C++模拟OpenGL库——图形学状态机接口封装（一）：用状态模式重构部分代码及接口定义

目录

什么是状态机？

基于状态机模式进行重构

Canvas.h源码

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什么是状态机？

回顾之前两部分内容，我们做了：

• 绘制点
• 绘制线（Brensenham）
• 绘制三角形（拆分法）
• 图片操作（stb_image.h）
• 纹理贴图
• 效果处理

我们思考OpenGL是基于什么思想来做的，或者说什么样的设计模式？

答：状态机。那么什么是状态机？

状态机：

• 记录状态参数
• 更改状态参数
• 使用状态参数做事

白话解释：你给我什么参数，我就做什么事。给我true我就去做，false就不去做。

为什么用状态机？

• 图形学的程序结构特殊性，每个阶段关心的事情不一样
• 渲染管线的设置后处理的方便性
• 接口的整洁性

基于状态机模式进行重构

基于以上考虑和分析，我们对现有代码进行小小的重构:

canvas.h：

添加数据元类型，绘图模式，数据元素类:

	enum DATA_TYPE {
		GT_FLOAT=0,
		GT_INT=1
	};
 
	enum DRAW_MODE {
		GT_LINE=0,
		GL_TRIANGLE=1
	};
 
	struct DataElement {
		int			m_size;
		DATA_TYPE	m_type;
		int			m_stride;//每次取点的步长
		byte*		m_data;//数据空间指针
 
		DataElement() {
			m_size = -1;
			m_type = GT_FLOAT;
			m_stride = 0;
			m_data = nullptr;
		}
	};

 将之前Canvan类中的一些变量，抽象出来，到一个Statement类中：

随后添加部分状态机接口：

//===========状态机接口===============
void gtVertexPointer(int _size, DATA_TYPE _type, int _stride, byte* _data);
void gtColorPointer(int _size, DATA_TYPE _type, int _stride, byte* _data);
void gtTexCoordPointer(int _size, DATA_TYPE _type, int _stride, byte* _data);
void gtDrawArray(DRAW_MODE _mode,int _first,int _count);//从first的点，画count个点

	void Canvas::gtVertexPointer(int _size, DATA_TYPE _type, int _stride, byte* _data)
	{
		m_state.m_vertexData.m_size = _size;
		m_state.m_vertexData.m_type = _type;
		m_state.m_vertexData.m_stride = _stride;
		m_state.m_vertexData.m_data = _data;
	}
 
	void Canvas::gtColorPointer(int _size, DATA_TYPE _type, int _stride, byte* _data)
	{
		m_state.m_colorData.m_size = _size;
		m_state.m_colorData.m_type = _type;
		m_state.m_colorData.m_stride = _stride;
		m_state.m_colorData.m_data = _data;
	}
 
	void Canvas::gtTexCoordPointer(int _size, DATA_TYPE _type, int _stride, byte* _data)
	{
		m_state.m_texCoordData.m_size = _size;
		m_state.m_texCoordData.m_type = _type;
		m_state.m_texCoordData.m_stride = _stride;
		m_state.m_texCoordData.m_data = _data;
	}
 
	void Canvas::gtDrawArray(DRAW_MODE _mode, int _first, int _count)
	{
 
	}

Canvas.h源码

为了方便查看，这里贴出Canvas.h的整体源码，也是对之前的一个总结梳理：

#pragma once
#include "GTMATH.hpp"
#include 
#include 
#include "Image.h"
 
namespace GT {
	//点类
	class Point {
	public:
		int m_x;
		int m_y;
		RGBA m_color;
		floatV2 m_uv;
 
		Point(int _x = 0, int _y = 0, RGBA _color = RGBA(0, 0, 0, 0), floatV2 _uv = floatV2(0.0, 0.0)) {
			m_x = _x, m_y = _y, m_color = _color, m_uv = _uv;
		}
 
		~Point() {}
	};
 
	enum DATA_TYPE {
		GT_FLOAT=0,
		GT_INT=1
	};
 
	enum DRAW_MODE {
		GT_LINE=0,
		GL_TRIANGLE=1
	};
 
	struct DataElement {
		int			m_size;
		DATA_TYPE	m_type;
		int			m_stride;//每次取点的步长
		byte*		m_data;//数据空间指针
 
		DataElement() {
			m_size = -1;
			m_type = GT_FLOAT;
			m_stride = 0;
			m_data = nullptr;
		}
	};
 
	struct Statement {
		bool				 m_useBlend;//是否启用alpha混合模式
		bool				 m_enableTexture;//是否启用纹理贴图
		const Image*	     m_texture;//纹理贴图素材
		Image::TEXTURE_TYPE  m_texType;//纹理过滤
		byte				 m_alphaLimit;//大于此像素值才可以进行绘制
 
		DataElement			 m_vertexData;
		DataElement			 m_colorData;
		DataElement			 m_texCoordData;
 
		Statement() {
			m_useBlend = false;
			m_enableTexture = false;
			m_texture = nullptr;
			m_texType = Image::TX_REPEAT;
			m_alphaLimit = 0;
		}
	};
 
	//画布类，封装一些之后的图形API
	class Canvas {
	private:
		int			 m_width;
		int			 m_height;
		RGBA*		 m_buffer;
 
		Statement	 m_state;
 
	public:
		Canvas(int _width, int _height, void* _buffer) {
			if (_width <= 0 || _height <= 0) {
				m_width = -1;
				m_height = -1;
				m_buffer = nullptr;
			}
			m_width = _width;
			m_height = _height;
			m_buffer = (RGBA*)_buffer;
			m_state.m_useBlend = false;
			m_state.m_enableTexture = false;
		}
		~Canvas()
		{
		}
 
		//=========画布清洗============
		void clear() {
			if (m_buffer != nullptr) {
				memset(m_buffer, 0, sizeof(RGBA) * m_width * m_height);
			}
		}
 
		//=========画点操作============
		void drawPoint(int x, int y, RGBA _color) {
			if (x < 0 || x >= m_width || y < 0 || y >= m_height) {
				return;
			}
			m_buffer[y * m_width + x] = _color;
		}
		//根据真正的背景值取pixel
		RGBA getColor(int x, int y) {
			if (x < 0 || x >= m_width || y < 0 || y >= m_height) {
				return RGBA(0, 0, 0, 0);
			}
			return m_buffer[y * m_width + x];
		}
 
		//=========画线算法Brensenhem===
		void drawLine(Point pt1,Point pt2);
 
		//=========线性插值Lerp=========
		inline RGBA colorLerp(RGBA _color1, RGBA _color2, float _scale) {
			RGBA _color;
			_color.m_r = _color.m_r + (float)(_color2.m_r - _color1.m_r) * _scale;
			_color.m_g = _color.m_g + (float)(_color2.m_g - _color1.m_g) * _scale;
			_color.m_b = _color.m_b + (float)(_color2.m_b - _color1.m_b) * _scale;
			_color.m_a = _color.m_a + (float)(_color2.m_a - _color1.m_a) * _scale;
			return _color;
		}
 
		//=========画三角形==============
		void drawTriange(Point p1, Point p2, Point p3);
		void drawTriangeFlat(Point pFlat1, Point pFlat2, Point pt);
 
 
		//=========判断三角形是否与屏幕相交======
		bool judgeInRect(Point p, GT_RECT _rect);
		bool judgeInTriangle(Point pt, std::vector _ptArray);
 
 
		//==========图片操作=============
		void drawImage(int _x, int _y, Image* _image);
		void setAlphaLimit(byte _limit) { m_state.m_alphaLimit = _limit; }
		void setBlend(bool _useBlend) { m_state.m_useBlend = _useBlend; }
 
		//===========纹理===============
		void enableTexture(bool _enable) { m_state.m_enableTexture = _enable; }
		void bindTexture(const Image* _image) { m_state.m_texture = _image; }
		void setTextureType(Image::TEXTURE_TYPE _type) { m_state.m_texType = _type; }
		inline floatV2 uvLerp(floatV2 _uv1, floatV2 _uv2, float _scale) {
			floatV2 _uv;
			_uv.x = _uv1.x + (_uv2.x - _uv1.x) * _scale;
			_uv.y = _uv1.y + (_uv2.y - _uv1.y) * _scale;
			return _uv;
		}
 
		//===========状态机接口===============
		void gtVertexPointer(int _size, DATA_TYPE _type, int _stride, byte* _data);
		void gtColorPointer(int _size, DATA_TYPE _type, int _stride, byte* _data);
		void gtTexCoordPointer(int _size, DATA_TYPE _type, int _stride, byte* _data);
		void gtDrawArray(DRAW_MODE _mode,int _first,int _count);//从first的点，画count个点
	};
}