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核心语言 (Core Language) ​

OpenGL Shading Language（GLSL）是一种 C 风格语言，涵盖了您对这类语言所期望的大多数特性。GLSL 中存在控制结构（for 循环、if-else 语句等），包括 switch 语句。本文将重点说明 GLSL 与 C 之间的差异。

编译设置 ​

GLSL 的编译模型要求某些信息在着色器对象编译早期呈现。这些信息应该是与着色器对象关联的第一个字符串的前几行。

版本声明 ​

GLSL 经历了多次修订。要指定用于编译/链接着色器的 GLSL 版本，使用以下指令：

glsl
#version 150

这告诉编译器使用版本 1.50 进行编译，如果该版本不可用则报错。

版本号后可以跟配置文件名称：core 或 compatibility。如果未指定配置文件，默认为 core。

#version 指令必须出现在着色器中任何其他内容之前，只能有空白和注释。如果顶部没有出现 #version 指令，则假定版本为 1.10。

OpenGL 与 GLSL 版本对照 ​

OpenGL 版本GLSL 版本
2.01.10
2.11.20
3.01.30
3.11.40
3.21.50
3.3+与 OpenGL 版本相同（如 GL 4.1 = GLSL 4.10）

扩展 ​

GLSL 扩展必须在特定着色器字符串中显式指定：

glsl
#extension extension_name : behavior

extension_name 也可以是字符串 all，表示适用于所有扩展。可用的行为包括：

行为说明
enable启用扩展，不支持时仅警告。不能与 all 一起使用
require启用扩展，不支持时报错。不能与 all 一起使用
warn启用扩展，使用时发出警告
disable禁止扩展，任何使用都会报错

预处理指令 ​

GLSL 提供了大多数标准 C 预处理指令集（#define、#if 等），最显著的遗漏是 #include。宏展开对 #version 和 #extension 指令不起作用。

#line 指令 ​

#line 指令允许更改当前的 __FILE__ 和 __LINE__ 值：

glsl
#line line
#line line source-string-number

#line 指令后的源代码行将被设置为给定的行号。

标准宏 ​

GLSL 定义了多个宏：

宏说明
__FILE__传递给着色器的字符串列表中的字符串索引（十进制整数）
__LINE__行号
__VERSION__正在编译的 GLSL 版本（如版本 3.30 则为 330）
GL_core_profile始终定义为 1
GL_compatibility_profile仅当着色器版本设置为 compatibility 时定义为 1

保留名称 ​

GLSL 保留任何以 gl_ 开头的名称；尝试定义以此开头的变量或函数将导致错误。此外，GLSL 有许多关键字，不能在任何上下文中用作标识符。

类型 ​

GLSL 定义了多种类型。有些对 C/C++ 用户来说很熟悉，其他的则相当不同。

详见 数据类型。

限定符 ​

在全局和局部作用域声明的变量可以有多种与之关联的限定符。其中大多数是着色语言独有的的。

详见 类型限定符。

表达式 ​

GLSL 有一些独特的表达式定义。

常量表达式 ​

常量表达式（constant expression）是可以在编译时计算的表达式。GLSL 中的常量表达式由以下组成：

  • 字面值
  • const 限定的变量（不是函数参数），带有显式初始化器
  • 数组的 length() 函数结果（仅当数组有显式大小时）
  • 大多数运算符的结果（只要所有操作数都是常量表达式）
  • 类型构造函数的结果（只要所有参数都是常量表达式）
  • 内置函数的返回值（只要所有参数都是常量表达式）

INFO

不透明类型（Opaque Types）永远不是常量表达式。函数 dFdx、dFdy、fwidth 及其变体在参数为常量表达式时返回 0。

整型常量表达式 ​

结果是整数（有符号或无符号）的常量表达式。

动态一致表达式 ​

动态一致表达式（Dynamically Uniform Expression）是 GLSL 表达式，其中特定调用组内的所有着色器调用都将具有相同的值。

INFO

只有 GLSL 4.00 及以上版本才区分动态一致表达式。在较旧的 GLSL 版本中，需要"动态一致表达式"的限制将要求"常量表达式"。

始终是动态一致的表达式包括：

  • 常量表达式
  • Uniform 值
  • 不涉及用户定义函数调用、图像加载存储或 SSBO 操作的表达式（其输入值都是动态一致的）
  • 顶点着色器的 gl_DrawID 输入

调用组 ​

动态一致表达式基于"同一调用组"内的着色器调用。

  • 计算着色器：工作组内的所有调用
  • 渲染命令：单个绘制命令创建的所有着色器阶段的所有调用

对于多绘制命令（包括间接版本），每个内部绘制有单独的作用域。

用途 ​

以下情况必须使用动态一致表达式：

  • 不透明类型数组的数组索引
  • 缓冲区支持的接口块数组的索引
  • 计算着色器中导致 barrier() 调用的表达式

示例 ​

glsl
in vec3 fromPrevious;
in uvec2 fromRange;

const int foo = 5;
const uvec2 range = uvec2(2, 5);
uniform vec2 pairs;

uniform sampler2d tex;

void main()
{
  foo; // 常量表达式是动态一致的
  
  uint value = 21; // 'value' 是动态一致的
  value = range.x; // 仍然是动态一致的
  value = range.y + fromRange.y; // 不是动态一致的
  value = 4; // 又是动态一致的了
  
  if (fromPrevious.y < 3.14)
    value = 12;
  value; // 不是动态一致的，内容取决于输入变量 'fromPrevious'

  float number = abs(pairs.x); // 'number' 是动态一致的
  number = sin(pairs.y); // 仍然是动态一致的
  number = cos(fromPrevious.x); // 不是动态一致的

  vec4 colors = texture(tex, pairs.xy); // 动态一致的，使用相同纹理坐标
  colors = texture(tex, fromPrevious.xy); // 不是动态一致的

  for(int i = range.x; i < range.y; ++i)
  {
    i; // 'i' 是动态一致的，循环使用动态一致表达式初始化和比较
  }

  for(int i = fromRange.x; i < fromRange.y; ++i)
  {
    i; // 'i' 不是动态一致的
  }
}

函数 ​

GLSL 中可以定义函数。函数声明和定义与 C/C++ 类似，但有一些注意事项。

递归 ​

GLSL 不支持递归。GLSL 内存模型不允许递归函数调用。这允许 GLSL 在根本不允许递归的硬件上执行。

参数 ​

GLSL 函数使用"值返回"调用约定。传递给函数的值在调用时复制到参数中，输出在函数返回时复制出来。

glsl
void MyFunction(in float inputValue, out int outputValue, inout float inAndOutValue);
限定符说明
in（默认）值复制到参数中，函数内的修改不影响调用代码
out参数不被调用者初始化，函数修改后值复制回调用者指定的变量
inout结合两者，值被初始化并输出

WARNING

对于 out 或 inout 参数，调用者必须传递左值（l-value），不能是表达式、着色器输入、uniform 或 const 值。

参数可以定义 const，表示不能被修改。const 限定符必须在 in 之前。

控制流 ​

GLSL 使用标准 C/C++ 语句集：

  • 选择语句：if-else、switch-case
  • 迭代语句：for、while、do-while
  • 跳转语句：break、continue、return

WARNING

GLSL 没有 goto 构造。

discard ​

discard 关键字只能在片元着色器中使用。它导致片元着色器的结果被丢弃并被管线的其余部分忽略。

INFO

这并不意味着片元着色器在到达 discard 命令后实际上停止处理。通常，片元着色器被分成四个一组；只要其中一个在运行，它们都必须运行并执行相同的代码。

使用 discard 与从 main 返回不同。执行 return 仍意味着写入着色器输出的值将被管线的其余部分使用。执行 discard 意味着它们不会被使用。

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