性能相关

临时对象（创建和销毁是廉价的，它们的创建方法都返回 autoreleased对象） 1.Command Buffers 2.Command Encoders 代码中不需要持有。

高消耗对象（在性能相关的代码里应该尽量重用它,避免反复创建） 1.Command Queues 2.Buffers 3.Textures 5.Compute States 6.Render Pipeline States 代码中需长期持有。

Metal常用的四种数据类型：half、float、short(ushort)、int(uint)。 GPU的寄存器是16位，half是性能消耗最低的数据类型；float需要两次读取、消耗两倍的寄存器空间、两倍的带宽、两倍的电量。 为了提升性能，half和float之间的转换由硬件来完成，不占用任何开销。 同时，Metal自带的函数都是经过优化的。 在float和half数据类型混合的计算中，为了保持精度会自动将half转成float来处理，所以如果想用half节省开销的话，要避免和float混用。 Metal同样不擅长处理control flow，应该尽可能使用使用三元表达式，取代简单的if判断。

此部分参考自WWDC

常见的图形渲染管道

二、Metal Shader Language

Metal Shader Language的使用场景有两个，分别是图形渲染和通用计算；基于C++ 14，运行在GPU上，GPU的特点：带宽大，并行处理，内存小，对条件语句处理较慢（等待时间长）。 Metal着色语言使用clang和 LLVM，支持重载函数，但不支持图形渲染和通用计算入口函数的重载、递归函数调用、new和delete操作符、虚函数、异常处理、函数指针等，也不能用C++ 11的标准库。

基本函数

shader有三个基本函数：

• 顶点函数（vertex），对每个顶点进行处理，生成数据并输出到绘制管线；
• 像素函数（fragment），对光栅化后的每个像素点进行处理，生成数据并输出到绘制管线；
• 通用计算函数（kernel），是并行计算的函数，其返回值类型必须为void；

顶点函数相关的修饰符：

• [[vertex_id]] vertex_id是顶点shader每次处理的index，用于定位当前的顶点
• [[instance_id]] instance_id是单个实例多次渲染时，用于表明当前索引；
• [[clip_distance]]，float 或者 float[n]， n必须是编译时常量；
• [[point_size]]，float；
• [[position]]，float4；

如果一个顶点函数的返回值不是void，那么返回值必须包含顶点位置； 如果返回值是float4，默认表示位置，可以不带[[ position ]]修饰符； 如果一个顶点函数的返回值是结构体，那么结构体必须包含“[[ position ]]”修饰的变量。

像素函数相关的修饰符：

• [[color(m)]] float或half等，m必须是编译时常量，表示输入值从一个颜色attachment中读取，m用于指定从哪个颜色attachment中读取；
• [[front_facing]] bool，如果像素所属片元是正面则为true；
• [[point_coord]] float2，表示点图元的位置，取值范围是0.0到1.0；
• [[position]] float4，表示像素对应的窗口相对坐标(x, y, z, 1/w)；
• [[sample_id]] uint，The sample number of the sample currently being processed.
• [[sample_mask]] uint，The set of samples covered by the primitive generating the fragmentduring multisample rasterization.

以上都是输入相关的描述符。像素函数的返回值是单个像素的输出，包括一个或是多个渲染结果颜色值，一个深度值，还有一个sample遮罩，对应的输出描述符是[[color(m)]] floatn、[[depth(depth_qualifier)]] float、[[sample_mask]] uint。

struct LYFragmentOutput {
    // color attachment 0
    float4 color_float [[color(0)]];// color attachment 1
    int4 color_int4 [[color(1)]];// color attachment 2
    uint4 color_uint4 [[color(2)]];};
fragment LYFragmentOutput fragment_shader( ... ) { ... };

需要注意，颜色attachment的参数设置要和像素函数的输入和输出的数据类型匹配。

Metal支持一个功能，叫做前置深度测试（early depth testing），允许在像素着色器运行之前运行深度测试。如果一个像素被覆盖，则会放弃渲染。使用方式是在fragment关键字前面加上[[early_fragment_tests]]： [[early_fragment_tests]] fragment float4 samplingShader(..) 使用前置深度测试的要求是不能在fragment shader对深度进行写操作。 深度测试还不熟悉的，可以看LearnOpenGL关于深度测试的介绍。

参数的地址空间选择

Metal种的内存访问主要有两种方式：Device模式和Constant模式，由代码中显式指定。 Device模式是比较通用的访问模式，使用限制比较少，而Constant模式是为了多次读取而设计的快速访问只读模式，通过Constant内存模式访问的参数的数据的字节数量是固定的，特点总结为：

• Device支持读写，并且没有size的限制；
• Constant是只读，并且限定大小；

如何选择Device和Constant模式？ 先看数据size是否会变化，再看访问的频率高低，只有那些固定size且经常访问的部分适合使用constant模式，其他的均用Device。

// Metal关键函数用到的指针参数要用地址空间修饰符（device, threadgroup, or constant） 如下
vertex RasterizerData // 返回给片元着色器的结构体
vertexShader(uint vertexID [[ vertex_id ]], // vertex_id是顶点shader每次处理的index，用于定位当前的顶点
             constant LYVertex *vertexArray [[ buffer(0) ]]); // buffer表明是缓存数据，0是索引