# LearnVulkanBookCode **Repository Path**: Ruemo/LearnVulkanBookCode ## Basic Information - **Project Name**: LearnVulkanBookCode - **Description**: Vulkan API学习 - **Primary Language**: C++ - **License**: GPL-2.0 - **Default Branch**: master - **Homepage**: None - **GVP Project**: No ## Statistics - **Stars**: 3 - **Forks**: 2 - **Created**: 2024-10-24 - **Last Updated**: 2026-03-18 ## Categories & Tags **Categories**: Uncategorized **Tags**: Vulkan ## README # 项目说明 ## 项目说明 通过学习本项目中包含的Vulkan相关参考书示例代码和现代C++教程，开发者可以以相对平缓的学习曲线完成Vulkan入门到进阶阶段的学习。 **发行版中的epub文件仅供学习用途！** ### 📋 快速开始 **🔴 重要：使用前请先下载项目依赖** 由于项目包含大量模型和纹理文件，请先从下方的网盘链接下载"项目依赖以及资产.zip"并解压到项目根目录。 如果您是Vulkan初学者，建议直接从 `ep01` 开始学习现代Vulkan开发。 ## 本项目的内容包含 ### 🟢 推荐学习路径（现代C++框架） - **现代Vulkan教程系列** - 项目前缀为 `ep*` (ep01-ep13) - **现代架构重构示例** - `Chapter13-04-refactored` - **特点**: 使用现代C++特性，RAII资源管理，智能指针，模块化设计 ### 🟡 传统应用架构（参考学习） - **《Vulkan开发实战详解》(吴亚峰)**的随书代码；项目前缀为 `Chapter*` - **特点**: 完整的应用程序，实用导向，适合了解实际项目开发 ## 开发环境以及项目依赖 * 独立显卡(可选项，支持的层和扩展更多) * VS/CLion/VSCode * VulkanSDK:1.3.290.0(安装时勾选glm) * glfw:3.4 * sdl:3.1.6 * sdl_mixer:2.8.0 * glm:复制自vulkanSDK中的include文件夹 * glslang:在Github[仓库](https://github.com/KhronosGroup/glslang)选择与vulkanSDK版本匹配的1.3.290.0版本的分支并克隆到本项目的依赖文件夹内(在CMakeLists.txt中已经配置完毕) ### 📦 项目依赖以及资产下载 由于项目包含大量的模型文件、纹理图片和其他依赖资源，文件体积过大无法提交到远程仓库。 **下载链接：** - **百度网盘**: [Vulkan项目资产](https://pan.baidu.com/s/1ZTCl9EZRfZaZVV0db67uYg?pwd=1111) **下载后请解压到项目根目录**，确保目录结构如下： ``` vulkan-book-code/ ├── models/ # 3D模型文件 ├── textures/ # 纹理图片文件 ├── dependencies/ │ ├── glfw/ # 窗口和输入管理 (3.4) │ ├── sdl/ # 窗口和输入管理 (3.1.6) │ ├── sdl_mixer/ # 音频混音库 (2.8.0) │ ├── glm/ # 数学运算库 │ ├── glslang/ # 着色器编译器 (1.3.290) │ └── gli/ # 图像处理库 ├── include/ │ ├── imgui/ # 图形界面库 │ ├── nlohmann/ # JSON解析库 │ ├── STD/ │ │ └── stb_image.h # 图像加载 │ └── TOL/ │ └── tiny_obj_loader.h # 模型加载 └── ... ``` ## 📚 学习路径建议 ### 🚀 根据经验选择学习路径 #### 🔸 完全初学者路径 1. **现代C++框架学习** (`ep*` 系列) - ep01-ep03: 环境搭建和设备初始化 - ep04-ep07: 交换链、管线、命令基础 - ep08-ep09: 顶点和Uniform数据 - ep10-ep13: 纹理、深度、抗锯齿、模型绘制 #### 🔸 有经验开发者路径 1. **直接现代C++框架** (`ep*` 系列) - 适合：有Vulkan基础和现代C++经验的开发者 - 学习现代Vulkan开发最佳实践 2. **参考实际应用** (`Chapter*` 系列) - 了解完整的渲染应用架构 - 学习实际项目中的功能模块划分 - 参考复杂功能的实现方式 #### AI时代的学习助推器 * 安装opencode或者claude code * 购买国内或者国外平台的编码套餐获取api key并配置 * 让AI自行配置配置[epub-mcp](https://github.com/onebirdrocks/ebook-mcp)，方便读取书中对应的内容帮助理解 * 利用AI解释复杂的Vulkan API概念和渲染管线流程 * 使用AI辅助调试Vulkan错误，特别是VK_ERROR_*错误码的快速定位和解决方案 * 让AI帮助对比传统架构与现代C++架构的优缺点，加速理解设计模式 * AI辅助解决平台特定问题（如macOS的MoltenVK适配、不同GPU的驱动差异） * 利用AI进行代码重构建议，从传统C++向现代C++（智能指针、RAII）的渐进式改造 * 使用AI生成跨章节的知识点连接，构建完整的Vulkan知识体系 * AI驱动的实践项目建议，基于所学内容创作小型的渲染演示 ### ⚠️ 重要说明 #### 《Vulkan开发实战详解》部分 - **参考学习** - **代码位置**: 本项目中所有以 `Chapter` 为前缀的文件夹内 - **内容**: 包含原书全19章的PC实例代码（第19章mac运行白屏） - **特点**: 使用新开发环境、替换过时API、修复BUG并小幅重构后的可运行代码 - **说明**: - 所有项目共用文件夹根目录的依赖 - 仓库内上传了前18章的模型和纹理文件 - 一个模型或纹理文件可能会被多个项目使用 - 文件使用UTF8编码 - 使用GLFW代替WIN32API实现窗口创建和外设输入处理 由于所有项目使用的物理设备均为物理设备列表中的第一个设备，需要使用设备的高级特性请调整选择的物理设备索引；当然这里也给出了使用Json配置GPU选择的一种方式：在仓库的根目录创建`config.json`文件 ~~~json { "GpuIndex": 0 } ~~~ 然后在代码中使用： ~~~ c++ //头文件导入 #include #include //读取并输出json文件中键对应的值 std::ifstream f("../config.json"); json data = json::parse(f); std::cout << data["GpuIndex"] << std::endl; f.close(); ~~~ ## 待办列表： * **重要(影响程序效果)** * 后续修复16.02黑屏的问题 * 后续修复17.07没有水面效果的问题 * 找到为什么使用RenderDoc对进阶学习中的项目进行抓帧启动时会报错的原因(在Clion中可以运行，在文件管理器中双击打开报错 可能是缺库？) * **次要(不影响效果)** * 后续修复12.14关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复12.15关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复13.07关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复14.01关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复14.02关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复14.07关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复15.03关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复15.05关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复15.08关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复16.01关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复16.03关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复16.04关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复16.05关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复17.01关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * 后续修复18.01关闭程序会报错`0xC0000374`的问题 * **后续计划** * 在完成18章的示例项目后给出一个集成[ImGui](https://github.com/ocornut/imgui),[Json](https://github.com/nlohmann/json)的三色三角形示例项目 ## 🏗️ 项目架构设计 ### 项目分类与定位 本项目包含三个主要系列，分别适应不同的学习需求和开发阶段： #### 🟢 ep_* 系列 - 现代Vulkan教程（推荐） - **技术栈**: 现代C++20 + RAII + 智能指针 - **架构特点**: 三层架构设计（应用层、封装层、系统层） - **设计模式**: 工厂模式、RAII、智能指针管理 - **适合人群**: 所有Vulkan学习者，特别是希望学习现代C++实践的开发者 - **代码位置**: `ep01` 到 `ep13` 目录 - **详细架构**: 参见 `doc/现代cppVulkan开发架构设计文档.md` #### 🟡 Chapter_* 系列 - 传统应用架构（进阶参考） - **教材来源**: 《Vulkan开发实战详解》(吴亚峰) - **教学目标**: 实际应用开发，掌握完整的渲染流程 - **架构特点**: 单体应用模式，功能模块化设计 - **适合人群**: 有一定Vulkan基础，希望了解实际项目架构的开发者 - **代码位置**: 以`Chapter`为前缀的文件夹 - **详细架构**: 参见 `doc/《Vulkan开发实战详解》架构说明.md` ### 架构设计对比 | 特性 | 🟡 Chapter_* 系列 (参考) | 🟢 ep_* 系列 (推荐) | |------|----------------|----------------| | **设计理念** | 应用导向，功能完整 | 现代C++，类型安全 | | **架构模式** | 单体应用模式 | 三层架构模式 | | **文件组织** | src/ 功能导向结构 | 模块化封装设计 | | **类设计** | 单体应用类 + 功能模块 | 智能指针 + 工厂模式 | | **资源管理** | 手动资源管理 | 自动RAII + 智能指针 | | **C++标准** | C++11/14 | **C++20** | | **学习曲线** | 中等（完整应用） | 平缓（现代实践） | | **实用性** | 实际应用参考 | **现代开发标准** | | **可维护性** | 中等（耦合度高） | **很高（现代设计）** | | **代码质量** | 中等（实用导向） | **很高（最佳实践）** | | **推荐状态** | ⚠️ **参考学习** | ✅ **强烈推荐** | ### 🎯 现代Vulkan教程 (ep*) 详细内容 #### 教学路径 ``` ep01 instance → Vulkan实例创建和验证层 ep02 device → 物理设备选择和逻辑设备创建 ep03 surface → 窗口表面和渲染目标 ep04 swapChain → 交换链和帧缓冲管理 ep05 pipeline → 图形管线和着色器 ep06 renderPass → 渲染过程和子通道 ep07 command → 命令缓冲和录制 ep08 vertex → 顶点缓冲和属性 ep09 uniform → Uniform缓冲和描述符 ep10 imageSampler → 图像纹理和采样器 ep11 depth → 深度缓冲和深度测试 ep12 antiAlias → 抗锯齿技术 ep13 modelDrawing → 完整的3D模型渲染 ``` #### 现代C++特性应用 - **智能指针**: `std::shared_ptr`, `std::unique_ptr` 自动内存管理 - **RAII**: 资源获取即初始化，异常安全 - **工厂模式**: 统一的对象创建接口 - **异常处理**: 现代错误处理机制 - **类型安全**: 强类型封装和编译时检查 #### 🌟 为什么推荐现代Vulkan教程 (ep*系列) 1. **现代C++最佳实践** - 使用C++20最新特性，代码质量更高 - RAII自动资源管理，避免内存泄漏 - 异常安全的错误处理机制 2. **优秀的架构设计** - 三层架构：应用层、封装层、系统层 - 职责分离，高内聚低耦合 - 可扩展性和可维护性极佳 3. **循序渐进的学习路径** - 从基础概念到完整应用的渐进式教学 - 每个章节专注特定主题，易于理解 - 实践与理论相结合 4. **生产就绪的代码质量** - 跨平台支持（Windows、macOS） - 完整的错误处理和验证 - 性能优化的实现方式 5. **未来发展趋势** - 符合现代C++开发标准 - 代码风格与现代工业界一致 - 为后续学习和工作奠定良好基础 ### Chapter_* 系列架构特色 #### 应用架构模式 ```mermaid graph TB subgraph "Vulkan开发实战详解应用架构" B1[VulkanDemoApp
单体应用类] B2[ShaderQueueSuit
着色器管线管理] B3[DrawableObject
可绘制对象系统] B4[UtilClasses
工具类集合] end B1 --> B2 B1 --> B3 B1 --> B4 ``` #### 核心设计特点 - **单体应用**: 所有Vulkan资源集中在一个主应用类中管理 - **功能模块化**: 按功能需求划分不同的模块类（光照、纹理、动画等） - **实用导向**: 优先考虑实际应用需求而非教学抽象 - **完整功能**: 每个项目都是可运行的完整应用程序 #### 功能演进路径 | 章节 | 应用主题 | 主要功能 | 技术重点 | |------|----------|----------|----------| | Chapter01-01 | 几何体绘制 | 基础三角形、着色器编译 | 着色器使用 | | Chapter04-01~16 | 3D渲染系统 | 完整3D渲染管线 | 变换、光照、纹理 | | Chapter08-01~04 | 光照系统 | Phong光照、点光源 | 光照计算 | | Chapter13-04 | 模型加载 | 3D模型加载渲染 | 资源管理 | | Chapter16-02 | 机器人动画 | 骨骼动画、变换 | 动画系统 | | Chapter17-07 | 水面效果 | 水波纹、反射 | 高级特效 | ### 现代架构重构 (Chapter13-04-refactored) 项目还包含了一个采用现代C++架构的重构版本，展示了如何将传统架构改进为模块化、类型安全的现代设计： #### 核心改进 - **智能指针管理**: 使用 `std::shared_ptr` 和 RAII 自动管理资源 - **模块化封装**: Vulkan对象被封装在专门的Wrapper类中 - **异常安全**: 使用现代C++异常处理机制 - **工厂模式**: 统一的对象创建接口 ```cpp // 现代C++智能指针管理 class Application : public std::enable_shared_from_this { public: using Ptr = std::shared_ptr; static Ptr create() { return std::make_shared(); } private: Wrapper::Device::Ptr mDevice{ nullptr }; Wrapper::SwapChain::Ptr mSwapChain{ nullptr }; // 自动资源管理，无需手动析构 }; ``` ## 学习路径建议 ### 初学者路径 1. **阶段1**: ep01-ep03 - 理解Vulkan基础概念 2. **阶段2**: ep04-ep07 - 掌握渲染流程 3. **阶段3**: ep08-ep09 - 实践顶点和Uniform数据 4. **阶段4**: ep10-ep13 - 深入高级特性 5. **阶段5**: Chapter08~13 - 开发实际项目 ### 进阶开发者路径 1. **阶段1**: 重点关注Chapter04~16的高级功能 2. **阶段2**: 学习Chapter13-04-refactored现代架构 3. **阶段3**: 参考重构版本改进自己的项目 ## Q&A ### Q:项目依赖以及资产文件如何获取？ **A:** 由于项目包含大量的3D模型文件、高清纹理图片和第三方库依赖，总文件大小超过数GB，无法直接提交到Git远程仓库。 **解决方案：** 1. 从提供的网盘链接下载"项目依赖以及资产.zip" 2. 解压到项目根目录 3. 确保解压后的目录结构与项目期望的一致 **重要提示：** - 模型文件主要用于Chapter*系列的项目 - 纹理文件被多个项目共享使用 - dependencies/目录包含通过git submodule管理的第三方库 - 如果某些项目运行时找不到资源文件，请首先检查是否正确下载并解压了依赖文件 ### Q:项目依赖如何配置？ 本项目使用VulkanSDK版本为：1.3.290.0。并且以下第三方库作为依赖项，可以通过git submodule进行管理： - **GLFW**: 窗口和输入管理库 - 版本分支: 3.4 - 仓库地址: https://github.com/glfw/glfw - 项目路径: dependencies/glfw - **SDL**: 窗口和输入管理库 - 版本分支: release-3.1.6 - 仓库地址: https://github.com/libsdl-org/SDL - 项目路径: dependencies/sdl - **SDL_mixer**: 音频混音库 - 版本分支: release-2.8.0 - 仓库地址: https://github.com/libsdl-org/SDL_mixer - 项目路径: dependencies/sdl_mixer - **GLI**: OpenGL图像库，用于纹理加载 - 版本分支: main - 仓库地址: https://github.com/g-truc/gli - 项目路径: dependencies/gli - **GLM**: OpenGL数学库，用于图形计算 - 版本分支: main - 仓库地址: https://github.com/g-truc/glm - 项目路径: dependencies/glm - **GLSLang**: GLSL着色器编译器 - 版本分支: vulkan-sdk-1.3.290 - 仓库地址: https://github.com/KhronosGroup/glslang - 项目路径: dependencies/glslang - **ImGui**: 即时模式GUI库（用于用户界面） - 版本分支: master - 仓库地址: https://github.com/ocornut/imgui - 项目路径: include/imgui - **nlohmann/json**: JSON解析库（用于配置管理） - 版本分支: develop - 仓库地址: https://github.com/nlohmann/json - 项目路径: include/nlohmann ### Q:如何在MacOS(Apple Silicon)运行此项目? **MoltenVK安装与版本要求** - macOS上Vulkan通过MoltenVK实现，需确保安装版本≥1.2.3以支持必要的扩展。 - 推荐使用Homebrew安装：`brew install molten-vk` **端口ability扩展配置** - **实例创建阶段**：需添加`VK_KHR_portability_enumeration`扩展和`VK_INSTANCE_CREATE_ENUMERATE_PORTABILITY_BIT_KHR`标志。 - **设备创建阶段**：需添加`VK_KHR_portability_subset`扩展。 - 确保`VK_KHR_get_physical_device_properties2`扩展在实例级别启用（非设备级别）。 **设备选择与配置** - 对于Apple GPU（M系列），需放宽设备类型要求（不严格要求独立显卡）。 - 注意Apple GPU可能不支持某些特性（如几何着色器），需在设备评分和选择时考虑这些限制。 **扩展依赖关系** - 区分实例级扩展和设备级扩展，避免将实例级扩展错误添加到设备扩展列表。 - `VK_KHR_portability_subset`依赖于`VK_KHR_get_physical_device_properties2`，需确保两者都正确配置。 **验证层错误处理** - 常见错误如`VK_KHR_portability_subset must be enabled`或依赖扩展缺失，需检查扩展配置。 - 使用标准宏定义（如`VK_KHR_PORTABILITY_SUBSET_EXTENSION_NAME`）而非硬编码字符串，避免拼写错误。 **文件路径与资源加载** - macOS文件系统区分大小写，确保纹理、着色器等资源文件路径正确。 - 检查STB_IMAGE库配置，确保正确读取图像数据。 **代码示例** 实例部分(instance.cpp) ~~~ cpp Instance::Instance(bool enableValidationLayer) { mEnableValidationLayer = enableValidationLayer; if (mEnableValidationLayer && !checkValidationLayerSupport()) { throw std::runtime_error("Error: validation layer is not supported"); } printAvailableExtensions(); VkApplicationInfo appInfo = {}; appInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_APPLICATION_INFO; appInfo.pApplicationName = "vulkanLession"; appInfo.applicationVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0); appInfo.pEngineName = "NO ENGINE"; appInfo.engineVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0); appInfo.apiVersion = VK_API_VERSION_1_0; VkInstanceCreateInfo instCreateInfo = {}; instCreateInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_INSTANCE_CREATE_INFO; instCreateInfo.pApplicationInfo = &appInfo; //扩展相关 auto extensions = getRequiredExtensions(); instCreateInfo.enabledExtensionCount = static_cast(extensions.size()); instCreateInfo.ppEnabledExtensionNames = extensions.data(); #if defined(__APPLE__) instCreateInfo.flags |= VK_INSTANCE_CREATE_ENUMERATE_PORTABILITY_BIT_KHR; #endif //layer相关 if (mEnableValidationLayer) { instCreateInfo.enabledLayerCount = static_cast(validationLayers.size()); instCreateInfo.ppEnabledLayerNames = validationLayers.data(); } else { instCreateInfo.enabledLayerCount = 0; } if (vkCreateInstance(&instCreateInfo, nullptr, &mInstance) != VK_SUCCESS) { throw std::runtime_error("Error:failed to create instance"); } setupDebugger(); } std::vector Instance::getRequiredExtensions() { uint32_t glfwExtensionCount = 0; const char **glfwExtensions = glfwGetRequiredInstanceExtensions(&glfwExtensionCount); std::vector extensions(glfwExtensions, glfwExtensions + glfwExtensionCount); extensions.push_back(VK_EXT_DEBUG_UTILS_EXTENSION_NAME); #if defined(__APPLE__) extensions.push_back(VK_KHR_PORTABILITY_ENUMERATION_EXTENSION_NAME); extensions.push_back(VK_KHR_GET_PHYSICAL_DEVICE_PROPERTIES_2_EXTENSION_NAME); #endif return extensions; } ~~~ 设备部分(device.cpp) ~~~ cpp int Device::rateDevice(VkPhysicalDevice device) { int score = 0; // 设备名称 类型 支持vulkan的版本 VkPhysicalDeviceProperties deviceProp; vkGetPhysicalDeviceProperties(device, &deviceProp); // 纹理压缩 浮点数运算特性 多视口渲染 VkPhysicalDeviceFeatures deviceFeatures; vkGetPhysicalDeviceFeatures(device, &deviceFeatures); // 打印设备信息进行调试 //printf("设备名称: %s\n", deviceProp.deviceName); //printf("设备类型: %d\n", deviceProp.deviceType); //printf("支持几何着色器: %d\n", deviceFeatures.geometryShader); //printf("支持各向异性采样: %d\n", deviceFeatures.samplerAnisotropy); // 不同平台的设备评分逻辑 #if defined(__APPLE__) // macOS平台：M系列芯片只有集成显卡，否则会找不到物理设备 // 检查是否为Apple GPU (通过设备名称识别) if (std::string(deviceProp.deviceName).find("Apple") != std::string::npos) { score += 1000; } // 确保Apple GPU至少有基础分数 score = std::max(score, 100); #elif defined(_WIN32) // Windows平台：仅为独立显卡提供高分 if (deviceProp.deviceType == VK_PHYSICAL_DEVICE_TYPE_DISCRETE_GPU) { score += 1000; } #endif score += deviceProp.limits.maxImageDimension2D; return score; } bool Device::isDeviceSuitable(VkPhysicalDevice device) { // 设备名称 类型 支持vulkan的版本 VkPhysicalDeviceProperties deviceProp; vkGetPhysicalDeviceProperties(device, &deviceProp); // 纹理压缩 浮点数运算特性 多视口渲染 VkPhysicalDeviceFeatures deviceFeatures; vkGetPhysicalDeviceFeatures(device, &deviceFeatures); // 不同平台的设备适配逻辑 #if defined(_WIN32) // Windows平台：保持原有要求 return deviceProp.deviceType == VK_PHYSICAL_DEVICE_TYPE_DISCRETE_GPU && deviceFeatures.geometryShader && deviceFeatures.samplerAnisotropy; #elif defined(__APPLE__) // macOS平台：放宽设备特性支持要求 return true; #else //比如要求物理设备必须是独立显卡且要支持几何着色器 return deviceProp.deviceType == VK_PHYSICAL_DEVICE_TYPE_DISCRETE_GPU && deviceFeatures.geometryShader; #endif } void Device::createLogicalDevice() { std::vector queueCreateInfos; std::set queueFamilies = {mGraphicQueueFamily.value(), mPresentQueueFamily.value()}; float queuePriority = 1.0; for (uint32_t queueFamily: queueFamilies) { // 填写创建信息 VkDeviceQueueCreateInfo queueCreateInfo = {}; queueCreateInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_DEVICE_QUEUE_CREATE_INFO; queueCreateInfo.queueFamilyIndex = queueFamily; queueCreateInfo.queueCount = 1; queueCreateInfo.pQueuePriorities = &queuePriority; queueCreateInfos.push_back(queueCreateInfo); } // 填写逻辑设备创建信息 VkPhysicalDeviceFeatures deviceFeatures = {}; deviceFeatures.samplerAnisotropy = VK_TRUE; std::vector extensions = deviceRequiredExtensions; #if defined(__APPLE__) // 添加VK_KHR_portability_subset扩展 extensions.push_back("VK_KHR_portability_subset"); #endif VkDeviceCreateInfo deviceCreateInfo = {}; deviceCreateInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_DEVICE_CREATE_INFO; deviceCreateInfo.pQueueCreateInfos = queueCreateInfos.data(); deviceCreateInfo.queueCreateInfoCount = static_cast(queueCreateInfos.size()); deviceCreateInfo.pEnabledFeatures = &deviceFeatures; deviceCreateInfo.enabledExtensionCount = static_cast(extensions.size()); deviceCreateInfo.ppEnabledExtensionNames = extensions.data(); // layer层 if (mInstance->getEnableValidationLayer()) { deviceCreateInfo.enabledLayerCount = static_cast(validationLayers.size()); deviceCreateInfo.ppEnabledLayerNames = validationLayers.data(); } else { deviceCreateInfo.enabledLayerCount = 0; } if (vkCreateDevice(mPhysicalDevice, &deviceCreateInfo, nullptr, &mDevice) != VK_SUCCESS) { throw std::runtime_error("Error:failed to create logical device"); } vkGetDeviceQueue(mDevice, mGraphicQueueFamily.value(), 0, &mGraphicQueue); vkGetDeviceQueue(mDevice, mPresentQueueFamily.value(), 0, &mPresentQueue); } ~~~ ### Q:为什么本项目需要使用VS打开？，以及为什么使用CLion默认设置有可能会构建失败 因为MSVC编译器对于依赖库的链接顺序相对宽松，而CLion默认设置(使用MingW编译器)则相对严格，需要调整CMakeLists.txt文件中的链接顺序，否则会出现链接错误。 ~~~ cmake # 比如 target_link_libraries(${CHAPTER_NAME} vulkanLib textureLib # 因为textureLib依赖vulkanLib Vulkan::Vulkan glslang glslang::SPIRV glslang::glslang-default-resource-limits glfw glm ) #需要调整为 target_link_libraries(${CHAPTER_NAME} textureLib vulkanLib Vulkan::Vulkan glslang glslang::SPIRV glslang::glslang-default-resource-limits glfw glm ) ~~~ ## 新架构 vs 旧架构的详细优点 本项目包含了原始架构（Chapter13-04）和重构后架构（Chapter13-04-refactored）的对比。重构后的架构相比原始架构具有显著的优势，以下是详细分析： ### 1. 架构设计层面的改进 #### 1.1 模块化设计 vs 单体式设计 **旧架构（Chapter13-04）：** ```cpp class VulkanDemoApp { // 所有功能都集中在一个类中 VkInstance instance; VkDevice device; VkSwapchainKHR swapChain; VkRenderPass renderPass; VkPipeline pipeline; // ... 100多个成员变量 // 所有方法都在一个类中 void initVulkanInstance(); void createVulkanDevices(); void createVulkanSwapChain(); // ... 50多个方法 }; ``` **新架构（Chapter13-04-refactored）：** ```cpp // 职责分离，每个类负责特定功能 class Application { Wrapper::Instance::Ptr mInstance; Wrapper::Device::Ptr mDevice; Wrapper::SwapChain::Ptr mSwapChain; // 清晰的依赖关系 }; class Wrapper::Device { // 专门负责设备管理 }; class Wrapper::SwapChain { // 专门负责交换链管理 }; ``` **优点：** - **单一职责原则**：每个类只负责一个特定功能 - **降低耦合度**：模块间依赖关系清晰 - **提高可测试性**：可以独立测试每个模块 - **便于团队协作**：不同开发者可以并行开发不同模块 #### 1.2 依赖注入 vs 硬编码依赖 **旧架构：** ```cpp void VulkanDemoApp::initVulkan() { // 直接创建和管理所有对象 instance = createInstance(); device = createDevice(); swapChain = createSwapChain(); } ``` **新架构：** ```cpp void Application::initVulkan() { // 通过工厂方法创建，依赖注入 mInstance = Wrapper::Instance::create(true); mDevice = Wrapper::Device::create(mInstance, mSurface); mSwapChain = Wrapper::SwapChain::create(mDevice, mWindow, mSurface, mCommandPool); } ``` **优点：** - **灵活性**：可以轻松替换实现 - **可配置性**：参数化创建过程 - **可扩展性**：易于添加新的创建策略 ### 2. 资源管理层面的改进 #### 2.1 RAII + 智能指针 vs 手动管理 **旧架构：** ```cpp class VulkanDemoApp { VkDevice device; VkSwapchainKHR swapChain; VkRenderPass renderPass; ~VulkanDemoApp() { // 手动清理，容易遗漏 vkDestroyRenderPass(device, renderPass, nullptr); vkDestroySwapchainKHR(device, swapChain, nullptr); vkDestroyDevice(device, nullptr); } }; ``` **新架构：** ```cpp class Application { Wrapper::Device::Ptr mDevice{ nullptr }; Wrapper::SwapChain::Ptr mSwapChain{ nullptr }; Wrapper::RenderPass::Ptr mRenderPass{ nullptr }; // 析构函数自动调用智能指针的析构 // 无需手动管理资源 }; class Wrapper::Device { VkDevice mDevice{ VK_NULL_HANDLE }; ~Device() { if (mDevice != VK_NULL_HANDLE) { vkDestroyDevice(mDevice, nullptr); } } }; ``` **优点：** - **自动资源管理**：智能指针自动处理资源释放 - **异常安全**：即使发生异常也能正确清理资源 - **减少内存泄漏**：RAII机制确保资源不泄漏 - **简化代码**：无需手动编写清理代码 ### 3. 错误处理层面的改进 #### 3.1 异常处理 vs 错误码 **旧架构：** ```cpp VkResult result = vkCreateInstance(&createInfo, nullptr, &instance); if (result != VK_SUCCESS) { // 简单的错误处理 std::cerr << "Failed to create instance!" << std::endl; return; } ``` **新架构：** ```cpp class Wrapper::Instance { Instance() { if (vkCreateInstance(&createInfo, nullptr, &mInstance) != VK_SUCCESS) { throw std::runtime_error("Failed to create Vulkan instance!"); } } }; // 使用时的异常处理 try { mInstance = Wrapper::Instance::create(true); } catch (const std::exception& e) { std::cerr << e.what() << std::endl; return EXIT_FAILURE; } ``` **优点：** - **统一的错误处理**：使用C++异常机制 - **更好的错误信息**：详细的错误描述 - **异常安全**：保证程序状态一致性 - **减少错误处理代码**：集中处理异常 ### 4. 代码质量层面的改进 #### 4.1 类型安全 **旧架构：** ```cpp // 使用原始指针，类型不安全 VkDevice device; VkSwapchainKHR swapChain; // 容易混淆不同类型的句柄 ``` **新架构：** ```cpp // 强类型封装 class Wrapper::Device { VkDevice mDevice{ VK_NULL_HANDLE }; public: [[nodiscard]] auto getDevice() const { return mDevice; } }; class Wrapper::SwapChain { VkSwapchainKHR mSwapChain{ VK_NULL_HANDLE }; public: [[nodiscard]] auto getSwapChain() const { return mSwapChain; } }; ``` **优点：** - **编译时类型检查**：避免类型错误 - **更好的IDE支持**：自动补全和错误提示 - **防止误用**：封装后的接口更安全 #### 4.2 现代C++特性 **旧架构：** ```cpp // 使用C风格代码 VkDevice device = VK_NULL_HANDLE; VkSwapchainKHR swapChain = VK_NULL_HANDLE; ``` **新架构：** ```cpp // 使用现代C++特性 using Ptr = std::shared_ptr; static Ptr create(const Instance::Ptr& instance, const WindowSurface::Ptr& surface) { return std::make_shared(instance, surface); } // 使用智能指针和RAII Wrapper::Device::Ptr mDevice{ nullptr }; ``` **优点：** - **内存安全**：智能指针自动管理内存 - **异常安全**：RAII保证资源正确释放 - **代码简洁**：减少样板代码 - **性能优化**：移动语义和完美转发 ### 5. 可维护性层面的改进 #### 5.1 代码组织 **旧架构：** ``` Chapter13-04/src/ ├── VulkanDemoApp.h (132行，包含所有声明) ├── VulkanDemoApp.cpp (916行，包含所有实现) ├── 其他工具类文件... ``` **新架构：** ``` Chapter13-04-refactored/ ├── application.h (94行，清晰的接口) ├── application.cpp (497行，专注应用逻辑) ├── vulkanWrapper/ (38个文件，模块化封装) │ ├── device.h/cpp │ ├── swapChain.h/cpp │ └── ... ``` **优点：** - **文件大小合理**：每个文件职责单一 - **易于导航**：清晰的目录结构 - **便于维护**：修改影响范围小 #### 5.2 接口设计 **旧架构：** ```cpp // 暴露内部实现细节 class VulkanDemoApp { public: VkDevice device; // 直接暴露Vulkan句柄 VkSwapchainKHR swapChain; // 大量公共成员变量 }; ``` **新架构：** ```cpp // 封装实现细节 class Application { private: Wrapper::Device::Ptr mDevice{ nullptr }; Wrapper::SwapChain::Ptr mSwapChain{ nullptr }; public: void run(); // 只暴露必要的接口 void onMouseMove(double xpos, double ypos); void onKeyDown(int key, int action); }; ``` ### 6. 性能层面的改进 #### 6.1 对象创建优化 **旧架构：** ```cpp // 每次重建时重新创建所有对象 void recreateSwapChain() { vkDestroyRenderPass(device, renderPass, nullptr); vkDestroyPipeline(device, graphicsPipeline, nullptr); // 重新创建所有对象 } ``` **新架构：** ```cpp // 智能指针自动管理，只重建必要的对象 void recreateSwapChain() { cleanupSwapChain(); // 自动清理 mSwapChain = Wrapper::SwapChain::create(mDevice, mWindow, mSurface, mCommandPool); // 其他对象可以复用 } ``` ### 7. 可扩展性层面的改进 #### 7.1 插件化架构 **旧架构：** ```cpp // 硬编码的功能 class VulkanDemoApp { void drawObject(); // 固定的绘制逻辑 }; ``` **新架构：** ```cpp // 可扩展的架构 class Application { Model::Ptr mModel{ nullptr }; void drawObjects(); // 可以绘制多个对象 // 可以轻松添加新的渲染功能 void addModel(const Model::Ptr& model); void setRenderMode(RenderMode mode); }; ``` ## 架构对比总结 | 特性 | 旧架构 | 新架构 | |------|--------|--------| | **架构设计** | 单体式设计 | 模块化设计 | | **资源管理** | 手动管理 | RAII + 智能指针 | | **错误处理** | 基础错误码 | 异常安全 + 验证层 | | **代码组织** | 大文件集中 | 模块化分离 | | **类型安全** | 原始指针 | 强类型封装 | | **可维护性** | 中等 | 高 | | **可扩展性** | 有限 | 良好 | | **代码复用** | 低 | 高 | | **团队协作** | 困难 | 容易 | | **测试性** | 困难 | 容易 | ## 本次重构带来的核心价值 1. **开发效率提升**：模块化设计使得开发更加高效 2. **维护成本降低**：清晰的架构减少了维护难度 3. **错误率减少**：类型安全和自动资源管理减少了常见错误 4. **团队协作改善**：清晰的模块边界便于多人协作 5. **功能扩展容易**：插件化架构支持快速添加新功能 6. **代码质量提升**：现代C++特性提高了代码质量 这些改进使得重构后的项目更加健壮、可维护、可扩展，为后续的功能开发奠定了坚实的基础。 ## 后记 1. 为了让书中使用glslang将glsl编译成spir-v的代码可用。使用SDK中的头和库文件编译后一直报错找不到符号，折腾了三四天翻了几十篇博客才搞定依赖并解决glsl编译成spirV代码 2. 报错`0xC0000374`:堆栈溢出（Stack Overflow）,可能是ObjObject::~ObjObject()中的`delete vdata;`而不是`delete[] vdata;`造成的 3. 《实战详解》里这么多有价值的代码不能运行我真是醉了 (눈‸눈) ![德莉莎](./ReadmeAssets/德莉莎.jpg)