Metal语言规范

Metal Shading Language

• Metal Shading Language是用来编写 3D图形渲染逻辑 和 并行计算核心逻辑的一门编程语言。当使用Metal框架来实现APP逻辑时，需要使用到Metal语言

• Metal使用Clang 和 LLVM来编译

• Metal是基于C++ 11.0语言设计

Metal 和 C++ 11.0的异同

• C++ 11.0在Metal中不支持之处

1.Lambda表达式
2.递归函数调用
3.动态转换操作符
4.类型识别
5.对象创建 new和销毁 delete操作符
6.操作符noexcept，告诉编译器函数内部不会发生异常
7.goto跳转
8.变量存储修饰符register和thread_local
9.虚函数修饰符
10.派生类
11.异常处理
12.C++标准函数在Metal中不可使用

• Metal中对于指针使用的限制

1. 函数参数如果是指针必须使用地址空间修饰符(device, threadgroup, constant)
   2.不支持指针函数
   3.函数名中不能出现main

• Metal中纹理和帧缓冲区的像素使用的坐标系统原点在左上角

Metal 标量数据类型

• bool， true/false
• char 有符号8位整数
• unsigned char / uchar 无符号8-bit整数
• short 有符号16-bit整数
• unsigned short / ushort 无符号32-bit整数
• half 16位bit浮点数
• float 32位bit浮点数
• size_t 64位无符号整数
• void

函数修饰符

• kernel：表示该函数是一个数据并行计算着色函数，它可以被分配在一维/二维/三维线程组中去执行

• vertex：表示该函数是一个顶点着色函数

• fragment：表示该函数是一个片元着色函数

note：使用kernel修饰的函数返回值必须是void

note：不能在被函数修饰符修饰的函数中，调用其他被函数修饰符修饰的函数，这会导致编译失败

纹理Textures类型

enum class access { sample, read, write };

texture1d<T, access a = access::sample>
texture1d<T, access a = access::sample>
texture1d<T, access a = access::sample>

T指从纹理中读取数据的数据类型，可以是 half/float/short/int等

采样器类型Samplers

采样器类型决定了如何对一个纹理进行采样，在Metal框架中有一个对应着色器语言的采样器对象MTLSamplerState，这个对象作为图形着色器渲染函数或并行计算函数的参数传入。

enum class coord { normalized, pixel }
从纹理中采样时，纹理坐标是否需要归一化

enum class filter { nearest, linear }
纹理采样过滤方式，放大/缩小过滤方式

enum class min_filter { normalized, pixel }
设置纹理采样的缩小过滤方式

enum class mag_filter { normalized, pixel }
设置纹理采样的放大过滤方式

enum class s_address { clamp_to_zero, clamp_to_edge, repeat, mirrored_repeat }
enum class t_address { clamp_to_zero, clamp_to_edge, repeat, mirrored_repeat }
enum class r_address { clamp_to_zero, clamp_to_edge, repeat, mirrored_repeat }
设置纹理s，t，r坐标的寻址模式

enum class address { clamp_to_zero, clamp_to_edge, repeat, mirrored_repeat }
设置所有的纹理坐标的寻址模式

enum class mip_filter { none, nearest, linear }
设置纹理采样的mipMap过滤模式，如果是none，那么只有一层纹理生效

note：在Metal中初始化的采样器必须使用constexpr修饰符修饰

例：
constexpr sampler s(coord::pixel, address::clamp_to_zero, filter::linear);