source/render/programdata.h

   1 #ifndef MSP_GL_PROGRAMDATA_H_
   2 #define MSP_GL_PROGRAMDATA_H_
   3
   4 #include <map>
   5 #include <stdexcept>
   6 #include <msp/datafile/objectloader.h>
   7 #include "datatype.h"
   8 #include "matrix.h"
   9 #include "program.h"
  10 #include "tag.h"
  11 #include "uniform.h"
  12 #include "vector.h"
  13
  14 namespace Msp {
  15 namespace GL {
  16
  17 class too_many_uniforms: public std::runtime_error
  18 {
  19 public:
  20         too_many_uniforms(const std::string &w): std::runtime_error(w) { }
  21         virtual ~too_many_uniforms() throw() { }
  22 };
  23
  24 class Buffer;
  25 class BufferBackedUniformBlock;
  26 class UniformBlock;
  27 struct Color;
  28
  29 /**
  30 Stores uniform variables for shader programs.  The uniforms are stored in a
  31 program-independent way, and UniformBlocks are created to match the uniform
  32 layouts of different programs.  If multiple programs have the same layout, the
  33 same block is used for them.
  34
  35 The class is optimized for an access pattern where the set of uniforms and
  36 programs stays constants, with only the values changing.
  37 */
  38 class ProgramData
  39 {
  40 public:
  41         class Loader: public DataFile::ObjectLoader<ProgramData>
  42         {
  43         public:
  44                 Loader(ProgramData &);
  45         private:
  46                 void uniform1i(const std::string &, int);
  47                 void uniform1f(const std::string &, float);
  48                 void uniform2i(const std::string &, int, int);
  49                 void uniform2f(const std::string &, float, float);
  50                 void uniform3i(const std::string &, int, int, int);
  51                 void uniform3f(const std::string &, float, float, float);
  52                 void uniform4i(const std::string &, int, int, int, int);
  53                 void uniform4f(const std::string &, float, float, float, float);
  54                 void uniform_array_(const std::string &, DataType, unsigned);
  55                 void uniform1i_array(const std::string &);
  56                 void uniform1f_array(const std::string &);
  57                 void uniform2i_array(const std::string &);
  58                 void uniform2f_array(const std::string &);
  59                 void uniform3i_array(const std::string &);
  60                 void uniform3f_array(const std::string &);
  61                 void uniform4i_array(const std::string &);
  62                 void uniform4f_array(const std::string &);
  63                 void uniform_array(const std::string &);
  64         };
  65
  66 private:
  67         class ArrayLoader: public DataFile::Loader
  68         {
  69         private:
  70                 DataType type;
  71                 unsigned element_size;
  72                 std::vector<char> data;
  73
  74         public:
  75                 ArrayLoader(DataType, unsigned);
  76
  77                 DataType get_data_type() const { return type; }
  78                 unsigned get_element_size() const { return element_size; }
  79                 const void *get_data() const { return &data[0]; }
  80                 unsigned get_size() const { return data.size()/(4*element_size); }
  81
  82         private:
  83                 void uniform(DataType, unsigned, const void *);
  84                 void uniform1i(int);
  85                 void uniform1f(float);
  86                 void uniform2i(int, int);
  87                 void uniform2f(float, float);
  88                 void uniform3i(int, int, int);
  89                 void uniform3f(float, float, float);
  90                 void uniform4i(int, int, int, int);
  91                 void uniform4f(float, float, float, float);
  92         };
  93
  94         typedef unsigned Mask;
  95
  96         enum
  97         {
  98                 MASK_BITS = sizeof(Mask)*8,
  99                 ALL_ONES = static_cast<Mask>(-1)
 100         };
 101
 102         struct TaggedUniform
 103         {
 104                 Tag tag;
 105                 Uniform *value;
 106
 107                 TaggedUniform();
 108
 109                 void replace_value(Uniform *);
 110         };
 111
 112         struct SharedBlock
 113         {
 114                 Program::LayoutHash block_hash;
 115                 Mask used;
 116                 Mask dirty;
 117                 UniformBlock *block;
 118                 union
 119                 {
 120                         UInt8 type_flag;
 121                         UInt8 values[16];
 122                         struct
 123                         {
 124                                 UInt8 type_flag;
 125                                 UInt8 *values;
 126                         } dynamic;
 127                 } indices;
 128
 129                 SharedBlock(Program::LayoutHash);
 130
 131                 const UInt8 *get_uniform_indices() const;
 132         };
 133
 134         struct ProgramBlock
 135         {
 136                 Program::LayoutHash prog_hash;
 137                 int bind_point;
 138                 int block_index;
 139                 union
 140                 {
 141                         UniformBlock *block;
 142                         struct
 143                         {
 144                                 Mask used;
 145                                 Mask dirty;
 146                         } masks;
 147                 };
 148
 149                 ProgramBlock(Program::LayoutHash);
 150         };
 151
 152         // XXX All these mutables are a bit silly, but I'm out of better ideas
 153         const Program *tied_program;
 154         std::vector<TaggedUniform> uniforms;
 155         unsigned generation;
 156         mutable std::vector<SharedBlock> blocks;
 157         mutable std::vector<ProgramBlock> programs;
 158         mutable BufferBackedUniformBlock *last_buffer_block;
 159         mutable Buffer *buffer;
 160         mutable Mask dirty;
 161
 162 public:
 163         ProgramData(const Program * = 0);
 164         ProgramData(const ProgramData &);
 165         ProgramData(const ProgramData &, const Program *);
 166         ProgramData &operator=(const ProgramData &);
 167         ~ProgramData();
 168
 169 private:
 170         void uniform(Tag, Uniform *);
 171         template<typename T, typename V>
 172         void uniform(Tag, V);
 173         template<typename T, typename V>
 174         void uniform_array(Tag, unsigned, V);
 175         bool validate_tag(Tag) const;
 176         void add_uniform(Tag, Uniform *);
 177         void mark_dirty(Mask);
 178 public:
 179         void uniform(Tag, const Uniform &);
 180         void uniform(Tag, int);
 181         void uniform(Tag, float);
 182         void uniform(Tag, int, int);
 183         void uniform(Tag, float, float);
 184         void uniform2(Tag, const int *);
 185         void uniform2(Tag, const float *);
 186         void uniform(Tag, int, int, int);
 187         void uniform(Tag, float, float, float);
 188         void uniform3(Tag, const int *);
 189         void uniform3(Tag, const float *);
 190         void uniform(Tag, int, int, int, int);
 191         void uniform(Tag, float, float, float, float);
 192         void uniform(Tag, const Color &);
 193         void uniform4(Tag, const int *);
 194         void uniform4(Tag, const float *);
 195         void uniform_matrix2(Tag, const float *);
 196         void uniform_matrix3x2(Tag, const float *);
 197         void uniform_matrix4x2(Tag, const float *);
 198         void uniform_matrix2x3(Tag, const float *);
 199         void uniform_matrix3(Tag, const float *);
 200         void uniform_matrix4x3(Tag, const float *);
 201         void uniform_matrix2x4(Tag, const float *);
 202         void uniform_matrix3x4(Tag, const float *);
 203         void uniform(Tag, const Matrix &);
 204         void uniform_matrix4(Tag, const float *);
 205         void uniform_array(Tag, unsigned, const int *);
 206         void uniform_array(Tag, unsigned, const float *);
 207         void uniform1_array(Tag, unsigned, const int *);
 208         void uniform1_array(Tag, unsigned, const float *);
 209         void uniform2_array(Tag, unsigned, const int *);
 210         void uniform2_array(Tag, unsigned, const float *);
 211         void uniform3_array(Tag, unsigned, const int *);
 212         void uniform3_array(Tag, unsigned, const float *);
 213         void uniform4_array(Tag, unsigned, const int *);
 214         void uniform4_array(Tag, unsigned, const float *);
 215         void uniform_matrix2_array(Tag, unsigned, const float *);
 216         void uniform_matrix3x2_array(Tag, unsigned, const float *);
 217         void uniform_matrix4x2_array(Tag, unsigned, const float *);
 218         void uniform_matrix2x3_array(Tag, unsigned, const float *);
 219         void uniform_matrix3_array(Tag, unsigned, const float *);
 220         void uniform_matrix4x3_array(Tag, unsigned, const float *);
 221         void uniform_matrix2x4_array(Tag, unsigned, const float *);
 222         void uniform_matrix3x4_array(Tag, unsigned, const float *);
 223         void uniform_matrix4_array(Tag, unsigned, const float *);
 224
 225         template<typename T, unsigned N>
 226         void uniform(Tag, const LinAl::Vector<T, N> &);
 227
 228         template<typename T, unsigned R, unsigned C>
 229         void uniform(Tag, const LinAl::Matrix<T, R, C> &);
 230
 231         template<typename T, unsigned N>
 232         void uniform_array(Tag, unsigned, const LinAl::Vector<T, N> *);
 233
 234         template<typename T, unsigned R, unsigned C>
 235         void uniform_array(Tag, unsigned, const LinAl::Matrix<T, R, C> *);
 236
 237         void remove_uniform(Tag);
 238
 239         unsigned get_generation() const { return generation; }
 240
 241         std::vector<Tag> get_uniform_tags() const;
 242         const Uniform &get_uniform(Tag) const;
 243         const Uniform *find_uniform(Tag) const;
 244
 245 private:
 246         int find_uniform_index(Tag) const;
 247         std::vector<ProgramBlock>::iterator get_program(const Program &) const;
 248         void update_block_uniform_indices(SharedBlock &, const Program::UniformBlockInfo &) const;
 249         void update_block(SharedBlock &, const Program::UniformBlockInfo &) const;
 250
 251 public:
 252         /** Applies uniform blocks for the currently bound program, creating them
 253         if needed. */
 254         void apply() const;
 255 };
 256
 257 template<typename T, unsigned N>
 258 void ProgramData::uniform(Tag tag, const LinAl::Vector<T, N> &v)
 259 { uniform<UniformVector<T, N> >(tag, &v.x); }
 260
 261 template<typename T, unsigned R, unsigned C>
 262 void ProgramData::uniform(Tag tag, const LinAl::Matrix<T, R, C> &v)
 263 { uniform<UniformMatrix<T, R, C> >(tag, &v(0, 0)); }
 264
 265 template<typename T, unsigned N>
 266 void ProgramData::uniform_array(Tag tag, unsigned n, const LinAl::Vector<T, N> *v)
 267 { uniform_array<UniformVector<T, N> >(tag, n, &v[0].x); }
 268
 269 template<typename T, unsigned R, unsigned C>
 270 void ProgramData::uniform_array(Tag tag, unsigned n, const LinAl::Matrix<T, R, C> *v)
 271 { uniform_array<UniformMatrix<T, R, C> >(tag, n, &v[0](0, 0)); }
 272
 273 } // namespace GL
 274 } // namespace Msp
 275
 276 #endif