[Vulkan 学习之路] 02 - 万物起源：创建 Vulkan 实例 (Instance)

上一篇我们成功搭建了环境并弹出了一个黑窗口。今天，我们要正式初始化 Vulkan 库。

在 Vulkan 中，没有什么是“默认”发生的。不同于 OpenGL 的上下文（Context），Vulkan 使用Instance（实例）来存储所有每个应用层面的状态。这是你的应用程序与 Vulkan 库、显卡驱动之间建立连接的桥梁。

核心概念：Vulkan 的“填表”哲学

在开始写代码前，你需要习惯 Vulkan 的编程模式：“填表 -> 提交”。

几乎所有的 Vulkan 操作都遵循这个流程：

1. 定义一个CreateInfo结构体（填表）。

2. 设置结构体的各种参数（明确你的需求）。

3. 调用vkCreateXXX函数，把表交给驱动（提交）。

创建 Instance 也不例外。

第一步：填写应用程序信息 (VkApplicationInfo)

首先，我们可以（这是可选的，但推荐做）告诉驱动程序我们的应用叫什么名字，版本是多少。这有助于显卡厂商针对特定的游戏或引擎进行驱动层面的优化。

void createInstance() { // 1. 填写应用信息 VkApplicationInfo appInfo{}; appInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_APPLICATION_INFO; // 必须指明结构体类型 appInfo.pApplicationName = "Hello Triangle"; appInfo.applicationVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0); appInfo.pEngineName = "No Engine"; appInfo.engineVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0); appInfo.apiVersion = VK_API_VERSION_1_0; // 我们使用 Vulkan 1.0 标准 // ... 后续代码 }

注意：在 Vulkan 中，几乎所有的结构体都需要你手动设置sType成员。这是因为 Vulkan 内部为了性能使用void*指针传递结构体，它需要sType来识别这是什么类型的数据。

第二步：获取必要的扩展 (Extensions)

Vulkan 是一个平台无关的 API。这意味着核心的 Vulkan 库根本不知道什么是 "Windows" 或 "窗口"。它只懂图形计算。

要让 Vulkan 能在 Windows 的窗口上画图，我们需要启用扩展 (Extensions)。幸好，GLFW 内置了一个帮助函数，能告诉我们需要哪些扩展。

// ... 接上文 // 获取 GLFW 需要的扩展 (例如 VK_KHR_surface 和 VK_KHR_win32_surface) uint32_t glfwExtensionCount = 0; const char** glfwExtensions; glfwExtensions = glfwGetRequiredInstanceExtensions(&glfwExtensionCount);

虽然glfwGetRequiredInstanceExtensions返回的是 C 风格数组，但在后续教程中我们会大量使用std::vector，Vulkan 的很多 count/data 模式很适合转换成 vector。

第三步：填写实例创建信息 (VkInstanceCreateInfo)

这是创建 Instance 过程中最重要的结构体。它告诉 Vulkan 驱动我们需要哪些全局扩展和校验层。

// ... 接上文 // 2. 填写实例创建信息 (这是必须的) VkInstanceCreateInfo createInfo{}; createInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_INSTANCE_CREATE_INFO; createInfo.pApplicationInfo = &appInfo; // 链接上面的应用信息 // 填入扩展信息 createInfo.enabledExtensionCount = glfwExtensionCount; createInfo.ppEnabledExtensionNames = glfwExtensions; // 暂时不启用校验层 (Validation Layers)，下一章会讲，这里先填 0 createInfo.enabledLayerCount = 0;

第四步：创建与清理

终于可以调用vkCreateInstance了。

在 Vulkan 中，创建函数通常返回一个VkResult。如果返回值不是VK_SUCCESS，说明出错了。

同时，我们必须遵循RAII原则（资源获取即初始化），或者是手动管理的原则：如果你 Create 了它，你就必须 Destroy 它。

修改HelloVulkanApp类

我们需要在类成员中添加VkInstance变量，并完善initVulkan和cleanup。

class HelloVulkanApp { public: void run() { initWindow(); initVulkan(); mainLoop(); cleanup(); } private: GLFWwindow* window; VkInstance instance; // <--- 新增成员变量 void initVulkan() { createInstance(); } void createInstance() { // 1. 应用信息 VkApplicationInfo appInfo{}; appInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_APPLICATION_INFO; appInfo.pApplicationName = "Hello Triangle"; appInfo.applicationVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0); appInfo.pEngineName = "No Engine"; appInfo.engineVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0); appInfo.apiVersion = VK_API_VERSION_1_0; // 2. 获取 GLFW 扩展 uint32_t glfwExtensionCount = 0; const char** glfwExtensions; glfwExtensions = glfwGetRequiredInstanceExtensions(&glfwExtensionCount); // 3. 实例创建信息 VkInstanceCreateInfo createInfo{}; createInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_INSTANCE_CREATE_INFO; createInfo.pApplicationInfo = &appInfo; createInfo.enabledExtensionCount = glfwExtensionCount; createInfo.ppEnabledExtensionNames = glfwExtensions; createInfo.enabledLayerCount = 0; // 暂时为 0 // 4. 创建实例 (检查结果) VkResult result = vkCreateInstance(&createInfo, nullptr, &instance); if (result != VK_SUCCESS) { throw std::runtime_error("failed to create instance!"); } } // ... mainLoop 保持不变 ... void cleanup() { // 注意顺序：先销毁 Vulkan 实例，再销毁 GLFW 窗口 vkDestroyInstance(instance, nullptr); // <--- 新增清理代码 glfwDestroyWindow(window); glfwTerminate(); } // ... initWindow 保持不变 ... };

运行与调试

将上述代码整合到你的main.cpp中并运行。

#define GLFW_INCLUDE_VULKAN #include <GLFW/glfw3.h> #include <iostream> #include <stdexcept> #include <cstdlib> const uint32_t WIDTH = 800; const uint32_t HEIGHT = 600; class HelloTriangleApplication { public: void run() { initWindow(); initVulkan(); mainLoop(); cleanup(); } private: GLFWwindow* window; VkInstance instance; void initWindow() { glfwInit(); glfwWindowHint(GLFW_CLIENT_API, GLFW_NO_API); glfwWindowHint(GLFW_RESIZABLE, GLFW_FALSE); window = glfwCreateWindow(WIDTH, HEIGHT, "Vulkan", nullptr, nullptr); } void initVulkan() { createInstance(); } void mainLoop() { while (!glfwWindowShouldClose(window)) { glfwPollEvents(); } } void cleanup() { vkDestroyInstance(instance, nullptr); glfwDestroyWindow(window); glfwTerminate(); } void createInstance() { VkApplicationInfo appInfo{}; appInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_APPLICATION_INFO; appInfo.pApplicationName = "Hello Triangle"; appInfo.applicationVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0); appInfo.pEngineName = "No Engine"; appInfo.engineVersion = VK_MAKE_VERSION(1, 0, 0); appInfo.apiVersion = VK_API_VERSION_1_0; VkInstanceCreateInfo createInfo{}; createInfo.sType = VK_STRUCTURE_TYPE_INSTANCE_CREATE_INFO; createInfo.pApplicationInfo = &appInfo; uint32_t glfwExtensionCount = 0; const char** glfwExtensions; glfwExtensions = glfwGetRequiredInstanceExtensions(&glfwExtensionCount); createInfo.enabledExtensionCount = glfwExtensionCount; createInfo.ppEnabledExtensionNames = glfwExtensions; createInfo.enabledLayerCount = 0; if (vkCreateInstance(&createInfo, nullptr, &instance) != VK_SUCCESS) { throw std::runtime_error("failed to create instance!"); } } }; int main() { HelloTriangleApplication app; try { app.run(); } catch (const std::exception& e) { std::cerr << e.what() << std::endl; return EXIT_FAILURE; } return EXIT_SUCCESS; }

• 成功：依然是一个黑框口，而且程序关闭时没有报错（退出代码为 0）。这意味着 Instance 创建成功，并且被正确销毁了。

• 失败：如果抛出了 "failed to create instance!" 异常，通常是因为显卡驱动不支持 Vulkan，或者在某些旧的集成显卡上需要更新驱动。

总结

我们今天完成了 Vulkan 开发中最基础的一步：

1. 理解了VkApplicationInfo和VkInstanceCreateInfo结构体。

2. 使用vkCreateInstance创建了句柄。

3. 使用vkDestroyInstance进行了资源清理。

虽然看起来还在原地踏步（还是那个黑窗口），但在后台，你的程序已经成功加载了 Vulkan 驱动并准备好大干一场了。

下一步预告

如果你现在写错了代码（比如传了空指针），程序会直接崩溃，没有任何提示。这在开发中是无法接受的。

下一篇，我们将引入 Vulkan 的守护神 ——校验层 (Validation Layers)。它会像严厉的老师一样，在你犯错时详细地告诉你错在哪里，而不是让你对着崩溃的程序发呆。

详见：Instance - Vulkan Tutorial