Metal 一、初识 Metal 及其语言规范

最新推荐文章于 2025-02-27 09:28:46 发布

【零声教育】音视频开发进阶

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分类专栏：程序员编程音视频开发文章标签：音视频开发 Metal c++ 线程

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/irainsa/article/details/129305801

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本文介绍了Apple的Metal框架，用于3D渲染和高并发计算。Metal是基于C++11，提供图形管道和Metal Shading Language，支持高效GPU利用和CPU低消耗。文章详细讲解了Metal语言特点，包括其与C++11的关系、数据类型、纹理和采样器，以及修饰符等关键概念。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

Metal 简介与 Metal 编程语言语法。

1、Metal 简介

1.1 Metal 是 Apple 为了解决 3D 渲染而推出的框架。

游戏开发者的新的技术平台，该技术能够为3D图像提高 10 倍的渲染性能。苹果2018年推出 Metal，在此之前一直使用OpenGL ES。

Metal 的2个目的：1图形渲染； 2高并发计算。

苹果文档给出的 Metal 优化：CPU 低消耗、GPU 高利用、连续处理器并行、有效的资源利用

Metal 官方文档

1.2 图形管道 graphic pipeline

2、Metal Shading Language - Metal 编程语言与规范

2.1 Metal 语言特点

2.1.1 Metal 着色器语言

用来编写3D 图形渲染逻辑和并行计算核心逻辑(高并发) 的一门编程语言。当我们需要使用 Metal 框架来完成 APP 的开发时(或需要使用 Metal 的高并发计算能力时)，就要使用 Metal 编程语言进行编程。

2.1.2 Metal 编程语言使用 clang 和 LLVM 进行编译处理

Metal的语言规则，是基于 C++ 11.0 标椎设计的，并在此基础上进行了一定的扩展和限制。

而我们的实际业务开发场景中所需要做的工作就是：编写在GPU 上执行的图像渲染逻辑代码以及通用的并行计算逻辑代码。

2.1.3 Metal 与 C++ 11.0

1）Metal 限制(不支持)：

　　Lambda 表达式

　　递归函数调用

　　动态转换操作符

　　类型识别

　　对象创建 new 和销毁 delete 操作符

　　操作符 noexcept

　　goto 跳转

　　变量存储修饰符 register 和 thread_local

　　虚函数修饰符

　　派生类

　　异常处理

　　C++ 标准函数库在 Metal 中不支持，不能使用

2）Metal 中指针的使用限制

　　Metal 图形和并行计算函数用到的参数，如果是指针必须使用地址空间修饰符(devide / threadgroup / constant)　

　　不支持函数指针

　　函数名不能出现 main

3）Metal 像素坐标系

　　Metal 中纹理/帧缓冲区 attachment 的像素使用的坐标系的原点是在左上角。--> 苹果的坐标原点

2.2 Metal 的数据类型

2.1）标量类型

2.2）向量与矩阵数据类型

2.2.1 向量

booln

charn

shortn

intn

ucharn / ushortn / uintn

halfn

floatn

n --> 向量中的 n 表示维度，最大为4

代码示例：

bool2 b = [1, 2]; 

float4 f4 = float4(1.0, 2.0, 3.0, 4.0);
float f = f4[0];// x = 1.0 --> 类似数组

// int4 --> 4个变量组成的4维向量
// xyzw  rgba
int4 test = int4(0, 1, 2, 3);
int x = test.x;// x = 0
int y = text.y;// y = 1
int x1 = test.r;// x1 = 0

// 多个分量的访问
float4 c = float4(0,0,0,0);
c.xyzw =