【D3D11游戏编程】学习笔记十：程序框架

（注：【D3D11游戏编程】学习笔记系列由CSDN作者BonChoix所写，转载请注明出处：http://blog.csdn.net/BonChoix，谢谢~）

从上次绘制一个简单立方体的例子中，我们可以发现，即使是一个十分简单的程序，其代码长度也是相当的长。但实际上，大多数代码只是用于了Win32、D3D11的初始化，剩下的才是我们真正关心的绘制代码。一方面，这些代码妨碍我们直接关注核心部分， 另一方面，为了避免在后面每次创建新的程序时生硬地复制、粘贴这些初始化代码，我们这次创建一个简单的程序框架。这个框架通过面向对象的方式把Win32、D3D11初始化、Windows消息处理等这些固定代码封装了起来，以后可以重复利用它们。 这样在创建新的程序时，直接导入该框架，并编写核心程序即可。

1. 框架简介

刚开始时，我们的框架功能十分简单。在后面深入学习D3D11时，我们会不断往该框架中添加新的功能，使它逐渐地丰满起来。

新的框架主要包括如下内容：

1.1 主程序

这部分是该框架的核心部分，用于封闭Win32和D3D11中的固定代码，即初始化、消息处理等。类名为:WinApp，其定义如下：

class WinApp
{
public:
	WinApp(HINSTANCE hInst, std::wstring title = L"D3D11学习程序框架", int width = 640, int height = 480);
	~WinApp();

	//基本内联成员函数
	HINSTANCE	AppInstance()	const				{ return m_hInstance;		}
	HWND		Window()		const				{ return m_hWnd;			}
	int			Width()			const				{ return m_clientWidth;		}
	int			Height()		const				{ return m_clientHeight;	}
	void		SetWindowTitle(std::wstring title)	{ SetWindowText(m_hWnd,title.c_str()); }

	/*
	  在子类中重写这些函数以实现自定义的功能
	  对于个别函数，在重写时，要先调用父类的函数，再添加自定义的功能，
	  比如：Init(),在子类Init()中，需要先调用WinApp::Init()。
	  同样也适合于OnResize()。
	 */
	virtual bool	Init();							//程序初始化
	virtual bool	OnResize();						//当窗口大小改变时调用
	virtual bool	Update(float timeDelt) = 0;		//每帧更新
	virtual bool	Render() = 0;					//渲染

	virtual LRESULT CALLBACK WinProc(HWND,UINT,WPARAM,LPARAM);
	
	int		Run();		//主循环

protected:
	bool	InitWindow();		//初始化Win32窗口
	bool	InitD3D();			//初始化D3D11
	
	void	CalculateFPS();		//计算帧率

protected:
	HINSTANCE	m_hInstance;		//应用程序实例句柄
	HWND		m_hWnd;				//窗口句柄

	int			m_clientWidth;		//窗口大小
	int			m_clientHeight;

	bool		m_isMinimized;		//是否最小化
	bool		m_isMaximized;		//是否最大化
	bool		m_isPaused;			//是否暂停运行
	bool		m_isResizing;		//当鼠标正在改变窗口尺寸时

	ID3D11Device			*m_d3dDevice;				//D3D11设备
	ID3D11DeviceContext		*m_deviceContext;			//设备上下文
	IDXGISwapChain			*m_swapChain;				//交换链
	ID3D11Texture2D			*m_depthStencilBuffer;		//深度/模板缓冲区
	ID3D11RenderTargetView	*m_renderTargetView;		//渲染对象视图
	ID3D11DepthStencilView	*m_depthStencilView;		//深度/模板视图
	
	std::wstring	m_winTitle;			//窗口名称
	Timer			m_timer;			//应用程序定时器

private:
	//避免复制
	WinApp(const WinApp&);
	WinApp& operator = (const WinApp&);
};

在该类中，主要包括三类的成员函数，一部分为基本函数，即“非virtual”函数，这些函数功能是固定的，子类直接继承它们并使用之，不需要重新定义；另一部分即所有的”非纯virtual“函数，这些函数在框架中实现基本功能，允许在子类中重写，以添加所需的功能，比如初始化；第三部分即”纯virtual“函数，这些函数在框架中未定义，在定义子类时必须重写之，这类函数主要为更新、渲染相关函数。

由上面代码可以看出，该框架主要封装了程序窗口大小、句柄、窗口相关状态（最小化、最大化、暂停/运行等），以及D3D11相关的基本核心变量，此外还包括一个定时器，用于控制程序的帧率及速度。这些成员变量全部为protected类型，以允许在子类中直接进行使用。

关于消息处理函数，该框架实现了大多数常用功能，位于WinProc该成员函数中，因此在一般情况下不需要重写消息处理函数。此外要注意，类中的成员函数是不能直接用于Windows消息处理函数的！因此我们在该框架中使用了一点小技巧，在Windows消息处理函数中，通过一个全局的程序对象来调用该成员函数，且使用完全一样的参数。这样就把间接地把消息处理函数转换到成员函数中了。详细情况请参考本文附加的源代码。

1.2 定时器

这个定时器即在前几篇文章中我们实现的定时器，在该框架中我们直接把它加了进来。关于定时器的设计，请参考定时器的实现。

1.3 辅助函数

框架中的辅助函数定义位于头文件"AppUtil.h"中，定义位于相应的cpp文件。这个文件也会随着学习的深入添加新的功能，暂时仅仅包括如下功能：安全地释放D3D11接口（SafeRelease函数），常见的颜色值的定义。

2. 框架导入

该框架中的所有文件位于Common文件夹当中，该文件夹可以放置在任意的目录中，但有以下要求：1. Common文件夹的目录要添加到IDE的Include目录下，以在程序中能够正确地include框架中的文件；2. 在每个新建项目中，在左边SolutionExplorer中添加一个新的目录（比如取名为Common)，把框架中所有文件导入。如下图所示：

关于如何配置IDE的include目录及在solutionExplorer中添加新的目录，请参考准备工作中有关配置Visual Studio环境变量部分。此外，默认情况下，我把Common目录放在了项目所在目录下，并且把该目录添加到了include目录中。因此本文末尾的附加代码中的.sln文件直接导入就可以了。如果移动了Common目录，则需要再配置include目录。

3. 利用框架创建新的应用程序

下面是每次在该框架基础上创建新的应用程序的步骤。

3.1 创建一个新类，并继承主框架类：WinApp

每一个新的应用程序都要有一个相应的子类，继承WinApp，同时重写Update和Render两个函数。其他virtual函数按需进行重写。如下一个例子：

class Basic: public WinApp
{
public:
	Basic(HINSTANCE hInst, std::wstring title = L"D3D11学习程序框架", int width = 640, int height = 480):
	  WinApp(hInst,title,width,height)
	  {}

	bool Update(float delta);
	bool Render();

private:

};

3.2 在新类中添加程序中所需的所有成员变量及成员函数

框架中提供了程序最基本的成员函数与成员变量，针对各个应用程序的需求，在子类中添加相应的新的成员。比如用于更新effect文件中的全局变量的相关接口、顶点缓冲区与索引缓冲区、纹理接口等，以及用于初始化的相关成员函数等。该步骤由具体程序而定。对于一个最简单的不绘制任何图形的例子，只要重新定义Update和Render函数即可。如下所示：

bool Basic::Update(float delta)
{

	return true;
}

bool Basic::Render()
{
	m_deviceContext->ClearDepthStencilView(m_depthStencilView,D3D11_CLEAR_DEPTH|D3D11_CLEAR_STENCIL,1.f,0);
	m_deviceContext->ClearRenderTargetView(m_renderTargetView,reinterpret_cast<const float*>(&Colors::Silver));

	m_swapChain->Present(0,0);

	return true;
}

3.3 添加WinMain函数

最后一步即添加程序入口函数，创建应用程序对象并执行。如下所示：

int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR cmdLine, int cmdShow)
{
	Basic app(hInstance);

	if(!app.Init())
		return -1;
	
	return app.Run();
}

使用该框架的全部过程就是这些，下面是相关源代码：

4. 源代码

程序框架源代码