Android高效計算——RenderScript（二）

3 RenderScript運行時層與反射層

3.1 RenderScript運行時層

RenderScript運行時層是指.rs代碼運行時所在的層級。當對安卓項目進行編譯的時候，.rs或者.rsh中編寫的代碼都會被llvm編譯器編譯成字節碼。當該安卓應用在設備上運行的時候，這些字節碼將會被設備上另外一個llvm編譯（just-in-time）成機器碼。這些機器碼是針對該設備進行了優化的，且緩存在設備上，等到下次被應用的時候就不需要重新編譯了，以加快速度。雖然RenderScript運行時層很像NDK，但是由於NDK中的C函數只針對CPU設計，與RenderScript還能夠在GPU和DSP上運行的目標不同，因此在RenderScript中不能使用NDK中的C函數。

RenderScript運行時庫的特性包括：

• 請求內存分配，即其內存是由Android framework層負責分配的。
• 一系列針對標量與向量計算的數學函數
• 提供基本數據到向量/矩陣或者數據到時間的轉換函數
• 預定義的一系列二維、三維、四維向量類型
• Log功能，rsDebug函數
  

3.2 反射層

反射層由安卓編譯工具基於開發者編寫的.rs/.rsh文件自動生成的，反射層的作用就是給Android framework層提供對RenderScript運行時層操作的Java接口，包括內存分配、計算任務啟動、數據交互等。

每一個.rs文件都會被映射成繼承於ScriptC的類：ScriptC_RenderScript_filename，該類被生成在gen目錄下與.rs文件相同的包下。該類就是.rs文件的Java版本。該類主要包含.rs中的如下內容：

• 非靜態函數。.rs中的非kernel函數不能有返回值，因為RenderScript系統被設計成異步執行。當你從安卓層調用RenderScript函數的時候，這個調用被放在隊列中，然后當輪到該調用的時候再執行。這樣的話可以使RenderScript避免被經常打斷以提升性能。如果想在RenderScript代碼（.rs）中給安卓層返回值，則可以使用rsSendToClient()
• 非靜態全局變量。而且會對這些變量生成get/set方法（const變量則不會生成set方法），且如果在RenderScript中對這些變量進行了初始化，那么在反射層也會進行相同的初始化。
• 全局指針。指針會被映射到.rs對應的類中。可以聲明一個指針指向struct或者其他任何RenderScript支持的類型的指針。因為不容許在.rs中給指針分配內存，對於每個指針，都會生成一個對應的get方法以及bind_pointer_name，這個函數用於把在安卓VM中分配的內存綁定到RenderScript運行時。
• 定義的struct。Struct也是定義在.rs文件中，無論是單獨定義struct還是和其他RenderScript代碼放在一起，都會給每個單獨的struct生成一個ScriptField_struct_name.java的類文件，你可以通過它來給一個或者多個該struct實例分配內存。但是注意：只有當你定義的struct在RenderScript代碼中被用到了才會生成對應的類文件，若是沒有使用的話則不會生成。在struct中不能含有指針或者數列。

 Struct映射的詳細解釋

反射層生成的Struct主要包括：

• 構造函數：ScriptField_struct_name(RenderScript rs, int count)，這個構造函數用來分配count數量的struct內存
• 構造函數：ScriptField_struct_name(RenderScript rs, int count, int usages)不僅通過count指定要分配的struct數量，並且通過usages指定這些內存被分配在哪個區域。主要有：

1. USAGE_SCRIPT：指定在腳本內存區分配內存，這也是默認的內存分配區
2. USAGE_GRAPHICS_TEXTURE: 在GPU的紋理內存區分配，API對其描述是："The Allocation will be used as a texture source by one or more graphics programs."，所以如果么有打算需要繪制這些圖片就不要在TEXTURE分配了。
3. USAGE_GRAPHICS_VERTEX：在GPU的頂點內存區分配，API對其描述是："The Allocation will be used as a graphics mesh. This was deprecated in API level 16."，已經在API16廢棄。
4. USAGE_GRAPHICS_CONSTANTS：在GPU的常量內存區分配。常量內存區被多個應用共同使用。API中對其描述是：“The Allocation will be used as the source of shader constants by one or more programs. This was deprecated in API level 16.”，同樣也是在API16中就已經廢棄。

可以使用或操作符來指定在多個內存區分配該內存，這樣做表示向RenderScript表明：我想在多個內存區來訪問該數據。

綜上，能用的或者建議使用的就只有SCRIPT和TEXTURE兩個，只需要記住：后面一個當你有使用GL繪制你分配的Allocation的時候才用即可。

• 一個Item內部類，通過該內部類你可以創建該結構的實例，這對於如果需要在安卓層中使用結構實例就非常有用。可以使用set(Item i, int index, boolean copyNow)方法來把某個Item實例插入到已經分配好的內存的指定位置。
• 結構中的每個字段都會有一個對應的set/get方法，且這些方法中都有一個index參數來指定要設置/讀取內存區的哪個對象。每一個set方法都有一個copyNow參數來說明是否立即同步該內存到RenderScript運行時。通過調用copyAll方法可以同步所有還沒有同步的內存。
• 創建該結構在內存中的描述Element，通過該Element可以分配由一個或者多個該結構對應的Element組成的內存。
• resize()函數。就像C中的realloc()一樣，可以擴展之前分配的內存，並保持之前創建的對象的值。
• copyAll()用來同步在framework層設置的值到RenderScript運行時層。當調用set方法時，如果給copyNow設置的false，則將會在調用copyNow時同步到RenderScript運行時層。

代碼舉例：

.rs文件，文件名：script.rs

#pragma version(1)
#pragma rs java_package_name(com.example.renderscripttest)
#pragma rs_fp_relaxed

uint32_t width;
uint32_t height;

rs_allocation inBitmap;
rs_allocation rgbBitmap;
rs_allocation yuvBitmap;

//multipliers to convert a RGB colors to black and white
const static float3 gMonoMult = {0.299f, 0.587f, 0.114f};

typedef struct Point_2D{
    int x;
    int y;
}Point;

static Point *spPoint;
static Point sPoint;
Point point;
Point *pPoint;

//google sample
void root(const uchar4 *v_in, uchar4 *v_out) {
  //unpack a color to a float4
  float4 f4 = rsUnpackColor8888(*v_in);
  //take the dot product of the color and the multiplier
  float3 mono = dot(f4.rgb, gMonoMult);
  //repack the float to a color
  *v_out = rsPackColorTo8888(mono);
}

void __attribute((kernel)) setPoint(const uint2 in, uint32_t x, uint32_t y){
rsDebug("lyh", point.x);
    point.x = 9; //struct is used
    point.y = 12;
    rsSendToClient(0, &point, 1);
    rsDebug("willhua", point.x);
}

uchar4 __attribute__((kernel)) halveBitmap(uchar4 in){
    uchar4 out = in;
    out.r = in.r / 2;
    out.r = in.r / 2;
    out.r = in.r / 2;
    return out;
}

uchar4 __attribute__((kernel)) averageBitmap(uchar4 in, uint32_t x, uint32_t y){
    uchar4 out = in;
    
    uchar4 left = in;
    uchar4 top = in;
    uchar4 right = in;
    uchar4 bottom = in;
    
    if(x - 1 > -1){ //access other element
        left = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x - 1, y);
    }
    if(y - 1 > -1){
        top = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x , y - 1);
    }
    if(x + 1 < width){
        right = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x + 1, y);
    }
    if(y + 1 < height){
        bottom = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x, y + 1);
    }
    
    out.r = (left.r + top.r + right.r + bottom.r) / 4;
    out.g = (left.g + top.g + right.g + bottom.g) / 4;
    out.b = (left.b + top.b + right.b + bottom.b) / 4;
    
    return out;
}    

反射層生成的ScriptC子類：

/*
 * Copyright (C) 2011-2014 The Android Open Source Project
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
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 *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

/*
 * This file is auto-generated. DO NOT MODIFY!
 * The source Renderscript file: G:\\Files\\EclipseWorkSpace\\RenderScriptTest\\src\\com\\example\\renderscripttest\\script.rs
 */

package com.example.renderscripttest;

import android.support.v8.renderscript.*;
import android.content.res.Resources;

/**
 * @hide
 */
public class ScriptC_script extends ScriptC {
    private static final String __rs_resource_name = "script";
    // Constructor
    public  ScriptC_script(RenderScript rs) {
        this(rs,
             rs.getApplicationContext().getResources(),
             rs.getApplicationContext().getResources().getIdentifier(
                 __rs_resource_name, "raw",
                 rs.getApplicationContext().getPackageName()));
    }

    public  ScriptC_script(RenderScript rs, Resources resources, int id) {
        super(rs, resources, id);
        __U32 = Element.U32(rs);
        __ALLOCATION = Element.ALLOCATION(rs);
        __ScriptField_Point_2D = ScriptField_Point_2D.createElement(rs);
        __U8_4 = Element.U8_4(rs);
        __U32_2 = Element.U32_2(rs);
    }

    private Element __ALLOCATION;
    private Element __ScriptField_Point_2D;
    private Element __U32;
    private Element __U32_2;
    private Element __U8_4;
    private FieldPacker __rs_fp_ALLOCATION;
    private FieldPacker __rs_fp_ScriptField_Point_2D;
    private FieldPacker __rs_fp_U32;
    private final static int mExportVarIdx_width = 0;
    private long mExportVar_width;
    public synchronized void set_width(long v) {
        if (__rs_fp_U32!= null) {
            __rs_fp_U32.reset();
        } else {
            __rs_fp_U32 = new FieldPacker(4);
        }
        __rs_fp_U32.addU32(v);
        setVar(mExportVarIdx_width, __rs_fp_U32);
        mExportVar_width = v;
    }

    public long get_width() {
        return mExportVar_width;
    }

    public Script.FieldID getFieldID_width() {
        return createFieldID(mExportVarIdx_width, null);
    }

    private final static int mExportVarIdx_height = 1;
    private long mExportVar_height;
    public synchronized void set_height(long v) {
        if (__rs_fp_U32!= null) {
            __rs_fp_U32.reset();
        } else {
            __rs_fp_U32 = new FieldPacker(4);
        }
        __rs_fp_U32.addU32(v);
        setVar(mExportVarIdx_height, __rs_fp_U32);
        mExportVar_height = v;
    }

    public long get_height() {
        return mExportVar_height;
    }

    public Script.FieldID getFieldID_height() {
        return createFieldID(mExportVarIdx_height, null);
    }

    private final static int mExportVarIdx_inBitmap = 2;
    private Allocation mExportVar_inBitmap;
    public synchronized void set_inBitmap(Allocation v) {
        setVar(mExportVarIdx_inBitmap, v);
        mExportVar_inBitmap = v;
    }

    public Allocation get_inBitmap() {
        return mExportVar_inBitmap;
    }

    public Script.FieldID getFieldID_inBitmap() {
        return createFieldID(mExportVarIdx_inBitmap, null);
    }

    private final static int mExportVarIdx_rgbBitmap = 3;
    private Allocation mExportVar_rgbBitmap;
    public synchronized void set_rgbBitmap(Allocation v) {
        setVar(mExportVarIdx_rgbBitmap, v);
        mExportVar_rgbBitmap = v;
    }

    public Allocation get_rgbBitmap() {
        return mExportVar_rgbBitmap;
    }

    public Script.FieldID getFieldID_rgbBitmap() {
        return createFieldID(mExportVarIdx_rgbBitmap, null);
    }

    private final static int mExportVarIdx_yuvBitmap = 4;
    private Allocation mExportVar_yuvBitmap;
    public synchronized void set_yuvBitmap(Allocation v) {
        setVar(mExportVarIdx_yuvBitmap, v);
        mExportVar_yuvBitmap = v;
    }

    public Allocation get_yuvBitmap() {
        return mExportVar_yuvBitmap;
    }

    public Script.FieldID getFieldID_yuvBitmap() {
        return createFieldID(mExportVarIdx_yuvBitmap, null);
    }

    private final static int mExportVarIdx_point = 5;
    private ScriptField_Point_2D.Item mExportVar_point;
    public synchronized void set_point(ScriptField_Point_2D.Item v) {
        mExportVar_point = v;
        FieldPacker fp = new FieldPacker(8);
        fp.addI32(v.x);
        fp.addI32(v.y);
        int []__dimArr = new int[1];
        __dimArr[0] = 1;
        setVar(mExportVarIdx_point, fp, __ScriptField_Point_2D, __dimArr);
    }

    public ScriptField_Point_2D.Item get_point() {
        return mExportVar_point;
    }

    public Script.FieldID getFieldID_point() {
        return createFieldID(mExportVarIdx_point, null);
    }

    private final static int mExportVarIdx_pPoint = 6;
    private ScriptField_Point_2D mExportVar_pPoint;
    public void bind_pPoint(ScriptField_Point_2D v) {
        mExportVar_pPoint = v;
        if (v == null) bindAllocation(null, mExportVarIdx_pPoint);
        else bindAllocation(v.getAllocation(), mExportVarIdx_pPoint);
    }

    public ScriptField_Point_2D get_pPoint() {
        return mExportVar_pPoint;
    }

    private final static int mExportForEachIdx_root = 0;
    public Script.KernelID getKernelID_root() {
        return createKernelID(mExportForEachIdx_root, 3, null, null);
    }

    public void forEach_root(Allocation ain, Allocation aout) {
        forEach_root(ain, aout, null);
    }

    public void forEach_root(Allocation ain, Allocation aout, Script.LaunchOptions sc) {
        // check ain
        if (!ain.getType().getElement().isCompatible(__U8_4)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U8_4!");
        }
        // check aout
        if (!aout.getType().getElement().isCompatible(__U8_4)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U8_4!");
        }
        Type t0, t1;        // Verify dimensions
        t0 = ain.getType();
        t1 = aout.getType();
        if ((t0.getCount() != t1.getCount()) ||
            (t0.getX() != t1.getX()) ||
            (t0.getY() != t1.getY()) ||
            (t0.getZ() != t1.getZ()) ||
            (t0.hasFaces()   != t1.hasFaces()) ||
            (t0.hasMipmaps() != t1.hasMipmaps())) {
            throw new RSRuntimeException("Dimension mismatch between parameters ain and aout!");
        }

        forEach(mExportForEachIdx_root, ain, aout, null, sc);
    }

    private final static int mExportForEachIdx_setPoint = 1;
    public Script.KernelID getKernelID_setPoint() {
        return createKernelID(mExportForEachIdx_setPoint, 57, null, null);
    }

    public void forEach_setPoint(Allocation ain) {
        forEach_setPoint(ain, null);
    }

    public void forEach_setPoint(Allocation ain, Script.LaunchOptions sc) {
        // check ain
        if (!ain.getType().getElement().isCompatible(__U32_2)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U32_2!");
        }
        forEach(mExportForEachIdx_setPoint, ain, null, null, sc);
    }

    private final static int mExportForEachIdx_halveBitmap = 2;
    public Script.KernelID getKernelID_halveBitmap() {
        return createKernelID(mExportForEachIdx_halveBitmap, 35, null, null);
    }

    public void forEach_halveBitmap(Allocation ain, Allocation aout) {
        forEach_halveBitmap(ain, aout, null);
    }

    public void forEach_halveBitmap(Allocation ain, Allocation aout, Script.LaunchOptions sc) {
        // check ain
        if (!ain.getType().getElement().isCompatible(__U8_4)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U8_4!");
        }
        // check aout
        if (!aout.getType().getElement().isCompatible(__U8_4)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U8_4!");
        }
        Type t0, t1;        // Verify dimensions
        t0 = ain.getType();
        t1 = aout.getType();
        if ((t0.getCount() != t1.getCount()) ||
            (t0.getX() != t1.getX()) ||
            (t0.getY() != t1.getY()) ||
            (t0.getZ() != t1.getZ()) ||
            (t0.hasFaces()   != t1.hasFaces()) ||
            (t0.hasMipmaps() != t1.hasMipmaps())) {
            throw new RSRuntimeException("Dimension mismatch between parameters ain and aout!");
        }

        forEach(mExportForEachIdx_halveBitmap, ain, aout, null, sc);
    }

    private final static int mExportForEachIdx_averageBitmap = 3;
    public Script.KernelID getKernelID_averageBitmap() {
        return createKernelID(mExportForEachIdx_averageBitmap, 59, null, null);
    }

    public void forEach_averageBitmap(Allocation ain, Allocation aout) {
        forEach_averageBitmap(ain, aout, null);
    }

    public void forEach_averageBitmap(Allocation ain, Allocation aout, Script.LaunchOptions sc) {
        // check ain
        if (!ain.getType().getElement().isCompatible(__U8_4)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U8_4!");
        }
        // check aout
        if (!aout.getType().getElement().isCompatible(__U8_4)) {
            throw new RSRuntimeException("Type mismatch with U8_4!");
        }
        Type t0, t1;        // Verify dimensions
        t0 = ain.getType();
        t1 = aout.getType();
        if ((t0.getCount() != t1.getCount()) ||
            (t0.getX() != t1.getX()) ||
            (t0.getY() != t1.getY()) ||
            (t0.getZ() != t1.getZ()) ||
            (t0.hasFaces()   != t1.hasFaces()) ||
            (t0.hasMipmaps() != t1.hasMipmaps())) {
            throw new RSRuntimeException("Dimension mismatch between parameters ain and aout!");
        }

        forEach(mExportForEachIdx_averageBitmap, ain, aout, null, sc);
    }

}

反射層生成的struct，Point_2D, 對應的類：

/*
 * Copyright (C) 2011-2014 The Android Open Source Project
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
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 *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

/*
 * This file is auto-generated. DO NOT MODIFY!
 * The source Renderscript file: G:\\Files\\EclipseWorkSpace\\RenderScriptTest\\src\\com\\example\\renderscripttest\\script.rs
 */

package com.example.renderscripttest;

import android.support.v8.renderscript.*;
import android.content.res.Resources;

/**
 * @hide
 */
public class ScriptField_Point_2D extends android.support.v8.renderscript.Script.FieldBase {
    static public class Item {
        public static final int sizeof = 8;

        int x;
        int y;

        Item() {
        }

    }

    private Item mItemArray[];
    private FieldPacker mIOBuffer;
    private static java.lang.ref.WeakReference<Element> mElementCache = new java.lang.ref.WeakReference<Element>(null);
    public static Element createElement(RenderScript rs) {
        Element.Builder eb = new Element.Builder(rs);
        eb.add(Element.I32(rs), "x");
        eb.add(Element.I32(rs), "y");
        return eb.create();
    }

    private  ScriptField_Point_2D(RenderScript rs) {
        mItemArray = null;
        mIOBuffer = null;
        mElement = createElement(rs);
    }

    public  ScriptField_Point_2D(RenderScript rs, int count) {
        mItemArray = null;
        mIOBuffer = null;
        mElement = createElement(rs);
        init(rs, count);
    }

    public  ScriptField_Point_2D(RenderScript rs, int count, int usages) {
        mItemArray = null;
        mIOBuffer = null;
        mElement = createElement(rs);
        init(rs, count, usages);
    }

    public static ScriptField_Point_2D create1D(RenderScript rs, int dimX, int usages) {
        ScriptField_Point_2D obj = new ScriptField_Point_2D(rs);
        obj.mAllocation = Allocation.createSized(rs, obj.mElement, dimX, usages);
        return obj;
    }

    public static ScriptField_Point_2D create1D(RenderScript rs, int dimX) {
        return create1D(rs, dimX, Allocation.USAGE_SCRIPT);
    }

    public static ScriptField_Point_2D create2D(RenderScript rs, int dimX, int dimY) {
        return create2D(rs, dimX, dimY, Allocation.USAGE_SCRIPT);
    }

    public static ScriptField_Point_2D create2D(RenderScript rs, int dimX, int dimY, int usages) {
        ScriptField_Point_2D obj = new ScriptField_Point_2D(rs);
        Type.Builder b = new Type.Builder(rs, obj.mElement);
        b.setX(dimX);
        b.setY(dimY);
        Type t = b.create();
        obj.mAllocation = Allocation.createTyped(rs, t, usages);
        return obj;
    }

    public static Type.Builder createTypeBuilder(RenderScript rs) {
        Element e = createElement(rs);
        return new Type.Builder(rs, e);
    }

    public static ScriptField_Point_2D createCustom(RenderScript rs, Type.Builder tb, int usages) {
        ScriptField_Point_2D obj = new ScriptField_Point_2D(rs);
        Type t = tb.create();
        if (t.getElement() != obj.mElement) {
            throw new RSIllegalArgumentException("Type.Builder did not match expected element type.");
        }
        obj.mAllocation = Allocation.createTyped(rs, t, usages);
        return obj;
    }

    private void copyToArrayLocal(Item i, FieldPacker fp) {
        fp.addI32(i.x);
        fp.addI32(i.y);
    }

    private void copyToArray(Item i, int index) {
        if (mIOBuffer == null) mIOBuffer = new FieldPacker(mElement.getBytesSize() * getType().getX()/* count */);
        mIOBuffer.reset(index * mElement.getBytesSize());
        copyToArrayLocal(i, mIOBuffer);
    }

    public synchronized void set(Item i, int index, boolean copyNow) {
        if (mItemArray == null) mItemArray = new Item[getType().getX() /* count */];
        mItemArray[index] = i;
        if (copyNow)  {
            copyToArray(i, index);
            FieldPacker fp = new FieldPacker(mElement.getBytesSize());
            copyToArrayLocal(i, fp);
            mAllocation.setFromFieldPacker(index, fp);
        }

    }

    public synchronized Item get(int index) {
        if (mItemArray == null) return null;
        return mItemArray[index];
    }

    public synchronized void set_x(int index, int v, boolean copyNow) {
        if (mIOBuffer == null) mIOBuffer = new FieldPacker(mElement.getBytesSize() * getType().getX()/* count */);
        if (mItemArray == null) mItemArray = new Item[getType().getX() /* count */];
        if (mItemArray[index] == null) mItemArray[index] = new Item();
        mItemArray[index].x = v;
        if (copyNow)  {
            mIOBuffer.reset(index * mElement.getBytesSize());
            mIOBuffer.addI32(v);
            FieldPacker fp = new FieldPacker(4);
            fp.addI32(v);
            mAllocation.setFromFieldPacker(index, 0, fp);
        }

    }

    public synchronized void set_y(int index, int v, boolean copyNow) {
        if (mIOBuffer == null) mIOBuffer = new FieldPacker(mElement.getBytesSize() * getType().getX()/* count */);
        if (mItemArray == null) mItemArray = new Item[getType().getX() /* count */];
        if (mItemArray[index] == null) mItemArray[index] = new Item();
        mItemArray[index].y = v;
        if (copyNow)  {
            mIOBuffer.reset(index * mElement.getBytesSize() + 4);
            mIOBuffer.addI32(v);
            FieldPacker fp = new FieldPacker(4);
            fp.addI32(v);
            mAllocation.setFromFieldPacker(index, 1, fp);
        }

    }

    public synchronized int get_x(int index) {
        if (mItemArray == null) return 0;
        return mItemArray[index].x;
    }

    public synchronized int get_y(int index) {
        if (mItemArray == null) return 0;
        return mItemArray[index].y;
    }

    public synchronized void copyAll() {
        for (int ct = 0; ct < mItemArray.length; ct++) copyToArray(mItemArray[ct], ct);
        mAllocation.setFromFieldPacker(0, mIOBuffer);
    }

}

 

4 內存

我們已經知道，應用自身運行在安卓VM中，而RenderScript部分代碼則運行在本地，且其內存是由上層的應用分配的。

4.1 內存分配API

內存API主要包含三個類：Element，Type與Allocation。他們三者對應的關系能用malloc函數的使用來很好的說明，例如：     

 int *array = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);

malloc函數的參數可以分成兩個部分：第一個就是sizeof(int)，該過程指定每個內存單元需要多個內存；第二個就是*10，該過程指定需要分配多個這樣的內存單元。對應的內存分配APIs就是Element類，表示的是一個內存單元，就像一個float或者一個struct所表示的內存。而Type表示的就是“*10”部分，就像一個Element序列一樣。Allocation則用來執行由Type所描述的內存分配，且最終代表分配得到的內存。

大部分情況下都不需要直接使用這些API，因為系統在自動生成反射層的時候已經做好了封裝，需要做的就是調用對應類的構造函數並把分配的內存綁定到RenderScript而已。但是比如當你加載一張圖片到RenderScript層或者給一個指針分配內存時，就需要應用到這些API。

4.2 靜態內存

4.2.1 靜態內存的分配

這里的靜態內存指的是在RenderScript中聲明的非靜態的全局變量（靜態的或者局部的變量就無法在Android framework層訪問，也就不討論），他們在編譯時就分配了內存，在RenderScript代碼中可以直接使用它們而不需要在Android Framework層給他們分配內存。在Android Framework層也可以通過反射層生成的函數來訪問他們。如果這些變量在RenderScript中被初始化，那么他們也將在Android Framework層中被進行同樣的初始化。

注意：如果在RenderScript中使用到了RenderScript中預定義了的一些含有指針的結構體，比如rs_program_fragment和rs_allocation，那么就需要先在Android Framework層構造一個該結構對應類的實例，然后調用set方法把內存綁定到RenderScript運行時，而不能直接在RenderScript層操作。但是這個對於用戶自定義的包含指針的結果無效，因為根本就無法自定義包含指針的結構。

4.2.2 靜態內存的讀寫

在RenderScript層對靜態分配的內存的寫操作是單向的。當你在RenderScript層修改了某個變量的值，出於性能方面的考慮，這個變化不會反應給安卓層。在安卓層調用get方法獲得的是安卓層最后一次通過set方法設置的值，除非通過rsSendToClient()等手段，否則安卓層是永遠獲取不到RenderScript對靜態分配的內存的修改的。但是，當安卓層修改了某個變量的值后，該值的變化隨后就會自動同步到RenderScript層。

下面是讀寫示例。假如在rsfile.rs中定義了全局變量point:

typedef struct Point {
    int x;
    int y;
} Point_t;

Point_t point;

那么在RenderScript中可以如下直接給變量賦值：

point.x = 1;
point.y = 1;

在Android framework層中可以這樣修改該變量的值，且修改的值會通知到RenderScript層：

ScriptC_rsfile mScript;
...
Item i = new ScriptField_Point.Item();
i.x = 1;
i.y = 1;
mScript.set_point(i);

在RenderScript中讀取變量的值：

rsDebug("Printing out a Point", point.x, point.y);

在Android framework中讀取變量的值。再一次強調：讀取到的永遠是Android framework層最后一次調用set方法給該變量賦的值，而如果在Android framework層沒有用set方法給變量賦過值的話，那么讀取的將是null，下面代碼也會報空指針錯誤

Log.i("TAGNAME", "Printing out a Point: " + mScript.get_point().x + " " + mScript.get_point().y);
System.out.println(point.get_x() + " " + point.get_y());

4.3 動態內存

4.3.1 動態內存的分配

對於動態內存，比如指針，就必須在Android Framework層中給它分配內存。需要兩個過程：分配內存與綁定內存。這樣做的好處在於：安卓VM能夠完全掌握RenderScript內存的分配與回收。

無論在Android Framework層還是RenderScript中，都可以通過該指針來訪問分配的內存。

為了給RenderScript動態分配內存，最常見的做法是調用Script.FieldBase的構造函數，當然好也可以手動創建Allocation來實現，為了簡單起見，應該使用Script.FieldBase.當獲取分配的內存對象后，就可以通過反射層的bind方法把該內存綁定到RenderScript。下面代碼是兩種實現方式的例子：

private RenderScript myRenderScript;
private ScriptC_example mScript;
private Resources resources;

public void init(RenderScript rs, Resources res) {
    myRenderScript = rs;
    resources = res;
     //使用反射層生成的類分配內存
    ScriptField_Point touchPoints = new ScriptField_Point(myRenderScript, 2);
    //自己使用API分配內存
    intPointer = Allocation.createSized(myRenderScript, Element.I32(myRenderScript), 2);
    mScript = new ScriptC_example(myRenderScript, resources, R.raw.example);
     //綁定內存
    mScript.bind_touchPoints(touchPoints);
    mScript.bind_intPointer(intPointer);
   ...
}

4.3.2 動態內存的讀寫

對於動態內存，在Android framework層可以通過反射層的set/get方法來讀/寫內存，在RenderScript中也可以像往常一樣讀/寫，且任意一方的寫操作都會通知到另外一方。

下面是示例。假設在rsfile.rs定義了如下全局指針:

typedef struct Point {
    int x;
    int y;
} Point_t;
Point_t *point;

只要你已經在Android framework層給分配了內存，那么就可以像往常一樣使用它，且任何的修改都會通知到Android framework層。

point[index].x = 1;
point[index].y = 1;

在Android framework 層通過反射層提供的方法讀寫:

ScriptField_Point p = new ScriptField_Point(mRS, 1);
    Item i = new ScriptField_Point.Item();
    i.x=100;
    i.y = 100;
    p.set(i, 0, true);
    mScript.bind_point(p); 
    points.get_x(0);            //read x and y from index 0
    points.get_x(0);

內存只需要綁定一次就可以了，不需要每次修改值的時候再次綁定

5 基本應用場景

5.1 RenderScript層回調Android framework層

前面我們提到過，RenderScript中的invokable不能有返回值，以及對於靜態內存，RenderScript層對其修改不會通知到Android framework層。對於這兩種情況，配套使用RSMessageHandler和rsSendToClient是很好的解決方案。對於二者的關系，從命名就可以看出一二，RSMessageHandler相當於常用的handleMessage函數，而rsSendToClient則相當於Handler.sendMessage，只是RSMessageHandler運行在Android framework層，而rsSendToClient運行在RenderScript層。

RenderScript.RSMessageHandler它implements Runnable，在使用過程中只需要重寫run函數即可。其有三個重要的字段：

1. mData：int[],對應rsSendToClient中的data，表示從RenderScript發送過來的數據的地址
2. mID:消息標志，對應rsSendToClient中的cmdID,類似使用Handler發送Message時的what
3. mLength：對應rsSendToClient時的len，mData中數據的個數

使用范例：

1. 在RenderScript（.rs文件）中調用回調函數rsSendToClicent，reSendToClient函數有四個： rsSendToClient (int cmdID) rsSendToClient (int cmdID, const void *data, uint len)  rsSendToClientBlocking (int cmdID)  rsSendToClientBlocking (int cmdID, const void *data, uint len)，其中cmdID即相當於message中的what參數。
2. 在安卓層中，設定RenderScript中消息的Handler。即繼承RenderScript.RSMessageHandler寫一個類RSHandler，重寫其中的run函數。在RenderScript.RSMessageHandler中有一個mID參數，即若與reSendToClient中的cmdID相等則表示是該reSendToClient發送過來的消息。

        mRenderScript.setMessageHandler(new RSMessageHandler(){
            @Override
            public void run(){
                switch (mID) {
                case type:
                    //do something
                    break;
                default:
                    break;
                }
            }
        });

注意：run函數不是運行在主線程，所以在run函數中不能直接做操作主界面UI的操作。

 5.2 在RenderScript kernel中訪問更多的元素

我們提到過，對於一個kernel，最多只能有一個輸入Allocation，假如需要在kernel中訪問更多的Allocation，那怎么辦呢？

在kernel中，僅容許對當前元素進行操作，即當前坐標（x，y）表示的元素，如果想訪問其他元素，則需要定義一個全局的輸入allocation，然后使用rsGetElementAt_type()來獲取其他元素，比如：下面的averageBitmap就訪問了全局變量inBitmap的數據:

rs_allocation inBitmap;

uchar4 __attribute__((kernel)) averageBitmap(uchar4 in, uint32_t x, uint32_t y){
    uchar4 out = in;
    
    uchar4 left = in;
    uchar4 top = in;
    uchar4 right = in;
    uchar4 bottom = in;
    
    if(x - 1 > -1){ //access other element
        left = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x - 1, y);
    }
    if(y - 1 > -1){
        top = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x , y - 1);
    }
    if(x + 1 < width){
        right = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x + 1, y);
    }
    if(y + 1 < height){
        bottom = rsGetElementAt_uchar4(inBitmap, x, y + 1);
    }
    
    out.r = (left.r + top.r + right.r + bottom.r) / 4;
    out.g = (left.g + top.g + right.g + bottom.g) / 4;
    out.b = (left.b + top.b + right.b + bottom.b) / 4;
    
    return out;
}