL3DDummyWindow";
	wc.lpfnWndProc = DefWindowProc;
	wc.style = CS_OWNDC;

	auto classId = RegisterClassEx(&wc);
	assert(classId);

	auto dummyWindow = CreateWindowEx(NULL, MAKEINTATOM(classId), L"", WS_OVERLAPPED | WS_CAPTION | WS_SYSMENU, CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT,
		CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, NULL, NULL, NULL, NULL);

	assert(dummyWindow);

	HDC dummyDC = GetDC(dummyWindow);

	PIXELFORMATDESCRIPTOR pixelFormatDesc = {};
	pixelFormatDesc.nSize = sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR);
	pixelFormatDesc.nVersion = 1;
	pixelFormatDesc.iPixelType = PFD_TYPE_RGBA;
	pixelFormatDesc.dwFlags = PFD_DRAW_TO_WINDOW | PFD_SUPPORT_OPENGL | PFD_DOUBLEBUFFER;
	pixelFormatDesc.cColorBits = 32;
	pixelFormatDesc.cAlphaBits = 8;
	pixelFormatDesc.cDepthBits = 24;
	pixelFormatDesc.cStencilBits = 8;
	pixelFormatDesc.iLayerType = PFD_MAIN_PLANE;

	auto iPixelFormat = ChoosePixelFormat(dummyDC, &pixelFormatDesc);
	SetPixelFormat(dummyDC, iPixelFormat, &pixelFormatDesc);

	auto dummyContext = wglCreateContext(dummyDC);
	assert(dummyContext);

	wglMakeCurrent(dummyDC, dummyContext);

	if (!gladLoadWGL(dummyDC))throw std::runtime_error("OGraphic Engine Error:gladLoadWGL failed.");
	if (!gladLoadGL())throw std::runtime_error("OGraphic Engine Error:gladLoadGL failed.");

	wglMakeCurrent(dummyDC, 0);
	wglDeleteContext(dummyContext);
	ReleaseDC(dummyWindow, dummyDC);
	DestroyWindow(dummyWindow);
}

OGraphicsEngine::~OGraphicsEngine()
{
}

void OGraphicsEngine::clear(const OVec4& color)
{
	glClearColor(color.x,color.y,color.z,color.w);
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
}

        ​choosePixelFormat从HDC中选择最匹配的内容，返回一个索引（iPixelFormat，开头的i应该就是index）。

        SetPixelformat函数将指定设备上下文（HDC）的像素格式设置为索引（iPixelFormat）指定的格式。

        这一通操作意思就是你开始定义的PIXELFORMATDESCRIPTOR只是你自己一厢情愿的想法，设备（显示器或者打印机）有可能支持（这当然最好），也有可能不支持，一旦不支持，就给你找个最接近你要求的参数凑合用用。

        wglCreateContext（为什么是wgl开头呢？应该是来源于Wingdi.h文件的GL函数，wingdi应该就是Window Graphic Deviec Interface）函数创建一个呈现上下文，该上下文适用于在 hdc 引用的设备上绘图。 

        其返回值是HGLRC类型（the Handle of GL Rendering Context，GL渲染上下文句柄）

        wglMakeCurrent就是指示后续在hdc上的绘制工作都是基于dummyContext的。

        绕了一大圈都是为了这两句：

	if (!gladLoadWGL(dummyDC))throw std::runtime_error("OGraphic Engine Error:gladLoadWGL failed.");
	if (!gladLoadGL())throw std::runtime_error("OGraphic Engine Error:gladLoadGL failed.");

        先说一下，通过throw抛出异常会终止线程。

        这两句也都是对hDC状态进行设置。

五、补充

        补充两个文件，一个是OVec4.h文件，另一个是OPerequisites.h文件。

        OVec4.h文件：

#pragma once
#include<OGL3D/OPerequisites.h>

class OVec4
{
public:
	OVec4() {}
	OVec4(f32 x, f32 y, f32 z, f32 w) :x(x), y(y), z(z), w(w) {}
	~OVec4() {}

public:
	f32 x = 0, y = 0, z = 0, w = 0;
};

        OPerequisites.h文件：

#pragma once

typedef float f32;

六、后记

        说实话，Window编程真的很绕，很晦涩（其实本来想说很**，但我要保持优雅的底线），也许这就是垄断的结果吧。其实以前开发苹果App的时候，感觉苹果对开发者就很不友好（对玩家用户倒是友好得很！），禁不住回想在Unity环境下用C#编程，似乎真的很美好（Long Live Unity！）。不过话说回来，开发游戏引擎的通常比使用引擎做游戏的工资更高，算是对被这种代码折磨的补偿吧 :D