前言

本文介绍了cocos2d-x中自带的shader代码,及其在引擎中的使用情况。作者的引擎版本是2.2.3，在这个版本的cocos中有9种自带的shader，详情请见下文。

自带的shaders

cocos2d-x自带的shaders定义在cocos2dx\shaders\ccShaders.h和cocos2dx\shaders\ccShaders.cpp这对文件中，下面是ccShaders.h的内容：

每个自带的shader源代码都被定义成一个字符串: const GLchar*类型的变量,如下：

/**************************************************************************** copyright (c) 2010-2012 cocos2d-x.org copyright (c) 2011 Zynga Inc. http://www.cocos2d-x.org ****************************************************************************/
#ifndef __CCSHADER_H__
#define __CCSHADER_H__

#include "CCGL.h"
#include "platform/CCPlatformMacros.h"

NS_CC_BEGIN

/** * @addtogroup shaders * @{ */

// 第1对shader : 含有一个uniform color变量
extern CC_DLL const GLchar * ccPosition_uColor_frag;
extern CC_DLL const GLchar * ccPosition_uColor_vert;

// 第2对shader
extern CC_DLL const GLchar * ccPositionColor_frag;
extern CC_DLL const GLchar * ccPositionColor_vert;

// 第3对shader
extern CC_DLL const GLchar * ccPositionTexture_frag;
extern CC_DLL const GLchar * ccPositionTexture_vert;

// 第4对shader
extern CC_DLL const GLchar * ccPositionTextureA8Color_frag;
extern CC_DLL const GLchar * ccPositionTextureA8Color_vert;

// 第5对shader
extern CC_DLL const GLchar * ccPositionTextureColor_frag;
extern CC_DLL const GLchar * ccPositionTextureColor_vert;

// 第6对shader
extern CC_DLL const GLchar * ccPositionTextureColorAlphaTest_frag;

// 第7对shader
extern CC_DLL const GLchar * ccPositionTexture_uColor_frag;
extern CC_DLL const GLchar * ccPositionTexture_uColor_vert;

// 第8对shader
extern CC_DLL const GLchar * ccPositionColorLengthTexture_frag;
extern CC_DLL const GLchar * ccPositionColorLengthTexture_vert;

// 第9对shader
extern CC_DLL const GLchar * ccExSwitchMask_frag;

// end of shaders group
/// @}

NS_CC_END

#endif /* __CCSHADER_H__ */

shader具体内容的定义在对应的源文件ccShaders.cpp中：

/**************************************************************************** copyright (c) 2010-2012 cocos2d-x.org copyright (c) 2011 Zynga Inc. http://www.cocos2d-x.org ****************************************************************************/

#include "ccShaders.h"

NS_CC_BEGIN
//
const GLchar * ccPosition_uColor_frag = 
#include "ccShader_Position_uColor_frag.h"
const GLchar * ccPosition_uColor_vert =
#include "ccShader_Position_uColor_vert.h"

//
const GLchar * ccPositionColor_frag =
#include "ccShader_PositionColor_frag.h"
const GLchar * ccPositionColor_vert =
#include "ccShader_PositionColor_vert.h"

//
const GLchar * ccPositionTexture_frag =
#include "ccShader_PositionTexture_frag.h"
const GLchar * ccPositionTexture_vert =
#include "ccShader_PositionTexture_vert.h"

//
const GLchar * ccPositionTextureA8Color_frag =
#include "ccShader_PositionTextureA8Color_frag.h"
const GLchar * ccPositionTextureA8Color_vert =
#include "ccShader_PositionTextureA8Color_vert.h"

//
const GLchar * ccPositionTextureColor_frag =
#include "ccShader_PositionTextureColor_frag.h"
const GLchar * ccPositionTextureColor_vert =
#include "ccShader_PositionTextureColor_vert.h"

//
const GLchar * ccPositionTextureColorAlphaTest_frag = 
#include "ccShader_PositionTextureColorAlphaTest_frag.h"

//
const GLchar * ccPositionTexture_uColor_frag = 
#include "ccShader_PositionTexture_uColor_frag.h"
const GLchar * ccPositionTexture_uColor_vert = 
#include "ccShader_PositionTexture_uColor_vert.h"

const GLchar * ccExSwitchMask_frag = 
#include "ccShaderEx_SwitchMask_frag.h"

const GLchar * ccPositionColorLengthTexture_frag =
#include "ccShader_PositionColorLengthTexture_frag.h"
const GLchar * ccPositionColorLengthTexture_vert =
#include "ccShader_PositionColorLengthTexture_vert.h"

NS_CC_END

从cpp文件中可以看到，shader的具体内容是通过#include包含进来的，因此具体的shader源码需要去对应的头文件中查看，以第一个顶点着色器ccPosition_uColor_vert为例，查看它的源码所在文件：

ccShader_Position_uColor_vert.h

/*
 * cocos2d for iPhone: http://www.cocos2d-iphone.org
 *
 * copyright (c) 2011 Ricardo Quesada
 * copyright (c) 2012 Zynga Inc.
 */

"                                                   \n\ attribute vec4 a_position;                          \n\ uniform vec4 u_color;                               \n\ uniform float u_pointSize;                          \n\                                                     \n\ #ifdef GL_ES                                        \n\ varying lowp vec4 v_fragmentColor;                  \n\ #else                                               \n\ varying vec4 v_fragmentColor;                       \n\ #endif                                              \n\                                                     \n\ void main()                                         \n\ {                                                   \n\     gl_Position = CC_MVPMatrix * a_position;        \n\     gl_PointSize = u_pointSize;                     \n\     v_fragmentColor = u_color;                      \n\ }                                                   \n\ ";

其对应的片段着色器ccPosition_uColor_frag内容如下：

ccShader_Position_uColor_frag.h

/*
 * cocos2d for iPhone: http://www.cocos2d-iphone.org
 *
 * copyright (c) 2011 Ricardo Quesada
 * copyright (c) 2012 Zynga Inc.
 *
 */

"                                       \n\ #ifdef GL_ES                            \n\ precision lowp float;                   \n\ #endif                                  \n\                                         \n\ varying vec4 v_fragmentColor;           \n\                                         \n\ void main()                             \n\ {                                       \n\     gl_FragColor = v_fragmentColor;     \n\ }                                       \n\ ";

可以看到这个片段着色器只有一个varying类型的v_fragmentColor变量，它是从顶点着色器中传递过来的颜色向量。

自带shaders有什么用

还是以第一对shader为例，想知道它在哪里用了，可以这么做：

在visual studio中全局搜索（默认快捷键为ctrl+shift+h): ccPosition_uColor_frag

.

在搜索结果中可以看到除了它自身的定义外，它是在CCshadercache.cpp中被引用,CCshadercache创建一些default shaders，供引擎中的渲染系统来使用。ccPosition_uColor_frag是在创建kCCShaderType_Position_uColor类型的default shader时候被使用，我再搜索: kCCShaderType_Position_uColor,可以看到创建这个类型的program(shader)时候,代码如下:

.

可以看到，在创建完shader program之后，以键值对的形式保存在一个字典里。外部代码将通过key来获取其中的program。所以我继续搜索这里使用的key：kCCShader_Position_uColor就可以知道哪里使用了这个shader program，也就是使用了ccPosition_uColor_frag那对shader。

通过搜索发现，在CCDrawingPrimitives的lazy_init方法中使用了这个着色器

.

因此我了解到ccPosition_uColor_frag这对着色器在cocos2d-x中是被用来处理一些基本的图元绘制任务的.

除了这个，还有一个典型的使用自带shader的例子，那就是CCSprite的绘制，在CCSprite的初始化中，其默认的shader正是自带的shader中的ccPositionTextureColor_frag着色器。

其中的关键代码是这一句：

CCshadercache::sharedshadercache()->programForKey(kCCShader_PositionTextureColor);

这是cocos中使用自带shader的典型用法，programForKey这个方法返回一个CCGLProgram类的对象，这个类是对OpenGL ES中program的封装，同时还包括一些对shader中变量的绑定、赋值等操作，后面的文章会对这个类进行介绍。

与上面描述的ccPosition_uColor_frag和ccPositionTextureColor_frag这两个自带shader类似，可以使用同样的搜索方法来确认其它自带shader的使用情况：通过到CCshadercache.cpp中查看它们所对应的key,再全局搜索这个key就能够看到是谁在使用这些内置的shaders了。

cocos2d-x shader 代码里的潜规则

在 ccShader_Position_uColor_vert.h 中的顶点着色器源代码中会看到一个变量叫 ： CC_MVPMatrix

attribute vec4 a_position;                          \n\ uniform vec4 u_color;                               \n\ uniform float u_pointSize;                          \n\                                                     \n\ #ifdef GL_ES                                        \n\ varying lowp vec4 v_fragmentColor;                  \n\ #else                                               \n\ varying vec4 v_fragmentColor;                       \n\ #endif                                              \n\                                                     \n\ void main()                                         \n\ {                                                   \n\     gl_Position = CC_MVPMatrix * a_position;        \n\     gl_PointSize = u_pointSize;                     \n\     v_fragmentColor = u_color;                      \n\ }                                                   \n\

如果直接编译这个shader肯定编译不过，因为其中出现一个莫名其妙的CC_MVPMatrix. 那引擎中使用这个shader为什么没有报错呢？

这就是cocos里的潜规则，它会在编译shader的时候加上一个头。这个编译过程发生在CCGLProgram.cpp中，如下所示：

bool CCGLProgram::compileShader(gluint * shader,GLenum type,const GLchar* source)
{
    GLint status;

    if (!source)
    {
        return false;
    }

    // 在source前面加上了一些uniform，可以看到刚才提到的CC_MVPMatrix就是在这里加上的.
    const GLchar *sources[] = {
#if (CC_TARGET_PLATFORM != CC_PLATFORM_WIN32 && CC_TARGET_PLATFORM != CC_PLATFORM_LINUX && CC_TARGET_PLATFORM != CC_PLATFORM_MAC)
        (type == GL_VERTEX_SHADER ? "precision highp float;\n" : "precision mediump float;\n"),#endif
        "uniform mat4 CC_PMatrix;\n"
        "uniform mat4 CC_MVMatrix;\n"
        "uniform mat4 CC_MVPMatrix;\n"
        "uniform vec4 CC_Time;\n"
        "uniform vec4 CC_SinTime;\n"
        "uniform vec4 CC_CosTime;\n"
        "uniform vec4 CC_Random01;\n"
        "//CC INCLUDES END\n\n",source,};

    *shader = glCreateShader(type);
    glShaderSource(*shader,sizeof(sources)/sizeof(*sources),sources,NULL);
    glCompileShader(*shader);

    glGetShaderiv(*shader,GL_COMPILE_STATUS,&status);

    if (! status)
    {
        GLsizei length;
        glGetShaderiv(*shader,GL_SHADER_SOURCE_LENGTH,&length);
        GLchar* src = (GLchar *)malloc(sizeof(GLchar) * length);

        glGetShaderSource(*shader,length,NULL,src);
        cclOG("cocos2d: ERROR: Failed to compile shader:\n%s",src);

        if (type == GL_VERTEX_SHADER)
        {
            cclOG("cocos2d: %s",vertexShaderLog());
        }
        else
        {
            cclOG("cocos2d: %s",fragmentShaderLog());
        }
        free(src);

#if (CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_WINRT)
        return false;
#else
        abort();
#endif
    }
    return (status == GL_TRUE);
}

在代码中我们看到了CC_MVPMatrix等uniform是从何而来。就总结这么多了，其它相关的东西放在CCGLProgram的文章里总结。

作者水平有限，对相关知识的理解和总结难免有错误，还望给予指正，非常感谢！

在这里也能看到这篇文章：github博客,CSDN博客,欢迎访问