着色器基础
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);
