1 如何创建Metal库(MTLLibrary)

Case A. 从已编译的代码中创建Library

为了提升性能，可以利用xcode工具在app的创建过程中就把Metal-Shader源代码编译打包到一个库文件中，如此避免了在app的运行时编译着色程序代码的开销。

从已编译的二进制库中创建一个MTLLibrary对象，可以使用如下的MTLDevice方法 ：

• newDefaultLibrary : 会return一个MTLLibrary，包含了渲染shader和app所需的并行计算程序；
• newLibraryWithFile:error : 它将返回一个MTLLibrary对象，从指定的库文件路径加载这个库文 件中的所有shader程序；
• newLibraryWithData:error :它将返回一一个MTLLibrary对象，从指定的二进制数据块对象加载数据块中的所有shader程序.

Case B. 从源代码中创建Library

从包含有Metal-Shader代码编写的多个着色程序的字符串中创建MTLLibrary对象，这些方法将在MTLLibrary对象创建时编译源代码，具体的可以参考如下 MTLDevice方法 ：

• newLibraryWithSource:options:error: 属于同步阻塞调用 ,它编译输入字符串里的源代码创建多个 MTLFunction对象，最后返回一个包含这些MTLFunction对象的MTLLibrary对象；
• newLibraryWithSource:options:completionHandler: 属于异步调用，和上一个方法不同的是多了参数代码block块—completionHandler，block将在MTLLibrary对象创建完成后被调用 .

2 MTLFunction细节探究

​ 如何从Library中获取Function ，可以用下述方法进行获取：

​ newFunctionWithName: 属于MTLLibrary的方法, 返回一个名字为输入参数的MTLFunction对象。如果在library中没有 找到一个方法其修饰名字匹配输入参数，那么该函数返回nil。

2.1 在运行时决定Function的细节

​ 一个MTLFunction对象被定义为图形shader程序或是并行计算程序，它的实质内容在这个对象被创建前 就编译好了，而且shader程序的源代码不能直接被app使用.不过，可以在运行时查询下面的MTLFunction属性：

2.2 相关的Reflection对象

​ MTLFunction不提供访问shader程序参数的方法。但在pipeline state创建过程中，可以获得用于展示shader程序参数细节reflection对象(根据command encoder的类型不同， reflection对象分为MTLRenderPipelineReflection类型或 MTLComputePipelineReflection类型 )。

​ 一个reflection对象包含了一个MTLArgument数组，视其关联的Encoder不同而不同：

• MTLRenderPipelineReflection：关联MTLRenderCommandEncoder ,包含的Arguments数组有vertexArguments和fragmentArguments 这2个属性；
• MTLComputePipelineReflection ：关联MTLComputeCommandEncoder ，包含的Argument数组表征并行计算程序的参数。

​ 不是所有的shader程序的参数都在reflection对象中表示，一个reflection对象仅包含那些引用了相应资源的参数，通 过shader修饰符[[stage_in]]、 [[vertex_id]]、 [[attribute_id]]修饰的参数不会被包含在reflection对象中。

2.3 MTLArgument对象

​ MTLArgument类型对象表示一个shader程序方法的入参细节：

​ 上述的属性type还决定了哪些其他MTLArgument属性是相关的，type类型不同，相关的属性也有所区别：

• MTLArgumentTypeTexture : textureType属性表征纹理类型(可能为texture1d_array， texture2d_ms， texturecube); textureDataType 属性表征其分量数据类型(可能为half， float， int， uint）;
• MTLArgumentTypeThreadgroupMemory : 说明threadgroupMemoryAlignment和 threadgroupMemoryDataSize这两个属性相关；
• MTLArgumentTypeBuffer : 说明bufferAlignment, bufferDataSize, bufferDataType, bufferStructType这几个属性相关 。

​ 例如：如果bufferDataType的值是MTLDataTypeStruct ，那么bufferStructType属性含有一个MTLStructType类型的值 ,同时bufferDataSize属性表示这个结构体的长度 (bytes数量); 如果缓存Argument是数组，那么bufferDataType属性则表征的是数组元素的类型，同时bufferDataSize属性表示的也只是数组中一个元素的长度。

参考链接:

• Apple-Metal-Programming-Guide
• Metal’s Best Practice