C/C++语言中，如果要进行图形编程，都需要引入图形库。

图形库简介

图形库用于在屏幕上渲染图像，它通常提供一组经过优化的函数来执行渲染任务。

由于C/C++语言可以适配非常广泛的设备，甚至有些设备不通过屏幕进行输入输出，即使使用屏幕的设备，也有非常大的差异性，因此图形库并未包含在标准库中。

对于PC机而言，有很多种图形库可供选用，如Qt、GTK+、Windows GDI、SDL和OpenGL等。

• GTK+（GIMP Toolkit）：一个开源的图形用户界面工具包，主要用于构建跨平台的应用程序，支持Linux、Windows和macOS等操作系统。GTK+提供了大量的UI组件，如按钮、文本框、复选框等，开发者使用GTK+能够快速搭建用户界面。
• SDL（Simple DirectMedia Layer）：一个跨平台开发库，通过OpenGL和Direct3D提供对音频、键盘、鼠标、游戏杆和图形硬件的底层访问。SDL可用于视频、3D图形、2D渲染、事件处理、音频、文件I/O、共享对象支持、线程和计时器等多个方面。
• OpenGL：一个跨平台、跨语言的编程接口，用于渲染2D和3D矢量图形。OpenGL被广泛应用于计算机图形学领域，包括CAD、虚拟现实以及游戏开发。

SDL库的基本使用

SDL库的安装和配置过程因操作系统而异。以Visual Studio为例，需要下载SDL2库，并将其头文件和库文件添加到项目的包含目录和库目录中。之后，链接SDL2.lib和SDLmain2.lib，我更建议直接通过vcpkg安装和链接。

以下是一个使用SDL库创建简单窗口的示例代码：

#include <SDL.h>

// 屏幕尺寸常量
const int SCREEN_WIDTH = 640;
const int SCREEN_HEIGHT = 480;

int main(int argc, char* argv[]) {
    // 初始化SDL子系统
    if (SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO) != 0) {
        SDL_Log("can not init SDL:%s", SDL_GetError());
        return -1;
    }

    // 创建窗口
    SDL_Window* window = SDL_CreateWindow("SDL Window",
                                          SDL_WINDOWPOS_UNDEFINED,
                                          SDL_WINDOWPOS_UNDEFINED,
                                          SCREEN_WIDTH,
                                          SCREEN_HEIGHT,
                                          SDL_WINDOW_SHOWN);
    if (window == NULL) {
        SDL_Log("Could not create window: %s\n", SDL_GetError());
        SDL_Quit();
        return -1;
    }

    // 窗口渲染器
    SDL_Renderer* renderer = SDL_CreateRenderer(window, -1, SDL_RENDERER_ACCELERATED);
    if (renderer == NULL) {
        SDL_Log("Could not create renderer: %s\n", SDL_GetError());
        SDL_DestroyWindow(window);
        SDL_Quit();
        return -1;
    }

    // 清屏并显示窗口
    SDL_SetRenderDrawColor(renderer, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF);
    SDL_RenderClear(renderer);
    SDL_RenderPresent(renderer);

    // 等待5秒
    SDL_Delay(5000);

    // 销毁渲染器和窗口，退出SDL
    SDL_DestroyRenderer(renderer);
    SDL_DestroyWindow(window);
    SDL_Quit();

    return 0;
}

OpenGL与3D图形编程

OpenGL想必每个开发者都听过，它是一个强大的图形API，支持2D和3D图形的渲染。与SDL类似，OpenGL也需要配置开发环境，包括安装OpenGL库、配置包含目录和库目录等。

OpenGL编程通常涉及以下几个步骤：

1. 初始化OpenGL上下文：这通常是通过使用SDL、GLFW等库来完成的（Win中）。
2. 编写着色器：着色器是OpenGL中的小程序，用于处理顶点数据和片段数据。
3. 设置顶点数据：这包括定义顶点坐标、颜色、纹理坐标等。
4. 渲染循环：在渲染循环中，清除屏幕、绘制对象并交换前后缓冲区。

以下是一个使用OpenGL和GLFW库创建简单窗口并绘制三角形的示例代码（仅展示关键部分）：

// 初始化GLFW并创建窗口的代码（略）

// 创建着色器程序（略）

// 设置顶点数据和缓冲区（略）

// 渲染循环
while (!glfwWindowShouldClose(window)) {
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    // 绑定着色器程序并设置顶点属性指针（略）

    // 绘制三角形
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

    // 交换缓冲区并检查事件
    glfwSwapBuffers(window);
    glfwPollEvents();
}

// 清理资源并退出（略）

图形界面的设计与实现

图形界面的设计通常涉及窗口、控件、布局管理器、事件处理和样式与主题等多个方面。以GTK+为例，可以通过以下步骤创建一个简单的图形界面：

1. 初始化GTK+库。
2. 创建窗口并设置其属性（如大小、标题等）。
3. 添加控件到窗口中，如按钮、文本框等。
4. 编写回调函数处理用户事件，如点击按钮。
5. 进入消息循环等待用户事件并调用相应的处理函数。

以下是一个使用GTK+库创建简单窗口并包含一个按钮的示例代码：

#include <gtk/gtk.h>

// 按钮点击回调函数
static void on_button_clicked(GtkWidget *widget, gpointer data) {
    g_print("Button clicked!\n");
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    GtkWidget *window;
    GtkWidget *button;

    // 初始化GTK+
    gtk_init(&argc, &argv);

    // 创建窗口
    window = gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL);
    gtk_window_set_title(GTK_WINDOW(window), "Hello, GTK+!");
    gtk_window_set_default_size(GTK_WINDOW(window), 250, 150);
    g_signal_connect(window, "destroy", G_CALLBACK(gtk_main_quit), NULL);

    // 创建按钮并添加到窗口中
    button = gtk_button_new_with_label("Click Me");
    g_signal_connect(button, "clicked", G_CALLBACK(on_button_clicked), NULL);
    gtk_container_add(GTK_CONTAINER(window), button);

    // 显示窗口和按钮
    gtk_widget_show_all(window);

    // 进入消息循环
    gtk_main();

    return 0;
}

扩展

• 图形库的选择：根据应用程序的需求和目标平台选择合适的图形库。例如，对于跨平台的应用程序，可以选择GTK+或SDL；对于需要高性能3D渲染的应用程序，可以选择OpenGL或Vulkan。
• 性能优化：在图形编程中，性能优化是一个重要方面。可以通过减少绘制调用、使用纹理映射、优化着色器代码等方式来提高性能。

本文内容简单了解下就行，不需要实践，大多数情况下我们进行窗口类的GUI编程直接使用QT即可，只要做图形编程时，才会用到GLFW、OpenGL、vulkan等库，如果要用到，我们针对性学习即可。