glsl是一个以C语言为基础的高阶着色器语言, 通过编写glsl提供开发和对绘图管线更多的直接控制,不再需要使用汇编语言或者其他硬件规格的语言.

GLSL中提供了许多内建的函数，来方便我们的使用。可以在官方手册中查找相关的函数

GLSL官方手册

![OpenGL流程] image.png

常用修饰符

• const: 常量值必须在声明时初始化,只读属性,不可更改.
• attribute:表示只读的顶点数据,只会用在顶点着色器中,数据来自当前的顶点状态或者顶点数组,首先attribute必须是全局范围声明的,不能在函数内部声明attribute属性, 被attribute修饰的属性可以是浮点类型的值, 举证或者向量, 但不可以是结构体或者数组.
• uniform:一致变量,在着色器执行期间一致变量的值是不变的,与const常量不同的是这个值在编译时期是未知的,且是由着色器外部进行初始化,一致变量在顶点着色器和片段着色器之间数据是共享的,所以它只能在全局范围进行声明.
• varying: 顶点着色器的输出,例如颜色或纹理坐标, 插值后的数据作为片段着色器的只读输入数据,必须是全局声明的全局变量,可以是向量,矩阵,浮点类型的标量,但不能是结构体和数组.

常用的内置变量

• gl_Position: vec4类型的输出属性, 即变换后的顶点位置,用于固定的裁剪操作, 所有的顶点着色器都必须要使用到这个内置变量.
• gl_FragColor: vec4类型, 是片段着色器的输出颜色.

例如: 下面的顶点着色器

attribute vec4 position;
attrubute vec2 textCoordinate;

uniform mat4 rotateMatrix;
varying lowp vec2 varTextCoord;

vodi main() {
    
    varTextCoord = textCoordinate;
    vec4 vPods = position;
    vPods = vPods * rotateMatrix;
    gl_Position = vPods;
}

GLSL 语言

GLSL中提供了许多内建的函数，来方便我们的使用。可以在官方手册中查找相关的函数GLSL官方手册。

注释

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变量

GLSL的变量命名方式和C语言一样，变量名称可以使用数字、下划线、字母组成。但是不能以数字开头。需要注意的是GLSL的变量并不能以gl_作为前缀，原因是其官方保留了这个前缀作为GLSL的内部变量。

基本类型

GLSL中除了整型、布尔类型、浮点类型外，它还引入了一些着色器用到的数据基本类型，他们同样能作为结构体累不的类型，具体看下图。

数据类型	类型描述
void	跟C语言的void类似，表示空类型，也可作为函数的返回值，表示的是无返回值返回
bool	布尔类型，返回的是true或者false的表达式
int	整型
folat	浮点类型
bvecn	表示包含n个bool类型的分量，eg：bvec2、bvec3、bvec4
ivecn	表示包含n个int类型的分量，eg：ivec2、ivec3、ivec4
mat2、mat2x2	2x2的浮点矩阵类型
mat3、mat3x3	3x3的浮点矩阵类型
mat4x4	4x4的浮点矩阵类型
matnxm	nxm的浮点矩阵类型，eg：mat2x3(2列3行的矩阵)、mat3x4（3列4行的浮点矩阵）。OpenGL的矩阵是列主顺序的
sampler1D	用于内奸的纹理函数中引用指定的1D纹理句柄，只可以作为一致变量或者函数中使用
sampler2D	2维纹理句柄
sampler3D	3维纹理句柄
samplerCube	cube map纹理句柄
sampler1DShadow	一维深度纹理句柄
sampler2DShadow	二维深度纹理句柄

结构体

结构体可以组合基本数据类型和数组来自定义结构体，在定义一个结构体的同时，也可以定义一个结构体实例给它，或者后面再定义也是可以的。

• 1，使用 =符号来给结构体赋值
• 2，使用==或！=来判断两个结构体是否相同，只有两个结构体中的所有成员变量都相同时，两个结构体才相等，和iOS一样使用点语法进行访问。

结构体中至少要包含一个成员变量，固定大小的数组也是可以为成员的，GLSL语言中是不允许结构体嵌套的，但是如果结构体已经预先声明的话，也是可以嵌套到定义的结构体中。

struct velocity {
    
    vec3 direction;
}velo;

数组

在GLSL中只能定义一维数组，数组的类型可以是GLSL中的任何基本数据类型，我们也可以在定义数组的是时候指定显示大小的数组，这个数组可以是参数也可以是返回值。

    vec4 lightPositions[8];
    vec4 lightPos[] = lightPositions;

获取数组长度大小可以用length，例如：lightPositions.length // 打印结果为8

修饰符

修饰符	修饰符描述
const	常量值修饰符，必须在声明时初始化，只读属性，不可写
attribute	表示只读的顶点数据，只用在顶点着色器中，数据来自当前的顶点状态或者顶点数组，它修饰的属性必须是全局范围声明的属性，也就是说不能在函数内部，一个attribute修饰的属性可以是浮点类型的标量、向量、或者矩阵。重点是：attribute不能修饰数组和结构体。
uniform	一致变量，在着色器执行期间一致变量的值是不变的，与const常量不同的是，这个值在编译时期是未知的且有着色器外部进行初始化，一致变量在顶点着色器和片段着色器之间数据是共享的，所以它修饰的属性只能是全局范围进行声明的属性值。
varying	顶点着色器的输出，例如纹理坐标和颜色，（插值后的数据）作为片段着色器的只读输入数据，同样必须是全局范文声明的全局变量，可以是浮点类型的标量、向量、举证，但同样不能修饰数组和结构体。
centoridvarying	在没有多重采样的情况下，与varying的特性是一样的，而在多重采样时，centoridvarying在光栅化的图形内部进行求值，而不是在片段中心的固定位置求值。
invariant	用于表示定点着色器的输出和任何匹配片段着色器的输入，在不同的着色器中计算产生的值必须是一致的，所有的控制流和数据流，写入一个invariant变量也是一致的。编译器为了保证结果是完全一致，需要放弃那些可能会导致不一致值的潜在优化，所以，除非必要，不要使用这个修饰符，在多通道渲染中必变z-fighting时可能会被用到。
in	用在函数的参数中，目的是表示函数时输入的，在函数中改变这个值，并不会影响对调用函数，相当于是C语言中的传值，是一个默认修饰符。
out	用在函数中，修饰的参数表示是输出参数，值是会改变的
inout	用在函数的参数，表示这个蚕食既是输入参数也是输出参数

内置变量

内置变量可以与固定的函数功能进行交互，使用签不需要声明

顶点着色器可用的内置变量。

内置变量名称	类型	描述
gl_Color	vec4	输入属性， 表示顶点的主颜色
gl_SeconddaryColor	vec4	输入属性，表示的是顶点的辅助颜色
gl_Normal	vec3	输入属性，表示顶点的法线值
gl_Vertex	vec4	输入属性，表示物体空间的顶点位置
gl_MultiTexColor	vec4	输入属性，表示的是顶点的第n个纹理的坐标
gl_FogCoord	float	输入属性，表示顶点的雾坐标
gl_Position	vec4	输出属性，变换后的顶点位置，用于后面的裁剪等操作，所有的顶点着色器都必须写这个值
gl_ClipVertex	vec4	输出坐标，用于用户裁剪平面的裁剪
gl_PointSize	float	点的大小
gl_FrontColor	vec4	正面的主颜色的varying输出
gl_BackColor	vec4	背面主颜色的varying的输出
gl_FrontSecondaryColor	vec4	正面的辅助颜色的varying的输出
gl_BackSecondaryColor	vec4	背面的辅助颜色的varying
gl_TexCoord[]	vec4	纹理坐标的数组varying输出
gl_FogFragCoord	float	雾坐标的varying输出

片段着色器的内置变量

内置变量名称	类型	描述
gl_Color	vec4	包含主颜色的插值，只读输入属性
gl_SecondarycOLOR	vec4	包含辅助颜色的插值，只读输入属性
gl_TexCoord[]	vec4	包含纹理坐标数组的插值，只读输入属性
gl_FogFragCoord	float	包含了雾坐标的插值，只读输入属性
gl_FragCoord	float	只读输入属性，表示窗口的x、y、z和1/w
gl_FrontFaciong	bool	只读输入属性，如果是窗口正面图元的一部分，则这个值为true
gl_PointCoord	vec2	点精灵的二维空间坐标范围在(0.0, 0.0)到(1.0, 1.0)之间，仅用于点图元和点精灵开启的情况下。
gl_FragData[]	vec4	使用glDrawBuffers输出的数据数组。不能与gl_FragColor结合使用。
gl_FragColor	vec4	输出的颜色用于随后的像素操作
gl_FragDepth	float	输出的深度用于随后的像素操作，如果这个值没有被写，则使用固定功能管线的深度值代替

表达式

GLSL语言的操作符与C语言相似，优先级如下表从高到底排列

操作符（优先级： ）	描述
()	用于表达式组合，函数的调用，构造
[]	数组下标，向量或矩阵选择器
.	结构体和向量的成员选择(点语法)
++ -	前缀或后缀的自增自减的操作符
"+" "-" !	一元操作符，表示正、负、逻辑非（有双引号是因为对应操作符在markdown中是特使符号）
*/	乘、除操作符
”+“、”-“	二元操作符， 表示加减操作
<> <= >= == !=	小于，大于，小于等于， 大于等于，等于，不等于 判断符
&&	逻辑与
?:	条件判断符
= += –= *= /=	赋值操作符
,	表示序列

数组访问

GLSL数组下表同样也是从0开始， 其范围是在[0, length-1]，若数组越界，就会被系统定义为行为未定义， 当然，如果着色器的编译器在编译时识别数组越界，就会提示编译失败。

vec4 myColor, ambient, didduse[6], specular[6];

myColor = ambient + didduse[4] + specular[4];

构造函数

构造函数可以用于初始化包含多个成员的变量、数组、结构体，构造函数也可以使用在表达式中

vec3 myNormal = vec3(1.0, 1.0, 1.0);
greenTint = myColor + vec3(0.0, 1.0, 0.0);
ivec4 myColor = ivec4(255);

成分选择

向量中单独的成分是可以通过{x,y,z,w}、{r,g,b,a}或者{s,t,p,q}的记法来表示，这些不同的记法用于顶点、颜色、纹理坐标。在成分选择中还可以使用特殊方式，比如重复使用向量中的元素、颠倒顺序等， 但是如果是在赋值时，就不能重复使用。

// 调换顺序
vec3 yxz = myVec.yxz;

// 重复使用
vec4 mySstt = myVec.sstt;

// 在赋值时， 可以自主选择想要的顺序，但是不能重复成分
vec4 myColor = {0.0, 1.0, 2.0, 1.0};
myColor.x = -0.1;
myColor.yz = vec2(3.0, 5.0);
myColor.wx = vec2(1.0, 3.0);

// 不合法的使用
myColor.zz = vec2(2.0, 3.0);

我们可以使用下标来访问向量矩阵中的元素，如果越界，那么当前行为就会被定义为未定义的行为事件。

循环

同C语言和C++语言一样，GLSL语言也提供了for、while、do/while的循环方式，continue则继续下一次循环，break这停止并结束当前循环。

for (l = 0, l < macCount, l++) {
    if (!arr[l])
    continue;
    a += arr[l];
}
while(i < maxCount) {
    sum += ary[i];
    i++;
}

控制流

if (a > 0) {
a = c;
} else {
a =b;
}

discard

在片段着色器中一种特殊的控制流即：discard。在片段着色器中使用discard会退出片段着色器，不会再继续执行片段着色器，片段也不会写入帧缓冲区中。

if (color.a < 0.9)
discard; // 退出当前片段着色器，不会再执行之后的的相关渲染工作

main

每个shader中必须要有一个main（）函数，main
函数中的void参数是可选的，但如果返回值是void时，那么就是必须的。

void main(void) {
    ....
}

GLSL中的函数，必须是全局范围定义和声明的，不能在函数定义中国声明或者定义函数，函数必须要有返回值类型，但参数是可选的，参数可以是int、out、inout、const等。

// 声明函数

// 函数声明
bool isAnyNegative(const vec4 v) {
    
    bool isNegative = isAnyNegative(gl_Color);
}

// 定义函数
bool isAnyNegative(const vec4 v) {
    
    if (v.x < 0.0 || v.y < 0.0 || v.z < 0.0 || v.w < 0.0) {
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}

在GLSL中函数名称是可以重名的，只需要参数个数或者类型不同即可

> float min(float a, float b) {
  return a+b;
}

vec3 min(vec3 v1, vec3 v2) {
  return v1+v2;
}

运算符

运算符（优先级： ）	运算符	说明
1	（）	聚组：a*(b+c)
2	[]、()、++、--	[]是数组下标；()是函数调用：fun(arg1, arg2)；. 则是链式访问，比如myStruct.a；++或者--则表示自增和自减。
3	++、--、+、—、！	++自增，--自减，正负号(一般正号不写)a ,-a；!a表示取反
4	*、/	乘或除运算符
5	+、-	加减数学运算符
6	< > <= >=	关系运算符
7	== !=	相等性运算符
8	&&	逻辑与
9	^^	逻辑排他或(用处基本等于!=)
10	II	逻辑或
11	? :	三目运算符
12	= += -= *= /=	赋值与复合赋值
13	,	顺序分配符

glsl中是没有隐式类型转换的，所有在glsl中要求的是任何表达式的左右值类型必须是一致的。

总结

在图形管道中GLSL是可直接执行OpenGL的着色语言的，着色器中最常用的两种着色器：顶点着色器（该着色器是将形状转换到真实的3D坐标系中）和片元着色器（主要是计算最终渲染的颜色和其他属性）。

顶点着色器回顾

顶点着色器的操作是3D空间的坐标并且每个顶点都会调用一次这个函数，其目的是设置gl_Position变量，这个变量是一个特殊的全局内置变量，是用来存储当前顶点的位置；

void main() {

    gl_Position = ...;
}

这个void main()函数时定义全局的gl_Position变量的标准方式，所有在这个函数中代码都会被着色器执行，比如：将3D空间中的位置投射在2D屏幕上时，这些信息do偶会被保存在计算结果的变量中。

顶点着色器的内置变量：
gl_Position：顶点着色器的裁剪空间输出位置向量，只要是要在屏幕上显示，就需要在顶点着色器红设置gl_Position。
gl_pointSize ： 比如它其中一个图元是 GL_POINTS,说明每一个顶点都是一个图元，都会被渲染成一个点，我们可以同OpenGL中的glPointSize函数来设置渲染出来点的大小，也可以在顶点着色器中修改这个值。换句话说，它能对每个顶点设置不同的值，用来设置像素的size，是个float类型。
gl_VertexID ：gl_Position和gl_PointSize都是输出变量。因为他们的值是作为顶点着色器的输出被外界读取，我们可以对他们进行写入，从而改变结果，而gl_VertexID就可以用来进行读取操作。

片段着色器回顾

片段（或纹理）着色器在计算时定义了一个像素的rgba颜色值，每个像素只会调用一次片段着色器，这个着色器的作用是设置gl_FragCoord，这个变量同样属于内置变量，它的z分量等于对应片段着色器的深度值。

gl_FragCoord的x分量和y分量记录的是当前片段在屏幕空间桌表系统下的x、y坐标。

void main() {
    
    // 计算的结果就包含了rgba的颜色信息
    gl_FragCoord = ...；
}