窗口表面

Vulkan是一个平台无关的API，它不能直接和窗口系统交互。为了将Vulkan渲染的图像显示在窗口上，我们需要使用WSI(Window System Integration)扩展。在本章节，我们首先介绍VK_KHR_surface扩展，它通过VkSurfaceKHR对象抽象出可供Vulkan渲染的表面。本教程中，我们使用GLFW来获取VkSurfaceKHR对象。

VK_KHR_surface是一个实例级别的扩展，它包含在glfwGetRequiredInstanceExtensions返回的扩展列表中，所以不需要再请求这一扩展，该扩展列表还包含了接下来几章使用的其他WSI扩展。

由于窗口表面对物理设备的选择有一定影响，它只能在Vulkan实例创建之后才能进行创建。

创建窗口表面

VkSurfaceKHR surface;

虽然VkSurfaceKHR对象是平台无关的，但创建它依赖窗口系统。比如，在Windows系统上，它的创建需要HWND和HMODULE句柄。有一个名为VK_KHR_win32_surface的Windows平台扩展，用于处理与Windows系统窗口交互的操作，这一扩展也包含在glfwGetRequiredInstanceExtensions返回的扩展列表中。

接下来，我们将演示如何使用这一Windows系统的扩展来创建表面，但之后的章节，我们不会使用这一特定平台的扩展，而是直接使用GLFW库来完成相关操作。我们可以使用GLFW库的glfwCreateWindowSurface函数来完成表面的创建。出于学习目的，这里演示GLFW库在背后究竟做了什么。

我们需要填写VkWin32SurfaceCreateInfoKHR结构体来完成VkSurfaceKHR对象的创建。这一结构体包含了两个非常重要的成员：hwnd和hinstance，分别对应窗口句柄和进程实例句柄：

VkWin32SurfaceCreateInfoKHR createInfo = {};
createInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_WIN32_SURFACE_CREATE_INFO_KHR;
createInfo.hwnd = glfwGetWin32Window(window);
createInfo.hinstance = GetModuleHandle(nullptr);

glfwGetWin32Window从GLFW窗口对象获取窗口句柄hwnd，GetModuleHandle获取当前进程的实例句柄hinstance。

vkCreateWin32SurfaceKHR函数需要我们自己加载，加载后使用Vulkan实例、要创建的表面信息、自定义内存分配器和存储表面对象句柄的指针作为调用参数：

auto CreateWin32SurfaceKHR = (PFN_vkCreateWin32SurfaceKHR) vkGetInstanceProcAddr(instance, "vkCreateWin32SurfaceKHR");

if (!CreateWin32SurfaceKHR || CreateWin32SurfaceKHR(instance, &createInfo, nullptr, &surface) != VK_SUCCESS) {
    throw std::runtime_error("failed to create window surface!");
}

其它平台的处理方式与之类似，比如Linux平台，可以通过vkCreateXcbSurfaceKHR函数创建窗口表面。

GLFW库的glfwCreateWindowSurface函数在不同平台的实现是不同的，可以跨平台使用。现在将它集成到我们的应用程序中，添加一个createSurface函数，然后在initVulkan函数中调用它：

void initVulkan() {
    createInstance();
    setupDebugCallback();
    createSurface();
    pickPhysicalDevice();
    createLogicalDevice();
}

void createSurface() {

}

glfwCreateWindowSurface函数的参数非常直白：

void createSurface() {
    if (glfwCreateWindowSurface(instance, window, nullptr, &surface) != VK_SUCCESS) {
        throw std::runtime_error("failed to create window surface!");
    }
}

参数依次是VkInstance对象、GLFW窗口指针、自定义内存分配器、存储VkSurfaceKHR对象句柄的指针。创建的表面在应用程序退出前需要销毁，GLFW并没有提供销毁表面的函数，我们可以调用vkDestroySurfaceKHR完成这一工作：

void cleanup() {
        ...
    vkDestroySurfaceKHR(instance, surface, nullptr);
    vkDestroyInstance(instance, nullptr);
        ...
}

需要注意，需要在Vulkan实例被销毁前完成表面对象的销毁。

查询呈现支持

尽管Vulkan实现可能对特定的窗口系统进行了支持，但并不意味着系统中的所有设备都支持它。所以，我们需要扩展isDeviceSuitable函数来确保设备可以在创建的表面上显示图像。

实际上，支持绘制指令的队列族和支持呈现的队列族并不一定是同一个，所以我们需要修改QueueFamilyIndices结构体，添加成员变量存储呈现队列族的索引：

struct QueueFamilyIndices {
    int graphicsFamily = -1;
    int presentFamily = -1;

    bool isComplete() {
        return graphicsFamily >= 0 && presentFamily >= 0;
    }
};

接着，我们还需要修改findQueueFamilies函数，查找具有呈现能力的队列族。我们可以在检查队列族是否具有VK_QUEUE_GRAPHICS_BIT的后面，调用vkGetPhysicalDeviceSurfaceSupportKHR检查设备是否具有呈现能力：

VkBool32 presentSupport = false;
vkGetPhysicalDeviceSurfaceSupportKHR(device, i, surface, &presentSupport);

然后，根据队列族中的队列数量和是否支持呈现，确定呈现队列族的索引：

if (queueFamily.queueCount > 0 && presentSupport) {
    indices.presentFamily = i;
}

读者可能已经注意到，最后选择的绘制队列族和呈现队列族很有可能是同一个。但为了统一操作，即使两者是同一个，我们也将它们分开对待。实际上，读者可以选择绘制和呈现队列族为同一个的设备来提高性能。

创建呈现队列

现在可以修改逻辑设备的创建过程，创建呈现队列，并将队列句柄保存在类成员变量中：

VkQueue presentQueue;

我们需要多个VkDeviceQueueCreateInfo结构体来创建队列族，一个优雅的处理方式是使用STL的集合创建每一个不同的队列族，这样对于同一个队列族，我们只会传递它的索引一次：

#include <set>

        ...

    QueueFamilyIndices indices = findQueueFamilies(physicalDevice);

    std::vector<VkDeviceQueueCreateInfo> queueCreateInfos;
    std::set<int> uniqueQueueFamilies = {indices.graphicsFamily, indices.presentFamily};

    float queuePriority = 1.0f;
    for (int queueFamily : uniqueQueueFamilies) {
        VkDeviceQueueCreateInfo queueCreateInfo = {};
        queueCreateInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_DEVICE_QUEUE_CREATE_INFO;
        queueCreateInfo.queueFamilyIndex = queueFamily;
        queueCreateInfo.queueCount = 1;
        queueCreateInfo.pQueuePriorities = &queuePriority;
        queueCreateInfos.push_back(queueCreateInfo);
    }

修改VkDeviceCreateInfo结构体的pQueueCreateInfos：

createInfo.queueCreateInfoCount = static_cast<uint32_t>(queueCreateInfos.size());
createInfo.pQueueCreateInfos = queueCreateInfos.data();

最后，调用vkGetDeviceQueue函数获取队列句柄：

vkGetDeviceQueue(device, indices.presentFamily, 0, &presentQueue);

队列族相同时，我们获取的队列句柄也是相同的。在下一章，我们将介绍交换链，以及如何将图像显示到窗口表面。

本章节代码：C++代码

创建窗口表面​

查询呈现支持​

创建呈现队列​

创建窗口表面

查询呈现支持

创建呈现队列