OpenGL第三方库：GLFW入门篇

邹玮

2023-12-01

前言：GLFW是继GLUT，FreeGLUT之后，当前最新的用来创建OpenGL上下文，以及操作窗口的第三方库。官方网址为：http://www.glfw.org/。
错误处理机制：在使用GLFW之前，有必要设置一个错误处理机制，这样如果出现任何问题，GLFW都可以及时的告知我们。设置接口定义如下：
GLFWWerrorfun* glfwSetErrorCallback(GLFWWerrorfun cbfunc)
其中错误回调函数的声明如下所示：
void ExampleGLFWerrorfun(int error, const char* description)：
error将被设置为GLFW的某个错误编码值。
description中包含一个字符串，用于描述错误的原因。

GLFW使用步骤：GLFW可以使OpenGL创建窗口变得十分简单，只需要简单四个步骤就可以完成创建窗口。流程如下：

初始化GLFW库。
创建一个GLFW窗口以及OpenGL环境。
渲染你的场景。
将输出结果呈现给用户。

初始化并创建窗口：常用接口如下：

int glfwInit(void)：必须在其他任何GLFW函数之前被调用，因为它负责初始化整个GLFW库。如果成功的话，该接口将返回GL_TRUE，否则就会返回GL_FALSE。
GLFWwindow* glfwCreateWindow(int width, int height, const char* title, GLFWmonitor* monitor, GLFWwindow* share)：负责创建一个新的OpenGL环境和窗口。
monitor非NULL的话，窗口会被全屏创建到指定的监视器上，分辨率由width和height来指定。否则窗口会被创建到桌面上，并且尺寸由width和height来指定。
title是一个UTF-8字符串的指针，可以用来创建窗口的初始标题。
share非NULL的话，新创建的窗口所关联的OpenGL环境将与share所给定的关联环境共享资源。
void glfwMakeContextCurrent(GLFWwindow* window)：设置参数window中的窗口所关联的OpenGL环境为当前环境。这个环境在当前线程中会一直保持为当前环境，直到另一个环境被设置为当前环境，或者窗口被删除为止。
int glfwWindowShouldClose(GLFWwindow* window)：如果用户准备关闭参数window所指定的窗口，那么此接口将会返回GL_TRUE，否则将会返回GL_FALSE。
void glfwSwapBuffers(GLFWwindow* window)：请求窗口系统将参数window关联的后缓存画面呈现给用户。通常这一步是通过窗口的前后缓存的交换完成的。也可能是在一个“预备显示”的帧缓存队列中进行截取，窗口系统可能需要等待一次垂直刷新事件完成，再显示帧的内容。
void glfwPollEvents(void)：告诉GLFW检查所有等待处理的事件和消息，包括操作系统和窗口系统中应当处理的消息。如果有消息正在等待，它会先处理这些消息再返回；否则该函数会立即返回。
void glfwWaitEvents(void)：等待一个或多个事件传递到应用程序，并且处理它们再返回。对应的调用线程在事件到达之前会保持睡眠状态。

处理用户输入：主要是对键盘和鼠标的用户输入进行处理。常见接口如下：

GLFWkeyfun glfwSetKeyCallback(GLFWwindow* window, GLFWkeyfun cbfun)：设置一个新的键盘消息回调函数cbfun给指定的窗口window。如果按下或者放开键盘按键，系统会调用这个函数。它的返回值是前一个回调函数的返回值，从而用来恢复之前的回调函数。
其中键盘消息回调函数的声明如下所示：
void ExampleGLFWkeyfun(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods)：
window就是接受到键盘消息的窗口句柄。
key是按下或者松开的键盘按键。
scancode是一个系统平台相关的键位扫描码信息。
action可以是GLFW_PRESS（按下键），GLFW_RELEASE（松开键），GLFW_REPEAT（连续输入模式）中的一个。
mods对应着辅助键的设置，例如shift和ctrl是否同时被按下。
int glfwGetKey(GLFWwindow* window, int key)：返回指定窗口window中指定按键key的状态，可以是GLFW_PRESS（按下键），GLFW_RELEASE（松开键），GLFW_REPEAT（连续输入模式）中的一个。
GLFWcursorposfun glfwSetCursorPosCallback(GLFWwindow* window, GLFWcursorposfun cbfun)：设置一个新的鼠标光标位置回调函数cbfun给指定窗口window。每当鼠标光标位置发生变化的时候，这个回调函数就会被触发。它的返回值是前一个回调函数的返回值，从而用来恢复之前的回调函数。
其中鼠标光标位置回调函数的声明如下所示：
void GLFWcursorposfun(GLFWwindow* window, double x, double y)：
window就是接受到鼠标光标消息的窗口句柄。
x和y就是鼠标光标相对于窗口左上角的新位置。
GLFWwindowsizefun glfwSetWindowSizeCallback(GLFWwindow* window, GLFWwindowsizefun cbfun)：设置一个新的鼠标按键回调函数cbfun给指定窗口window。当用户按下或者松开鼠标按键时，这个回调函数将会被触发。它的返回值是前一个回调函数的返回值，从而用来恢复之前的回调函数。
其中鼠标按键回调函数的声明如下所示：
void GLFWmousebuttonfun(GLFWwindow* window, int button, int action, int mods)：
window就是接受到鼠标按键消息的窗口句柄。
button就是当前的鼠标键。其中button可以是GLFW_MOUSE_BUTTON_1到GLFW_MOUSE_BUTTON_8中的一个值。
action就是可以是GLFW_PRESS（按下键），GLFW_RELEASE（松开键），GLFW_REPEAT（连续输入模式）中的一个。
mods对应着辅助键的设置，例如shift和ctrl是否同时被按下。
int glfwGetMouseButton(GLFWwindow* window, int button)：返回指定窗口window中指定鼠标键button的状态。
GLFWscrollfun glfwSetScrollCallback(GLFWwindow* window, GLFWscrollfun cbfun)：设置一个新的鼠标滚轮回调函数cbfun给指定窗口window。当用户滚动鼠标滚轮时，这个回调函数将会被触发。它的返回值是前一个回调函数的返回值，从而用来恢复之前的回调函数。
其中鼠标滚轮回调函数的声明如下所示：
void GLFWscrollfun(GLFWwindow* window, double xoffset, double yoffset)：
window就是接受到鼠标滚轮消息的窗口句柄。
xoffset和yoffset对应滚轮在x和y两个方向的运动。

控制窗口属性：可以在创建窗口时进行指定，也可以在程序中进行指定。常用接口如下：

void glfwWindowHint(int hint, int value)：设置窗口提示参数。设置以后就会影响之后创建的所有窗口。
hint表示GLFW内部定义的状态。
value表示状态值。
void glfwDefaultWindowHints(void)：恢复所有提示参数到默认值。建议在每次设置窗口提示参数之前都调用一次这个函数，这样才能保证提示参数设置值不发生混乱。
void glfwSetWindowSize(GLFWwindow* window, int width, int height)：设置窗口的尺寸大小。
window表示操作的窗口句柄。
width和height表示窗口的宽高大小。
void glfwGetWindowSize(GLFWwindow* window, int* width, int* height)：获取窗口当前的尺寸大小。
window表示操作的窗口句柄。
width和height表示保存窗口宽高大小的地址。
GLFWwindowsizefun glfwSetWindowSizeCallback(GLFWwindow* window, GLFWwindowsizefun cbfun)：设置一个新的窗口大小回调函数cbfun给指定窗口window。当窗口大小发生变化时，这个回调函数将会被触发。它的返回值是前一个回调函数的返回值，从而用来恢复之前的回调函数。
其中窗口大小回调函数的声明如下所示：
void GLFWwindowsizefun(GLFWwindow* window, int width, int height)：
window表示操作的窗口句柄。
width和height表示窗口的宽高大小。
void glfwSetWindowPos(GLFWwindow* window, int xpos, int ypos)：设置窗口的坐标位置。
window表示操作的窗口句柄。
xpos和ypos表示窗口的横纵坐标。
void glfwGetWindowPos(GLFWwindow* window, int* xpos, int* ypos)：获取窗口当前位置。
window表示操作的窗口句柄。
xpos和ypos表示保存窗口横纵坐标的地址。
GLFWwindowposfun glfwSetWindowPosCallback(GLFWwindow* window, GLFWwindowposfun cbfun)：设置一个新的窗口坐标回调函数cbfun给指定窗口window。当窗口位置发生变化时，这个回调函数将会被触发。它的返回值是前一个回调函数的返回值，从而用来恢复之前的回调函数。
其中窗口坐标回调函数的声明如下所示：
void GLFWwindowposfun(GLFWwindow* window, int xpos, int ypos)：
window表示操作的窗口句柄。
xpos和ypos表示窗口的横纵坐标。
void glfwGetFramebufferSize(GLFWwindow* window, int* width, int* height)：获取窗口帧缓存尺寸大小。
window表示操作的窗口句柄。
width和height表示保存窗口帧缓存宽高大小的地址。
GLFWframebuffersizefun glfwSetFramebufferSizeCallback(GLFWwindow* window, GLFWframebuffersizefun cbfun)：设置一个新的窗口帧缓存大小回调函数cbfun给指定窗口window。当窗口帧缓存大小发生变化时，这个回调函数将会被触发。它的返回值是前一个回调函数的返回值，从而用来恢复之前的回调函数。
其中窗口帧缓存大小回调函数的声明如下所示：
void GLFWframebuffersizefun(GLFWwindow* window, int width, int height)：
window表示操作的窗口句柄。
width和height表示窗口帧缓存的宽高大小。
void glfwSetWindowUserPointer(GLFWwindow* window, void* pointer)：设置窗口关联的用户数据指针。这里GLFW仅做存储，不做任何的特殊处理和应用。
window表示操作的窗口句柄。
pointer表示用户数据指针。
void* glfwGetWindowUserPointer(GLFWwindow* window)：获取窗口关联的用户数据指针。
window表示操作的窗口句柄。

清理和关闭程序：通常用在退出GLFW时进行的操作。常用接口如下：
1.void glfwDestroyWindow(GLFWwindow* window)：销毁窗口对象以及关联的OpenGL环境。
window表示操作的窗口句柄。

2.void glfwTerminate(void)：关闭glfw库本身。

在线例子：以下提供一个包含GLFW窗口操作的大部分接口的在线例子。

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

#include <iostream>

void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
void processInput(GLFWwindow *window);

// settings
const unsigned int SCR_WIDTH = 800;
const unsigned int SCR_HEIGHT = 600;

int main()
{
    // glfw: initialize and configure
    // ------------------------------
    glfwInit();
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

#ifdef __APPLE__
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE); // uncomment this statement to fix compilation on OS X
#endif

    // glfw window creation
    // --------------------
    GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, "LearnOpenGL", NULL, NULL);
    if (window == NULL)
    {
        std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
    }
    glfwMakeContextCurrent(window);
    glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);

    // glad: load all OpenGL function pointers
    // ---------------------------------------
    if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
    {
        std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
        return -1;
    }    

    // render loop
    // -----------
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        // input
        // -----
        processInput(window);

        // render
        // ------
        glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        // glfw: swap buffers and poll IO events (keys pressed/released, mouse moved etc.)
        // -------------------------------------------------------------------------------
        glfwSwapBuffers(window);
        glfwPollEvents();
    }

    // glfw: terminate, clearing all previously allocated GLFW resources.
    // ------------------------------------------------------------------
    glfwTerminate();
    return 0;
}

// process all input: query GLFW whether relevant keys are pressed/released this frame and react accordingly
// ---------------------------------------------------------------------------------------------------------
void processInput(GLFWwindow *window)
{
    if(glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}

// glfw: whenever the window size changed (by OS or user resize) this callback function executes
// ---------------------------------------------------------------------------------------------
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
    // make sure the viewport matches the new window dimensions; note that width and 
    // height will be significantly larger than specified on retina displays.
    glViewport(0, 0, width, height);
}

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