GAMES101作业2-代码框架逐行理解(c++基础巩固)

忘是亡心i 2023-09-29 04:55 6阅读 0赞

**目录**

补充作业代码

main.cpp

get\_projection\_matrix函数

rasterize.cpp

1.insideTriangle函数——判断点(x,y)是否在三角形内

2.rasterizer\_triangle

结果展示

正三角-n和f取负值

倒三角-n和f取正值

代码框架详细理解

Triangle.hpp

rasterizer.hpp

rasterizer.cpp

main.cpp

Triangle.cpp

代码涉及到的c++知识回顾

宏定义

无参宏定义

带参宏定义

\#ifndef条件编译

\#pragma once

using namespace

using

namespace 命名空间

class 类

struct

enum class枚举类型

等价于enum struct

底层数据类型（underlying tyue）

域

头文件

inline

先来说说什么是栈空间

inline具体如何实现目的

类外定义前加上inline关键字

operator

为什么要用这个

在类里实现运算符-成员函数

类外的非类的成员函数-全局函数

逻辑运算符&&和||与&和|的区别

empalce\_front/emplace/emplace\_back

--------------------

![d2ea81b03aea48e28847b53c10201d96.png][]

提供的代码框架里包含了三个头文件和三个源文件

![f496babf848b405780e18cc54c4a2e10.png][]

## 补充作业代码 ##

需要补充的部分有：

### main.cpp ###

#### get\_projection\_matrix函数 ####

注意，与作业1情况类似，如果n和f直接取zNear和zFar则两个三角形会是倒三角。

Eigen::Matrix4f get_projection_matrix(float eye_fov, float aspect_ratio, float zNear, float zFar)
    {
        // TODO: Copy-paste your implementation from the previous assignment.
        Eigen::Matrix4f projection;
        float f, n, l, r, b, t, fov;
        fov = eye_fov / 180 * MY_PI;
        n = -zNear; //znear是正值
        f = -zFar;
        t = tan(fov / 2) * zNear;
        b = -t;
        r = t * aspect_ratio;
        l = -r;
        //透视->正交 perspective->orthographic
        Eigen::Matrix4f pertoorth;
        pertoorth << n, 0, 0, 0,
            0, n, 0, 0,
            0, 0, n + f, -n * f,
            0, 0, 1, 0;
        //正交——移动
        Eigen::Matrix4f orth1;
        orth1 <<
            1, 0, 0, -(r + l) / 2,
            0, 1, 0, -(t + b) / 2,
            0, 0, 1, -(n + f) / 2,
            0, 0, 0, 1;
        //正交——缩放
        Eigen::Matrix4f orth2;
        orth2 <<
            2 / (r - l), 0, 0, 0,
            0, 2 / (t - b), 0, 0,
            0, 0, 2 / (zFar - zNear), 0,
            0, 0, 0, 1;
        projection = orth2 * orth1 * pertoorth;//注意矩阵顺序，变换从右往左依次进行
        return projection;
    }

### rasterize.cpp ###

#### 1.insideTriangle函数——判断点(x,y)是否在三角形内 ####

这个部分重点是在abc三个取值的问题，注意是：**x1y2-x2y1**

static bool insideTriangle(int x, int y, const Vector3f* _v)//第三个数是_v指向Vector3f类型的指针，默认传入了三角形的三个顶点
    {   
        //.head(2)用来取出每个顶点的前两个值(x,y)
        Eigen::Vector2f AB, BC, CA, AP, BP, CP, p;
        float a, b, c;
        p << x, y;
        AB = _v[1].head(2) - _v[0].head(2);
        AP = p - _v[0].head(2);
        BC = _v[2].head(2) - _v[1].head(2);
        BP = p - _v[1].head(2);
        CA = _v[0].head(2) - _v[2].head(2);
        CP = p - _v[2].head(2);
        a = AB[0] * AP[1] - AB[1] * AP[0];
        b = BC[0] * BP[1] - BC[1] * BP[0];
        c = CA[0] * CP[1] - CA[1] * CP[0];
        if (a > 0 && b > 0 && c > 0) return true;
        else if (a < 0 && b < 0 && c < 0) return true;
        return false;
    }

下面这个是在作业3里老师给的框架里的方法，比我的简单多了：

static bool insideTriangle(int x, int y, const Vector4f* _v){
        Vector3f v[3];
        for(int i=0;i<3;i++)
            v[i] = {_v[i].x(),_v[i].y(), 1.0};
        Vector3f f0,f1,f2;
        f0 = v[1].cross(v[0]);
        f1 = v[2].cross(v[1]);
        f2 = v[0].cross(v[2]);
        Vector3f p(x,y,1.);
        if((p.dot(f0)*f0.dot(v[2])>0) && (p.dot(f1)*f1.dot(v[0])>0) && (p.dot(f2)*f2.dot(v[1])>0))
            return true;
        return false;
    }

#### 2.rasterizer\_triangle ####

这个部分一个取bounding box问题，一个是重心坐标的问题。

void rst::rasterizer::rasterize_triangle(const Triangle& t) { //这里的Triangle是Triangle.hpp里定义的一个class类
        auto v = t.toVector4(); //toVector4()是Triangle里定义的一个array<vector4f,3>
        
        //找到三角形的bounding box
        //在Triangle类中定义了三角形顶点为v[0]v[1]v[2] 都是vector4f
        int min_x = std::min(std::min(v[0].x(), v[1].x()), v[2].x());
        int min_y = std::min(std::min(v[0].y(), v[1].y()), v[2].y());
        int max_x = std::max(std::max(v[0].x(), v[1].x()), v[2].x());
        int max_y = std::max(std::max(v[0].y(), v[1].y()), v[2].y());
        
        //遍历pixels确定像素是否在三角形内
    
        /*bool MSAA = true;
        这里用MSAA 4X 也就是把像素分成4X4,默认像素是1X1的大小，因此有了0.25、0.75
        std::vector<Eigen::Vector2f>pixel
        {
            {0.25,0.25},{0.25,0.75},{0.75,0.25},{0.75,0.75},
        };
        */
        //循环判断
        for (int x = min_x; x <= max_x; x++) {
            for (int y = min_y; y <= max_y; y++) {
                //判断是否在三角形内
                if (insideTriangle(x + 0.5, y + 0.5, t.v)){
                    //在三角形内，用下述code取得插值的z值
                    auto[alpha,beta,gamma]=computeBarycentric2D(x + 0.5, y + 0.5, t.v);//为了获得该点的z值
                    float w_reciprocal = 1.0 / (alpha / v[0].w() + beta / v[1].w() + gamma / v[2].w());
                    float z_interpolated = alpha * v[0].z() / v[0].w() + beta * v[1].z() / v[1].w() + gamma * v[2].z() / v[2].w();
                    z_interpolated *= w_reciprocal;
    
                    int cur_index = get_index(x, y);
                    if(z_interpolated<depth_buf[cur_index])
                    {
                        depth_buf[cur_index] = z_interpolated;
                        Vector3f vertex;
                        vertex << x, y, z_interpolated;
                        set_pixel(vertex, t.getColor());
                    }
                }
            }
        }
    }

## 结果展示 ##

### 正三角-n和f取负值 ###

![17c70424fb104b8d953cd98a5677cf1a.png][]

### 倒三角-n和f取正值 ###

![4d44265c86674fd7951aff786613905f.png][]

## 代码框架详细理解 ##

做作业不局限于把框架填完整，要把整个框架理解清楚。

### Triangle.hpp ###

//预处理-宏定义
    #ifndef RASTERIZER_TRIANGLE_H //条件编译，判断是否被定义过
    #define RASTERIZER_TRIANGLE_H //若没有被定义，则进行宏定义
    
    #include <Eigen> //预处理-文件包含命令
    
    
    using namespace Eigen; //使用命名空间Eigen
    class Triangle{//定义了一个名为Triangle的
    public:
        Vector3f v[3]; //按照逆时针顺序定义三角形三个顶点坐标
    
        //定义三角形每个顶点的属性
        Vector3f color[3]; //每个顶点的颜色
        Vector2f tex_coords[3]; //顶点的（u,v）坐标
        Vector3f normal[3]; //每个顶点的法线
    
        //Texture *tex;
        Triangle();
    
        void setVertex(int ind, Vector3f ver); /*set i-th vertex coordinates */
        void setNormal(int ind, Vector3f n); /*set i-th vertex normal vector*/
        void setColor(int ind, float r, float g, float b); /*set i-th vertex color*/
        Vector3f getColor() const { return color[0]*255; } // Only one color per triangle.
        void setTexCoord(int ind, float s, float t); /*set i-th vertex texture coordinate*/
        std::array<Vector4f, 3> toVector4() const;//std::array是用来封装固定大小数组的容器，大小必须在编译期确定
    };
    
    #endif //RASTERIZER_TRIANGLE_H

### rasterizer.hpp ###

#pragma once //防止重复引用，与#ifndef作用相同
    
    #include <Eigen> //引入Eigen库
    #include <algorithm> //<algrithm>定义了C++STL标准中的基础性算法，均为函数模板
    #include "global.hpp"
    #include "Triangle.hpp"
    using namespace Eigen; //使用Eigen命名空间，之后就不用写Eigen::了
    
    namespace rst //创建一个命名空间rst
    {
        enum class Buffers //定义枚举类Buffers
        {
            Color = 1,
            Depth = 2
        };
    
        inline Buffers operator|(Buffers a, Buffers b) //operator| 重载非短路或运算
        {
            return Buffers((int)a | (int)b); 
        }
    
        inline Buffers operator&(Buffers a, Buffers b) //operator& 重载非短路与运算
        {
            return Buffers((int)a & (int)b);
        }
    
        enum class Primitive //同样，定义一个枚举类primitive
        {
            Line,
            Triangle
        };
    
        //为确保安全：draw function用了两个buffer id进行讨论，防止用户搞错前后顺序，如果顺序错了编译器就不会进行这段程序。
    
        //声明三个结构体，sturct默认公有继承，默认是public的
        struct pos_buf_id //position位置
        {
            int pos_id = 0;
        };
        
        struct ind_buf_id //
        {
            int ind_id = 0;
        };
    
        struct col_buf_id //颜色
        {
            int col_id = 0;
        };
    
        class rasterizer //声明一个类
        {
        public: //公开部分
            rasterizer(int w, int h);
            pos_buf_id load_positions(const std::vector<Eigen::Vector3f>& positions);
            ind_buf_id load_indices(const std::vector<Eigen::Vector3i>& indices);
            col_buf_id load_colors(const std::vector<Eigen::Vector3f>& colors);
    
            void set_model(const Eigen::Matrix4f& m);
            void set_view(const Eigen::Matrix4f& v);
            void set_projection(const Eigen::Matrix4f& p);
    
            void set_pixel(const Eigen::Vector3f& point, const Eigen::Vector3f& color);
    
            void clear(Buffers buff);
    
            void draw(pos_buf_id pos_buffer, ind_buf_id ind_buffer, col_buf_id col_buffer, Primitive type);
    
            std::vector<Eigen::Vector3f>& frame_buffer() { return frame_buf; }
    
        private:
            void draw_line(Eigen::Vector3f begin, Eigen::Vector3f end);
    
            void rasterize_triangle(const Triangle& t);
    
            // VERTEX SHADER -> MVP -> Clipping -> /.W -> VIEWPORT -> DRAWLINE/DRAWTRI -> FRAGSHADER
    
        private:
            Eigen::Matrix4f model;
            Eigen::Matrix4f view;
            Eigen::Matrix4f projection;
    
            std::map<int, std::vector<Eigen::Vector3f>> pos_buf;
            std::map<int, std::vector<Eigen::Vector3i>> ind_buf;
            std::map<int, std::vector<Eigen::Vector3f>> col_buf;
    
            std::vector<Eigen::Vector3f> frame_buf;
    
            std::vector<float> depth_buf;
            int get_index(int x, int y);
    
            int width, height;
    
            int next_id = 0;
            int get_next_id() { return next_id++; }
        };
    }

### rasterizer.cpp ###

#include <algorithm> //是C++标准算法库，应用在容器上
    #include <vector> //是c++标准库提供的一个被封装的动态数组
    #include "rasterizer.hpp"
    #include <opencv2/opencv.hpp>
    #include <math.h>
    
    /*这里的rst是rasterizer.hpp头文件中定义的一个rst namespace
      pos_buf_id 是rst中定义的一个 struct
      rasterizer 是rst中定义的一个 class
    */
    rst::pos_buf_id rst::rasterizer::load_positions(const std::vector<Eigen::Vector3f> &positions)
    {
        auto id = get_next_id();//rasterizer类中定义的一个int类型的函数，作用：return下一个id
        pos_buf.emplace(id, positions);//在id指向的元素前创建一个值为positions的元素
    
        return {id};
    }
    
    rst::ind_buf_id rst::rasterizer::load_indices(const std::vector<Eigen::Vector3i> &indices)
    {
        auto id = get_next_id();
        ind_buf.emplace(id, indices);
    
        return {id};
    }
    
    rst::col_buf_id rst::rasterizer::load_colors(const std::vector<Eigen::Vector3f> &cols)
    {
        auto id = get_next_id();
        col_buf.emplace(id, cols);
    
        return {id};
    }
    
    auto to_vec4(const Eigen::Vector3f& v3, float w = 1.0f)
    {
        return Vector4f(v3.x(), v3.y(), v3.z(), w);
    }
    
    
    static bool insideTriangle(int x, int y, const Vector3f* _v)//第三个数是_v指向Vector3f类型的指针，默认传入了三角形的三个顶点
    {   
        //.head(2)用来取出每个顶点的前两个值(x,y)
        Eigen::Vector2f AB, BC, CA, AP, BP, CP, p;
        float a, b, c;
        p << x, y;
        AB = _v[1].head(2) - _v[0].head(2);
        AP = p - _v[0].head(2);
        BC = _v[2].head(2) - _v[1].head(2);
        BP = p - _v[1].head(2);
        CA = _v[0].head(2) - _v[2].head(2);
        CP = p - _v[2].head(2);
        a = AB[0] * AP[1] - AB[1] * AP[0];
        b = BC[0] * BP[1] - BC[1] * BP[0];
        c = CA[0] * CP[1] - CA[1] * CP[0];
        if (a > 0 && b > 0 && c > 0) return true;
        else if (a < 0 && b < 0 && c < 0) return true;
        return false;
    }
    
    static std::tuple<float, float, float> computeBarycentric2D(float x, float y, const Vector3f* v)
    {
        float c1 = (x*(v[1].y() - v[2].y()) + (v[2].x() - v[1].x())*y + v[1].x()*v[2].y() - v[2].x()*v[1].y()) / (v[0].x()*(v[1].y() - v[2].y()) + (v[2].x() - v[1].x())*v[0].y() + v[1].x()*v[2].y() - v[2].x()*v[1].y());
        float c2 = (x*(v[2].y() - v[0].y()) + (v[0].x() - v[2].x())*y + v[2].x()*v[0].y() - v[0].x()*v[2].y()) / (v[1].x()*(v[2].y() - v[0].y()) + (v[0].x() - v[2].x())*v[1].y() + v[2].x()*v[0].y() - v[0].x()*v[2].y());
        float c3 = (x*(v[0].y() - v[1].y()) + (v[1].x() - v[0].x())*y + v[0].x()*v[1].y() - v[1].x()*v[0].y()) / (v[2].x()*(v[0].y() - v[1].y()) + (v[1].x() - v[0].x())*v[2].y() + v[0].x()*v[1].y() - v[1].x()*v[0].y());
        return {c1,c2,c3};
    }
    
    void rst::rasterizer::draw(pos_buf_id pos_buffer, ind_buf_id ind_buffer, col_buf_id col_buffer, Primitive type)
    {
        auto& buf = pos_buf[pos_buffer.pos_id];
        auto& ind = ind_buf[ind_buffer.ind_id];
        auto& col = col_buf[col_buffer.col_id];
    
        float f1 = (50 - 0.1) / 2.0;
        float f2 = (50 + 0.1) / 2.0;
    
        Eigen::Matrix4f mvp = projection * view * model;
        for (auto& i : ind)//用i遍历ind
        {
            Triangle t;
            Eigen::Vector4f v[] = {
                    mvp * to_vec4(buf[i[0]], 1.0f),
                    mvp * to_vec4(buf[i[1]], 1.0f),
                    mvp * to_vec4(buf[i[2]], 1.0f)
            };
            //Homogeneous division
            for (auto& vec : v) {
                vec /= vec.w();
            }
            //Viewport transformation
            for (auto & vert : v)
            {
                vert.x() = 0.5*width*(vert.x()+1.0);
                vert.y() = 0.5*height*(vert.y()+1.0);
                vert.z() = vert.z() * f1 + f2;
            }
    
            for (int i = 0; i < 3; ++i)
            {
                t.setVertex(i, v[i].head<3>());
                t.setVertex(i, v[i].head<3>());
                t.setVertex(i, v[i].head<3>());
            }
    
            auto col_x = col[i[0]];
            auto col_y = col[i[1]];
            auto col_z = col[i[2]];
    
            t.setColor(0, col_x[0], col_x[1], col_x[2]);
            t.setColor(1, col_y[0], col_y[1], col_y[2]);
            t.setColor(2, col_z[0], col_z[1], col_z[2]);
    
            rasterize_triangle(t);
        }
    }
    
    //Screen space rasterization
    void rst::rasterizer::rasterize_triangle(const Triangle& t) { //这里的Triangle是Triangle.hpp里定义的一个class类
        auto v = t.toVector4(); //toVector4()是Triangle里定义的一个array<vector4f,3>
        
        //找到三角形的bounding box
        //在Triangle类中定义了三角形顶点为v[0]v[1]v[2] 都是vector4f
        int min_x = std::min(std::min(v[0].x(), v[1].x()), v[2].x());
        int min_y = std::min(std::min(v[0].y(), v[1].y()), v[2].y());
        int max_x = std::max(std::max(v[0].x(), v[1].x()), v[2].x());
        int max_y = std::max(std::max(v[0].y(), v[1].y()), v[2].y());
        
        //遍历pixels确定像素是否在三角形内
    
        //循环判断
        for (int x = min_x; x <= max_x; x++) {
            for (int y = min_y; y <= max_y; y++) {
                //判断是否在三角形内
                if (insideTriangle(x + 0.5, y + 0.5, t.v)){
                    //在三角形内，用下述code取得插值的z值
                    auto[alpha,beta,gamma]=computeBarycentric2D(x + 0.5, y + 0.5, t.v);//为了获得该点的z值
                    float w_reciprocal = 1.0 / (alpha / v[0].w() + beta / v[1].w() + gamma / v[2].w());
                    float z_interpolated = alpha * v[0].z() / v[0].w() + beta * v[1].z() / v[1].w() + gamma * v[2].z() / v[2].w();
                    z_interpolated *= w_reciprocal;
    
                    int cur_index = get_index(x, y);
                    if(z_interpolated<depth_buf[cur_index])
                    {
                        depth_buf[cur_index] = z_interpolated;
                        Vector3f vertex;
                        vertex << x, y, z_interpolated;
                        set_pixel(vertex, t.getColor());
                    }
                }
            }
        }
    }
    
    void rst::rasterizer::set_model(const Eigen::Matrix4f& m)
    {
        model = m;
    }
    
    void rst::rasterizer::set_view(const Eigen::Matrix4f& v)
    {
        view = v;
    }
    
    void rst::rasterizer::set_projection(const Eigen::Matrix4f& p)
    {
        projection = p;
    }
    
    void rst::rasterizer::clear(rst::Buffers buff)
    {
        if ((buff & rst::Buffers::Color) == rst::Buffers::Color)
        {
            std::fill(frame_buf.begin(), frame_buf.end(), Eigen::Vector3f{0, 0, 0});
        }
        if ((buff & rst::Buffers::Depth) == rst::Buffers::Depth)
        {
            std::fill(depth_buf.begin(), depth_buf.end(), std::numeric_limits<float>::infinity());
        }
    }
    
    rst::rasterizer::rasterizer(int w, int h) : width(w), height(h)
    {
        frame_buf.resize(w * h);
        depth_buf.resize(w * h);
    }
    
    int rst::rasterizer::get_index(int x, int y)
    {
        return (height-1-y)*width + x;
    }
    
    void rst::rasterizer::set_pixel(const Eigen::Vector3f& point, const Eigen::Vector3f& color)
    {
        //old index: auto ind = point.y() + point.x() * width;
        auto ind = (height-1-point.y())*width + point.x();
        frame_buf[ind] = color;
    
    }
    
    // clang-format on

### main.cpp ###

main其实跟作业1的差不多，这里就不粘贴解释了。

### Triangle.cpp ###

#include "Triangle.hpp"
    #include <algorithm>
    #include <array>
    
    
    Triangle::Triangle() {//Triangle头文件中定义了类Triangle，因此可以使用域操作符::表示Triangle()是类Triangle的成员函数
        v[0] << 0,0,0;
        v[1] << 0,0,0;
        v[2] << 0,0,0;
    
        color[0] << 0.0, 0.0, 0.0;
        color[1] << 0.0, 0.0, 0.0;
        color[2] << 0.0, 0.0, 0.0;
    
        tex_coords[0] << 0.0, 0.0;
        tex_coords[1] << 0.0, 0.0;
        tex_coords[2] << 0.0, 0.0;
    }
    
    void Triangle::setVertex(int ind, Vector3f ver){
        v[ind] = ver;
    }
    void Triangle::setNormal(int ind, Vector3f n){
        normal[ind] = n;
    }
    void Triangle::setColor(int ind, float r, float g, float b) {
        if((r<0.0) || (r>255.) ||
           (g<0.0) || (g>255.) ||
           (b<0.0) || (b>255.)) {
            fprintf(stderr, "ERROR! Invalid color values");
            fflush(stderr);
            exit(-1);
        }
    
        color[ind] = Vector3f((float)r/255.,(float)g/255.,(float)b/255.);
        return;
    }
    void Triangle::setTexCoord(int ind, float s, float t) {
        tex_coords[ind] = Vector2f(s,t);
    }
    
    std::array<Vector4f, 3> Triangle::toVector4() const
    {
        std::array<Eigen::Vector4f, 3> res;
        std::transform(std::begin(v), std::end(v), res.begin(), [](auto& vec) { return Eigen::Vector4f(vec.x(), vec.y(), vec.z(), 1.f); });
        return res;//返回的是一个数组，3个参数，每个参数：
    }

## 代码涉及到的c++知识回顾 ##

### 宏定义 ###

参考：[宏定义\#define \#ifndef \#endif\_马小超i的博客-CSDN博客][define _ifndef _endif_i_-CSDN]

\#define \#ifndef \#endif 宏”分为有参数和无参数两种。其中\#表示这是一条预处理命令，凡是\#开头的都是预处理命令，预处理命令分为三种：宏定义、文件包含、条件编译

#### 无参宏定义 ####

一般表示为**\#define 标识符 字符串**

“define为宏定义命令；“标识符”是定义的宏名；“字符串”可以是常数、表达式、格式串等，要终止其作用域可以使用**\#undef。**

#include<iostream>
    #define M (a+b)
    using namespace std;
    int main() {
    	int sum, a, b;
    	cout << "input a b:";
    	cin >> a >> b;
    	sum = M * M;
    	cout << sum << endl;
    	return 0;
    }

![7114ed4596c5473593da0c4ab67c97f5.png][]

#### 带参宏定义 ####

**\#define 宏名（形参表） 字符串**

调用的时候要用实参去替换形参。

#include<iostream>
    #define plus(x) ++x
    using namespace std;
    int main() {
    	int a;
    	cout << "input a:";
    	cin >> a;
    	cout << plus(a) << endl;
    	return 0;
    }

![6704e22497904616be3b788b0e9f91a2.png][]

#### \#ifndef条件编译 ####

\#表示预处理命令；ifndef是if not define的缩写，是与处理功能的条件编译，目的是防止头文件的重复包含和编译。

在c++中用\#ifndef可以避免出现以下错误：在.hpp头文件中定义了全局变量，一个.cpp文件中多次包含这个.hpp文件，加上\#ifndef可以避免重复定义的错误。

#ifndef x //判断x是否已经被宏定义
    #define x
        程序段1 //如果x没被定义，定义x，并编译程序段1
    #endif
    	  程序段2 //如果x已经被定义，忽略1编译2

### \#pragma once ###

除了用**\#ifndef**防止h文件的代码重复引用，还可以用**\#pragma once**指令，在想要保护的文件开头写入

#pragma once

相比\#ifndef（灵活，兼容性好），**\#pragma onc**e编译时间相对较短，操作简单相率高；是一个非标准但被广泛支持的方式。

### using namespace ###

#### **using** ####

C++11以后，using也可以用来像typedef一样定义类型别名，可读性更强，可以像定义一个变量一样给一个类型定义别名。

#### **namespace 命名空间** ####

namespace+命名空间的名字

相当于一个文件夹，把需要的变量、对象、函数等包含进去，后续可以直接rst::或using namespace 来使用。每个命名空间都有自己的作用域。

同时C++11新标准引入了**内联命名空间**（在namespace前加上**inline**）可以直接被外层的命名空间直接使用。

namespace myName{
    //相关定义及声明
    }

如何访问命名空间？

（1）myName:: 标识符

日常写代码用到的cout/cin/endl等等都是C++的标识符

#include <iostream>
    int main()
    {
    std::cout<<"hello world!"<<std::endl;
    }

（2）using namespace myName;

在头文件后都会加上**using namespace std;**这样可以直接用cout等标识符了，很方便。

#include <iostream>
    using namespace std;
    int main()
    {
    cout<<"hello world!"<<endl;
    }

### class 类 ###

class声明类似struct，基本结构是：

class 类名
    {
        public:
        //行为或属性
        private:
        //行为或属性
    };

其中：public/private为限制行为/属性的关键字，**public**表示内容是**公开**的，可以被外界（例如main等）公开访问也可以被class类自己访问；**private**则表示内容是**私密**的，只能在内部调用，不能外部访问。结束末尾有**分号；**

class Triangle{
    
    public:
        Vector3f v[3]; 
        
        Vector3f color[3]; 
        Vector2f tex_coords[3]; 
        Vector3f normal[3]; 
    
        Triangle();
    
        void setVertex(int ind, Vector3f ver); 
        void setNormal(int ind, Vector3f n); 
        void setColor(int ind, float r, float g, float b); 
        Vector3f getColor() const { return color[0]*255; } 
        void setTexCoord(int ind, float s, float t); 
        std::array<Vector4f, 3> toVector4() const;
    };

定义了一个名为Triangle的类，定义了**setVertex()/setNormal()**等成员函数，在类外对其进行定义时函数头就应该是 **void Triangle::setVertex()**这种形式，其返回类型、成员函数名、参数列表都应该与类内声明的形式一致。

例如在代码框架的Triangle.cpp文件中，就有如下：

Triangle::Triangle() {
        ...
    }
    
    void Triangle::setVertex(int ind, Vector3f ver){
        v[ind] = ver;
    }

### struct ###

struct结构体，默认公有继承，是public的。C++中的struct不同于C中的，C中的struct不能定义函数只能定义数据成员，数据和操作是分开的；C++中的struct可以包含成员函数，可修改public / private / protected，可以直接用\{\}初始化。

struct test
    {
        int a;
        int b;
    };
    //完全可以用大括号对数据进行初始化
    test A={1,2};

但是，C++有class类了，可以实现struct的功能。

### enum class枚举类型 ###

#### 等价于enum struct ####

旧版本是enum，但有些问题，因此使用enum class/enum struct具有更好的类型安全和类似封装的特性（scoped nature）。参数仅在color作用域内生效。

enum class color{red, green, yellow};
    enum class colorx{red, green = 100, yellow};
    ...

#### 底层数据类型（underlying tyue） ####

默认为int，可以通过：type:类型 指定任何整形作为底层数据类型。

enum class color: long long {yellow, black};

#### 域 ####

访问需要通过域运算符访问，不可以直接通过访问枚举成员名称来访问，因此名称重复不会造成影响。如下：

#include<iostream>
    using namespace std;
    
    enum class color { red, green };
    enum class colorx { red=1, green };
    
    int main()
    {
        //这里用了static_cast<int>强转类型为整型int
    	cout << static_cast<int>(color::red) << endl;
    	cout << static_cast<int>(colorx::red) << endl;
    	return 0;
    }

![c1ef690063cc43198bf58674a5a6a84d.png][]

### <algorithm>头文件 ###

定义了C++ STL标准中的基础性的算法(均为函数模板)。<algorithm>定义了设计用于元素范围的函数集合。具体有什么函数模板可参考：[C++/C++11中头文件algorithm的使用][C_C_11_algorithm]

### inline ###

参考：[inline的使用][inline]

#### **先来说说什么是栈空间** ####

栈空间也叫栈内存，可以理解成程序放置局部数据的内存空间。栈空间是有限的，频繁大量的使用会导致程序出错，例如某函数的死循环的尽头就是将栈内存耗尽。

为了解决一些频繁调用的小函数大量消耗栈内存的问题，引入了**inline**修饰符，表示为内联函数。

#### inline具体如何实现目的 ####

#include<iostream>
    using namespace std;
    
    inline string test(int a)
    {
    	return (a % 2 > 0) ? "奇数" : "偶数";
    }
    
    int main()
    {
    	int i = 0;
    	for (i = 1; i < 100; i++)
    	{
    		cout << test(i) << endl;
    	}
    	return 0;
    }

上述例子就是把调用到test(i)的地方都换成了 (a % 2 > 0) ? "奇数" : "偶数"，避免频繁调用函数。但是：**inline的使用对编译器来说只是一个建议**，编译器可以选择忽略这个建议，取决于函数的长短；当你将一个1000多行的函数定位inline，编译器还会按照普通函数进行运行。

#### **类外定义前加上inline关键字** ####

例如本题的rasterize.hpp里：下面的部分就是在类外定义。

...
        enum class Buffers
        {
            Color = 1,
            Depth = 2
        };
    
        inline Buffers operator|(Buffers a, Buffers b) 
        {
            return Buffers((int)a | (int)b); //位的或运算
        }
        ...

### operator ###

参考：[C++编程语言中重载运算符（operator）介绍][C_operator]

operator是C++的一个关键字，和运算符一起使用（例如：operator+），表示一个运算符重载函数，可将其视为一个函数名。

#### 为什么要用这个 ####

C++提供的运算符**只支持基本数据类型和标准库中提供的类**操作，对于自己定义的class类，想要实现运算符操作（比大小、判断是否相等）就需要自己**定义运算符的实现过程**。

#### 在类里实现运算符-成员函数 ####

在类中声明需要重载的运算符，方式跟普通的成员函数一样，名称为operator+运算符，例如：

...
    class person
    {
    private:
        int age;
    public:
        person(int nage)
        {
            this->age = nage;
        }
        
        bool operator==(const person& ps)
        {
            if(this->age == ps.age)
            {
                return true;
            }
            return false;
        }
    };
    ...

#### 类外的非类的成员函数-全局函数 ####

代表左操作数的参数必须被显式指定。

...
    class person
    {
    public:
        int age;
    };
     
    bool operator==(person const& p1 ,person const& p2)
    {
        if (p1.age == p2.age)
        {
            return true;
        }
        else
        {
            return false;
        }
    }
    ...

### 逻辑运算符&&和||与&和|的区别 ###

（1）与：**&**不具有短路效果，左边false右边还会执行；**&&**有短路效果，左边为false右边不执行；

（2）或：**|**不具有短路效果，左边为true右边还会执行；**||**有短路效果，左边为true右边不执行。

### empalce\_front/emplace/emplace\_back ###

参考：[stl之emplace函数的使用][stl_emplace]

是c++11标准引入的三个新成员，这些操作不是拷贝元素，是在容器中构造函数。因此相比push\_back等函数能更好地避免内存的拷贝与移动，使容器插入元素的性能得到进一步提升。

c.emplace_back(t) //在c的尾部创建一个值为t的元素
    c.emplace_front(t) //在c的头部创建一个值为t的元素
    c.emplace(p,t) //在迭代器p所指向的元素之前创建一个值为t的元素，并返回指定新添加元素的迭代器

[d2ea81b03aea48e28847b53c10201d96.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/d2ea81b03aea48e28847b53c10201d96.png
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[define _ifndef _endif_i_-CSDN]: https://blog.csdn.net/qq_21989927/article/details/108619694?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522165180627216780366556418%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=165180627216780366556418&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~top_positive~default-1-108619694-null-null.142%5Ev9%5Econtrol,157%5Ev4%5Econtrol&utm_term=ifndef&spm=1018.2226.3001.4187
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[C_C_11_algorithm]: https://blog.csdn.net/fengbingchun/article/details/78034969?spm=1001.2101.3001.6650.2&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~CTRLIST~default-2-78034969-blog-78876335.pc_relevant_default&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~CTRLIST~default-2-78034969-blog-78876335.pc_relevant_default&utm_relevant_index=5
[inline]: https://blog.csdn.net/xianpingping/article/details/105348589?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~baidujs_utm_term~default-0.pc_relevant_aa&spm=1001.2101.3001.4242.1&utm_relevant_index=3
[C_operator]: https://blog.csdn.net/liitdar/article/details/80654324?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522165182656616782184694435%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=165182656616782184694435&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~top_positive~default-1-80654324-null-null.142%5Ev9%5Econtrol,157%5Ev4%5Econtrol&utm_term=operator&spm=1018.2226.3001.4187
[stl_emplace]: https://cjdhy.blog.csdn.net/article/details/115857421?spm=1001.2101.3001.6650.2&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~CTRLIST~Rate-2-115857421-blog-51505625.topblog&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~CTRLIST~Rate-2-115857421-blog-51505625.topblog&utm_relevant_index=5