cpp-graphics

面向 C++ 与计算机图形学入门的可运行示例集。 A collection of minimal, runnable C++ examples for learning computer graphics.

本仓库面向 具备 C 语言基础、熟悉 Python / C#，希望快速掌握 C++ 基础语法并进入计算机图形学的学习者。

每个示例都是一个可独立编译运行的最小程序，内容从语言基础逐步过渡到渲染循环骨架， 并着重介绍图形学中高频使用的 C++ 特性（引用与值语义、RAII、运算符重载、模板与特化、智能指针、多态）。

examples/ 为教程示例，mycode/ 用于存放跟随学习时自己编写的练习代码。

目录

• 特性
• 环境要求
• 快速开始
• 项目结构
• 示例说明
• 构建
• 调试
• 工具
• 延伸学习
• 许可证

特性

• 递进式示例：8 个由浅入深的 C++ 示例，每个均可单独编译运行。
• 图形学导向：覆盖图形学中最常用的语言特性，而非泛泛的语言教程。
• 手写 vec3：通过实现向量类型理解 glm 等数学库的运算符重载原理。
• 渲染循环骨架：给出典型实时渲染主循环的结构，便于衔接 OpenGL / TinyRenderer 等后续内容。
• 零配置构建：同时提供 Makefile 与 CMake 两种构建方式，新增源文件会被自动纳入构建。
• 配套工具：内置零依赖的 TGA → PNG 转换脚本，便于查看软件渲染输出。
• 编辑器集成：内置 VS Code 的构建、运行与调试配置。

环境要求

依赖	版本	说明
C++ 编译器	支持 C++20	GCC 11+ / Clang 14+ / MSVC 19.3+
GNU Make	任意	使用 Makefile 构建时需要
CMake	3.16+	可选，使用 CMake 构建时需要
Python	3.6+	可选，仅用于 tga2png.py（纯标准库，无第三方依赖）

快速开始

git clone https://github.com/Asayarr/cpp-graphics.git
cd cpp-graphics

make            # 编译全部示例
make run        # 编译并运行

也可以使用 CMake：

cmake -B build
cmake --build build

项目结构

cpp-graphics/
├── examples/                     # 教程示例
│   ├── 01_hello.cpp … 08_template_specialization.cpp
│   └── multifile/                # 多文件编译示范（.h / .cpp / main.cpp）
├── mycode/                       # 你自己的 C++ 练习
├── tinyrenderer/                 # TinyRenderer 教程项目（见下方版权说明）
│   └── mine/                     # ★ 你的 tinyrenderer 实现写在这里
├── CMakeLists.txt
├── Makefile
├── tga2png.py                    # TGA → PNG 转换脚本
├── setup-tinyrenderer.sh         # TinyRenderer 教程项目初始化脚本
├── .vscode/                      # 编辑器配置
└── README.md

示例说明

文件	主题	主要内容
examples/01_hello.cpp	基础 I/O	编译模型、std::cout / std::cin、命名空间
examples/02_basics.cpp	语言基础	初始化、auto、引用与指针、const、容器、范围 for、传参方式
examples/03_classes.cpp	类与对象	构造 / 析构、成员初始化列表、RAII、运算符重载、const 成员函数
examples/04_vec3.cpp	数学类型	手写 vec3：点积、叉积、归一化、完整运算符重载
examples/05_polymorphism.cpp	资源与多态	unique_ptr / shared_ptr、继承、虚函数、运行期多态
examples/06_lambdas_templates.cpp	现代特性	函数模板、类模板、lambda 捕获、std::function
examples/07_graphics_skeleton.cpp	渲染骨架	典型渲染主循环结构（窗口、资源、更新、绘制）
examples/08_template_specialization.cpp	模板进阶	非类型模板参数、模板特化 —— 理解 geometry.h 的关键
examples/multifile/	多文件工程	头文件 / 源文件分离与编译链接流程

运行单个示例：

make examples/04_vec3
./examples/04_vec3

构建

Makefile

make                        # 编译 examples/ 与 mycode/ 下全部 .cpp
make run                    # 编译并运行
make examples/04_vec3       # 仅编译指定文件
make mycode/<your_file>     # 编译你自己的代码
make clean                  # 清理构建产物

Makefile 会自动发现 examples/ 与 mycode/ 下的新 .cpp 文件，无需修改。

CMake

cmake -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug
cmake --build build

examples/ 与 mycode/ 下的每个 .cpp 会生成一个同名可执行文件； 多文件示范生成 multifile_demo。新增文件后重新执行一次 configure 即可。

调试

仓库内置 VS Code 配置（.vscode/）：

• F5：编译并调试当前打开的源文件（GDB）；
• Ctrl+Shift+B：编译全部示例；
• 任务面板中提供 build current file 与 run current file。

在其他环境下，可直接使用命令行：

g++ -std=c++20 -Wall -Wextra -g examples/02_basics.cpp -o /tmp/02_basics
gdb /tmp/02_basics

工具

tga2png.py 用于将 TGA 图像转换为 PNG（纯 Python 标准库实现，无需 Pillow / ImageMagick）， 常用于查看软件渲染器的输出：

python3 tga2png.py framebuffer.tga            # 生成 framebuffer.png
python3 tga2png.py framebuffer.tga output.png # 指定输出文件名

TinyRenderer

tinyrenderer/ 是 ssloy/tinyrenderer 的源码与必要素材（参考实现）， tinyrenderer/mine/ 用于跟随教程自己编写实现：

cd tinyrenderer/mine
make run                    # 编译并运行
python3 ~/cpp-graphics/tga2png.py framebuffer.tga

在 VS Code 中可直接使用任务 tinyrenderer: build / tinyrenderer: run， 或用调试配置「调试 tinyrenderer/mine」按 F5 单步调试。

延伸学习

• TinyRenderer —— 用 500 行 C++ 实现软件渲染器，理解 OpenGL 的底层机制
• LearnOpenGL —— 系统性的现代 OpenGL 教程（中文版）
• glm —— OpenGL 数学库，本仓库 04_vec3 可视为其简化版
• cppreference —— C++ 标准库参考

许可证

本项目自写部分基于 MIT License 开源。

第三方内容

tinyrenderer/ 目录来自 ssloy/tinyrenderer， 同样基于 MIT License 发布（原始许可证见 tinyrenderer/LICENSE.txt）。 为便于跟随教程学习，本仓库仅保留了其源码与必要素材。