【C++】ImGui：极简化的立即模式GUI开发

如果你是GUI开发的新手，或想试试轻量级、易集成的GUI库，ImGui（即时模式图形用户界面）是个不错的选择。它以简洁的API、跨平台的兼容性和卓越的性能，受到许多开发者的喜爱。无论是为C++项目添加调试界面，还是构建完整应用，ImGui都能满足你的需求。

本教程将从零开始，帮助你了解ImGui的基本概念，学习如何设置开发环境，理解项目结构，并通过简单的示例项目掌握其使用方法。让我们开始吧！

什么是ImGui

ImGui是一个即时模式GUI库，这意味着它不需要像传统GUI库那样维护复杂的对象层次或事件循环。相反，ImGui允许你在每一帧中直接绘制和更新界面元素，这种方式非常直观，特别适合于游戏开发、工具开发和实时应用。

ImGui的优点：

• 轻量级：ImGui的代码库非常小，易于集成到现有项目中。
• 高性能：ImGui的设计使其在渲染大量界面元素时仍能保持流畅。
• 跨平台：ImGui支持Windows、macOS、Linux等多种操作系统。
• 易于使用：ImGui的API简单直观，学习曲线平缓。
• 高度可定制：你可以轻松地调整ImGui的样式和行为，以适应你的项目需求。

环境准备

在开始编写ImGui代码之前，你需要准备好以下开发环境和工具。请确保你已经安装了以下软件：

• C++编译器：本教程使用MinGW（Minimalist GNU for Windows）作为编译器，但你也可以使用其他支持C++17的编译器，如Visual Studio、Clang等。
• CMake：CMake是一个跨平台的构建工具，用于生成Makefile或项目文件，版本要求3.20或更高。
• Git：用于下载ImGui和GLFW的源代码。
• OpenGL：ImGui使用OpenGL进行渲染，因此你的系统需要支持OpenGL 3.0或更高版本。
• 文本编辑器或IDE：如Visual Studio Code、CLion、Sublime Text等，用于编写和编辑代码。

提示：本教程不会提供具体安装步骤，请根据你的操作系统和偏好，自行安装和配置上述工具。

项目结构

在开始编写代码之前，了解项目的文件组织方式非常重要。我们的示例项目结构非常简单，所有文件都平铺在项目根目录下：

my_imgui_project/
├── CMakeLists.txt
├── main.cpp
└── Application.hpp

• CMakeLists.txt：CMake配置文件，负责下载依赖库（如ImGui和GLFW）、配置编译选项和生成可执行文件。
• main.cpp：主程序文件，包含GLFW和ImGui的初始化、主循环和清理代码。
• Application.hpp：头文件，定义了ImGui界面的绘制逻辑。

这种平铺结构适合小型项目，易于管理和理解。

CMake配置

CMakeLists.txt是项目的核心配置文件，它告诉CMake如何构建项目。它的主要作用包括：

• 设置CMake最低版本和项目名称。
• 指定C++标准（本项目使用C++17）。
• 配置编译选项（如MinGW的静态链接）。
• 自动下载和集成GLFW和ImGui库。
• 生成可执行文件并链接必要的库（如OpenGL）。

具体的CMakeLists.txt内容请参考项目文件，这里我们只关注其作用：它简化了项目的构建过程，让你专注于代码编写。

# 设置最低 CMake 版本要求
cmake_minimum_required(VERSION 3.20)
# 定义项目名称
project(my_imgui_project)# 设置 C++ 标准并强制要求
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)# 如果使用 MinGW，启用静态链接
if(MINGW)add_link_options(-static -static-libgcc -static-libstdc++)
endif()# 引入 FetchContent 模块
include(FetchContent)# 下载并配置 GLFW（静态库）
FetchContent_Declare(glfwGIT_REPOSITORY https://github.com/glfw/glfwGIT_TAG 3.3.8
)
set(GLFW_BUILD_EXAMPLES OFF CACHE BOOL "" FORCE)
set(GLFW_BUILD_TESTS OFF CACHE BOOL "" FORCE)
set(GLFW_BUILD_DOCS OFF CACHE BOOL "" FORCE)
FetchContent_MakeAvailable(glfw)# 下载并配置 ImGui
FetchContent_Declare(imguiGIT_REPOSITORY https://github.com/ocornut/imguiGIT_TAG v1.89.9
)
FetchContent_MakeAvailable(imgui)# 定义 ImGui 源文件并创建静态库
file(GLOB IMGUI_SOURCES"${imgui_SOURCE_DIR}/*.cpp""${imgui_SOURCE_DIR}/backends/imgui_impl_glfw.cpp""${imgui_SOURCE_DIR}/backends/imgui_impl_opengl3.cpp"
)
add_library(imgui STATIC ${IMGUI_SOURCES})
target_include_directories(imgui PUBLIC ${imgui_SOURCE_DIR} ${imgui_SOURCE_DIR}/backends)
target_link_libraries(imgui PUBLIC glfw)# 创建可执行文件，所有源文件平铺在根目录
add_executable(${PROJECT_NAME} WIN32 main.cpp)# 链接库（Windows 下添加 gdi32 以确保兼容性）
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE imgui glfw opengl32 $<$<PLATFORM_ID:Windows>:gdi32>)

代码解析

Application.hpp

Application.hpp是项目的头文件，负责定义ImGui界面的绘制逻辑。它被包含在main.cpp中，并在主循环中调用。

#pragma once  #include <imgui.h>  namespace app {  // Render 函数：负责绘制 ImGui 界面  inline void Render() {  // 开始一个新的 ImGui 窗口  ImGui::Begin("Made By Touken", nullptr, ImGuiWindowFlags_NoResize | ImGuiWindowFlags_NoCollapse | ImGuiWindowFlags_NoTitleBar | ImGuiWindowFlags_NoMove);// 获取当前窗口的大小  ImVec2 windowSize = ImGui::GetIO().DisplaySize;  // 设置窗口的大小和位置  ImGui::SetWindowSize(windowSize);  ImGui::SetWindowPos(ImVec2(0, 0));  // 显示一段简单的文本  ImGui::Text("This is a minimal ImGui application.");  // 结束当前窗口  ImGui::End();  }  
}  

代码解析：

• #include <imgui.h>：包含ImGui的头文件，提供ImGui的核心功能。
• namespace app：使用命名空间封装代码，避免命名冲突。
• inline void Render()：定义一个内联函数，负责绘制界面。
• ImGui::Begin("Hello, world!")：创建一个标题为"Hello, world!"的窗口。
• ImGui::Text(...)：在窗口中显示文本。
• ImGui::End()：结束窗口的绘制。

这个文件展示了ImGui的核心思想：通过简单的函数调用快速构建界面。

main.cpp

main.cpp是项目的入口文件，负责初始化GLFW和ImGui，运行主循环，并在程序结束时清理资源。

#include <imgui.h>
#include <imgui_impl_glfw.h>
#include <imgui_impl_opengl3.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include "Application.hpp"// 主函数，程序入口
int main() {// 初始化 GLFW 库if (!glfwInit()) {return -1; // 初始化失败则退出}// 创建一个 1280x720 的窗口GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(1280, 720, "ImGui GLFW OpenGL3 Example", nullptr, nullptr);if (!window) {glfwTerminate(); // 创建失败则清理并退出return -1;}// 将当前窗口的 OpenGL 上下文设置为活动状态glfwMakeContextCurrent(window);// 初始化 ImGuiIMGUI_CHECKVERSION(); // 检查 ImGui 版本ImGui::CreateContext(); // 创建 ImGui 上下文ImGuiIO& io = ImGui::GetIO(); (void)io; // 获取 IO 对象ImGui::StyleColorsDark(); // 设置暗色主题ImGui_ImplGlfw_InitForOpenGL(window, true); // 初始化 GLFW 后端ImGui_ImplOpenGL3_Init("#version 130"); // 初始化 OpenGL3 后端// 主循环，直到窗口关闭while (!glfwWindowShouldClose(window)) {// 处理 GLFW 事件（如键盘、鼠标输入）glfwPollEvents();// 开始新的一帧ImGui_ImplOpenGL3_NewFrame();ImGui_ImplGlfw_NewFrame();ImGui::NewFrame();// 调用封装的 Render 函数绘制界面app::Render();// 渲染 ImGui 内容ImGui::Render();int display_w, display_h;glfwGetFramebufferSize(window, &display_w, &display_h); // 获取窗口大小glViewport(0, 0, display_w, display_h); // 设置 OpenGL 视口glClearColor(0.45f, 0.55f, 0.60f, 1.00f); // 设置背景颜色glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); // 清除颜色缓冲区ImGui_ImplOpenGL3_RenderDrawData(ImGui::GetDrawData()); // 渲染 ImGui 数据// 交换前后缓冲区，显示渲染结果glfwSwapBuffers(window);}// 清理资源ImGui_ImplOpenGL3_Shutdown();ImGui_ImplGlfw_Shutdown();ImGui::DestroyContext();glfwDestroyWindow(window);glfwTerminate();return 0;
}

代码解析：

• GLFW初始化：
  • glfwInit()：初始化GLFW库。
  • glfwCreateWindow()：创建1280x720的窗口。
  • glfwMakeContextCurrent()：激活窗口的OpenGL上下文。
• ImGui初始化：
  • ImGui::CreateContext()：创建ImGui上下文。
  • ImGui::StyleColorsDark()：设置暗色主题。
  • ImGui_ImplGlfw_InitForOpenGL()和ImGui_ImplOpenGL3_Init()：初始化GLFW和OpenGL3后端。
• 主循环：
  • glfwPollEvents()：处理用户输入事件。
  • ImGui::NewFrame()等：准备新的一帧。
  • app::Render()：绘制ImGui界面。
  • glClear()和ImGui_ImplOpenGL3_RenderDrawData()：渲染界面到屏幕。
  • glfwSwapBuffers()：显示渲染结果。
• 清理：按顺序关闭ImGui和GLFW，释放资源。

构建和运行

要构建和运行项目，请按照以下步骤操作：

1. 打开终端，进入项目根目录。

2. 创建build文件夹并进入：

mkdir build
cd build

3. 使用CMake生成Makefile：

cmake -G "MinGW Makefiles" ..

4. 编译项目：

mingw32-make

5. 运行可执行文件：

./my_imgui_project.exe

成功运行后，你将看到一个简单的ImGui窗口，显示"Hello, world!"和一段文本。

扩展和学习

你已经完成了ImGui的入门！接下来可以尝试：

• 在Render()中添加按钮、滑块等控件。
• 修改ImGui::StyleColorsDark()为其他样式。
• 响应用户输入，实现交互功能。
• 查看ImGui官方文档，学习更多高级用法。

通过实践和探索，你将逐渐掌握ImGui的强大功能。祝你学习愉快！