GLSL

变量类型与声明

GLSL常见的基本数据类型为：

类型	描述
float	IEEE32位浮点数
double	IEEE64位浮点数
int	有符号二进制补码的32位整数
uint	无符号的32位整数
bool	布尔值

表格中的类型都是透明类型，即内部形式是暴露出来的，与之对应的是不透明类型，包括采样器(sampler)、图像(image)、原子计数器(atomic counter)。

注意，GLSL中的所有变量都必须在声明时就进行初始化。

GLSL中，变量隐式强制转换是很严格的，通常能直接进行强制转换的类型为：

所需类型	可以从这些类型隐式转换
uint	int
float	int、uint
double	int、uint、float

不过可以通过转换构造函数来显示强制转换，如int()、float()、double()、uint()、bool()以及它们的矢量vec和矩阵mat。

对于复合类型，GLSL的支持为：

基本类型	2D矢量	3D矢量	4D矢量	矩阵类型
float	vec2	vec3	vec4	mat(2,3,4)...mat(4x2,4x3,4x4)
double	dvec2	dvec3	dvec4	上行加前缀d
int	ivec2	ivec3	ivec4	无
uint	uvec2	uvec3	uvec4	无
bool	bvec2	bvec3	bvec4	无

对于复合类型，GLSL可以使用分量访问，支持分量：

符号访问符	符号描述
x、y、z、w	位置相关
r、g、b、a	颜色相关
s、t、p、q	纹理坐标相关

也可以使用数组形式访问，使用[ ]和[ ][ ]。

GLSL可以声明结构体：

struct Particle{
    float lifetime;
    vec3 position;
    vec3 velocity;
};

用法和C语言类似。

GLSL还支持任意类型的数组，其用法和C语言类似。比如：

float coeff[3];
float[3] coeff;
int indices[];

还可以使用构造函数：

float coeff[3] = float[3](2.38, 3.14, 42.0)

数组有一个内置方法length()，即数组长度，该方法矢量和矩阵也可以使用，分别对应矢量分量数和矩阵列数。

对于变量，GLSL有一些限制符：

类型修饰符	描述
const	变量定义为只读形式
in	设置为输入变量
out	设置为输出变量
uniform	设置为统一变量，通过应用程序传递给着色器
buffer	设置应用程序共享的一块可读写的内存，这块内存也可作为着色器中的存储缓存
shared	设置变量是本地工作组中共享的，只能用于计算着色器

对于uniform变量，在应用程序中使用下面的方法传递值：

GLint glGetUniformLocation(GLuint program, const char* name);

该方法返回程序中着色器变量name对应的索引值。

然后使用下面的方法根据位置值传递变量：

void glUniform{1234}{fdi ui}(GLint location, TYPE value);
void glUniform{1234}{fdi ui}(GLint location, GLsizei count, const TYPE* values);
void glUniformMatrix{234}{fd}v(GLint location, GLsizei count, GLboolean tranpose,
const GLfloat* values);
void glUniformMatrix{2x3, 2x4, 3x2,3x4,4x2,4x3}{fd}v(GLint location, GLsizei count, 
GLboolean tranpose, const GLfloat* values);

流控制与循环

GLSL可以使用if-else和switch，这点和C语言一致。

GLSL支持C语言形式的for、while和do..while循环。

除此之外，GLSL还支持一些控制语句:

• break
• continue
• return
• discard:丢弃当前的片元，终止着色器的执行，该语句只在片元着色器中有效。

函数

GLSL的函数语法和C语言类似:

returnType functionName([accessMidifier] type1 variable1,
                        [accessMidifier] type2 variable2,
                        ...){... return returnValue;}

函数名可以是任何名字，但不能使用数字、连续下滑线和gl_开头。

注意，使用函数前，必须声明函数原型或者直接给出函数体。

函数的参数可以使用下面的访问修饰符：

访问修饰符	描述
in	将数据拷贝到函数中，这是默认的
const in	将只读数据拷贝到函数中
out	从函数中获取数值
inout	将数据拷贝到函数中，并且返回函数中修改的数据

计算不变性

GLSL无法保证在不同的着色器中，两个完全相同的计算式会得到完全一样的结果。GLSL有两种方法来确保着色器之的间计算不变性，即invariant或precise关键字。

invariant限制符可以设置任何着色器的输出变量，可以确保如果两个着色器的输出变量使用了同样的表达式，并且表达式中的变量也是相同值。调试过程中，还可以将所有变量都设置为invariant，可在顶点着色器中这么写：

#pragma STDGL invariant(all)

precise限制符可以设置任何计算中的变量或者函数的返回值，它可以增加计算的可复用型，这通常在细分着色器中使用。

预处理命令

GLSL的预处理命令包括：

预处理命令	描述
#define,#undef	控制常量和宏的定义，与C语言类似
#if,#ifdef,#ifndef,#else,#elif,#endif	代码的条件编译，与C语言类似。只能使用整数表达式或者#define定义的值
#error text	强制编译器将text内容（直到第一个换行符）插入到着色器的信息日志中
#pragma options	控制编译器的特定选项
#extension options	设置编译器支持特定GLSL扩展功能
#version number	设置当前使用的GLSL版本名称
#line options	设置诊断行号

对于宏定义，GLSL和C语言类似，只是不支持字符串资环以及预编译连接符，可以定义单一的值，也可以带参数：

#define NUM_ELEMENTS 10
#define LPos(n) gl_LightSource[(n)].position

GLSL还有一些预先定义好的宏，可以使用#error输出：

• __LINE__：行号，默认为已处理的换行符个数加一
• __FILE__：当前处理的源字符串编号
• __VERSION__：OpenGL着色语言版本的整数表示形式

#pragma可以定义一些编译器选项：

#pragma optimize(on)\(off)  //编译器优化选项 ，默认开启
#pragma debug(on)\(off)  //编译器调试选项，默认关闭

数据块

类似于结构体声明，GLSL可以将uniform，in，out等变量声明在一个块中：

uniform Matrices{
    mat4 Model;
    mat4 View;
    mat4 Projection;
}(name);

注意，只能在uniform块中声明透明数据类型。

uniform块可以使用不同的布局方式，有以下布局限制符：

• binding = N：设置缓存的绑定方式
• shared：设置uniform块是多个程序间共享的，这是默认方式
• packed：设置uniform块占用最小的内存空间，禁止程序间共享
• std140：使用标准布局方式来设置uniform块或buffer块
• std430：使用标准布局方式来设置uniform块
• offset=N：强制设置成员变量位于缓存的N字节偏移处
• align = N：强制设置成员变量的偏移位置是N的倍数
• row_major：使用行主序的方式来存储uniform块中的矩阵
• column_major：使用列主序的方式来存储uniform块中的矩阵，这是默认地

可以这么使用限制符声明块：

layout(shared, row_major) uniform{...};

多个限制符用逗号隔开。

对于uniform块，应用程序可以这么与变量进行关联：

GLuint glGetUniformBlockIndex(GLuint program, const char* uniformBlockName);

该方法会返回某一uniform块的索引值。

如果要初始化uniform块对应的缓存对象，那么就需要使用glBindBuffer()将缓存对象绑定到GL_UNIFORM_BUFFER上。接着使用glGetActiceUniformBlockiv()，将参数设为GL_UNIFORM_BLOCK_DATA_SIZE来得到编译器分配的块的大小。接着可以用下面的方法将缓存对象与索引对应的块相关联：

void glBindBufferRange(GLenum target, GLuint index, GLuint buffer, GLintptr offset, 
GLsizeiptr size);
void glBindBufferBase(GLenum target, GLuint index, GLuint buffer);

我们还可以在调用glLinkProgram前调用下面的函数来显式地控制一个uniform块的绑定方式：

GLuint glUniformBlockBinding(GLuint program, GLuint uniformBlockIndex,
GLuint uniformBlockBinding);

buffer块声明如下：

buffer BufferObject{
    int mode;
    vec4 points[];
};

它与uniform块类似。不过，着色器可以写入buffer块，修改其中的内容并呈现给其它的着色器调用或者应用程序本身。其次，可以在渲染之前再决定它的大小，而不是编译链接的时候。注意，只支持std430布局。

in、out块类似：

out Lighting{
    
};
in Lighting{

};

名称在着色器间必须匹配。

着色器编译

着色器对象创建和编译的过程为:

• 创建一个着色器对象
• 将着色器对象关联到着色器程序
• 链接着色器程序
• 判断着色器的链接过程是否成功完成
• 使用着色器来处理顶点和片元

创建着色器对象：

GLuint glCreateShader(GLenum type);

type为几种shader中的一种。

接着将着色器源代码关联到对象上：

void glShaderSource(GLuint shader, GLsizei count, const GLchar** string, const GLint* length);

string用来表示源代码字符串。

编译着色器源代码：

void glCompileShader(GLuint shader);

然后可以使用glGetShaderiv()，参数设为GL_COMPILE_STATUS来判断编译是否正确。然后可以使用下面的方法来获得日志信息：

void glGetShaderInfoLog(GLuint shader, GLsizei bufSize, GLsizei* length, char* infoLog);

创建完必要的着色器对象后，通常是一个顶点+一个片元，就创建程序：

GLuint glCreateProgram(void);

然后关联到着色器对象上：

void glAttachShader(GLuint program, GLuint shader);

想要移除着色器对象，使用：

void glDetachShader(GLuint program, GLuint shader);

之后可以连接对象生成程序：

void glLingProgram(GLuint program);

可以使用glGetProgramiv()，参数设为GL_LINK_STATUS来判断链接是否成功，接着可以使用下面的方法获得日志信息：

void glGetProgramInfoLog(GLuint program, GLsizei bufSize, GLsizei* length, char* infoLog);

最后调用该程序来运行着色器代码：

void glUseProgram(GLuint program);

在着色器对象完成任务后，可以删除它：

void glDeleteShader(GLuint shader);

不再使用程序后，也可以删除：

void glDeleteProgram(GLuint program);

我们可以使用下面的方法来判断着色器对象和程序是否存在：

GLboolean gllsShader(GLuint shader);
GLboolean gllsProgram(GLuint program);