作者：星陨
来源：音视频开发进阶
回顾一下在 Android 中我们是需要 EGL 机制为 OpenGL ES 建立渲染环境，好让 OpenGL ES 渲染后的结果可以呈现在 Surface 上，而 iOS 上肯定是没有 EGL 机制的，当然它肯定也有其他方法呈现 OpenGL ES 渲染结果。
为了实现这一机制的统一，做到跨平台，Vulkan 就把这部分抽出来做成了一个拓展的形式，实现了接口调用上的统一，那么接下来就一起了解一下 Vulkan 的 SwapChain 交换链机制。
开启 SwapChain 的拓展
还记得在 进击的 Vulkan 移动开发之 Instance & Device & Queue 文章中创建 Instance、Device 组件时的 VkXXXXCreateInfo 结构体中都有表示拓展的一些字段，之前就没有用到就直接忽略了，现在就得开启这个拓展来启用 SwapChain ，需要分别为 Instance 和 Device 指定拓展。
// 定义两个容器来 指定对应的 拓展 // instance 的 extension 拓展 std::vector<const char *> instance_extension_names; // device 的 extension 拓展 std::vector<const char *> device_extension_names; // 初始化 Instance 和 Device 的拓展 void vulkan_init_instance_extension_name(struct vulkan_tutorial_info &info) { info.instance_extension_names.push_back(VK_KHR_SURFACE_EXTENSION_NAME); info.instance_extension_names.push_back(VK_KHR_ANDROID_SURFACE_EXTENSION_NAME); } void vulkan_init_device_extension_name(struct vulkan_tutorial_info &info) { info.device_extension_names.push_back(VK_KHR_SWAPCHAIN_EXTENSION_NAME); }
要注意，这里的拓展，其实是对应的宏所代表的字符串数组指针，并不是要搞什么特殊的标志位之类的，而且这些字符串宏在都在 vulkan.h 和 vulkan_android.h 头文件中都包含了。
如果是在 Android 平台上，那么就照着上面的写就好了，并不需要修改什么了，都是固定的。
另外，在创建 Instance 组件的时候就可以启用这些拓展了：
VkInstanceCreateInfo instance_info = {}; // Extension and Layer instance_info.enabledExtensionCount = info.instance_extension_names.size(); instance_info.ppEnabledExtensionNames = info.instance_extension_names.data(); // 这里没有用到 Layer 就还是设为 null 就好了 instance_info.ppEnabledLayerNames = nullptr; instance_info.enabledLayerCount = 0;
接下来在 VkInstanceCreateInfo 结构中去声明要启用拓展。
VkInstanceCreateInfo instance_info = {}; instance_info.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_INSTANCE_CREATE_INFO; instance_info.pNext = nullptr; instance_info.pApplicationInfo = &app_info; instance_info.flags = 0; // 在这里启用拓展相关设定 instance_info.enabledExtensionCount = info.instance_extension_names.size(); instance_info.ppEnabledExtensionNames = info.instance_extension_names.data(); // 这里没有用到 Layer 就还是设为 null 就好了 instance_info.ppEnabledLayerNames = nullptr; instance_info.enabledLayerCount = 0;
创建 SwapChain 的步骤
创建 SwapChain 有的基本步骤如下：
- 创建 VkSurfaceKHR 组件，解决平台之间的差异。在 Android 上就是根据 Native 中的
ANativeWindow去创建。 - 从某个物理设备 (也就是 GPU，因为可能存在多个物理设备) 所有的
Queue中找到那个即支持图形（graphics）又支持显示（present）的Queue的索引（index）。 - 如果没有
Queue同时支持两者，那么就找到两个各自支持的，分别是：
- present queue（用于展示的 Queue）
- graphics queue（用于图形的 Queue）
- 有了这两个索引之后，要得到索引所对应的 Queue 。
- 如果连各自支持的都没有，那 SwapChain 也建立不了了，干脆就退出吧。
- 从某个物理设备 (也就是 GPU，因为可能存在多个物理设备) 找到所有支持 VKSurfaceKHR 的色彩空间格式（VKFormat），并选取第一个。
- 根据 VKSurfaceKHR 的能力和呈现模式，以及相关参数设定去创建 SwapChain 。
- Surface 能力对应 SurfaceCapabilitiesKHR
- Surface 呈现模式对应于 SurfacePresenttModesKHR
- Surface 旋转的设定，对应于 SurfaceTransformFlagBitsKHR
- Surface 透明度合成的设定，对应于 CompositeAlphaFlagBitsKHT
- Surface 相关的参数设定有很多，但是对于有些不常用的设定基本可以选择固定值了
- 相关参数的设定都明确之后，就创建 SwapChain
- 创建 SwapChain 之后，获取 SwapChain 支持的 Image 对象列表以及个数，并创建相应数量的 ImageView 数量。
现在，对每一个步骤来添加它的代码实现。
创建 VkSurfaceKHR
在开始之前，要根据 Android 上的 Surface 来创建 Vulkan 中的 VkSurfaceKHR 。
在 Vulkan 中，后缀是 KHR 的大多是拓展功能里面的。
Android 的 Surface 在 Native 中对应的是 ANativeWindow，根据它创建 VkSurfaceKHR 。
// 宏定义的函数 GET_INSTANCE_PROC_ADDR(info.instance, CreateAndroidSurfaceKHR); VkAndroidSurfaceCreateInfoKHR createInfo{}; createInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_ANDROID_SURFACE_CREATE_INFO_KHR; createInfo.pNext = nullptr; createInfo.flags = 0; // window 参数就是 ANativeWindow createInfo.window = window; // fpCreateAndroidSurfaceKHR 其实是一个函数指针 VkResult res = info.fpCreateAndroidSurfaceKHR(info.instance, &createInfo, nullptr, &info.surface);
通过 VkSurfaceKHR 相当于就屏蔽了不同平台上的实现，统一了调用对象。
要注意一个调用方式：在 fpCreateAndroidSurfaceKHR 函数执行之前，要运行 GET_INSTANCE_PROC_ADDR 宏函数，它的定义如下：
#define GET_INSTANCE_PROC_ADDR(inst, entrypoint) \ { \ info.fp##entrypoint = \ (PFN_vk##entrypoint)vkGetInstanceProcAddr(inst, "vk" #entrypoint); \ if (info.fp##entrypoint == nullptr) { \ LOGE("entry point is null"); \ } \ }
这段宏函数的作用就是将 fpCreateAndroidSurfaceKHR 的函数指针指向具体的地址，不然就会报 null pointer exception 。
present queue 和 graphics queue 的索引
接下来就是从所有的 Queue 中找到 present queue 和 graphics queue 的索引。
// 先将所有的 index 都初始化到一个最大值，好用于后续的判断过程 info.graphics_queue_family_index = UINT32_MAX; info.present_queue_family_index = UINT32_MAX;
这里是要找到两个索引，那么就先初始化到最大值，好用于后续的比较过程。
接下来从所有的 Queue 找到支持 呈现（present） 的 。
// 分配个数为 queue size 大小的数组，数组元素是 VkBool32 类型 VkBool32 *supportPresent = static_cast<VkBool32 *>(malloc(info.queue_family_size * sizeof(VkBool32))); // queue_family_size 为所有 queue 的个数 for (uint32_t i = 0; i < info.queue_family_size; i++) { // physical device 的 queue 是否支持 surface vkGetPhysicalDeviceSurfaceSupportKHR(info.gpu_physical_devices[0], i, info.surface, &supportPresent[i]); }
通过 vkGetPhysicalDeviceSurfaceSupportKHR 函数判断该物理设备的某个 Queue 是否支持上面创建的 VkSurfaceKHR ，也就是该 Queue 是否支持 呈现（present），并把结果记录到 supportPresent 数组中。
至于判断该 Queue 是否支持 图像（Graphics），在前面的文章中已经提过了，只要判断 queueFlags 与 VK_QUEUE_GRAPHICS_BIT 相与 & 的结果就好了。
for (uint32_t i = 0; i < info.queue_family_size; ++i) { // queue 是否图像，通过 queueFlags 来判断 if ((info.queue_family_props[i].queueFlags & VK_QUEUE_GRAPHICS_BIT) != 0) { if (info.graphics_queue_family_index == UINT32_MAX) { info.graphics_queue_family_index = i; } // 找到了即支持 graphics 也支持 present 的 queue index if (supportPresent[i] == VK_TRUE) { info.graphics_queue_family_index = i; info.present_queue_family_index = i; break; } } }
在查找 Queue 是否支持 图像（Graphics） 的同时，也顺便判断一下该 Queue 是否支持 呈现（present） ，如果两者都满足，那是最好了。
// 没有找到一个 queue 两者都支持，那么找到一个支持 present 的 queue index if (info.present_queue_family_index == UINT32_MAX) { for (size_t i = 0; i < info.queue_family_size; ++i) { if (supportPresent[i] == VK_TRUE) { info.present_queue_family_index = i; break; } } } // 释放创建的数组，及时释放，后续用不到了 free(supportPresent);
如果 present_queue_family_index 仍为初始值，那说明没有 Queue 同时满足两者，两个 index 只能各取不同的值了。
// 如果都没找到，就报错了 if (info.graphics_queue_family_index == UINT32_MAX || info.present_queue_family_index == UINT32_MAX) { LOGE("could not find a queue for graphics and present"); }
如果都为初始值，那么就可以报错了。
另外要注意的是，之前创建 Device 需要支持 图像（Graphics） 的队列索引，而现在可以把创建 Device 和 Queue 的工作放到完成 Present 和 Graphics 索引检索之后了。
查找 VkFormat 格式
接下来要查询物理设备所支持的 SurfaceFormat 格式，也就是用来绘制的 Surface 支持哪些 色彩空间格式(ColorSpace) ，查询的操作调用还是 Vulkan 的固定套路：
// 先获得数量 uint32_t formatCount; res = vkGetPhysicalDeviceSurfaceFormatsKHR(info.gpu_physical_devices[0], info.surface, &formatCount, nullptr); // 再获得具体内容 VkSurfaceFormatKHR VkSurfaceFormatKHR *surfaceFormats = static_cast<VkSurfaceFormatKHR *>(malloc( formatCount * sizeof(VkSurfaceFormatKHR))); // 获得物理设备的 SurfaceFormat res = vkGetPhysicalDeviceSurfaceFormatsKHR(info.gpu_physical_devices[0], info.surface, &formatCount, surfaceFormats);
SurfaceFormat 结构体包含了如下的信息：
typedef struct VkSurfaceFormatKHR { VkFormat format; VkColorSpaceKHR colorSpace; } VkSurfaceFormatKHR;
主要就是 VkFormat 和 VkColorSpaceKHR 两个属性。
接下来是对获取的格式做处理，主要是得到 VkFormat 格式信息：
if (formatCount == 1 && surfFormats[0].format == VK_FORMAT_UNDEFINED) { info.format = VK_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM; } else { assert(formatCount >= 1); info.format = surfFormats[0].format; } free(surfFormats);
如果支持的格式数量只有一个，并且它还是 VK_FORMAT_UNDEFINED ，说明 Surface 并没有一个首选的格式，此时可以使用任何一个有效的格式。
如果数量大于一个，那使用第一个就好了。
VkSurfaceCapabilitiesKHR 和 VkPresentModeKHR 以及相关参数的设定
除了 Surface 的 VkFormat 格式 ，还需要查询它的能力(Capabilities) ，得到 VkSurfaceCapabilitiesKHR 对象。
VkSurfaceCapabilitiesKHR surfaceCapabilitiesKHR; res = vkGetPhysicalDeviceSurfaceCapabilitiesKHR(info.gpu_physical_devices[0], info.surface,&surfaceCapabilitiesKHR);
VkSurfaceCapabilitiesKHR 对象包含了很多属性，如下：
typedef struct VkSurfaceCapabilitiesKHR { // 交换链 SwapChain 能够创建的最小的 Image 数量，最少是 1 uint32_t minImageCount; // 交换链 SwapChain 能够创建的最大的 Image 数量 uint32_t maxImageCount; // Surface 当前的宽和高，如果宽高都是是 0xFFFFFFFF，表明宽高由交换链拓展的目标 Surface 来决定 VkExtent2D currentExtent; // 最小的 VkExtent2D minImageExtent; VkExtent2D maxImageExtent; uint32_t maxImageArrayLayers; // 支持的旋转模式 VkSurfaceTransformFlagsKHR supportedTransforms; // 当前的旋转模式 VkSurfaceTransformFlagBitsKHR currentTransform; // Surface 透明度的设定 VkCompositeAlphaFlagsKHR supportedCompositeAlpha; VkImageUsageFlags supportedUsageFlags; } VkSurfaceCapabilitiesKHR;
当我们创建 SwapChain 的时候，需要设定很多的参数，比如 Surface 旋转和透明度等，而这些参数就要考虑到 VkSurfaceCapabilitiesKHR 是不是支持了，这也是为什么要查询 SurfaceCapabilities 的原因。
关于 Surface 透明度合成的设定
关于 Surface 透明度合成的模式，在 Vulkan 中定义了如下几种模式：
typedef enum VkCompositeAlphaFlagBitsKHR { VK_COMPOSITE_ALPHA_OPAQUE_BIT_KHR = 0x00000001, VK_COMPOSITE_ALPHA_PRE_MULTIPLIED_BIT_KHR = 0x00000002, VK_COMPOSITE_ALPHA_POST_MULTIPLIED_BIT_KHR = 0x00000004, VK_COMPOSITE_ALPHA_INHERIT_BIT_KHR = 0x00000008, VK_COMPOSITE_ALPHA_FLAG_BITS_MAX_ENUM_KHR = 0x7FFFFFFF } VkCompositeAlphaFlagBitsKHR;
我们要根据 VkSurfaceCapabilitiesKHR 的支持能力去选择最合适的。
// 预定义 VK_COMPOSITE_ALPHA_OPAQUE_BIT_KHR 模式 VkCompositeAlphaFlagBitsKHR compositeAlpha = VK_COMPOSITE_ALPHA_OPAQUE_BIT_KHR; // 在以下四种模式去选择 VkSurfaceCapabilitiesKHR 所支持的 VkCompositeAlphaFlagBitsKHR compositeAlphaFlags[4] = { VK_COMPOSITE_ALPHA_OPAQUE_BIT_KHR, VK_COMPOSITE_ALPHA_PRE_MULTIPLIED_BIT_KHR, VK_COMPOSITE_ALPHA_POST_MULTIPLIED_BIT_KHR, VK_COMPOSITE_ALPHA_INHERIT_BIT_KHR, }; // 通过相与 & 的操作去判断，找到合适的就退出 for (uint32_t i = 0; i < sizeof(compositeAlphaFlags); i++) { if (surfaceCapabilitiesKHR.supportedCompositeAlpha & compositeAlphaFlags[i]) { compositeAlpha = compositeAlphaFlags[i]; break; } }
关于 Surface 旋转的设定
关于 Surface 的旋转模式，在 Vulkan 中也定义了如下几种模式：
typedef enum VkSurfaceTransformFlagBitsKHR { // 不旋转 VK_SURFACE_TRANSFORM_IDENTITY_BIT_KHR = 0x00000001, // 旋转 90° VK_SURFACE_TRANSFORM_ROTATE_90_BIT_KHR = 0x00000002, // 旋转 180° VK_SURFACE_TRANSFORM_ROTATE_180_BIT_KHR = 0x00000004, // 旋转 270° VK_SURFACE_TRANSFORM_ROTATE_270_BIT_KHR = 0x00000008, // 水平镜像 VK_SURFACE_TRANSFORM_HORIZONTAL_MIRROR_BIT_KHR = 0x00000010, VK_SURFACE_TRANSFORM_HORIZONTAL_MIRROR_ROTATE_90_BIT_KHR = 0x00000020, VK_SURFACE_TRANSFORM_HORIZONTAL_MIRROR_ROTATE_180_BIT_KHR = 0x00000040, VK_SURFACE_TRANSFORM_HORIZONTAL_MIRROR_ROTATE_270_BIT_KHR = 0x00000080, VK_SURFACE_TRANSFORM_INHERIT_BIT_KHR = 0x00000100, VK_SURFACE_TRANSFORM_FLAG_BITS_MAX_ENUM_KHR = 0x7FFFFFFF } VkSurfaceTransformFlagBitsKHR;
同样也要根据 VkSurfaceCapabilitiesKHR 的支持能力去选择最合适的。
// 如果 Surface 支持不旋转，那么就不旋转，否则使用当前的旋转模式 VkSurfaceTransformFlagBitsKHR preTransform; if (surfaceCapabilitiesKHR.supportedTransforms & VK_SURFACE_TRANSFORM_IDENTITY_BIT_KHR) { preTransform = VK_SURFACE_TRANSFORM_IDENTITY_BIT_KHR; } else { preTransform = surfaceCapabilitiesKHR.currentTransform; }
接下来是获得 Surface 的呈现模式 VkPresentModeKHR。
// 呈现模式个数 uint32_t presentModeCount; // 先获取数量 res = vkGetPhysicalDeviceSurfacePresentModesKHR(info.gpus[0], info.surface, &presentModeCount, NULL); assert(res == VK_SUCCESS); // 再获取具体值 VkPresentModeKHR *presentModes = (VkPresentModeKHR *)malloc(presentModeCount * sizeof(VkPresentModeKHR)); res = vkGetPhysicalDeviceSurfacePresentModesKHR(info.gpus[0], info.surface, &presentModeCount, presentModes); assert(res == VK_SUCCESS);
关于 Surface 呈现模式的设定
关于 Surface 的呈现模式，在 Vulkan 中定义了很多种：
typedef enum VkPresentModeKHR { VK_PRESENT_MODE_IMMEDIATE_KHR = 0, VK_PRESENT_MODE_MAILBOX_KHR = 1, VK_PRESENT_MODE_FIFO_KHR = 2, VK_PRESENT_MODE_FIFO_RELAXED_KHR = 3, VK_PRESENT_MODE_SHARED_DEMAND_REFRESH_KHR = 1000111000, VK_PRESENT_MODE_SHARED_CONTINUOUS_REFRESH_KHR = 1000111001, VK_PRESENT_MODE_BEGIN_RANGE_KHR = VK_PRESENT_MODE_IMMEDIATE_KHR, VK_PRESENT_MODE_END_RANGE_KHR = VK_PRESENT_MODE_FIFO_RELAXED_KHR, VK_PRESENT_MODE_RANGE_SIZE_KHR = (VK_PRESENT_MODE_FIFO_RELAXED_KHR - VK_PRESENT_MODE_IMMEDIATE_KHR + 1), VK_PRESENT_MODE_MAX_ENUM_KHR = 0x7FFFFFFF } VkPresentModeKHR;
一般来说，我们就只要使用 VK_PRESENT_MODE_FIFO_KHR 模式就行了。
VkPresentModeKHR swapchainPresentMode = VK_PRESENT_MODE_FIFO_KHR;
当然，也可以通过 vkGetPhysicalDeviceSurfacePresentModesKHR 函数得到所有的呈现模式，通过判断看自己想要的模式是否支持。
除了上面，还有其他很多参数设定，就不一一的阐述了，在创建 SwapChain 的时候都会遇到的。
SwapChain 创建
完成了相关的准备工作之后，就可以调用 vkCreateSwapchainKHR 来创建 SwapChain 了。在此之前，还需要创建 VkSwapchainCreateInfoKHR 对象来包含所需要的参数。
VkSwapchainCreateInfoKHR 定义了很多的相关参数，有的是上面讨论过的，有的没有讨论但是一般都是用固定值了，想要了解的话，也可以查阅官方的文档。
typedef struct VkSwapchainCreateInfoKHR { VkStructureType sType; const void* pNext; VkSwapchainCreateFlagsKHR flags; VkSurfaceKHR surface; uint32_t minImageCount; // format 格式，上面讨论过的 VkFormat imageFormat; // colorspace 颜色空间， VkColorSpaceKHR imageColorSpace; VkExtent2D imageExtent; uint32_t imageArrayLayers; VkImageUsageFlags imageUsage; VkSharingMode imageSharingMode; uint32_t queueFamilyIndexCount; const uint32_t* pQueueFamilyIndices; // 旋转模式 VkSurfaceTransformFlagBitsKHR preTransform; // 透明度合成模式 VkCompositeAlphaFlagBitsKHR compositeAlpha; // 呈现模式 VkPresentModeKHR presentMode; VkBool32 clipped; VkSwapchainKHR oldSwapchain; } VkSwapchainCreateInfoKHR;
具体的代码和相关参数的设定如下：
// 包含了创建 SwapChain 所需要的信息 VkSwapchainCreateInfoKHR swapchain_ci = {}; swapchain_ci.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_SWAPCHAIN_CREATE_INFO_KHR; swapchain_ci.pNext = NULL; swapchain_ci.surface = info.surface; // swapchain 最小的 image 数量 // 这里就使用了 VkSurfaceCapabilitiesKHR 的最小数量 swapchain_ci.minImageCount = desiredNumberOfSwapChainImages; // Image 的格式 swapchain_ci.imageFormat = info.format; // Image 的宽高信息 swapchain_ci.imageExtent.width = swapchainExtent.width; swapchain_ci.imageExtent.height = swapchainExtent.height; // 旋转模式 swapchain_ci.preTransform = preTransform; // alpha 混合模式 swapchain_ci.compositeAlpha = compositeAlpha; swapchain_ci.imageArrayLayers = 1; // 呈现模式 swapchain_ci.presentMode = swapchainPresentMode; swapchain_ci.oldSwapchain = VK_NULL_HANDLE; swapchain_ci.clipped = true; // Image 颜色空间 swapchain_ci.imageColorSpace = VK_COLORSPACE_SRGB_NONLINEAR_KHR; // Image 的用途 swapchain_ci.imageUsage = VK_IMAGE_USAGE_COLOR_ATTACHMENT_BIT; swapchain_ci.imageSharingMode = VK_SHARING_MODE_EXCLUSIVE; // 设定 swapchain 需要的 Queue 信息 swapchain_ci.queueFamilyIndexCount = 0; swapchain_ci.pQueueFamilyIndices = NULL; // 如果图像和显示的 Queue 索引不一致，就要设置 Image 为共享模式 uint32_t queueFamilyIndices[2] = {(uint32_t) info.graphics_queue_family_index, (uint32_t) info.present_queue_family_index}; if (info.graphics_queue_family_index != info.present_queue_family_index) { // If the graphics and present queues are from different queue families, // we either have to explicitly transfer ownership of images between // the queues, or we have to create the swapchain with imageSharingMode // as VK_SHARING_MODE_CONCURRENT swapchain_ci.imageSharingMode = VK_SHARING_MODE_CONCURRENT; swapchain_ci.queueFamilyIndexCount = 2; swapchain_ci.pQueueFamilyIndices = queueFamilyIndices; } // 创建 SwapChain 需要用到 Device，创建 Device 又需要用到 图像队列 的索引值 res = vkCreateSwapchainKHR(info.device, &swapchain_ci, NULL, &info.swap_chain); // 判断创建是否成功 assert(res == VK_SUCCESS);
由此，就完成了 SwapChain 的创建。
可以看到创建 SwapChain 在前期还是需要不少的准备工作，猜想是因为 Vulkan 要做到跨平台，所以就会把很多硬件方面的设定暴露出来，导致在 API 层面上更接近于硬件底层，开发者在使用时也要了解更多的细节。比如有一些参数设定有很多个选项，但针对某一特定平台，只有两三个选项是有效的，其他选项是为了给其他平台的。
但是，只要我们完成了一次创建，相对于代码模块来说，就不会再有太多的变化了。把这块做好封装之后，在后续开发中直接复用，把精力专注于更加有意思的方面~~~
SwapChain 的销毁
当程序运行结束后，就可以通过 vkDestroySwapchainKHR 函数来销毁 SwapChain 了，使用起来就和销毁其他组件一样，不再赘述了。
参考
文章中的代码地址，具体可以参考我的 Github 项目：
总结
比较长的篇幅介绍了 SwapChain 的创建，尤其是创建过程中的一些参数设定，更多的要去理解它的意图。
SwapChain 顾名思义就是交换链，那么拿什么去交换呢？这就是后续内容中会讲到的 Image 对象。可以先简单理解成从 SwapChain 中申请一个 Image，然后对它进行渲染绘制，之后再把它放到 SwapChain 中去渲染呈现。
等我继续更新下去，你就会看到的~~~
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