OpenGL学习笔记之三 OpenGL开发环境之GLFW与GLAD配置

内容来源：LearnOpenGL CN

前言

在我们画出出色的效果之前，首先要做的就是创建一个OpenGL上下文(Context)和一个用于显示的窗口。然而，这些操作在每个系统上都是不一样的，OpenGL有目的地从这些操作抽象(Abstract)出去。这意味着我们不得不自己处理创建窗口，定义OpenGL上下文以及处理用户输入。幸运的是，有一些库已经提供了我们所需的功能，其中一部分是特别针对OpenGL的。这些库节省了我们书写操作系统相关代码的时间，提供给我们一个窗口和上下文用来渲染。最流行的几个库有GLUT，SDL，SFML和GLFW。

      以下内容是对GLFW介绍，以及Windows 10专业版，IDE为VS2017上开发环境的搭建。

GLFW

GLFW是一个专门针对OpenGL的C语言库，它提供了一些渲染物体所需的最低限度的接口。它允许用户创建OpenGL上下文，定义窗口参数以及处理用户输入，这正是我们需要的。其用来代替之前的GLUT库。本节和下一节的目标是建立GLFW环境，并保证它恰当地创建OpenGL上下文并显示窗口。这篇教程会一步步从获取、编译、链接GLFW库讲起。我们使用的是Microsoft Visual Studio 2017 IDE（操作过程在新版的Visual Studio都是相同的）。如果你用的不是Visual Studio（或者用的是它的旧版本）请不要担心，大多数IDE上的操作都是类似的。

构建GLFW

GLFW可以从它官方网站的下载页上获取。GLFW已经有针对Visual Studio 2013/2015的预编译的二进制版本和相应的头文件，但是为了完整性我们将从编译源代码开始。所以我们需要下载源代码包，点击下图中的Source package按钮下载源码包。

如果你要使用预编译的二进制版本的话，请下载32位的版本而不是64位的（除非你清楚你在做什么）。很多人反映64位版本会出现很多奇怪的问题。

下载源码包之后，将其解压并打开。从源代码编译库可以保证生成的库是兼容你的操作系统和CPU的，而预编译的二进制文件可能会出现兼容问题（甚至有时候没提供支持你系统的文件）。提供源代码所产生的一个问题在于不是每个人都用相同的IDE开发程序，因而提供的工程/解决方案文件可能和一些人的IDE不兼容。所以人们只能从.c/.cpp和.h/.hpp文件来自己建立工程/解决方案，这是一项枯燥的工作。但因此也诞生了一个叫做CMake的工具。

CMake

CMake是一个工程文件生成工具。用户可以使用预定义好的CMake脚本，根据自己的选择（像是Visual Studio, Code::Blocks, Eclipse）生成不同IDE的工程文件。这允许我们从GLFW源码里创建一个Visual Studio 2017工程文件，之后进行编译。首先，我们需要从这里下载安装CMake。当CMake安装成功后，你可以选择从命令行或者GUI启动CMake，由于我不想让事情变得太过复杂，我们选择用GUI。CMake需要一个源代码目录和一个存放编译结果的目标文件目录。源代码目录我们选择GLFW的源代码的根目录，然后我们新建一个 build 文件夹，选中作为目标目录。

在设置完源代码目录和目标目录之后，点击Configure(设置)按钮，让CMake读取设置和源代码。我们接下来需要选择工程的生成器，由于我们使用的是Visual Studio 2017，我们选择 Visual Studio 15 2017 选项（建议不要选择 Visual Studio 15 2017 Win64，本人的系统配置如下图所示，最终调用GLFW函数时会出现链接错误，出现无法解析的符号）。CMake会显示可选的编译选项用来配置最终生成的库。这里我们使用默认设置，并再次点击Configure(设置)按钮保存设置。保存之后，点击Generate(生成)按钮，生成的工程文件会在你的build文件夹中。

编译

在build文件夹里可以找到GLFW.sln文件，用Visual Studio 2017打开。因为CMake已经配置好了项目（整个解决方案中有30个项目，我们需要的是其中的一个glfw，其用于生成glfw3.lib文件），所以在glfw项目上右键生成，将编译生成库glfw3.lib（注意我们用的是第3版）就会出现在src/Debug文件夹内。

库生成完毕之后，我们需要让IDE知道库和头文件的位置。有两种方法：

1. 找到IDE或者编译器的/lib和/include文件夹，添加GLFW的include文件夹里的文件到IDE的/include文件夹里去。用类似的方法，将glfw3.lib添加到/lib文件夹里去。虽然这样能工作，但这不是推荐的方式，因为这样会让你很难去管理库和include文件，而且重新安装IDE或编译器可能会导致这些文件丢失。
2. 推荐的方式是建立一个新的目录包含所有的第三方库文件和头文件，并且在你的IDE或编译器中指定这些文件夹。我个人会使用一个单独的文件夹，里面包含Libs和Include文件夹，在这里存放OpenGL工程用到的所有第三方库和头文件。这样我的所有第三方库都在同一个位置（并且可以共享至多台电脑）。然而这要求你每次新建一个工程时都需要告诉IDE/编译器在哪能找到这些目录。以下是本人机器上的目录

完成上面步骤后，我们就可以使用GLFW创建我们的第一个OpenGL工程了！

我们的第一个工程

首先，打开Visual Studio，创建一个新的项目。如果VS提供了多个选项，选择Visual C++，然后选择Empty Project(空项目)（别忘了给你的项目起一个合适的名字）。现在我们终于有一个空的工作空间了，开始创建我们第一个OpenGL程序吧！

链接

为了使我们的程序使用GLFW，我们需要把GLFW库链接(Link)进工程。这可以通过在链接器的设置里指定我们要使用glfw3.lib来完成，但是由于我们将第三方库放在另外的目录中，我们的工程还不知道在哪寻找这个文件。于是我们首先需要将我们放第三方库的目录添加进设置。要添加这些目录（需要VS搜索库和include文件的地方），我们首先进入Project Properties(工程属性，在解决方案窗口里右键项目)，然后选择VC++ Directories(VC++ 目录)选项卡（如下图）。在下面的两栏添加目录（包含目录以及库目录）：

这里你可以把自己的目录加进去，让工程知道到哪去搜索。你需要手动把目录加在后面，也可以点击需要的位置字符串，选择选项，之后会出现类似下面这幅图的界面，图是选择Include Directories(包含目录)时的界面：

这里可以添加任意多个目录，IDE会从这些目录里寻找头文件。所以只要你将GLFW的Include文件夹加进路径中，你就可以使用来引用头文件。库文件夹也是一样的。

现在VS可以找到所需的所有文件了。最后需要在Linker(链接器)选项卡里的Input(输入)选项卡里添加glfw3.lib这个文件：

要链接一个库我们必须告诉链接器它的文件名。库名字是glfw3.lib，我们把它加到Additional Dependencies(附加依赖项)字段中(手动或者使用选项都可以)。这样GLFW在编译的时候就会被链接进来了。除了GLFW之外，你还需要添加一个链接条目链接到OpenGL的库，但是这个库可能因为系统的不同而有一些差别。

Windows上的OpenGL库

如果你是Windows平台，opengl32.lib已经包含在Microsoft SDK里了，它在Visual Studio安装的时候就默认安装了。由于这篇教程用的是VS编译器，并且是在Windows操作系统上，我们只需将opengl32.lib添加进连接器设置里就行了。

Linux上的OpenGL库

在Linux下你需要链接libGL.so库文件，这需要添加-lGL到你的链接器设置中。如果找不到这个库你可能需要安装Mesa，NVidia或AMD的开发包，这部分因平台而异（而且我也不熟悉Linux）就不仔细讲解了。

接下来，如果你已经添加GLFW和OpenGL库到连接器设置中，你可以用如下方式添加GLFW头文件：

#include 

对于用GCC编译的Linux用户建议使用这个命令行选项-lGLEW -lglfw3 -lGL -lX11 -lpthread -lXrandr -lXi。没有正确链接相应的库会产生 undefined reference (未定义的引用) 这个错误。

GLFW的安装与配置就到此为止。

GLAD

到这里还没有结束，我们仍然还有一件事要做。因为OpenGL只是一个标准/规范，具体的实现是由驱动开发商针对特定显卡实现的。由于OpenGL驱动版本众多，它大多数函数的位置都无法在编译时确定下来，需要在运行时查询。所以任务就落在了开发者身上，开发者需要在运行时获取函数地址并将其保存在一个函数指针中供以后使用。取得地址的方法因平台而异，在Windows上会是类似这样：

// 定义函数原型
typedef void (*GL_GENBUFFERS) (GLsizei, GLuint*);
// 找到正确的函数并赋值给函数指针
GL_GENBUFFERS glGenBuffers  = (GL_GENBUFFERS)wglGetProcAddress("glGenBuffers");
// 现在函数可以被正常调用了
GLuint buffer;
glGenBuffers(1, &buffer);

你可以看到代码非常复杂，而且很繁琐，我们需要对每个可能使用的函数都要重复这个过程。幸运的是，有些库能简化此过程，其中GLAD是目前最新，也是最流行的库。

配置GLAD

GLAD是一个开源的库，它能解决我们上面提到的那个繁琐的问题。GLAD的配置与大多数的开源库有些许的不同，GLAD使用了一个在线服务。在这里我们能够告诉GLAD需要定义的OpenGL版本，并且根据这个版本加载所有相关的OpenGL函数。

打开GLAD的在线服务，将语言(Language)设置为C/C++，在API选项中，选择3.3以上的OpenGL(gl)版本（我们的教程中将使用3.3版本，但更新的版本也能正常工作）。之后将模式(Profile)设置为Core，并且保证生成加载器(Generate a loader)的选项是选中的。现在可以先（暂时）忽略拓展(Extensions)中的内容。都选择完之后，点击生成(Generate)按钮来生成库文件。

GLAD现在应该提供给你了一个zip压缩文件，包含两个头文件目录，和一个glad.c文件。将两个头文件目录（glad和KHR）复制到你的Includes文件夹中（注意这个Includes是配置GLFW时配置的Libraries文件夹下的子目录，而非工程下的目录），并添加glad.c文件到你的工程中。

经过前面的这些步骤之后，你就应该可以将以下的指令加到你的文件顶部了：

#include  

点击编译按钮应该不会给你提示任何的错误，到这里我们就已经准备好GLFW和GLAD环境了，去真正使用GLFW和GLAD来设置OpenGL上下文并创建一个窗口了。记得确保你的头文件和库文件的目录设置正确，以及链接器里引用的库文件名正确。

总结：

      要点一：要理解为什么有了OpenGL库还不够，为什么还需要GLUT，SDL，SFML和GLFW这些库的原因，也即这些库用来干嘛的；

      要点二：GLFW库是为了替换GLUT库的，性能更好；

      要点三：要知道CMake这个工具是干嘛用的，并学会CMake的使用；

      要点四：特别要注意使用CMake来生成VS 2017工程的时候选择generator(生成器)时，如果选择成win64位的，很有可能会出现生成的glfw3.lib库的链接问题，因此建议选择32位的生成器

      要点五：很有必要理解为什么需要GLAD库，即GLAD库的作用：由于OpenGL驱动版本众多，它大多数函数的位置都无法在编译时确定下来，需要在运行时查询，GLAD提供用于运行时获取OpenGL函数地址的方式。