iOS推出Metal渲染库为了取代OpenGL。Metal有自己的Shader语言，渲染效率比OpenGL高。在这里我们一起探索：Metal使用C++限制、预处理定义、动态链接配置、GPU编译配置、设备坐标系、视口坐标系、纹理坐标系、矢量类型、矩阵类型、采样器状态、矩阵相乘。
1、使用C++限制
C++14的一些特性无法在Metal使用，具体如下：
- lambda表达式
- dynamic_cast操作
- 类型检测
- new和delete操作
- noexcept操作
- goto跳转
- register、thread_local关键字
- virtual虚函数
- 派生类
- 异常处理
另外，不要在Metal代码使用C++标准库。函数指针在Metal2.3才支持。
2、预处理定义
预处理定义包括：Metal版本、在macOS或iOS平台编译。如下所示：
__METAL_VERSION__ // Set to the Metal language revision
__METAL_MACOS__ // Set if compiled with the macOS Metal language
__METAL_IOS__ // Set if compiled with the iOS Metal language
__METAL__ // Set if compiled with the unified Metal language还有一些TARGET_OS的预定义：
TARGET_OS_MAC // run on MacOS
TARGET_OS_OSX // run on OSX
TARGET_OS_IPHONE // run on devices or simulator
TARGET_OS_IOS // run on iOS
TARGET_OS_TV // run on Apple TV OS
TARGET_OS_MACCATALYST // run on MacOS
TARGET_OS_SIMULATOR // run on simulator3、动态链接配置
Metal动态链接包括指定动态库/静态库、安装路径，如下所示：
- -dynamiclib：指定为动态库
- -install_name：动态库安装路径
4、GPU编译配置
在iOS16或macOS13以后，支持配置GPU编译，具体配置选项如下：
-arch // 指定系统架构
-gpu-family // MTLGPUFamily架构
-N // 描述Metal脚本格式，后缀.mtlp-json5、设备坐标系
Normalized Device Coordinate归一化设备坐标系，简称NDC。由xyz三维空间构成，其中z坐标点在0.0和1.0之间。如下图所示：
6、视口坐标系
光栅化阶段把设备坐标系转换为视口坐标系，测量单位为pixel像素，原点(0, 0)在左上角，往右下角增大。如下图所示：
7、纹理坐标系
纹理坐标系与视口坐标系类似，只是纹理坐标已被归一化，范围从0.0到1.0，中心点为(0.5, 0.5)，如下图所示：
8、矢量类型
矢量类型包括：bool、char、short、int、long、half、float等，同时后面跟着数值(2、3、4)。值得注意的是，这里有内存对齐，为2的n次方。这里以float展开，其他类型只列举数值2，如下表所示：
| type | size | alignment |
| float2 | 8 | 8 |
| float3 | 16 | 16 |
| float4 | 16 | 16 |
| bool2 | 2 | 2 |
| char2 | 2 | 2 |
| short2 | 4 | 4 |
| half2 | 4 | 4 |
| int2 | 8 | 8 |
| long2 | 16 | 16 |
9、矩阵类型
矩阵类型包括half和float，而mxn阵列包括2x2、2x3、2x4、3x2、3x3、3x4、4x2、4x3、4x4，如下图所示：
10、采样器状态
Sampler采样器的状态枚举值，如下表所示：
| 变量 | 数值 | 描述 |
| coord | normalized(默认) pixel | 指定纹理坐标为归一化或像素 |
| address | repeat mirrored_repeat clamp_to_edge clamp_to_zero clamp_to_border | 纹理坐标的地址模式 |
| border_color | transparent_black(默认) opaque_black opaque_white | 边界颜色 |
| filter | nearest(默认) linear | magnification和minification 过滤模式 |
| mag_filter | nearest(默认) linear | magnification过滤模式 |
| mig_filter | nearest(默认) linear | minification过滤模式 |
| mip_filter | nearest(默认) linear | mipmap过滤模式 |
| compare_func | never(默认) less / less_equal greater / greater_equal equal / not_equal always | 设置比较函数 |
11、矩阵相乘
矩阵相乘有左乘与右乘的区别，类型包括：scalar乘以matrix、matrix乘以scalar、vector乘以matrix、matrix乘以vector、matrix乘以matrix。
参考链接：Metal-Shading-Language-Specification
