Shader编程学习笔记（十）—— Cg语言入门2

Cg入门二：profile和基本数据类型

　　上一小结我们了解了Cg的输入输出，输入使用“in”关键词，输出使用“out”关键词，既是输入也是输出则使用“inout”关键词；也了解了Cg基本的语义，顶点程序传递给片段程序的位置坐标使用“POSITION”语义，它不需要在片段程序中做特殊处理，图形硬件会自动针对“POSITION”数据进行处理。

　　本小结我们主要了解一下Cg的profile和基本数据类型。Cg作为一种类C的语言，它的基本数据类型也有float，32位浮点数，来使用一下float，接着上一小节的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语言中的基本数据类型，它是一个四阶向量，可以用四个float值组合成一个float4，可以了解它会形成一个红色。

　　在Cg当中除了“float”这个32位浮点数之外，还有一个16位的浮点数“half”，精度为“float”的一半。将当前shader程序中的float改为half，float4改为half4，在工程中可以得到跟原来一样的结果。

　　Cg还有一种基本类型为“fixed”，它是一种定点数，将程序中的float修改为fixed，float4修改fixed4也能得到相同的结果。

　　针对float，了解一些Cg的数据类型。float可以组成二阶向量float2，三阶向量float3和四阶向量float4，其他类型同理，如half、fixed等。其中需要注意的是，Cg向量最高的维度为四阶。

　　除了float、half、fixed这三个基本数据类型外，还有bool类型，表示真与假，有int类型，32位的整型等。

　　接下来了解一下Cg的profile。一个Cg profile定义了一个“被特定图形硬件或API所支持的Cg语言子集”，任意一种shader language都是基于可编程图形硬件的（寄存器、指令集等），这也就意味着，不同的图形硬件对应着不同的功能子集。这些可选的语言功能包括某些控制结构和标准库函数。profile还定义了数据类型的精度，并且指定数据类型是否全局部或仅部分支持。profile按照功能可以划分为顶点profile和片段profile，而顶点profile和片段profile又基于OpenGL和DirectX的不同版本或扩展，划分为各种版本。从某种意义上而言，OpenGL和DirectX的发展历程成就了Cg语言。

　　以下是两个链接，分别是关于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，打开链接，可以看到fp20是一个OpenGL片段程序的profile，它支持硬件有GeForce3, GeForce4 Ti, Quadro DCC等。在页面右面可以看到很多关于Cg profile的定义，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的某些内容，在这种情况下profile就做了对硬件做了特性能力的描述。在fp20 profile中，尤其比较重要的就是“fixed”数据类型，相当于本地化的有符号的9位整型，并被标准化范围为-1到+1。如果颜色值的分量都用fixed类型，那么每个颜色值分量都有256种，这个就是目前概念中的真彩色。因此在Unity中，fixed的精度已经足够表示颜色值了。fp20中使用的各种语义和函数就不一一列举了，要使用时可以查看一下文档。

　　打开第二个链接来了解一下Cg language。Cg最新版本已经到了3.1，Cg语言也是遵循Ansi C规范的语言，但它不同于C语言，Cg有bool类型，C语言没有bool类型，C语言非零即是真，零即为假。Cg中数组为第一类类型，因为Cg不支持指针。第三个方面Cg函数参数使用值传递，使用“out”、“inout”、“in”等进行输入输出。

　　语言profile实际上就是语言的一种特性，在不同的处理方法中会拥有不同的特性。在特殊情况下，语言profile就是关于一个使用for或者while循环的限制，意思就是有些情况下它不支持for或者while循环，有些profile仅仅loop循环。Cg不支持goto、switch、case、default等保留关键字；也不支持指针和指针相关的运算能力；Cg支持数组，但是有尺寸和维度的限制；Cg没有枚举和联合；Cg在结构体当中没有位成员；Cg中所有的整型都是有符号，没有signed关键字。
　　Cg有绑定语义，比如POSITON、COLOR0等；Cg内建的有swizzle操作；对于一个值来说，swizzle操作可以允许进行拼凑一个向量或矩阵；swizzle操作可以去访问所有的分量；数据有不同的有限的类型，主要的类型有float、half、fixed，片段profile必须支持这三种数据类型，但是可以选择使用half或fixed去实现float，顶点profile要求实现half和float，但是可以选择实现halp和float，顶点profile可以忽略支持fixed，Cg允许profile去忽略支持运行时的int，实际上会把int转换成float；Cg中的操作很多都是对于向量的操作，可以对向量的基本元素进行操作，Cg中也有？问号表达式，没有全局的非静态变量；Cg有新的sampler*集合；函数拥有默认值最为参数；函数和它们的操作可以被重载；变量可以定义在任何地方，但要在使用之前定义就行。还有其他一些不同于C语言的地方，详细内容可以查看该文档。