Windows 下的 OpenGL 开发环境配置（GLFW+GLAD）

引言

最近在读 Unity 4.3 的源码，研究到 Unity 集成的物理引擎 PhysX 和 Box2D 部分，接下来还要研究渲染引擎方面的东西，想着直接倒腾一下，自己集成一遍写个小 demo 。当然这都依赖于 OpenGL 这个东西来渲染（因为物理引擎本身都是一些计算，没有可视化的东西，需要借助渲染层将其可视化），这里先搭一个可以在 Windows 下编写 OpenGL 程序的架子，然后再往里面塞物理引擎和 Shader 相关的东西。

 

OpenGL 基础概念

OpenGL 函数库相关的 API 包括：核心库( gl )，实用库( glu )，辅助库( aux )、实用工具库( glut )，窗口库( glx 、 agl 、 wgl )和扩展函数库等。gl 是核心，glu 是对 gl 的部分封装。glx 、 agl 、wgl 是针对不同窗口系统的函数。扩展函数库是硬件厂商为实现硬件更新利用OpenGL的扩展机制开发的函数。

• gult (OpenGL Utility Toolkit)

  是 OpenGL 跨平台的实用工具库，主要用于做窗口界面。大部分函数以 glut 开头，其 API 包括：窗口操作函数，窗口初始化、窗口大小、窗口位置等函数；回调函数：响应刷新消息、键盘消息、鼠标消息、定时器函数等；创建复杂的三维物体；菜单函数；程序运行函数。

  对应的开源实现是 freegult

• glew

  glut 或 freeglut 主要是 1.0 的基本函数功能，glew 是使用OpenGL 2.0 之后接口的一个扩展库，能自动识别当前平台支持的全部 OpenGL 高级扩展函数。

  在程序中只要引入 glew.h 头文件，便可使用 gl, glu, glext, wgl 和 glx 的全部函数。

• glfw

  是一个跨平台的 OpenGL 应用框架，支持 OpenGL 和 OpenGL ES ，支持窗口创建、读取输入和处理事件等功能。特点：轻量级、开源和跨平台。由于 glut 已经太老了，现在基本都是用 glfw 来替代 glut 。

• glad

  glad 可以说是 glew 的升级版 。

 

IDE 选择

在 Windows 平台下开发 C++ 程序，可以使用 VS 2017 作为 IDE ，傻瓜式且继承了编译调试等，显然是更加简单的选择。但我还是倾向于折腾一点，也有助于了解底层的一些东西，windows 下开发 C++ 程序我还是更习惯于使用 MinGW-w64 和 CMake 来完成编译，IDE 直接使用比较轻巧的 VS Code 。

这是我之前写的配置过程： Windows下的C++编译工具—— MinGW-w64 和 CMake

 

资源下载

这里直接使用 glad + glfw 组合的方式

glfw

打开 glfw 官网下载页 ，根据当前使用 MinGW 支持的编译位数选择下载 32 位或 64 位的包，使用 MinGW-w64 的直接下载 64-bit Windows binaries 即可，得到：glfw-3.3.bin.WIN64.zip

glad

glad 有一个在线服务 https://glad.dav1d.de/ ，设置如下：

• 语言（Language）设为 C/C++ ；

• API 中 gl 版本指的是 OpenGL 的版本，选择 3.3 以上（因为 3.3 及之后的版本是纯可编程管线，去掉了固定管线），这里我选择最新的 4.6；

• 模式（Profile）设为 Core ；

  这里有两种选择 ：Compatibility 和 Core ，其中 Compatibility 兼容旧版本，包含低版本中的 API ，而 Core 是只包含当前版本必须支持的 API ，不考虑向下兼容旧版本，更为轻巧。

• 确保勾选了 Generate a Loader ，然后点击 GENERATE 。

在生成页面中下载 glad.zip 压缩包。

 

创建工程

• 创建一个空文件夹，并其下创建 include 、lib 和 src 目录

• 将 glad.zip 解压后的文件：

  • include 中的 KHR 和 glad 两个文件夹复制到 include 目录；

  • src/glad.c 复制到 src 目录。

  为了方便起见，还是把 glad.c 编译成静态库：

$ gcc .\src\glad.c -c -I.\include\
$ ar -rc libglad.a glad.o

将 libglad.a 复制到 lib 目录。

• 解压 glfw-3.3.bin.WIN64.zip ，然后将其目录下的文件：

  • include 目录下的 GLFW 文件夹复制到 include 目录；

  • lib-mingw-w64 目录下的 glfw3.dll 和 libglfw3dll.a 复制到 lib 目录。

• 在 src 目录下创建一个测试脚本 test.cpp ，内容如下：

  直接从网上抄的一段代码，参考：vscode OpenGL 环境搭建

  #include 
  #include 
  #include 
  // 设置窗口尺寸
  const unsigned int SCR_WIDTH = 400;
  const unsigned int SCR_HEIGHT = 300;
  int main()
  {
      // glfw: 初始化
      glfwInit();
      glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
      glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
      glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
  #ifdef __APPLE__
      // uncomment this statement to fix compilation on OS X
      glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE); 
  #endif
      // glfw 创建窗口
      GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, "Test", NULL, NULL);
      if (window == NULL)
      {
          std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
          glfwTerminate();
          return -1;
      }
      glfwMakeContextCurrent(window);
      // 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))
      {
          glClearColor(0.0f, 1.f, 0.0f, 1.0f);
          glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
          // glfw: swap buffers and poll IO events (keyspressed/released, mouse moved etc.)
          glfwSwapBuffers(window);
          glfwPollEvents();
      }
      // glfw: terminate, clearing all previously allocated GLFWresources.
      glfwTerminate();
      return 0;
  }

 

编译工程

由于工程比较简单，这里有几种方式可以完成工程的编译

• 直接 gcc 命令编译工程：

  假如是直接使用 glad.c 进行编译：

  $ g++ -g -std=c++17 -I ./include -L ./lib src/test.cpp src/glad.c -o main -lglfw3dll

  假如使用 libglad.a 进行编译：

  $ g++ -g -std=c++17 -I ./include -L ./lib src/test.cpp -o main -lglad -lglfw3dll

  当然更推荐使用 glfw3.dll 来编译程序：

  $ g++ -g -std=c++17 -I ./include -L ./lib src/test.cpp -o main -lglad .\glfw3.dll

  -lglfw3dll 使用的是 libglfw3dll.a 来进行编译，然而此库文件最终编译出来的 exe 文件也必须依赖 glfw3.dll 才能启动，既然如此，还不如直接使用 glfw3.dll 库文件就好了。

• 手写 makefile ，在工程根目录下创建 makefile 文本文件，内容如下：

  CXX := g++
  CXX_FLAGS := -g -std=c++17
  ​
  SRC := src
  INCLUDE := ./include
  LIB := ./lib
  ​
  LIBRARIES := -lglad .\glfw3.dll
  EXECUTABLE := main
  ​
  all:./$(EXECUTABLE)
  ​
  run: all
      ./$(EXECUTABLE)
  ​
  $(EXECUTABLE):$(SRC)/*.cpp
      $(CXX) $(CXX_FLAGS) -I$(INCLUDE) -L$(LIB) $^ -o $@ $(LIBRARIES)

  在命令行执行 make run 则编译完成后会自动执行可执行程序。

• 创建 CMakeLists.txt ，借助 CMake 来生成 Makefile ，然后再编译工程，内容如下：

  cmake_minimum_required(VERSION 3.0)
  ​
  project (TestGladGlfw)      # 工程名称
  ​
  link_directories(${PROJECT_SOURCE_DIR}/lib)         # 库目录, -L
  ​
  set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -g -std=c++17")
  ​
  set(SOURCE_FILES src/test.cpp src/glad.c)
  add_executable(main ${SOURCE_FILES})    # 源文件
  ​
  include_directories(${PROJECT_SOURCE_DIR}/include)   # 头文件目录, -I
  ​
  target_link_libraries(main glfw3)

  需要注意的是：原本以为 target_link_libraries 是从只从 MinGW-w64 安装目录中的 lib 中去获取库文件的，因为 lib 中明明有 libglfw3dll.a ，但编译时且出现 cannot find -lglfw3dll 的错误，如下：

  E:/C++/installs/x86_64-8.1.0-release-posix-seh-rt_v6-rev0/mingw64/bin/../lib/gcc/x86_64-w64-mingw32/8.1.0/../../../../x86_64-w64-mingw32/bin/ld.exe: cannot find -lglfw3dll
  collect2.exe: error: ld returned 1 exit status
  make[2]: *** [CMakeFiles/main.dir/build.make:104: main.exe] Error 1
  make[1]: *** [CMakeFiles/Makefile2:73: CMakeFiles/main.dir/all] Error 2
  make: *** [Makefile:84: all] Error 2

  而将该库复制到 MinGW-w64 安装目录中的 lib 中去又能正常编译。最后才发现原来 link_directories 必须在 add_executable 之前，应该该指令对其后续操作生效。假如不使用 link_directories 而只使用 target_link_libraries 的话，需要使用绝对地址，相对当前工程的地址似乎无效。

  在 build 目录下生成 Makefile

  $ mkdir build
  $ cd build
  $ cmake -G"Unix Makefiles" ../
  -- The C compiler identification is GNU 8.1.0
  -- The CXX compiler identification is GNU 8.1.0
  -- Check for working C compiler: E:/C++/installs/x86_64-8.1.0-release-posix-seh-rt_v6-rev0/mingw64/bin/gcc.exe
  -- Check for working C compiler: E:/C++/installs/x86_64-8.1.0-release-posix-seh-rt_v6-rev0/mingw64/bin/gcc.exe -- works
  -- Detecting C compiler ABI info
  -- Detecting C compiler ABI info - done
  -- Detecting C compile features
  -- Detecting C compile features - done
  -- Check for working CXX compiler: E:/C++/installs/x86_64-8.1.0-release-posix-seh-rt_v6-rev0/mingw64/bin/c++.exe
  -- Check for working CXX compiler: E:/C++/installs/x86_64-8.1.0-release-posix-seh-rt_v6-rev0/mingw64/bin/c++.exe -- works
  -- Detecting CXX compiler ABI info
  -- Detecting CXX compiler ABI info - done
  -- Detecting CXX compile features
  -- Detecting CXX compile features - done
  -- Configuring done
  -- Generating done
  -- Build files have been written to: E:/C++/projects/TestGladGlfw/build

  使用 Makefile 编译当前工程：

  $ make
  Scanning dependencies of target main
  [ 33%] Building CXX object CMakeFiles/main.dir/src/test.cpp.obj
  [ 66%] Building C object CMakeFiles/main.dir/src/glad.c.obj
  [100%] Linking CXX executable main.exe
  "copy dll files after make"
  [100%] Built target main

 

运行结果

上面编译命令执行完成之后，会生成 main.exe 可执行文件，直接在命令行运行或者双击打开：

$ .\main.exe

可以看到如下结果：

 

DLL 库 丢失问题

假如 .dll 动态库文件与 .exe 不在同一目录下，常常会出现 无法启动此程序，因为计算机中丢失 xxx.dll 。... 这类的报错，有两个解决方案：

方案一

可以通过 CMakeLists.txt 实现在编译得到目标文件后，将依赖库复制到同级目录下，由于不同平台使用的库文件可能不同，这里只演示 Windows 平台，直接在上述 CMakeLists.txt 末尾加上如下内容：

# 平台区分
if (CMAKE_HOST_WIN32)
    set(WINDOWS 1)
elseif(CMAKE_HOST_APPLE)
    set(MACOS 1)
elseif(CMAKE_HOST_UNIX)
    set(LINUX 1)
endif()
​
# 复制 dll 到 build 目录
if(WINDOWS)
    add_custom_command(TARGET main 
        POST_BUILD 
        COMMAND echo "copy dll files after make"
        COMMAND ${CMAKE_COMMAND} -E copy_if_different
        "${PROJECT_SOURCE_DIR}/lib/glfw3.dll"              
        $)
endif()

方案二

参考 Qt5 编译 & 打包依赖dll发布 ，可以使用 EnigmaVirtual Box 工具将所有依赖的 .dll 都打进 .exe 中 。

 

环境变量更新的坑

编译出来的 .exe 文件在命令行使用 .\main.exe 可以打开，而直接在资源管理器中双击打开却提示：应用程序无法正常启动(0xc000007b)。请点击 “确定” 关闭程序 。

原本以为是程序编译或者依赖库的问题，后来才发现是环境变量的问题：

我们都知道 Windows 中设置变量有 系统变量 和 用户变量 两种，其中系统变量是针对全部用户起作用的，而用户变量是针对当前用户起作用。而在命令行中输入 PATH 查询的结果其实是系统变量和当前用户变量合并后的结果。

然而，有个坑点，启动命令行的方式也会决定使用变量的不同：

• 以 win+R 快捷键输入 cmd 启动的命令行一般会获得最新的 PATH 配置；

• 在资源管理器下通过 Shift + 鼠标右键，然后选择 在此处打开命令窗口 启动的命令行，获取的 PATH 配置是此资源管理器窗口打开时刻的 PATH 配置，假如更细了环境变量后没有重新打开窗口，则此窗口中的 PATH 不会更新。

我之前使用的是 MinGW ，这次改为 MinGW-w64 ，因此修改了环境变量的 PATH ，但我没有重启电脑，打开项目文件夹的资源管理器没有关闭重开，因此窗口中的 PATH 还是旧的，而我编译工程是在 VS Code 中进行的（PATH 更新时重启过，使用的是新的 PATH），因此双击启动时的 PATH 配置与 VS Code 中命令行启动时的 PATH 配置不一致，因此导致了结果不同。

解决方案：关闭资源管理器，重新打开资源管理器再双击可执行程序就可以了。

终于知道为什么修改环境变量配置要重启电脑了，其实就是最简单粗暴避开这种隐含规则的方法。

 

Demo 源码

本工程的源码以提交到 github ：/linshuhe/OpenGLWinDemo

 

参考

• cmake 添加头文件目录，链接动态、静态库

• 如何将DLL文件复制到与使用CMake的可执行文件相同的文件夹中？