如何设计一个窗口渲染循环？

Question

我正在尝试设计一个窗口对象，其工作是处理 GLFW 窗口的所有功能（初始化、回调、输入处理......）

最重要的事情之一是渲染循环。我能想到的最天真的设计是让 renderloop 方法获取一个不带参数的函数指针，然后在循环方法中调用它，如下所示：

class Window
{
public:
    Window();
    ~Window();

    void WindowLoop(void (*f) (void));
protected:
    GLFWwindow* window;
};


void Window::WindowLoop(void (*f) (void))
{
    while(!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        f();
        glfwPollEvents();
    }
}

然而，这带来了很多限制。一方面，这意味着该函数不能接受任何参数。这可能是也可能不是问题。

我做了一些研究，显然你可以传递带有任意数量参数的函数指针，但这似乎既困难又不建议。

另一种选择是通用仿函数，然后可以将参数定义为类/结构的一部分，从而避免处理。

可能还有其他我不知道的潜在设计。

在 C++ 中，哪个是渲染循环的好设计，试图优先考虑使用的多功能性和执行速度？

Answer 1

我的简短回答是：

使用std::function 代替原始函数指针。这为您提供了更大的灵活性，因为它可以容纳：

• 函数指针
• 方法指针（当然是对象）
• 函子
• lambdas（有或没有实际重复上述一个或另一个的捕获）。

您仍然受限于为调用定义签名，但您可以提供回调上下文，这可能就是您所需要的。

所以，这就是它的样子：

#include <functional>

class Window
{
public:
    Window();
    ~Window();

    void WindowLoop(std::function<void()> f);
protected:
    GLFWwindow* window;
};


void Window::WindowLoop(std::function<void()> f)
{
    while(!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        f();
        glfwPollEvents();
    }
}

（它看起来与 OP 的原始样本没有太大区别。）

---

三思而后行，我发现值得一提的是小部件集以及它们提供的解决方案（因为要解决相同的问题）。

两个通用解决方案是

• 信号/信号处理程序 (signal slot concept)
• virtual 可被覆盖的事件处理程序方法。

信号基本上只是一个带有函数指针的容器（或std::function 或类似的东西）。在某些情况下会发出信号（即调用存储的函数指针）。因此，其他对象可以在这种情况下得到通知（通过在信号中注册它们的信号处理程序）。所以，一个信号实际上和上面类似，只是函数指针不是临时提供的，而是存储在成员变量中。

替代方法是在某些情况下调用virtual 方法。要添加自定义行为，resp。必须派生基类，并且必须覆盖 quest 中的 virtual 方法。

在 OP 的情况下，可能如下所示：

class Window
{
public:
    Window();
    ~Window();

    void WindowLoop();
protected:
    virtual void step();
protected:
    GLFWwindow* window;
};


void Window::WindowLoop()
{
    while(!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        step();
        glfwPollEvents();
    }
}

void Window::step() { /* empty placeholder */ }

要在应用程序中使用它，Window 的派生类是必需的：

class GameWindow: public Window {
    protected:
        virtual void step() override;
};

void GameWindow::step()
{
    // Do the game step stuff (e.g. rendering)
    // where this (of type GameWindow) can provide the necessary context.
}

---

关于Qt，有各种情况的信号和virtual 方法，例如小部件中的事件处理程序。大多数情况下都可以选择非此即彼——我不记得两者都可用于某事。例如。可以为QPushButton::clicked() 注册信号处理程序，但要将事件处理程序自定义为mousePressEvent()，必须重载Qt 小部件以覆盖事件处理程序方法。 （还有事件过滤器的概念，但恕我直言，这并不完全相同。）

gtkmm 代替（至少在我过去使用的版本 2 中）提供了我能记住的所有 virtual 方法 和 信号。因此，总是可以选择派生 gtkmm 小部件或仅通过注册信号处理程序来更改/扩展 gtkmm 小部件的行为。这可能会带来很少的额外性能成本，但对于应用程序编程来说非常方便。