DirectX是众所周知的比较难以入门的3D渲染引擎，除了概念比较抽象以外，还有一点是程序的逻辑比较难以处理。

经过比较长时间的探索，我发现程序逻辑方面的难点主要在几个方面：第一是庞大的结构体，第二是错误处理的姿势，第三是对象的释放。

第一个难点是庞大的结构体

这是学习DirectX 10/11面对的第一个结构体（WNDCLASSEX不算），其实这个结构体并不算大，但是看起来信息量有点大。

<code class="language-cpp">DXGI_SWAP_CHAIN_DESC sd;
ZeroMemory( &sd, sizeof( sd ) );
sd.BufferCount = 1;
sd.BufferDesc.Width = width;
sd.BufferDesc.Height = height;
sd.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
sd.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = 60;
sd.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = 1;
sd.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
sd.OutputWindow = g_hWnd;
sd.SampleDesc.Count = 1;
sd.SampleDesc.Quality = 0;
sd.Windowed = TRUE;
</code>

如果不习惯的话，可以使用C++的列表初始化语法进行初始化。要注意的是，如果有嵌套结构体，最好不要用嵌套的括号，而是先初始化内层结构体，再初始化外层结构体，这样可以方便在Visual Studio中使用“查看定义”功能进行实时参考。

<code class="language-cpp">DXGI_RATIONAL refrate = { 60, 1 };
DXGI_SAMPLE_DESC smpdesc = { 1, 0 };
DXGI_MODE_DESC bufdesc = {
	width, height, refrate, DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM, DXGI_MODE_SCANLINE_ORDER_UNSPECIFIED, DXGI_MODE_SCALING_UNSPECIFIED
};
DXGI_SWAP_CHAIN_DESC sd = { bufdesc, smpdesc, DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT, 1, g_hwnd, TRUE, DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD, 0 };
</code>

另外，联合体在C++中只能初始化第一项，要想初始化其它项，必须用赋值操作。

<code class="language-cpp">D3D10_DEPTH_STENCIL_VIEW_DESC descDSV = { descDepth.Format, D3D10_DSV_DIMENSION_TEXTURE2D };
descDSV.Texture2D.MipSlice = 0; // Texture2D是匿名联合体的第三个成员，只能通过赋值初始化
</code>

第二个难点是错误处理的姿势

DirectX返回一个叫做HRESULT的错误码，其中>=0表示成功，用SUCCEEDED(hr)表示，<0表示错误，用FAILED(hr)表示。但是通过if (SUCCEEDED(hr))和if (FAILED(hr))处理错误，会使得程序流程严重改变，还会产生冗余代码，这使得编写程序变得非常痛苦。

其实DirectX返回错误值大多意味着严重错误，这时一般需要终止程序。但是又要保证程序可调试性强，这个条件下C++的异常机制就非常适合使用了。将DirectX返回值转换为C++异常，最简单的方法是if (FAILED(hr)) throw hr;。但是这样有时并不合适，最好使用强类型的异常。

为了让返回值转换为异常的过程变得简单，这里编写了一个“一行工具类”如下：

<code class="language-cpp">struct comexcept { explicit comexcept(HRESULT ret) : hr(ret) { if (FAILED(ret)) throw *this; } HRESULT hr; };
</code>

使用方法举例：

<code class="language-cpp">(comexcept)D3D10CreateDeviceAndSwapChain(NULL, D3D10_DRIVER_TYPE_WARP, NULL, 0, D3D10_SDK_VERSION, &sd, &g_swpch, &g_dev);

(comexcept)g_swpch->GetBuffer(0, __uuidof(ID3D10Texture2D), (LPVOID*)&pBackBuffer);
(comexcept)g_dev->CreateRenderTargetView(pBackBuffer, NULL, &g_rtv);

(comexcept)g_dev->CreateTexture2D(&descDepth, NULL, &g_dsbuf);
(comexcept)g_dev->CreateDepthStencilView(g_dsbuf, &descDSV, &g_dsv);
</code>

类似的，WinAPI一般返回0表示错误，也有相应的“一行工具类”：

<code class="language-cpp">struct zeroexcept { template <typename t> explicit zeroexcept(T ret) { if (ret == (T)0) throw *this; } };
</typename></code>

使用方法与上述DirectX工具类类似。

第三个难点是资源的释放

DirectX对象使用引用计数来管理生命周期，程序使用完毕需使用->Release()成员函数释放所有权，但是比较麻烦的地方在于，对象释放了以后便不再有效，对无效的对象释放会导致程序崩溃，为了避免这种情况，标准的释放对像流程如下：

<code class="language-cpp">if (g_dev)
{
	g_dev->Release();
	g_dev = NULL;
}
</code>

这段程序每个对象都打一遍是很痛苦的事情，为了减轻这种痛苦，可以定义一个“一行工具函数”：

<code class="language-cpp">template <typename t> inline void release(T& i){ if (i) { i->Release(); i = NULL; } }
</typename></code>

使用方法很简单，release(g_dev);即可。

虽然已经很方便了，但是这样做不到防止资源泄漏的效果。如果要做到没有资源泄露，那么就需要用到ATL的一个类模板：CComPtr<T>。

这个模板是用来包装COM对象指针的，由于DirectX也是基于COM的，因此也可以拿来用。只是要注意三点：

1. &xxx只能用于初始化，不能用于初始化后取地址，初始化后若需要取地址，应取成员p的地址，即&xxx.p
2. 手动释放直接赋值NULL即可
3. 没有QueryInterface、AddRef、Release成员函数的对象不需要使用CComPtr<T>，直接裸指针即可

使用示例：

<code class="language-cpp">#include <atlbase.h> // CComPtr<t>

CComPtr<id3d10device> g_dev;
CComPtr<idxgiswapchain> g_swpch;
CComPtr<id3d10rendertargetview> g_rtv;
CComPtr<id3d10texture2d> g_dsbuf;
CComPtr<id3d10depthstencilview> g_dsv;

CComPtr<id3d10effect> g_effect;
ID3D10EffectTechnique *g_technique; // 不需要Release，因此不需要CComPtr<t>
CComPtr<id3d10inputlayout> g_inlayout;
CComPtr<id3d10buffer> g_vertexbuf;
CComPtr<id3d10rasterizerstate> g_raststate;

// 初始化
(comexcept)g_dev->CreateRenderTargetView(pBackBuffer, NULL, &g_rtv);

// 手动释放
pBackBuffer = NULL;

// 取地址
g_dev->OMSetRenderTargets(1, &g_rtv.p, g_dsv); // 注意是&g_rtv.p不是&g_rtv，后者只能用于初始化
</id3d10rasterizerstate></id3d10buffer></id3d10inputlayout></t></id3d10effect></id3d10depthstencilview></id3d10texture2d></id3d10rendertargetview></idxgiswapchain></id3d10device></t></atlbase.h></code>

一个简单的DirectX 10程序

绘制一个旋转的三角形。其中TODO: begin和TODO: end之间的程序可以替换为自己的程序，因此也算是一个模板程序。

<code>// main.fx - HLSL效果文件

// TODO: 编写效果文件 begin

float4x4 matWorld;
float4x4 matView;
float4x4 matProj;

struct VS_OUTPUT
{
	float4 Pos : SV_POSITION;
	float4 Color : COLOR;
};

VS_OUTPUT VS(float4 Pos : POSITION, float4 Color : COLOR)
{
	VS_OUTPUT Out;
	Out.Pos = mul(mul(mul(Pos, matWorld), matView), matProj);
	Out.Color = Color;
	return Out;
}

float4 PS(VS_OUTPUT In) : SV_Target
{
	return In.Color;
}

technique10 Render
{
	pass P0
	{
		SetVertexShader(CompileShader(vs_4_0, VS()));
		SetGeometryShader(NULL);
		SetPixelShader(CompileShader(ps_4_0, PS()));
	}
}

// TODO: 编写效果文件 end
</code>

<code class="language-cpp">// main.cpp - 主程序

// 头文件和库
#pragma warning(disable: 4005) // macro redefinition
#undef UNICODE
#define UNICODE
#include <windows.h>
#include <d3d10.h>
#include <d3dx10.h>
#include <atlbase.h> // CComPtr<t>
#pragma comment(lib, "d3d10.lib")
#pragma comment(lib, "d3dx10.lib")

// CComPtr<t>注意三点：
// 初始化用&xxx，取地址用&xxx.p
// 手动释放直接赋值NULL
// 不需要Release的对象不需要使用CComPtr<t>

// 将值转换为异常的类
struct zeroexcept { template <typename t> explicit zeroexcept(T ret) { if (ret == (T)0) throw *this; } };
struct comexcept { explicit comexcept(HRESULT ret) : hr(ret) { if (FAILED(ret)) throw *this; } HRESULT hr; };

// 全局变量
HINSTANCE g_hinst;
HWND g_hwnd;
CComPtr<id3d10device> g_dev;
CComPtr<idxgiswapchain> g_swpch;
CComPtr<id3d10rendertargetview> g_rtv;
CComPtr<id3d10texture2d> g_dsbuf;
CComPtr<id3d10depthstencilview> g_dsv;

// TODO: 其它全局定义 begin

struct SimpleVertex
{
	D3DXVECTOR3 Pos;
	D3DXCOLOR Color;
};

CComPtr<id3d10effect> g_effect;
ID3D10EffectTechnique *g_technique; // 不需要Release，因此不需要CComPtr<t>
CComPtr<id3d10inputlayout> g_inlayout;
CComPtr<id3d10buffer> g_vertexbuf;
CComPtr<id3d10rasterizerstate> g_raststate;

// TODO: 其它全局定义 end

// 窗口消息处理函数
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
	if (message == WM_DESTROY)
	{
		PostQuitMessage(0);
		return 0;
	}
	return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
}

// 程序入口点
int WINAPI wWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPWSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
{
	g_hinst = hInstance;

	// 关闭显示缩放
	SetProcessDPIAware();

	// 注册窗口类
	WNDCLASSEX wcex = {
		sizeof wcex, CS_HREDRAW | CS_VREDRAW, WndProc, 0, 0, GetModuleHandle(NULL), LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION),
		LoadCursor(NULL, IDC_ARROW), (HBRUSH)(COLOR_WINDOW + 1), NULL, L"MainWndClass", LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION)
	};
	(zeroexcept)RegisterClassEx(&wcex);
	
	// 计算预期客户区大小对应的窗口大小，并创建和显示窗口
	RECT rc = { 0, 0, 640, 480 };
	DWORD style = WS_OVERLAPPED | WS_SYSMENU | WS_CAPTION | WS_MINIMIZEBOX;
	AdjustWindowRect(&rc, style, FALSE);
	g_hwnd = CreateWindow(
		L"MainWndClass", L"Main Window", style, CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT,
		rc.right - rc.left, rc.bottom - rc.top, NULL, NULL, hInstance, NULL);
	(zeroexcept)g_hwnd;
	ShowWindow(g_hwnd, SW_SHOWDEFAULT);
	UpdateWindow(g_hwnd);

	// 获取准确的客户区大小
	GetClientRect(g_hwnd, &rc);
	UINT width = rc.right - rc.left;
	UINT height = rc.bottom - rc.top;

	// 创建设备和交换链
	DXGI_RATIONAL refrate = { 60, 1 };
	DXGI_SAMPLE_DESC smpdesc = { 1, 0 };
	DXGI_MODE_DESC bufdesc = {
		width, height, refrate, DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM, DXGI_MODE_SCANLINE_ORDER_UNSPECIFIED, DXGI_MODE_SCALING_UNSPECIFIED
	};
	DXGI_SWAP_CHAIN_DESC sd = { bufdesc, smpdesc, DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT, 1, g_hwnd, TRUE, DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD, 0 };
	(comexcept)D3D10CreateDeviceAndSwapChain(NULL, D3D10_DRIVER_TYPE_WARP, NULL, 0, D3D10_SDK_VERSION, &sd, &g_swpch, &g_dev);

	// 获取后台缓冲区，绑定为渲染目标视图
	CComPtr<id3d10texture2d> pBackBuffer = NULL;
	(comexcept)g_swpch->GetBuffer(0, __uuidof(ID3D10Texture2D), (LPVOID*)&pBackBuffer);
	(comexcept)g_dev->CreateRenderTargetView(pBackBuffer, NULL, &g_rtv);
	pBackBuffer = NULL; // 手动释放

	// 创建深度/模板缓冲区，绑定为深度/模板视图
	D3D10_TEXTURE2D_DESC descDepth = {
		width, height, 1, 1, DXGI_FORMAT_D32_FLOAT_S8X24_UINT, smpdesc, D3D10_USAGE_DEFAULT, D3D10_BIND_DEPTH_STENCIL, 0, 0
	};
	D3D10_DEPTH_STENCIL_VIEW_DESC descDSV = { descDepth.Format, D3D10_DSV_DIMENSION_TEXTURE2D };
	descDSV.Texture2D.MipSlice = 0;
	(comexcept)g_dev->CreateTexture2D(&descDepth, NULL, &g_dsbuf);
	(comexcept)g_dev->CreateDepthStencilView(g_dsbuf, &descDSV, &g_dsv);

	// 设置设备OM阶段的渲染目标和深度/模板视图
	g_dev->OMSetRenderTargets(1, &g_rtv.p, g_dsv); // 注意是&g_rtv.p不是&g_rtv，后者只能用于初始化

	// 设置设备RS阶段的视口参数
	D3D10_VIEWPORT vp = { 0, 0, width, height, 0.0f, 1.0f, };
	g_dev->RSSetViewports(1, &vp);

	// TODO: 初始化其它对象 begin

	// 编译效果文件，并获取其中的"Render"技术
	(comexcept)D3DX10CreateEffectFromFile(L"main.fx", NULL, NULL, "fx_4_0", 0, 0, g_dev, NULL, NULL, &g_effect, NULL, NULL);
	g_technique = g_effect->GetTechniqueByName("Render");
	
	// 建立数据输入布局
	D3D10_PASS_DESC passdesc;
	(comexcept)g_technique->GetPassByIndex(0)->GetDesc(&passdesc);
	D3D10_INPUT_ELEMENT_DESC layout[] =
	{
		{ "POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0, D3D10_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
		{ "COLOR", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32A32_FLOAT, 0, 12, D3D10_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
	};
	(comexcept)g_dev->CreateInputLayout(layout, ARRAYSIZE(layout), passdesc.pIAInputSignature, passdesc.IAInputSignatureSize, &g_inlayout);

	// 建立顶点缓冲区
	SimpleVertex vertices[] =
	{
		D3DXVECTOR3(0.0f, 1.0f, 0.0f), D3DXCOLOR(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f),
		D3DXVECTOR3(1.0f, -1.0f, 0.0f), D3DXCOLOR(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f),
		D3DXVECTOR3(-1.0f, -1.0f, 0.0f), D3DXCOLOR(0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f),
	};
	D3D10_BUFFER_DESC vertexbufdesc = { sizeof vertices, D3D10_USAGE_DEFAULT, D3D10_BIND_VERTEX_BUFFER, 0, 0 };
	D3D10_SUBRESOURCE_DATA vertexinitdata = { vertices, 0, 0 };
	(comexcept)g_dev->CreateBuffer(&vertexbufdesc, &vertexinitdata, &g_vertexbuf);

	// 设置RS阶段的栅格化参数，不剔除背面
	D3D10_RASTERIZER_DESC rastdesc = { D3D10_FILL_SOLID, D3D10_CULL_NONE, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 };
	(comexcept)g_dev->CreateRasterizerState(&rastdesc, &g_raststate);
	g_dev->RSSetState(g_raststate);

	// TODO: 初始化其它对象 end

	// 消息循环
	MSG msg = { 0 };
	while (msg.message != WM_QUIT)
	{
		if (PeekMessage(&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE))
		{
			TranslateMessage(&msg);
			DispatchMessage(&msg);
		}
		else
		{
			// 清空渲染目标和深度/模板
			float ClearColor[4] = { 0.0f, 0.125f, 0.3f, 1.0f };
			g_dev->ClearRenderTargetView(g_rtv, ClearColor);
			g_dev->ClearDepthStencilView(g_dsv, D3D10_CLEAR_DEPTH | D3D10_CLEAR_STENCIL, 1.0f, 0);

			// TODO: 绘制图元 begin

			// 初始化世界矩阵
			float angle = GetTickCount() % 1000 / 1000.0f * (float)D3DX_PI * 2.0f;
			D3DXMATRIX matWorld;
			D3DXMatrixRotationY(&matWorld, angle);
			(comexcept)g_effect->GetVariableByName("matWorld")->AsMatrix()->SetMatrix((float*)&matWorld);

			// 初始化观察矩阵
			D3DXMATRIX matView;
			D3DXVECTOR3 eye(0.0f, 1.0f, -2.0f);
			D3DXVECTOR3 lookat(0.0f, 0.0f, 0.0f);
			D3DXVECTOR3 up(0.0f, 1.0f, 0.0f);
			D3DXMatrixLookAtLH(&matView, &eye, &lookat, &up);
			(comexcept)g_effect->GetVariableByName("matView")->AsMatrix()->SetMatrix((float*)&matView);
			
			// 初始化投影矩阵
			D3DXMATRIX matProj;
			D3DXMatrixPerspectiveFovLH(&matProj, (float)D3DX_PI * 0.5f, width / (FLOAT)height, 0.1f, 100.0f);
			(comexcept)g_effect->GetVariableByName("matProj")->AsMatrix()->SetMatrix((float*)&matProj);

			// 应用"Render"技术并绘制三角形
			D3D10_TECHNIQUE_DESC techdesc;
			(comexcept)g_technique->GetDesc(&techdesc);
			for (UINT i = 0; i < techdesc.Passes; i++)
			{
				// 应用"Render"技术中的一个通道
				(comexcept)g_technique->GetPassByIndex(0)->Apply(0);
				
				// 设置IA阶段输入布局、顶点缓冲区、图元类型，绘制图元
				g_dev->IASetInputLayout(g_inlayout);
				UINT strides = sizeof(SimpleVertex), offset = 0;
				g_dev->IASetVertexBuffers(0, 1, &g_vertexbuf.p, &strides, &offset); // 注意是&g_vertexbuf.p
				g_dev->IASetPrimitiveTopology(D3D10_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST);
				g_dev->Draw(3, 0);
			}

			// TODO: 绘制图元 end

			// 提交后台缓冲区以显示
			(comexcept)g_swpch->Present(0, 0);
		}
	}

	// 清空状态设置
	g_dev->ClearState();
	
	return (int)msg.wParam;
}
</id3d10texture2d></id3d10rasterizerstate></id3d10buffer></id3d10inputlayout></t></id3d10effect></id3d10depthstencilview></id3d10texture2d></id3d10rendertargetview></idxgiswapchain></id3d10device></typename></t></t></t></atlbase.h></d3dx10.h></d3d10.h></windows.h></code>