macOS下基于Qt/C++的OpenGL開發環境的搭建

系統配置

MacBook Pro 2015 Intel macOS 12
Xcode 14

Qt開發環境搭建

Qt Creator的下載與安裝

在Qt官網的下載頁面上下載，即Download Qt Online Installer for macOS。下載完成就得到一個文件名類似于qt-online-installer-macOS-x64-x.y.z.dmg的安裝包。

在這里插入圖片描述
下一步

在這里插入圖片描述
選中自定義安裝，下一步

在這里插入圖片描述
點擊右上角顯示下拉框，并選中Archive

在這里插入圖片描述

按上方圖示選中對應組件，下一步

在這里插入圖片描述
安裝。這里需要花費較長的一段時間。

新建Qt Widget項目

打開已經安裝完成的Qt Creator IDE

在這里插入圖片描述

點擊右上角Create Project…

在這里插入圖片描述

選中Application(Qt)–>Qt Widgets Application

在這里插入圖片描述

按上方圖示，Base class選擇QWidget，不選中Generate form

在這里插入圖片描述

持續下一步

在這里插入圖片描述

點擊左下角綠色三角形，即運行按鈕

在這里插入圖片描述

生成了一個空白窗體。好，現在關閉這個空白窗體。至此，macOS下基于Qt/c++的開發環境搭建完成。

OpenGL開發環境搭建

基本配置

打開并編輯first_project.pro，添加如下代碼：

greaterThan(QT_MAJOR_VERSION, 4): QT += widgets
greaterThan(QT_MAJOR_VERSION, 5): QT += opengl openglwidgets

保存。
打開并編輯widget.h，變更代碼為如下所示：

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H#include <QOpenGLWidget>
#include <QWidget>class Widget : public QOpenGLWidget
{Q_OBJECTpublic:Widget(QWidget *parent = nullptr);~Widget();
};
#endif // WIDGET_H

保存。
打開并編輯widget.cpp，變更代碼為如下所示：

#include "widget.h"Widget::Widget(QWidget *parent): QOpenGLWidget(parent)
{}Widget::~Widget() {}

保存。運行一下。

在這里插入圖片描述

生成了一個空白窗體，效果比上一次的空白窗體更黑，因為現在它是一個OpenGL的運行環境了。好，現在關閉這個空白窗體。

OpenGL版本選擇

根據使用 OpenCL 和 OpenGL 圖形處理程序的 Mac 電腦這篇Apple官方文章可知，我的MacBook Pro支持OpenGL 4.1。既然如此，那么我就選擇OpenGL 4.1作為我的OpenGL學習版本。具體如何操作呢？
回顧一下剛才那個更黑的空白窗體，它已經是一個OpenGL的運行環境了。既然如此，這個OpenGL運行環境運行的是哪一個OpenGL版本呢？是OpenGL 4.1嗎？不知道。怎么辦呢？
打開并編輯main.cpp，變更代碼為如下所示：

#include "widget.h"#include <QApplication>
#include <QOpenGLContext>
#include <QSurfaceFormat>int main(int argc, char *argv[])
{QApplication a(argc, argv);Widget w;w.show();QOpenGLContext *cxt = w.context();QSurfaceFormat fmt{ cxt->format() };qDebug("%d.%d", fmt.majorVersion(), fmt.minorVersion());return a.exec();
}

保存。運行一下。還是剛才那個更黑的空白窗體。好，現在關閉這個空白窗體。

在這里插入圖片描述

點擊一下Qt Creator IDE最下方的Application Output

在這里插入圖片描述

現在看來，當前使用的是OpenGL 2.1版本。
現在嘗鮮，運行第1條OpenGL 2.1的命令，即const GLubyte *glGetString( GLenum name);。
打開并編輯widget.h，變更代碼為如下所示：

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H#include <QOpenGLFunctions_2_1>
#include <QOpenGLWidget>
#include <QWidget>class Widget : public QOpenGLWidget
{Q_OBJECTpublic:Widget(QWidget *parent = nullptr);~Widget();protected:virtual void initializeGL() override;virtual void paintGL() override;private:QOpenGLFunctions_2_1 *glf;
};
#endif // WIDGET_H

保存。
打開并編輯widget.cpp，變更代碼為如下所示：

#include "widget.h"#include <QOpenGLContext>
#include <QOpenGLVersionFunctionsFactory>Widget::Widget(QWidget *parent): QOpenGLWidget(parent)
{}Widget::~Widget() {}void Widget::initializeGL()
{QOpenGLContext *cxt = context();glf = QOpenGLVersionFunctionsFactory::get<QOpenGLFunctions_2_1>(cxt);
}void Widget::paintGL()
{const GLubyte *version = glf->glGetString(GL_VERSION);QString versionStr;for (size_t i = 0; version[i] != 0; ++i){versionStr.append(QChar(version[i]));}qDebug() << versionStr;
}

保存。運行一下。

在這里插入圖片描述

好，現在關閉這個空白窗體。
如何將當前的OpenGL運行環境從OpenGL 2.1切換到OpenGL 4.1?
打開并編輯main.cpp，變更代碼為如下所示：

#include "widget.h"#include <QApplication>
#include <QOpenGLContext>
#include <QSurfaceFormat>int main(int argc, char *argv[])
{QSurfaceFormat default_fmt{ QSurfaceFormat::defaultFormat() };default_fmt.setVersion(4, 1);QSurfaceFormat::setDefaultFormat(default_fmt);QApplication a(argc, argv);Widget w;w.show();QOpenGLContext *cxt = w.context();QSurfaceFormat fmt{ cxt->format() };qDebug("%d.%d", fmt.majorVersion(), fmt.minorVersion());return a.exec();
}

保存。運行一下。好，現在關閉這個空白窗體。發現效果和上一張圖片完全一樣。為什么沒有做到將當前的OpenGL運行環境從OpenGL 2.1切換到OpenGL 4.1?哦！原來widget.cpp文件中的那個工廠得到的就是OpenGL 2.1的函數對象，代碼如下所示：

 glf = QOpenGLVersionFunctionsFactory::get<QOpenGLFunctions_2_1>(cxt);

打開并編輯widget.h，變更代碼為如下所示：

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H#include <QOpenGLFunctions_4_1_Core>
#include <QOpenGLWidget>
#include <QWidget>class Widget : public QOpenGLWidget
{Q_OBJECTpublic:Widget(QWidget *parent = nullptr);~Widget();protected:virtual void initializeGL() override;virtual void paintGL() override;private:QOpenGLFunctions_4_1_Core *glf;
};
#endif // WIDGET_H

保存。
打開并編輯widget.cpp，變更代碼為如下所示：

#include "widget.h"#include <QOpenGLContext>
#include <QOpenGLVersionFunctionsFactory>Widget::Widget(QWidget *parent): QOpenGLWidget(parent)
{}Widget::~Widget() {}void Widget::initializeGL()
{QOpenGLContext *cxt = context();glf = QOpenGLVersionFunctionsFactory::get<QOpenGLFunctions_4_1_Core>(cxt);
}void Widget::paintGL()
{const GLubyte *version = glf->glGetString(GL_VERSION);QString versionStr;for (size_t i = 0; version[i] != 0; ++i){versionStr.append(QChar(version[i]));}qDebug() << versionStr;
}

保存。運行一下。

在這里插入圖片描述

程序崩潰了！怎么辦？調試一下。

在這里插入圖片描述

圖中右下角指出：函數對象glf是空指針。說明在當前這個OpenGL環境上下文下沒有正常地拿到函數對象。怎么辦？
從OpenGL 2.1切換到OpenGL 4.1相關的所有代碼如下所示：
widget.h

QOpenGLFunctions_4_1_Core *glf;

widget.cpp

glf = QOpenGLVersionFunctionsFactory::get<QOpenGLFunctions_4_1_Core>(cxt);

main.cpp

QSurfaceFormat default_fmt{ QSurfaceFormat::defaultFormat() };
default_fmt.setVersion(4, 1);
QSurfaceFormat::setDefaultFormat(default_fmt);

我們先來查看一下已經下載到本地的Qt QSurfaceFormat的源代碼。
qsurfaceformat.cpp

explicit QSurfaceFormatPrivate(QSurfaceFormat::FormatOptions _opts = { })// 已省略, profile(QSurfaceFormat::NoProfile), major(2), minor(0)// 已省略 {}

qsurfaceformat.h

// 已省略 
enum OpenGLContextProfile {NoProfile,CoreProfile,CompatibilityProfile};
// 已省略

是不是端倪已出？打開并編輯main.cpp，變更代碼為如下所示：

// 已省略
QSurfaceFormat default_fmt{ QSurfaceFormat::defaultFormat() };
default_fmt.setVersion(4, 1);
default_fmt.setProfile(QSurfaceFormat::OpenGLContextProfile::CoreProfile);
QSurfaceFormat::setDefaultFormat(default_fmt);
// 已省略

保存。運行一下。

在這里插入圖片描述

好，現在關閉這個空白窗體。至此，macOS下基于Qt/c++的OpenGL 4.1開發環境搭建完成。

細枝末節

細心的話會發現一個現象：
qsurfaceformat.cpp源代碼如下所示：

explicit QSurfaceFormatPrivate(QSurfaceFormat::FormatOptions _opts = { })// 已省略, profile(QSurfaceFormat::NoProfile), major(2), minor(0)// 已省略 {}

其中，major是 2，minor是 0 。但是前文所述，默認情況下，得到的是major是 2，minor是 1 。為什么？而且這是我的機器運行的結果，別人的機器呢？
Qt是一個支持跨平臺的大型c++類庫。那么，它是如何跨進macOS的呢？以OpenGL為例：在Mac平臺上，通過objective-c編寫基于OpenGL的應用，相關的API會涉及到NSOpenGLContext這個類，即OpenGL運行環境上下文，而Qt就可以通過插件的形式調用到此API 。
我們再來查看一下已經下載到本地的qcocoaglcontext.mm的源代碼。

// 已省略
m_context = [[NSOpenGLContext alloc] initWithFormat:pixelFormat shareContext:m_shareContext];
// 已省略
NSOpenGLPixelFormat *QCocoaGLContext::pixelFormatForSurfaceFormat(const QSurfaceFormat &format)
{QVector<NSOpenGLPixelFormatAttribute> attrs;attrs << NSOpenGLPFAOpenGLProfile;if (format.profile() == QSurfaceFormat::CoreProfile) {if (format.version() >= qMakePair(4, 1))attrs << NSOpenGLProfileVersion4_1Core;else if (format.version() >= qMakePair(3, 2))attrs << NSOpenGLProfileVersion3_2Core;elseattrs << NSOpenGLProfileVersionLegacy;} else {attrs << NSOpenGLProfileVersionLegacy;}// 已省略

根據上方代碼可知，對于Qt來說，原來所有Mac系的OpenGL都支持OpenGL 4.1 Core、OpenGL 3.2 Core、OpenGL Legacy，根據前文描述的運行結果可知，此處的OpenGL Legacy應該就是指OpenGL 2.1了。不過還是不要忘記前文所示的使用 OpenCL 和 OpenGL 圖形處理程序的 Mac 電腦這篇Apple官方文章。
另外一個問題是為什么在main.cpp中，以下部分代碼：

QSurfaceFormat default_fmt{ QSurfaceFormat::defaultFormat() };
default_fmt.setVersion(4, 1);
default_fmt.setProfile(QSurfaceFormat::OpenGLContextProfile::CoreProfile);
QSurfaceFormat::setDefaultFormat(default_fmt);

出現在QApplication a(argc, argv);之前？因為在它之后會出現問題。
我們再來查看一下已經下載到本地的Qt QSurfaceFormat的源代碼。

// 已省略
void QSurfaceFormat::setDefaultFormat(const QSurfaceFormat &format)
{
#ifndef QT_NO_OPENGLif (qApp) {QOpenGLContext *globalContext = QOpenGLContext::globalShareContext();if (globalContext && globalContext->isValid()) {qWarning("Warning: Setting a new default format with a different version or profile ""after the global shared context is created may cause issues with context ""sharing.");}}
#endif*qt_default_surface_format() = format;
}
// 已省略

這樣看似乎還是不夠明顯。我們再來查看一下已經下載到本地的Qt qguiapplication.h的源代碼，如下所示：

// 已省略
#if defined(qApp)
#undef qApp
#endif
#define qApp (static_cast<QGuiApplication *>(QCoreApplication::instance()))
// 已省略

這樣就解釋了在QApplication a(argc, argv);創建應用對象之前調用QSurfaceFormat::setDefaultFormat(default_fmt);的原因了。