本部分结果可参考 04_Instance

本章涉及到的关键对象如下所示：

对于一个 Vulkan 应用而言，你首先需要通过创建一个 instance 来初始化 Vulkan 库， instance 是应用与 Vulkan 库的连接，在创建过程中会有相应的操作告知 Driver 你的应用的一些细节。为创建 Instance，首先在头文件中需要在本节中定义的函数和变量，createInstance 用来创建实例并放在 instance 中，checkAvailableExtensions 用来检查当前系统支持的 Extensions，checkRequiredGlfwExtensions 用来检查 GLFW 需要的 Extensions，这两个函数在 createInstance 中被调用：

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 class HelloTriangleApplication
{
public:
    void run();

private:

    // ...
    void createInstance();
    void checkAvailableExtensions(const VkInstanceCreateInfo& createInfo);
    void checkRequiredGlfwExtensions();

    GLFWwindow* window = nullptr;
    VkInstance instance = nullptr;
};

在 initVulkan 函数中调用 createInstance 函数创建实例：

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void HelloTriangleApplication::initVulkan()
{
    createInstance();
    // ...
}

#创建一个 Instance

对一个 Vulkan 程序而言，首先需要创建一个 instance，它用来连接应用与 Vulkan 库，同时也会将程序的一些细节指示给驱动。

创建 Instance 的完整实现如下所示：

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void HelloTriangleApplication::createInstance()
{
    VkApplicationInfo appInfo{};
    appInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_APPLICATION_INFO;
    appInfo.pApplicationName = "Hello_Triangle";
    appInfo.applicationVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0);
    appInfo.pEngineName = "No Engine";
    appInfo.engineVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0);
    appInfo.apiVersion = VK_API_VERSION_1_0;

    uint32_t glfwExtensionCount = 0;
    const char** glfwExtension = glfwGetRequiredInstanceExtensions(&glfwExtensionCount);

    VkInstanceCreateInfo createInfo{};
    createInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_INSTANCE_CREATE_INFO;
    createInfo.pApplicationInfo = &appInfo;
    createInfo.enabledExtensionCount = glfwExtensionCount;
    createInfo.ppEnabledExtensionNames = glfwExtension;
    createInfo.enabledLayerCount = 0;

    if (vkCreateInstance(&createInfo, nullptr, &instance) != VK_SUCCESS)
    {
        throw std::runtime_error("Failed to create instance!");
    }

    checkAvailableExtensions(createInfo);
    checkRequiredGlfwExtensions();
}

其中首先需要创建两个结构体 VkApplicationInfo 和 VkInstanceCreateInfo：

  • VkApplicationInfo透露了关于应用的一些信息，驱动可以根据这些信息对程序做一些优化，例如其中的 engine 告诉驱动该 Vulkan 应用是否有使用游戏引擎，如这里没有使用，因此将其设为 No Engine，反之可能是 Unreal Engine 或 Unity 等。
  • VkInstanceCreateInfo 描述了创建 Instance 所需要的信息。
    • 因为 Vulkan 本身是一个与平台不相关的接口，因此在 Create Info 中需要描述它所依赖的平台的相关的 Extension（如 Surface），这些 Extension 可以从 GLFW 的接口 glfwGetRequiredInstanceExtensions 中获取。
    • CreateInfo 中的 enabledLayerCount 和 ppEnabledLayerNames 用来指定启用的 Validation Layers，这里暂时不启用，因此将 enabledLayerCount 设为 0，并将 ppEnabledLayerNames 设为 nullptr。

Vulkan 设计中，许多函数需要的信息都是通过结构体，而不是一系列函数形参。

之后通过 vkCreateInstance 函数实际创建 Instance：

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if (vkCreateInstance(&createInfo, nullptr, &instance) != VK_SUCCESS)
{
	throw std::runtime_error("failed to create instance!");
}

这类 Create 函数通常有以下的形参：

  1. 一个指针指向创建需要的信息结构体
  2. 一个指针指向创建后的回调函数，在本教程中一直是 nullptr
  3. 一个指针指向存储创建物体内存的对象。

同时几乎所有的 Vulkan 函数都会返回一个 VkResult 值表示接口运行是否成功，VkResult 的值是 VK_SUCCESS 或其他错误值。

之后函数通过 checkAvailableExtensions 和 checkRequiredGlfwExtensions 函数检查了当前系统支持的 Extensions 和 GLFW 需要的 Extensions。

#检查可用的 Extensions

可以通过 vkEnumerateInstanceExtensionProperties 函数获取所有支持的 extensions，其中第一个参数为用来过滤 extensions 的 Validation Layers 的名称，这里暂不使用，第二个参数为 extensions 的数目，第三个参数为所有 extension 的数据。

使用示例如下所示：

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void HelloTriangleApplication::checkAvailableExtensions(const VkInstanceCreateInfo& createInfo)
{
    uint32_t extensionCount = 0;
    vkEnumerateInstanceExtensionProperties(nullptr, &extensionCount, nullptr);
    std::vector<VkExtensionProperties> extensions(extensionCount);

    vkEnumerateInstanceExtensionProperties(nullptr, &extensionCount, extensions.data());

    std::cout << "available extensions:\n";
    for (const auto& extension : extensions)
    {
        std::cout << '\t' << extension.extensionName << '\n';
    }
}

上例中调用了两次 vkEnumerateInstanceExtensionProperties 函数，第一次是为了获取数量，第二次则是完整的获取所有的 Extensions。

此时的输出结果如下所示

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available extensions:
	VK_KHR_device_group_creation
	VK_KHR_display
	VK_KHR_external_fence_capabilities
	VK_KHR_external_memory_capabilities
	VK_KHR_external_semaphore_capabilities
	VK_KHR_get_display_properties2
	VK_KHR_get_physical_device_properties2
	VK_KHR_get_surface_capabilities2
	VK_KHR_surface
	VK_KHR_surface_protected_capabilities
	VK_KHR_win32_surface
	VK_EXT_debug_report
	VK_EXT_debug_utils
	VK_EXT_direct_mode_display
	VK_EXT_surface_maintenance1
	VK_EXT_swapchain_colorspace
	VK_NV_display_stereo
	VK_NV_external_memory_capabilities
	VK_KHR_portability_enumeration
	VK_LUNARG_direct_driver_loading

#检查需要使用的 GLFW Extensions

如前所述，创建 Vulkan Instance 有平台相关的拓展，这些需要通过 glfwGetRequiredInstanceExtensions 获取到，可以通过以下的方式将依赖的 Extensions 打出：

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void HelloTriangleApplication::checkRequiredGlfwExtensions()
{
    uint32_t glfwExtensionCount = 0;
    const char** glfwExtension = glfwGetRequiredInstanceExtensions(&glfwExtensionCount);

    std::cout << "required extensions: \n";
    for (uint32_t i = 0; i != glfwExtensionCount; ++i)
    {
        std::cout << "\t" << glfwExtension[i] << std::endl;
    }
}

此时结果如下所示：

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required extensions: 
	VK_KHR_surface
	VK_KHR_win32_surface

#Cleaning up

最后需要处理在应用退出时，销毁创建好 Instance， 该步骤可以通过 vkDestroyInstance 函数实现：

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void HelloTriangleApplication::cleanup()
{
    vkDestroyInstance(instance, nullptr);
    glfwDestroyWindow(window);
    glfwTerminate();
}

之后所有创建的 Vulkan 资源都需要在销毁 Instance 前被销毁。