feat: implement descriptor heap with thread-safe allocation

D3D12 Resources:
- Add descriptor_handle struct with CPU/GPU handles
- Add descriptor_heap class for descriptor management
- Implement allocate() and free() methods
- Add mutex for thread-safe access
- Support all D3D12 descriptor heap types

D3D12 Core:
- Add device() function to expose main device
- Add release() template function for COM objects

Documentation:
- Add changelog for descriptor heap implementation
- Update D3D12 Wiki with descriptor heap section
- Mark descriptor heap task as completed
This commit is contained in:
SpecialX
2026-03-30 14:03:16 +08:00
parent f1584ec3c6
commit 54916b0ac6
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@@ -0,0 +1,212 @@
# 变更记录:描述符堆实现
**提交日期**: 2026-03-30
**提交哈希**: `a03c544`
**变更类型**: 功能实现
---
## 变更概述
本次提交实现了 D3D12 描述符堆Descriptor Heap管理类提供描述符的分配和释放功能支持多线程安全访问。
## 新增文件
### Engine/Graphics/Direct3D12/
| 文件 | 说明 |
|------|------|
| `D3D12Resources.h` | 描述符句柄和描述符堆类定义 |
| `D3D12Resource.cpp` | 描述符堆实现 |
## 修改文件
| 文件 | 变更说明 |
|------|----------|
| `D3D12Core.h` | 添加 `device()` 函数声明和 `release` 模板函数 |
| `D3D12Core.cpp` | 添加 `device()` 函数实现 |
| `D3D12CommonHeader.h` | 添加 `<mutex>` 头文件 |
---
## 技术要点
### 1. descriptor_handle 结构
```cpp
struct descriptor_handle
{
D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE cpu{}; // CPU 句柄
D3D12_GPU_DESCRIPTOR_HANDLE gpu{}; // GPU 句柄(着色器可见时有效)
constexpr bool is_valid() const { return cpu.ptr != 0; }
constexpr bool is_shader_visible() const { return gpu.ptr != 0; }
};
```
**设计要点**
- 封装 CPU 和 GPU 双句柄
- 提供有效性检查方法
- DEBUG 模式下记录容器和索引用于调试
### 2. descriptor_heap 类
```cpp
class descriptor_heap
{
public:
explicit descriptor_heap(const D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE type);
bool initialize(u32 capacity, bool is_shader_visible);
void release();
descriptor_handle allocate(); // 分配描述符
void free(descriptor_handle handle); // 释放描述符
// 访问器
constexpr ID3D12DescriptorHeap* heap() const;
constexpr D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE cpu_start() const;
constexpr D3D12_GPU_DESCRIPTOR_HANDLE gpu_start() const;
constexpr bool is_shader_visible() const;
private:
ID3D12DescriptorHeap* _heap;
D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE _cpu_start{};
D3D12_GPU_DESCRIPTOR_HANDLE _gpu_start{};
std::unique_ptr<u32[]> _free_handles{}; // 空闲句柄池
std::mutex _mutex; // 线程安全
u32 _capacity{0};
u32 _size{0};
u32 _descriptor_size{0};
const D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE _type;
};
```
### 3. 描述符堆类型
| 类型 | 用途 | 着色器可见 |
|------|------|------------|
| `D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV` | 常量缓冲区、着色器资源、无序访问 | 可选 |
| `D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_SAMPLER` | 采样器 | 可选 |
| `D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_RTV` | 渲染目标视图 | 否 |
| `D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_DSV` | 深度模板视图 | 否 |
### 4. 内存模型
```
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ Shader-Visible 描述符堆 (GPU 显存) │
│ ┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐ │
│ │ 0 │ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │...│ │ │ │ │
│ └───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘ │
│ ↑ │
│ _cpu_start / _gpu_start │
└─────────────────────────────────────────────────────┘
_free_handles[] = [0, 1, 2, 3, 4, 5, ...] // 空闲索引池
_size = 0 // 已分配数量
```
### 5. 分配算法
```cpp
descriptor_handle allocate()
{
std::lock_guard lock(_mutex); // 线程安全
const u32 index = _free_handles[_size]; // 取空闲索引
const u32 offset = index * _descriptor_size; // 计算偏移
++_size; // 递增已分配数量
descriptor_handle handle{};
handle.cpu.ptr = _cpu_start.ptr + offset; // CPU 句柄
if(is_shader_visible())
handle.gpu.ptr = _gpu_start.ptr + offset; // GPU 句柄
return handle;
}
```
### 6. 线程安全
```cpp
std::mutex _mutex; // 保护并发访问
// 使用 lock_guard 保护
std::lock_guard lock(_mutex);
```
描述符堆可能被多个线程并发访问(资源创建/销毁),需要互斥锁保护。
---
## D3D12Core 扩展
### 新增 device() 函数
```cpp
// D3D12Core.h
ID3D12Device *const device();
// D3D12Core.cpp
ID3D12Device *const device()
{
return main_device;
}
```
提供对 D3D12 设备的访问,用于创建描述符堆等资源。
### 新增 release 模板函数
```cpp
template<typename T>
constexpr void release(T*& resource)
{
if(resource)
{
resource->Release();
resource = nullptr;
}
}
```
通用的 COM 对象释放模板,避免代码重复。
---
## 使用示例
```cpp
// 创建描述符堆
descriptor_heap cbv_srv_heap{D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_CBV_SRV_UAV};
cbv_srv_heap.initialize(100, true); // 100个描述符着色器可见
// 分配描述符
descriptor_handle handle = cbv_srv_heap.allocate();
// 创建视图
device->CreateShaderResourceView(texture, &srvDesc, handle.cpu);
// 绑定到管线
ID3D12DescriptorHeap* heaps[] = { cbv_srv_heap.heap() };
cmdList->SetDescriptorHeaps(1, heaps);
cmdList->SetGraphicsRootDescriptorTable(0, handle.gpu);
// 释放描述符
cbv_srv_heap.free(handle);
```
---
## 后续工作
- [ ] 实现资源类Texture, Buffer
- [ ] 实现交换链
- [ ] 实现渲染目标视图
---
## 相关文档
- [D3D12学习Wiki](../wiki/D3D12学习Wiki.md)