기본 코드

기본 구조

이전 장에서는 적절한 구성으로 Vulkan 프로젝트를 만들고 샘플 코드로 테스트해보았습니다. 이번 장에서는 다음 코드부터 시작하겠습니다:

#include <vulkan/vulkan.h>

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <cstdlib>

class HelloTriangleApplication {
public:
    void run() {
        initVulkan();
        mainLoop();
        cleanup();
    }

private:
    void initVulkan() {

    }

    void mainLoop() {

    }

    void cleanup() {

    }
};

int main() {
    HelloTriangleApplication app;

    try {
        app.run();
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << e.what() << std::endl;
        return EXIT_FAILURE;
    }

    return EXIT_SUCCESS;
}

먼저 LunarG SDK의 Vulkan 헤더를 포함시킵니다. 이 헤더는 함수, 구조체, 열거형을 제공합니다. stdexcept와 iostream 헤더는 오류를 보고하고 전파하는 데 사용됩니다. cstdlib 헤더는 EXIT_SUCCESS와 EXIT_FAILURE 매크로를 제공합니다.

프로그램은 클래스로 감싸져 있으며, 여기에 Vulkan 객체들을 private 클래스 멤버로 저장하고 각각을 초기화하는 함수들을 추가할 것입니다. 이 함수들은 initVulkan 함수에서 호출됩니다. 모든 준비가 완료되면 프레임 렌더링을 시작하기 위해 메인 루프로 진입합니다. 잠시 후에 mainLoop 함수에 창이 닫힐 때까지 반복하는 루프를 추가할 것입니다. 창이 닫히고 mainLoop가 반환되면, cleanup 함수에서 사용했던 리소스들을 해제할 것입니다.

실행 중에 치명적인 오류가 발생하면 설명이 포함된 std::runtime_error 예외를 던집니다. 이 예외는 main 함수로 전파되어 명령 프롬프트에 출력됩니다. 다양한 표준 예외 타입을 처리하기 위해 더 일반적인 std::exception을 catch합니다. 곧 다루게 될 오류의 한 예시는 필요한 확장 기능이 지원되지 않는 경우입니다.

이 장 이후에 나오는 모든 장은 initVulkan에서 호출될 새로운 함수 하나와 cleanup에서 마지막에 해제해야 할 하나 이상의 새로운 Vulkan 객체를 클래스의 private 멤버에 추가할 것입니다.

리소스 관리

malloc으로 할당된 모든 메모리가 free 호출을 필요로 하는 것처럼, 우리가 생성하는 모든 Vulkan 객체는 더 이상 필요하지 않을 때 명시적으로 파괴되어야 합니다. C++에서는 RAII나 <memory> 헤더에서 제공하는 스마트 포인터를 사용하여 자동 리소스 관리가 가능합니다. 하지만 이 튜토리얼에서는 Vulkan 객체의 할당과 해제를 명시적으로 하기로 했습니다. 결국 Vulkan의 특징은 실수를 방지하기 위해 모든 작업을 명시적으로 하는 것이므로, API가 어떻게 작동하는지 배우기 위해서는 객체의 수명을 명시적으로 다루는 것이 좋습니다.

이 튜토리얼을 따라한 후에는 생성자에서 Vulkan 객체를 획득하고 소멸자에서 해제하는 C++ 클래스를 작성하거나, 소유권 요구사항에 따라 std::unique_ptr 또는 std_shared_ptr에 커스텀 삭제자를 제공하여 자동 리소스 관리를 구현할 수 있습니다. RAII는 더 큰 Vulkan 프로그램에 권장되는 모델이지만, 학습 목적으로는 뒤에서 어떤 일이 일어나는지 아는 것이 좋습니다.

Vulkan 객체는 vkCreateXXX와 같은 함수로 직접 생성되거나, vkAllocateXXX와 같은 함수로 다른 객체를 통해 할당됩니다. 객체가 더 이상 어디에서도 사용되지 않는다는 것을 확인한 후에는 vkDestroyXXX와 vkFreeXXX 같은 대응되는 함수로 파괴해야 합니다. 이러한 함수들의 매개변수는 객체 타입마다 다르지만, 모두가 공유하는 하나의 매개변수가 있습니다: pAllocator. 이는 커스텀 메모리 할당자를 위한 콜백을 지정할 수 있는 선택적 매개변수입니다. 이 튜토리얼에서는 이 매개변수를 무시하고 항상 nullptr을 인자로 전달할 것입니다.

GLFW 통합하기

오프스크린 렌더링을 위해 Vulkan을 사용하려는 경우 창을 만들지 않아도 완벽하게 작동하지만, 실제로 무언가를 보여주는 것이 훨씬 더 흥미롭죠! 먼저 #include <vulkan/vulkan.h> 라인을 다음으로 교체하세요:

#define GLFW_INCLUDE_VULKAN
#include <GLFW/glfw3.h>

이렇게 하면 GLFW가 자체 정의를 포함하고 자동으로 Vulkan 헤더를 로드합니다. initWindow 함수를 추가하고 다른 호출들 전에 run 함수에서 이를 호출하도록 추가하세요. 이 함수를 사용하여 GLFW를 초기화하고 창을 만들 것입니다.

void run() {
    initWindow();
    initVulkan();
    mainLoop();
    cleanup();
}

private:
    void initWindow() {

    }

initWindow의 첫 번째 호출은 GLFW 라이브러리를 초기화하는 glfwInit()이어야 합니다. GLFW는 원래 OpenGL 컨텍스트를 만들기 위해 설계되었기 때문에, 다음 호출로 OpenGL 컨텍스트를 만들지 않도록 지시해야 합니다:

glfwWindowHint(GLFW_CLIENT_API, GLFW_NO_API);

창 크기 조정은 나중에 살펴볼 특별한 처리가 필요하므로, 지금은 다음과 같은 창 힌트 호출로 비활성화하세요:

glfwWindowHint(GLFW_RESIZABLE, GLFW_FALSE);

이제 실제 창을 만드는 일만 남았습니다. 참조를 저장하기 위해 GLFWwindow* window; private 클래스 멤버를 추가하고 다음과 같이 창을 초기화하세요:

window = glfwCreateWindow(800, 600, "Vulkan", nullptr, nullptr);

처음 세 매개변수는 창의 너비, 높이, 제목을 지정합니다. 네 번째 매개변수는 선택적으로 창을 열 모니터를 지정할 수 있고, 마지막 매개변수는 OpenGL에만 관련이 있습니다.

앞으로 이 값들을 여러 번 참조할 것이므로 하드코딩된 너비와 높이 숫자 대신 상수를 사용하는 것이 좋습니다. HelloTriangleApplication 클래스 정의 위에 다음 라인들을 추가했습니다:

const uint32_t WIDTH = 800;
const uint32_t HEIGHT = 600;

그리고 창 생성 호출을 다음과 같이 교체했습니다:

window = glfwCreateWindow(WIDTH, HEIGHT, "Vulkan", nullptr, nullptr);

이제 initWindow 함수가 다음과 같이 보일 것입니다:

void initWindow() {
    glfwInit();

    glfwWindowHint(GLFW_CLIENT_API, GLFW_NO_API);
    glfwWindowHint(GLFW_RESIZABLE, GLFW_FALSE);

    window = glfwCreateWindow(WIDTH, HEIGHT, "Vulkan", nullptr, nullptr);
}

오류가 발생하거나 창이 닫힐 때까지 애플리케이션을 실행 상태로 유지하기 위해, mainLoop 함수에 다음과 같은 이벤트 루프를 추가해야 합니다:

void mainLoop() {
    while (!glfwWindowShouldClose(window)) {
        glfwPollEvents();
    }
}

이 코드는 꽤 자명합니다. 사용자가 창을 닫을 때까지 루프를 돌며 X 버튼을 누르는 것과 같은 이벤트를 확인합니다. 이는 또한 나중에 단일 프레임을 렌더링하는 함수를 호출할 루프이기도 합니다.

창이 닫히면 창을 파괴하고 GLFW 자체를 종료하여 리소스를 정리해야 합니다. 이것이 우리의 첫 번째 cleanup 코드가 될 것입니다:

void cleanup() {
    glfwDestroyWindow(window);

    glfwTerminate();
}

이제 프로그램을 실행하면 창을 닫아서 애플리케이션이 종료될 때까지 Vulkan이라는 제목의 창이 표시되는 것을 볼 수 있습니다. 이제 Vulkan 애플리케이션의 뼈대가 마련되었으니, 첫 번째 Vulkan 객체를 만들어봅시다!

C++ 코드