因为有点小野心，想写个可以在Linux下跑的渲染库，于是就费了点功夫研究Ubuntu下OpenGL的开发。但是，由于完全没有Ubuntu下开发的经验，遇到了各种问题，折腾了一阵子，总算是有点收获，写篇文章分享一下。
由于笔者水平有限，文章中若有什么纰漏，请路过的读者指出！
基础知识
与Windows不同，linux的内核没有图形界面的代码，它的界面只是运行在操作系统上的一个软件而已。也就是说，即便把这个界面关掉，系统仍然在运行，你还能再打开这个界面，这对windows来说是不可想象的，因为在windows下，图形界面是系统不可分割的一部分。
于是，在Linux上，实现了一种名为X窗口系统的东西来模拟窗口界面。X窗口系统是基于X协议实现的。所谓的协议，相当于一种语言，你必须要理解并且遵守语言的规则才能沟通，比如http协议，客户端与服务器必须都采用http协议的规范发送、接收、解析数据，才能有绚丽的网页呈现在我们面前。Linux下的窗口与这个过程及其类似，它也是一种客户端/服务器（C/S）结构。不同的是，这个服务器和客户端是在一台机器上。于是，在Linux下进行窗口编程的时候，你会看到很多XServer，XClient的字眼，说的就是实现X协议的服务器与客户端。
窗口实现
开始写代码前，先做一个准备工作：安装xcb库。Ubuntu下的安装命令是：sudo apt-get install libxcb1-dev。
从编程的角度上看，Linux把窗口的显示抽象成了这些概念：连接（connect），窗口（window），屏幕（screen），上下文（context）和事件（event）。
- 连接（connext）：一个xcb_connection_t对象，表示X客户端与X服务器之间的连接。我们创建的是X客户端，客户端需要把绘制指令发送给服务器，所以必须要有一个与服务器之间的连接。
- 窗口（window）：一个xcb_window_t对象，这个不用多说，字面上的意思。
- 屏幕（screen）：一个xcb_screen_t对象，我的理解就是物理意义上的屏幕，也就是显示器，可以通过枚举来找到所有连接的显示器。
- 上下文（context）：一个xcb_gcontext_t对象，这是与窗口关联的绘制环境，类似于Windows下的DC，所有的绘制都是在上下文上进行绘制。
- 事件（event）：一个xcb_generic_event_t对象，将用户的每一个操作都当成一个事件进行处理，类似于Windows下的消息。
实现的流程是：
1、创建连接。
2、获取屏幕（需要用到连接）。
3、创建上下文（需要用到屏幕的根窗口）。
4、创建我们要用的窗口（需要用到屏幕）。
5、映射窗口和连接（需要用到窗口和连接）。
6、监听并且处理事件（需要用到连接、窗口和上下文）。
完整代码如下所示：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <xcb/xcb.h>
int main(void) {
xcb_connection_t *pConn;
xcb_screen_t *pScreen;
xcb_window_t window;
xcb_gcontext_t foreground;
xcb_gcontext_t background;
xcb_generic_event_t *pEvent;
uint32_t mask = 0;
uint32_t values[2];
uint8_t isQuit = 0;
char title[] = "Hello, Engine!";
char title_icon[] = "Hello, Engine! (iconified)";
/* 第一步：创建连接 */
// 建立与X服务器的连接
pConn = xcb_connect(0, 0);
/* 第二步：获取屏幕 */
// xcb_get_setup函数用于从X服务器获取数据，获取的数据包括服务器支持的图像格式，
// 可显示的屏幕列表，可用的视觉效果列表，服务器的最大请求长度等等
// xcb_setup_roots_iterator函数只查到原型，没有函数的说明，从函数名和使用方式
// 上看，应该是查找数据用的。
pScreen = xcb_setup_roots_iterator(xcb_get_setup(pConn)).data;
/* 第三步：创建上下文 */
// 先获取根窗口
window = pScreen->root;
// 创建前景上下文（黑色）
foreground = xcb_generate_id(pConn); // 生成上下文的ID
mask = XCB_GC_FOREGROUND | XCB_GC_GRAPHICS_EXPOSURES; // 上下文的用途，前景&需要事件
values[0] = pScreen->black_pixel; // 填充颜色（黑色）
values[1] = 0; // 结束标志
xcb_create_gc(pConn, foreground, window, mask, values); // 创建上下文
// 创建背景上下文（白色）
background = xcb_generate_id(pConn); // 生成上下文ID
mask = XCB_GC_BACKGROUND | XCB_GC_GRAPHICS_EXPOSURES; // 上下文用途，前景&需要事件
values[0] = pScreen->white_pixel; // 填充颜色（白色）
values[1] = 0; // 结束标志
xcb_create_gc(pConn, background, window, mask, values); // 创建上下文
/* 第四步：创建窗口 */
window = xcb_generate_id(pConn); // 创建窗口ID
mask = XCB_CW_BACK_PIXEL | XCB_CW_EVENT_MASK; // 覆盖BackPixmap，需要指定的事件
values[0] = pScreen->white_pixel; // 白色填充
values[1] = XCB_EVENT_MASK_EXPOSURE | XCB_EVENT_MASK_KEY_PRESS; // 需要EXPOSE事件和按键事件
xcb_create_window (pConn, // 连接
XCB_COPY_FROM_PARENT, // 深度值
window, // 窗口ID
pScreen->root, // 父窗口，屏幕的根窗口
20, 20, // x，y坐标
640, 480, // 宽度，高度
10, // 边缘宽度
XCB_WINDOW_CLASS_INPUT_OUTPUT, // 要么是0，要么是一些指定的值
pScreen->root_visual, // 视觉效果，暂时不知道是啥玩意
mask, values); // 需要的功能与值设定
// 设置窗口名
xcb_change_property(pConn, XCB_PROP_MODE_REPLACE, window,
XCB_ATOM_WM_NAME, XCB_ATOM_STRING, 8,
strlen(title), title);
// 设置窗口图标
xcb_change_property(pConn, XCB_PROP_MODE_REPLACE, window,
XCB_ATOM_WM_ICON_NAME, XCB_ATOM_STRING, 8,
strlen(title_icon), title_icon);
/* 第五步：关联窗口和连接 */
xcb_map_window(pConn, window);
xcb_flush(pConn); // 刷新
/* 第六步：处理事件 */
while((pEvent = xcb_wait_for_event(pConn)) && !isQuit) {
switch(pEvent->response_type & ~0x80) {
case XCB_EXPOSE: // 绘制或重绘窗口
{
xcb_rectangle_t rect = { 20, 20, 60, 80 };
xcb_poly_fill_rectangle(pConn, window, foreground, 1, &rect); // 绘制一块矩形区域
xcb_flush(pConn); // 刷新
}
break;
case XCB_KEY_PRESS: // 按键
isQuit = 1;
break;
}
free(pEvent);
}
xcb_disconnect(pConn); // 断开连接
return 0;
}
完成代码，保存成.c文件（比如helloengine_xcb.c）。用gcc helloengine_xcb.c -lxcb -o helloengine_xcb命令构建，或者如果你用clang编译器的话使用clang -lxcb -o helloengine_xcb helloengine_xcb.c命令构建，就可以看到生成的可执行文件helloengine.xcb.out。运行文件，得到如下的结果：
OpenGL绘制
纯种的OpenGL绘制方式使用的是GLX库。GLX（全称OpenGL Extension to the X Window System，X窗口系统的OpenGL扩展）是OpenGL和X窗口系统的一个桥梁，它提供了用OpenGL在X窗口绘制的接口。GLX本身使用Xlib库做窗口创建等工作，它出现的时候还没有xcb这东西，xcb的出现本身就是为了代替Xlib，但是目前还没有基于xcb的GLX，所以我们的OpenGL绘制将会使用Xlib创建窗口。（也就是说上面的代码我们用不到-_-）
画布——Drawable
在X系统中，一个可以渲染的表面被称为一个Drawable（因为没有找到什么中文词语能够准确表达它的意思，所以还是用英文称呼最准确）。X系统提供了两种不同的Drawable：Window和Pixmap。GLX把Window封装成了GLXWindow，把Pixmap封装成GLXPixmap。要理解这个Drawable，最好的方法就是将它类比成画布，所谓的渲染就是在画布上作画，清晰、准确而且简单。
不管是GLXWindow还是GLXPixmap，在创建的时候都需要一个GLXFBConfig来说明这块画布是什么样的，也就是画布的属性。画布的属性包括颜色缓冲区的深度以及辅助缓冲区的类型、质量、大小等等。
为了兼容GLX1.2以及之前的版本，还有一种Drawable类型——Window，注意这不是GLX封装过后的GLXWindow，而是原始的Window。于是，GLXDrawable包括四种Drawable：GLXWindow、GLXPixmap、GLXPBuffer（对我们不重要，忽略之）以及Window。在X系统中，Window是与Visual结构相关的，可以通过Visual结构创建。
关于Visual，XVisualInfo，以及GLXFBConfig
早期X窗口系统使用Visual封装相关的颜色属性值（例如颜色类型，颜色深度），这时候OpenGL还没出世。
当OpenGL出来之后，就弄出了一个XVisualInfo来扩展Visual，添加了更多的功能，比如辅助缓冲区，双缓冲区等。这个XVisualInfo被用来创建OpenGL上下文。
1998年，GLX的1.3版出世，为了支持更多的功能（透明度，多重采样，样本缓冲区等等），就需要往里面加更多的东西，但是这些属性已经和视觉效果（Visual）关系不大了，于是就用推出了GLXFBconfig。
所以，到现在，最稳妥的方式是使用GLXFBConfig来创建OpenGL上下文，但是你还是可以从FBConfig中获取到Visual信息。
绘画工具——Render Context
RenderContext的中文翻译是渲染上下文，我认为将它理解成绘画工具比较贴切。渲染上下文就是一系列已经存在的绘画工具，这些工具叫状态。设置好状态之后就可以绘制了。绘画工具和画布的属性必须要匹配，具体来说就是：
- 支持相同类型的渲染（RGBA或者颜色索引）
- 颜色缓冲区和辅助缓冲区的深度相同（RGB分量的尺寸大小要一样）
- 都由一种X屏幕创建
只要画布与绘画工具兼容，那么多个绘画工具（上下文）可以绘制到一张画布（Drawable）上，同样，一个绘画工具可以绘制到多张画布上。
在实际的代码中，我们首先要创建的是和XServer的连接，这个连接在代码里的名字是Display。很容易引起误解的一个名字，我们要知道它就是与X服务器的连接。
使用OpenGL的绘制过程包括：
1、创建连接
2、选择合适的显示配置（需要用到连接）
3、创建窗口（需要用到连接和配置）
4、映射窗口（需要用到连接和窗口）
5、创建上下文（需要用到连接，配置）
6、关联窗口和上下文（需要用到连接，窗口，配置）
7、绘制
完整的可运行代码如下所示：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <X11/Xlib.h>
#include <X11/Xutil.h>
#include <GL/gl.h>
#include <GL/glx.h>
#define GLX_CONTEXT_MAJOR_VERSION_ARB 0x2091
#define GLX_CONTEXT_MINOR_VERSION_ARB 0x2092
typedef GLXContext (* glXCreateContextAttribsARBProc) (Display*, GLXFBConfig, GLXContext, Bool, const int*);
int main (int argc, char* argv[])
{
// The XOpenDisplay() function returns a Display structure that serves as the connection
// to the X server and that contains all the information about that X server.
// Display这个东西，与之前所讲的那些都不同，它更像是一个画布和绘画工具集合。所有的东西都和它有关，需要通过它来创建，状态也会保存在它里面。
Display* display = XOpenDisplay(NULL);
if (!display)
{
printf("Failed to open X display\n");
exit(1);
}
// FBConfigs were added in GLX version 1.3
// 确保你的GLX版本在1.3之上
int glx_major, glx_minor;
if ( !glXQueryVersion( display, &glx_major, &glx_minor ) ||
( ( glx_major == 1 ) && ( glx_minor < 3 ) ) || ( glx_major < 1 ) )
{
printf("Invalid GLX version");
exit(1);
}
// Get a matching FB config
// A list of attribute/value pairs.
// 我们需要的显示属性，一会查查系统中有没有满足要求的
static int visual_attribs[] =
{
GLX_X_RENDERABLE, True, // If drawables can be renderd to by X.
GLX_DRAWABLE_TYPE, GLX_WINDOW_BIT, // Indicating what drawable types the frame buffer configuration supports. GLX_WINDOW_BIT, GLX_PIXMAP_BIT, GLX_PBUFFER_BIT
GLX_RENDER_TYPE, GLX_RGBA_BIT, // Indicating what type of GLX contexts can be made current to the frame buffer configuration. GLX_RGBA_BIT, GLX_COLOR_INDEX_BIT
GLX_X_VISUAL_TYPE, GLX_TRUE_COLOR, // Visual type of associated visual.
GLX_RED_SIZE, 8,
GLX_GREEN_SIZE, 8,
GLX_BLUE_SIZE, 8,
GLX_ALPHA_SIZE, 8,
GLX_DEPTH_SIZE, 24,
GLX_STENCIL_SIZE, 8,
GLX_DOUBLEBUFFER, True,
None
};
printf( "Getting matching framebuffer configs\n" );
int fbcount;
GLXFBConfig* fbc = glXChooseFBConfig(display, DefaultScreen(display), visual_attribs, &fbcount); // 找找有没有满足要求的配置
if (!fbc)
{
printf( "Failed to retrieve a framebuffer config\n" );
exit(1);
}
printf( "Found %d matching FB configs.\n", fbcount );
GLXFBConfig bestFbc = fbc[0]; // 找一个配置保存
// Be sure to free the FBConfig list allocated by glXChooseFBConfig()
XFree( fbc );
// Get a visual
// 获取视觉效果信息
XVisualInfo *vi = glXGetVisualFromFBConfig( display, bestFbc );
printf( "Chosen visual ID = 0x%x\n", vi->visualid );
printf("Creating colormap\n");
// 窗口属性，最重要的是颜色，必须创建与视觉效果匹配的颜色属性，这在创建Window的时候有用
XSetWindowAttributes swa;
Colormap cmap;
swa.colormap = cmap = XCreateColormap(display,
RootWindow(display, vi->screen),
vi->visual, AllocNone);
swa.background_pixmap = None;
swa.border_pixel = 0;
swa.event_mask = StructureNotifyMask;
printf("Creating window\n");
Window win = XCreateWindow(display, RootWindow(display, vi->screen),
0, 0, 100, 100, 0, vi->depth, InputOutput,
vi->visual,
CWBorderPixel | CWColormap | CWEventMask, &swa);
if (!win)
{
printf("Failed to create window.\n");
exit(1);
}
// Done with the visual info data
XFree (vi); // 释放获取的视觉效果信息
XStoreName(display, win, "GL 3.0 Window");
printf("Mapping window\n");
XMapWindow(display, win);
// NOTE:It is note necessary to create or make current to a context before
// calling glXGetProcAddressARB
// 获取创建上下文的函数地址
glXCreateContextAttribsARBProc glXCreateContextAttribsARB = 0;
glXCreateContextAttribsARB = (glXCreateContextAttribsARBProc)
glXGetProcAddressARB((const GLubyte*)"glXCreateContextAttribsARB");
GLXContext ctx = 0;
int context_attribs[] =
{
GLX_CONTEXT_MAJOR_VERSION_ARB, 3,
GLX_CONTEXT_MINOR_VERSION_ARB, 0,
None
};
printf("Creating context 3.0\n");
// 创建上下文
ctx = glXCreateContextAttribsARB(display, bestFbc, 0, True, context_attribs);
// Sync to ensure any errors generated are processed.
XSync(display, False);
if (ctx == 0)
{
printf("Can't create GL 3.0 context.\n");
exit(1);
}
// Sync to ensure any errors generated are processed.
XSync(display, False);
printf("Draw with context\n");
glXMakeCurrent(display, win, ctx);
glClearColor(0, 0.5, 1, 1);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glXSwapBuffers(display, win);
sleep(1);
glClearColor(1, 0.5, 0, 1);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glXSwapBuffers(display, win);
sleep(1);
glXMakeCurrent(display, 0, 0);
glXDestroyContext(display, ctx);
XDestroyWindow(display, win);
XFreeColormap(display, cmap);
XCloseDisplay(display);
return 0;
}
在编译前，首先需要安装OpenGL的运行环境，需要安装两个库：libgl1-mesa-dev和Xlib，命令是sudo apt install libgl1-mesa-dev Xlib。
安装完成后，使用g++ -o helloengine_openglxlib helloengine_openglxlib.cpp -lGL -lX11命令来编译代码，-o后接的是输出的可执行文件名，你可以随便取名字；再后面是代码文件名，之后跟的是链接库的名字（GL和X11）。这里解释一下X11是什么，所谓的X11就是X协议的第11个版本，也就是说11只不过是版本号而已。
运行helloengine_openglxlib，我们得到了如下的结果：
总结
一开始写代码的时候非常不适应，不仅是对开发环境，对这些结构名、类名都不熟悉，导致敲代码频频敲错，然后编译的时候各种报错。但是，多敲几遍，多看几遍之后慢慢就熟悉了，渐渐的就有了“代码感”。下面列出的参考资料里推荐阅读linux图形界面编程基础知识和OpenGL® Graphics with the X Window System®加深对Linux和Linux下OpenGL编程的理解，非常有用，强烈推荐！
参考资料
XCB: XCB Core API
XCB-WikiPedia
从零开始手敲次世代游戏引擎（九）
GLX-Wikipedia
有关纯xcb的glx的讨论
linux图形界面编程基础知识
Tutorial: OpenGL 3.0 Context Creation (GLX)
OpenGL® Graphics with the X Window System®
What's the difference between a GLX visual and a FBconfig?
