Shader編程學習筆記（十）—— Cg語言入門2 - profile和基本數據類型

Cg入門二：profile和基本數據類型

　　上一小結我們了解了Cg的輸入輸出，輸入使用“in”關鍵詞，輸出使用“out”關鍵詞，既是輸入也是輸出則使用“inout”關鍵詞；也了解了Cg基本的語義，頂點程序傳遞給片段程序的位置坐標使用“POSITION”語義，它不需要在片段程序中做特殊處理，圖形硬件會自動針對“POSITION”數據進行處理。

　　本小結我們主要了解一下Cg的profile和基本數據類型。Cg作為一種類C的語言，它的基本數據類型也有float，32位浮點數，來使用一下float，接着上一小節的shader程序：

Shader "Lesson/vertex&fragment2"{
    SubShader{
        pass{
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            void vert(in float2 objPos:POSITION, out float4 col:COLOR, out float4 pos:POSITION){
                pos = float4(objPos,0,1);
                col = pos;
            }

            void frag(inout float4 col:COLOR){
                // col = float4(0,1,0,1);
                float r = 1;
                float g = 0;
                float b = 0;
                float a = 1;

                col = float4(r,g,b,a);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

　　float4也是Cg語言中的基本數據類型，它是一個四階向量，可以用四個float值組合成一個float4，可以了解它會形成一個紅色。

　　在Cg當中除了“float”這個32位浮點數之外，還有一個16位的浮點數“half”，精度為“float”的一半。將當前shader程序中的float改為half，float4改為half4，在工程中可以得到跟原來一樣的結果。

　　Cg還有一種基本類型為“fixed”，它是一種定點數，將程序中的float修改為fixed，float4修改fixed4也能得到相同的結果。

　　針對float，了解一些Cg的數據類型。float可以組成二階向量float2，三階向量float3和四階向量float4，其他類型同理，如half、fixed等。其中需要注意的是，Cg向量最高的維度為四階。

　　除了float、half、fixed這三個基本數據類型外，還有bool類型，表示真與假，有int類型，32位的整型等。

　　接下來了解一下Cg的profile。一個Cg profile定義了一個“被特定圖形硬件或API所支持的Cg語言子集”，任意一種shader language都是基於可編程圖形硬件的（寄存器、指令集等），這也就意味着，不同的圖形硬件對應着不同的功能子集。這些可選的語言功能包括某些控制結構和標准庫函數。profile還定義了數據類型的精度，並且指定數據類型是否全局部或僅部分支持。profile按照功能可以划分為頂點profile和片段profile，而頂點profile和片段profile又基於OpenGL和DirectX的不同版本或擴展，划分為各種版本。從某種意義上而言，OpenGL和DirectX的發展歷程成就了Cg語言。

　　以下是兩個鏈接，分別是關於Cg profile fp20和Cg language的描述。
　　http://http.developer.nvidia.com/Cg/fp20.html
　　http://http.developer.nvidia.com/Cg/Cg_language.html

　　了解一下Cg profile fp20的描述，打開鏈接，可以看到fp20是一個OpenGL片段程序的profile，它支持硬件有GeForce3, GeForce4 Ti, Quadro DCC等。在頁面右面可以看到很多關於Cg profile的定義，它主要描述的就是有些硬件有特定的性能，不一定得完全地支持Cg的某些內容，在這種情況下profile就做了對硬件做了特性能力的描述。在fp20 profile中，尤其比較重要的就是“fixed”數據類型，相當於本地化的有符號的9位整型，並被標准化范圍為-1到+1。如果顏色值的分量都用fixed類型，那么每個顏色值分量都有256種，這個就是目前概念中的真彩色。因此在Unity中，fixed的精度已經足夠表示顏色值了。fp20中使用的各種語義和函數就不一一列舉了，要使用時可以查看一下文檔。

　　打開第二個鏈接來了解一下Cg language。Cg最新版本已經到了3.1，Cg語言也是遵循Ansi C規范的語言，但它不同於C語言，Cg有bool類型，C語言沒有bool類型，C語言非零即是真，零即為假。Cg中數組為第一類類型，因為Cg不支持指針。第三個方面Cg函數參數使用值傳遞，使用“out”、“inout”、“in”等進行輸入輸出。

　　語言profile實際上就是語言的一種特性，在不同的處理方法中會擁有不同的特性。在特殊情況下，語言profile就是關於一個使用for或者while循環的限制，意思就是有些情況下它不支持for或者while循環，有些profile僅僅loop循環。Cg不支持goto、switch、case、default等保留關鍵字；也不支持指針和指針相關的運算能力；Cg支持數組，但是有尺寸和維度的限制；Cg沒有枚舉和聯合；Cg在結構體當中沒有位成員；Cg中所有的整型都是有符號，沒有signed關鍵字。
　　Cg有綁定語義，比如POSITON、COLOR0等；Cg內建的有swizzle操作；對於一個值來說，swizzle操作可以允許進行拼湊一個向量或矩陣；swizzle操作可以去訪問所有的分量；數據有不同的有限的類型，主要的類型有float、half、fixed，片段profile必須支持這三種數據類型，但是可以選擇使用half或fixed去實現float，頂點profile要求實現half和float，但是可以選擇實現halp和float，頂點profile可以忽略支持fixed，Cg允許profile去忽略支持運行時的int，實際上會把int轉換成float；Cg中的操作很多都是對於向量的操作，可以對向量的基本元素進行操作，Cg中也有？問號表達式，沒有全局的非靜態變量；Cg有新的sampler*集合；函數擁有默認值最為參數；函數和它們的操作可以被重載；變量可以定義在任何地方，但要在使用之前定義就行。還有其他一些不同於C語言的地方，詳細內容可以查看該文檔。