函數和庫

本章介紹如何創建一個MTLFunction對象作為Metal著色器或計算函數的參考，以及如何組織和訪問具有MTLLibrary對象的函數。

MTLFunction表示著色器或計算功能

一個MTLFunction對象表示一個單獨的功能，它以Metal著色語言編寫，并在GPU上作為圖形或計算流水線的一部分執行。有關Metal著色語言的詳細信息，請參閱“ Metal著色語言指南”。

要在Metal運行時間和以Metal著色語言編寫的圖形或計算函數之間傳遞數據或狀態，請為紋理，緩沖區和采樣器分配參數索引。參數索引標識由Metal運行時和Metal著色代碼引用的紋理，緩沖區或采樣器。

對于渲染遍，您可以在MTLFunction對象中指定一個用作頂點或片段著色器的MTLRenderPipelineDescriptor對象，如創建渲染管道狀態中所述。對于計算過程，您可以MTLFunction在MTLComputePipelineState為目標設備創建對象時指定對象，如“ 為計算命令編碼器指定計算狀態和資源”所述。

一個Library就是一個函數庫

一個MTLLibrary對象表示的一個或多個儲存庫MTLFunction對象。單個MTLFunction對象表示使用著色語言編寫的一個Metal函數。在Metal著色語言源代碼，使用一個Metal函數限定符任何功能（vertex，fragment，或kernel）可以通過一個代表MTLFunction在一個庫中的對象。沒有這些函數限定符之一的Metal函數不能由MTLFunction對象直接表示，盡管它可以由著色器中的另一個函數調用。

MTLFunction可以從以下任一來源創建庫中的對象：

• Metal著色語言代碼，在應用程序構建過程中被編譯成二進制庫格式。

• 包含由運行時應用程序編譯的Metal著色語言源代碼的文本字符串。

從編譯代碼創建庫

為了獲得最佳性能，請在您的應用程序的Xcode構建過程中將Metal著色語言源代碼編譯成庫文件，從而避免在應用程序運行時編譯函數源的費用。要從MTLLibrary庫二進制創建對象，請調用以下方法之一MTLDevice：

• newDefaultLibrary 檢索為主包構建的庫，其中包含應用程序的Xcode項目中的所有著色器和計算函數。

• newLibraryWithFile:error:將路徑傳遞給庫文件，并返回一個MTLLibrary包含存儲在該庫文件中的所有函數的對象。

• newLibraryWithData:error:使用二進制blob包含庫中函數的代碼并返回一個MTLLibrary對象。

有關在構建過程中編譯Metal著色語言源代碼的更多信息，請參閱
在應用程序構建過程中創建庫。

從源代碼創建庫

要從MTLLibrary可能包含多個函數的Metal著色語言源代碼字符串創建一個，請調用以下方法之一MTLDevice。這些方法在創建庫時編譯源代碼。要指定要使用的編譯器選項，請設置MTLCompileOptions對象中的屬性。

• newLibraryWithSource:options:error:從輸入字符串同步編譯源代碼以創建MTLFunction對象，然后返回MTLLibrary包含它們的對象。

• newLibraryWithSource:options:completionHandler:從輸入字符串異步編譯源代碼以創建MTLFunction對象，然后返回MTLLibrary包含它們的對象。completionHandler是在對象創建完成時調用的代碼塊。

從Library獲取功能

返回具有請求名稱的對象的newFunctionWithName:方法。如果在庫中找不到使用Metal著色語言功能限定符的函數的名稱，則返回。MTLLibraryMTLFunctionnewFunctionWithName:nil

清單4-1使用通過其完整路徑名定位庫文件的newLibraryWithFile:error:方法，MTLDevice并使用其內容創建MTLLibrary具有一個或多個MTLFunction對象的對象。加載文件時出現任何錯誤error。然后創建一個表示在源代碼中調用的函數的對象的newFunctionWithName:方法。返回的函數對象現在可以在應用程序中使用。MTLLibraryMTLFunctionmy_funcmyFunc

清單4-1 從庫訪問函數

NSError *errors;

id <MTLLibrary> library = [device newLibraryWithFile:@"myarchive.metallib"

error:&errors];

id <MTLFunction> myFunc = [library newFunctionWithName:@"my_func"];

在運行時確定功能詳細信息

由于MTLFunction對象的實際內容由MTLFunction創建對象之前可以編譯的圖形著色器或計算函數定義，因此其源代碼可能無法直接用于該應用程序。您可以MTLFunction在運行時查詢以下屬性：

• name一個帶有該函數名稱的字符串。

• functionType，它指示函數是否被聲明為頂點，片段或計算函數。

• vertexAttributes，一組MTLVertexAttribute對象，描述如何將頂點屬性數據組織在內存中，以及如何映射到頂點函數參數。有關更多詳細信息，請參閱數據組織的頂點描述符。

MTLFunction不提供對函數參數的訪問。在創建流水線狀態期間，可以獲得反映物體（MTLRenderPipelineReflection或MTLComputePipelineReflection根據命令編碼器的類型）來顯示著色器或計算函數參數的細節。有關創建管道狀態和反射對象的詳細信息，請參閱創建渲染管道狀態或創建計算管道狀態。如果不使用反射數據，請避免使用。

反射對象包含MTLArgument命令編碼器支持的每種類型功能的對象數組。因為MTLComputeCommandEncoder，屬性中MTLComputePipelineReflection有一個對應于其計算函數的參數的MTLArgument對象數組arguments。為MTLRenderCommandEncoder，MTLRenderPipelineReflection具有兩個屬性，vertexArguments并且fragmentArguments，這是分別對應于頂點函數參數和片段函數參數，陣列。

不是函數的所有參數都存在于反射對象中。反射對象僅包含具有關聯資源的參數，但不包含使用[[ stage_in ]]限定符或內置[[ vertex_id ]]或[[ attribute_id ]]限定符聲明的參數。

清單4-2顯示了如何獲取反射對象（在本示例中MTLComputePipelineReflection），然后遍歷MTLArgument其arguments屬性中的對象。

清單4-2 通過函數參數進行迭代

MTLComputePipelineReflection* reflection;
id <MTLComputePipelineState> computePS = [device
          newComputePipelineStateWithFunction:func
          options:MTLPipelineOptionArgumentInfo
          reflection:&reflection error:&error];
for (MTLArgument *arg in reflection.arguments) {
//  process each MTLArgument
}

該MTLArgument特性揭示參數傳遞給著色語言功能的細節。

• 該name屬性僅僅是參數的名稱。
• active 是一個布爾值，指示參數是否可以被忽略。
• index是在其對應的參數表中的基于零的位置。例如，for [[ buffer(2) ]]，index是2。
• access描述任何訪問限制，例如讀取或寫入訪問限定符。
• type由著色語言限定符指示的，例如，[[ buffer(n) ]]，[[ texture(n) ]]，[[ sampler(n) ]]，或[[ threadgroup(n) ]]。

type確定哪些其他MTLArgument屬性是相關的。

• 如果type是MTLArgumentTypeTexture，則該textureType屬性指示整體紋理類型（如texture1d_array，texture2d_ms以及texturecube在著色語言類型），并且textureDataType屬性指示組件的數據類型（如half，float，int，或uint）。

• 如果type是MTLArgumentTypeThreadgroupMemory，則threadgroupMemoryAlignment和threadgroupMemoryDataSize性質有關。

• 如果type是MTLArgumentTypeBuffer，則bufferAlignment，bufferDataSize，bufferDataType，和bufferStructType屬性相關。

如果緩沖區參數是一個結構（即，bufferDataType是MTLDataTypeStruct），則bufferStructType屬性包含MTLStructType表示該結構，和bufferDataSize包含該結構的大小，以字節為單位。如果緩沖區參數是數組（或指向數組的指針），則bufferDataType表示元素的數據類型，并bufferDataSize包含一個數組元素的大小（以字節為單位）。

清單4-3向下鉆取一個MTLStructType對象，以檢查結構體成員的細節，每個由MTLStructMember對象表示。結構體成員可以是簡單類型，數組或嵌套結構體。如果該成員是一個嵌套的結構體，那么調用structType方法MTLStructMember來獲取一個MTLStructType代表結構體的對象，然后遞歸深入分析它。如果該成員是一個數組，請使用該arrayType方法MTLStructMember獲取MTLArrayType表示該數組的方法。然后檢查它的elementType屬性MTLArrayType。如果elementType是MTLDataTypeStruct，請調用該elementStructType方法來獲取結構，并繼續深入其成員。如果elementType是MTLDataTypeArray，請調用elementArrayType方法獲取子陣列并進一步分析。

清單4-3 處理結構參數

MTLStructType *structObj = [arg.bufferStructType];
for (MTLStructMember *member in structObj.members) {
//  process each MTLStructMember
if (member.dataType == MTLDataTypeStruct) {
   MTLStructType *nestedStruct = member.structType;
   // recursively drill down into the nested struct
}
else if (member.dataType == MTLDataTypeArray) {
   MTLStructType *memberArray = member.arrayType;
   // examine the elementType and drill down, if necessary
}
else {
   // member is neither struct nor array
   // analyze it; no need to drill down further
}
}

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