本章詳細(xì)介紹了“Metal”數(shù)據(jù)類型，包括代表矢量和矩陣的類型。本章還討論了原子數(shù)據(jù)類型，緩沖區(qū)，紋理，采樣器，數(shù)組 ，用戶定義的結(jié)構(gòu)，類型對(duì)齊和類型轉(zhuǎn)換。

2.1標(biāo)量數(shù)據(jù)類型

Metal支持表2.1中列出的標(biāo)量類型。Metal確實(shí)不支持double, long long, unsigned long long, 和 long double類型。

表2.1 Metal常量數(shù)據(jù)類型

Metal 支持:
? f或 F 后綴表示指定單精度浮點(diǎn)字面數(shù)值(例如 0.5f 或 0.5F )。
? h 或 H 后綴表示指定半精度浮點(diǎn)字面數(shù)值(例如 0.5 或 0.5H )。
? u 或 U 后綴表示無符號(hào)整數(shù)字面數(shù)值。
? l 或 L 后綴表示有符號(hào)長(zhǎng)整型字面數(shù)值。

表2.2列出了大多數(shù)標(biāo)量數(shù)據(jù)類型的大小和對(duì)齊。

表2.2 常量數(shù)據(jù)類型的大小和對(duì)齊

2.2向量數(shù)據(jù)類型

Metal支持由系統(tǒng)矢量數(shù)學(xué)庫實(shí)現(xiàn)的矢量數(shù)據(jù)類型的子集。Metal支持這些向量類型名稱，其中 n 是 2 ，3 ，4 ，分別表示2-、3-或4-分量向量類型:

• booln
• charn
• shortn
• intn
• longn
• ucharn
• ushortn
• uintn
• ulongn
• halfn
• floatn

Metal也支持 vec <T，n> 哪里 T 是有效的標(biāo)量類型，并且n 是 2 ，3，4 ， 代表2 ，3或4分量向量類型

表2.3列出了向量數(shù)據(jù)類型的大小和對(duì)齊。

表2.3 向量數(shù)據(jù)類型的大小和對(duì)齊

2.2.1 訪問向量組件

您可以使用數(shù)組索引來訪問矢量分量。數(shù)組索引 0 指向量的第一部分，索引 1個(gè) 到第二個(gè)組件，依此類推。以下示例顯示了 訪問陣列組件的各種方法:

pos = float4(1.0f, 2.0f, 3.0f, 4.0f);

float x = pos[0];// x = 1.0 
float z = pos[2];// z = 3.0

float4 vA = float4(1.0f, 2.0f, 3.0f, 4.0f);
 float4 vB;

for (int i=0; i<4; i++)
  vB[i] = vA[i] * 2.0f // vB = (2.0, 4.0, 6.0, 8.0);

Metal支持使用句點(diǎn)( . )作為選擇運(yùn)算符來訪問矢量分量，使用可能表示坐標(biāo)或顏色數(shù)據(jù)的字母:

<vector_data_type>.xyzw 
<vector_data_type>.rgba

以下代碼初始化矢量測(cè)試，然后使用 .xyzw 或 .rgba選擇語法以訪問各個(gè)組件:

int4 test = int4(0, 1, 2, 3);
inta=test.x; // a=0 
intb=test.y; // b=1 
intc=test.z; // c=2 
intd=test.w; // d=3 
inte=test.r; // e=0 
intf=test.g; // f=1 
intg=test.b; // g=2 
inth=test.a; // h=3

組件選擇語法允許選擇多個(gè)組件:

float4 c;
c.xyzw = float4(1.0f, 2.0f, 3.0f, 4.0f);
c.z = 1.0f;
c.xy = float2(3.0f, 4.0f);
c.xyz = float3(3.0f, 4.0f, 5.0f);

組件選擇語法還允許組件的排列或復(fù)制:

float4 pos = float4(1.0f, 2.0f, 3.0f, 4.0f);
float4 swiz = pos.wzyx; // swiz = (4.0f, 3.0f, 2.0f, 1.0f) 
float4 dup = pos.xxyy; // dup = (1.0f, 1.0f, 2.0f, 2.0f)

組件組表示法可以出現(xiàn)在表達(dá)式的左側(cè)（左值）。要形成左值，可以應(yīng)用旋轉(zhuǎn)。得到的左值可以是標(biāo)量類型，也可以是向量類型，具體取決于指定的組件數(shù)。每個(gè)組件必須是受支持的標(biāo)量或向量類型。向量類型的結(jié)果左值不能包含重復(fù)的組件。

float4 pos = float4(1.0f, 2.0f, 3.0f, 4.0f); 
// pos = (5.0, 2.0, 3.0, 6.0)
pos.xw = float2(5.0f, 6.0f);

// pos = (8.0, 2.0, 3.0, 7.0) 
pos.wx = float2(7.0f, 8.0f);

// pos = (3.0, 5.0, 9.0, 7.0) 
pos.xyz = float3(3.0f, 5.0f, 9.0f);

不允許使用以下矢量組件訪問方法，這會(huì)導(dǎo)致編譯時(shí)錯(cuò)誤:

• 訪問超出聲明向量類型會(huì)報(bào)錯(cuò)。2-component向量數(shù)據(jù)類型只能訪問 .xy 或.rg元素。3-component向量數(shù)據(jù)類型只能訪問.xyz或.rgb。

float2 pos; // This is a 2-component vector.
pos.x = 1.0f; // x is legal and so is y.
pos.z = 1.0f; // z is illegal and so is w. z is the 3rd component.
float3 pos; // This is a 3-component vector.
pos.z = 1.0f; // z is legal for a 3-component vector.
pos.w = 1.0f; // This is illegal. w is the 4th component.

? 在左側(cè)兩次訪問相同的組件是模棱兩可的，并且是錯(cuò)誤的:

// This is illegal because 'x' is used twice.
pos.xx = float2(3.0f, 4.0f);

? 訪問不同數(shù)量的組件是一個(gè)錯(cuò)誤:

// This is illegal due to a mismatch between float2 and float4. 
pos.xy = float4(1.0f, 2.0f, 3.0f, 4.0f);

? 一次訪問中混合.rgba和.xyzw的語法錯(cuò)誤:

float4 pos = float4(1.0f, 2.0f, 3.0f, 4.0f); 
pos.x = 1.0f; // OK
pos.g = 2.0f; // OK

// These are illegal due to mixing rgba and xyzw attributes. 
pos.xg = float2(3.0f, 4.0f);
float3 coord = pos.ryz;

帶有向量的指針或指向向量的引用是錯(cuò)誤的:

float4 pos = float4(1.0f, 2.0f, 3.0f, 4.0f); 
my_func(&pos.xy);  // This is an illegal pointer to a swizzle.

sizeof返回向量類型的大?。灰越M件的個(gè)數(shù)乘以每個(gè)組件的大小表示。
例如,
sizeof(float4) 返回 16；
sizeof(half4) 返回 8.

2.2.2 向量構(gòu)造器

您可以使用構(gòu)造函數(shù)從一組標(biāo)量或向量創(chuàng)建向量。參數(shù)簽名確定如何構(gòu)造和初始化向量。例如，如果向量?jī)H使用單個(gè)標(biāo)量參數(shù)初始化，則構(gòu)造的向量的所有分量都將設(shè)置為該標(biāo)量值。
如果從多個(gè)標(biāo)量，一個(gè)或多個(gè)向量或標(biāo)量和向量的混合物構(gòu)造向量，則向量的組成部分將從參數(shù)的組成部分中按順序構(gòu)造 。參數(shù)從左到右使用。在使用下一個(gè)參數(shù)的任何組件之前，每個(gè)參數(shù)按順序消耗其所有組件。

這是float4構(gòu)造函數(shù)的列表 :

float4(float x);
float4(float x, float y, float z, float w); 
float4(float2 a, float2 b);
float4(float2 a, float b, float c);
float4(float a, float b, float2 c);
float4(float a, float2 b, float c);
float4(float3 a, float b);
float4(float a, float3 b);
float4(float4 x);

這是float3 構(gòu)造函數(shù)的列表:

float3(float x);
float3(float x, float y, float z);
float3(float a, float2 b);
float3(float2 a, float b);
float3(float3 x);

這是float2 構(gòu)造函數(shù)的列表:

float2(float x);
float2(float x, float y);
float2(float2 x);

以下示例說明了上述構(gòu)造函數(shù)的用法:

float x = 1.0f, y = 2.0f, z = 3.0f, w = 4.0f; 
float4 a = float4(0.0f);
float4 b = float4(x, y, z, w);
float2 c = float2(5.0f, 6.0f);

float2 a = float2(x, y); 
float2 b = float2(z, w); 
float4 x = float4(a.xy, b.xy);

向量構(gòu)造器初始化不足會(huì)導(dǎo)致編譯時(shí)錯(cuò)誤。

2.2.3 向量類型打包
必須將第2.2節(jié)中描述的向量數(shù)據(jù)類型與向量的大小對(duì)齊。您還可以要求將其向量數(shù)據(jù)緊密打包;例如，一個(gè)頂點(diǎn)結(jié)構(gòu)可能包含位置，法線，切線向量和紋理坐標(biāo)，它們緊密包裝并作為緩沖區(qū)傳遞給頂點(diǎn)函數(shù)。

支持的打包向量類型名稱為:

? packed_charn
? packed_shortn 
? packed_intn
? packed_ucharn 
? packed_ushortn 
? packed_uintn
? packed_halfn
? packed_floatn

n指的是2、3或4，分別代表2、3或4分量向量類型。(packed_booln 向量類型名稱保留。)

表2.4列出了打包矢量數(shù)據(jù)類型的大小和對(duì)齊方式。

image.png

打包的矢量數(shù)據(jù)類型通常用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式。Metal支持打包矢量數(shù)據(jù)類型的賦值，算術(shù)，邏輯，關(guān)系和復(fù)制構(gòu)造函數(shù)。 Metal還支持從打包的矢量數(shù)據(jù)類型到對(duì)齊的矢量數(shù)據(jù)類型的加載和存儲(chǔ)，反之亦然。

例如，

device float4 *buffer;
device packed_float4 *packed_buffer;
int i;
packed_float4 f ( buffer[i] ); 
pack_buffer[i] = buffer[i]; // An operator used to convert from packed_float4 to float4. 
buffer[i] = float4( packed_buffer[i] );

您可以使用數(shù)組索引來訪問打包矢量數(shù)據(jù)類型的組件。但是，您不能使用.xyzw或.rgba選擇語法以訪問打包矢量數(shù)據(jù)類型的組件。

例如，

packed_float4 f;
f[0] = 1.0f; // OK
f.x = 1.0f; // This is illegal and results in a compilation error.

2.3矩陣數(shù)據(jù)類型

Metal支持由system math庫實(shí)現(xiàn)的矩陣數(shù)據(jù)類型的子集。支持的矩陣類型名稱為:

? halfnxm
? floatnxm

Where n and m are numbers of columns and rows. n and m must be 2, 3, or 4
n和m指的是列和行，必須是2、3、4。一個(gè)矩陣類型floatnxm是由n個(gè)floatm向量類型組成。同樣的halfnxm是由n個(gè)halfm組成。

表2.5列出了矩陣數(shù)據(jù)類型的大小和對(duì)齊方式。

16096785306442.png

2.3.1 訪問矩陣組件

您可以使用數(shù)組下標(biāo)語法來訪問矩陣的組件。將單個(gè)下標(biāo)應(yīng)用于矩陣會(huì)將矩陣視為列向量的數(shù)組。兩個(gè)下標(biāo)選擇一列，然后選擇一行。最上面的列是列0。然后，第二個(gè)下標(biāo)對(duì)所得的矢量進(jìn)行運(yùn)算，如先前為矢量所定義的。

float4x4 m;

// This sets the 2nd column to all 2.0.
m[1] = float4(2.0f);
// This sets the 1st element of the 1st column to 1.0. 
m[0][0] = 1.0f;
// This sets the 4th element of the 3rd column to 3.0. 
m[2][3] = 3.0f;

您可以訪問 floatnxm 和 Halfnxm 矩陣作為n floatm或 n halfm輸入的數(shù)組。
使用非恒定表達(dá)式訪問矩陣范圍之外的組件將導(dǎo)致不確定的行為。使用常量表達(dá)式訪問位于矩陣范圍之外的矩陣組件會(huì)產(chǎn) 生編譯時(shí)錯(cuò)誤。