連結庫內部

發行項
01/10/2024

本主題描述 DirectXMath 連結庫的內部設計。

呼叫慣例
圖形庫類型等價
DirectXMath 連結庫中的全域常數
Windows SSE 與 SSE2
例程變體
平臺不一致
平臺特定擴充功能
相關主題

呼叫慣例

若要增強可移植性並優化數據配置，您必須針對 DirectXMath Library 支援的每個平臺使用適當的呼叫慣例。具體來說，當您將 XMVECTOR 物件當做參數傳遞時，這些物件定義為在 16 位元組界限上對齊時，根據目標平臺而定，有不同的呼叫需求集合：

針對32位 Windows

對於 32 位 Windows，有兩個呼叫慣例可用來有效率地傳遞__m128值（這會在該平臺上實 作 XMVECTOR）。標準是__fastcall，它可以將前三個__m128值（XMVECTOR 實例）當做自變數傳遞至 SSE/SSE2 快取器中的函式。 __fastcall透過堆疊傳遞其餘自變數。

較新的 Microsoft Visual Studio 編譯程式支援新的呼叫慣例，__vectorcall，此慣例最多可將六個__m128值（XMVECTOR 實例）作為 SSE/SSE2 快存器中函式的自變數。如果有足夠的空間，也可以透過 SSE/SSE2 快取器傳遞異質向量匯總（也稱為 XMMATRIX）。

適用於64位版本的 Windows

針對 64 位 Windows，有兩個呼叫慣例可供有效率地傳遞 __m128 值。標準是 __fastcall，它會傳遞堆疊上的所有 __m128 值。

較新的 Visual Studio 編譯程式支援__vectorcall呼叫慣例，此慣例最多可傳遞六個__m128值（XMVECTOR 實例）作為 SSE/SSE2 緩存器中函式的自變數。如果有足夠的空間，也可以透過 SSE/SSE2 快取器傳遞異質向量匯總（也稱為 XMMATRIX）。

針對 ARM 上的 Windows

ARM 和 ARM64 上的 Windows 支援在緩存器中傳遞前四個__n128值（XMVECTOR 實例）。

DirectXMath 解決方案

FXMVECTOR、GXMVECTOR、HXMVECTOR 和 CXMVECTOR 別名支援下列慣例：

使用 FXMVECTOR 別名來傳遞至作為函式自變數的 XMVECTOR 前三個實例。
使用 GXMVECTOR 別名，將做為函式自變數的 XMVECTOR 第 4 個實例傳遞。
使用 HXMVECTOR 別名，將做為函式自變數的 XMVECTOR 第 5 個和第 6 個實例傳遞。如需其他考慮的詳細資訊，請參閱__vectorcall檔。
使用 CXMVECTOR 別名傳遞作為自變數之 XMVECTOR 的任何進一步實例。

注意

針對輸出參數，請一律使用 XMVECTOR* 或 XMVECTOR& ，並忽略它們與輸入參數的上述規則有關。

由於__vectorcall的限制，建議您不要針對 C++ 建構函式使用 GXMVECTOR 或 HXMVECTOR 。只要針對前三個 XMVECTOR 值使用 FXMVECTOR，然後針對其餘值使用 CXMVECTOR。

FXMMATRIX 和 CXMMATRIX 別名可協助支援利用使用 __vectorcall 傳遞的 HVA 自變數。

使用 FXMMATRIX 別名，將第一個 XMMATRIX 當做自變數傳遞至函式。這假設您沒有兩個 以上的 FXMVECTOR 自變數或兩個以上的浮點數、雙精度浮點數或 FXMVECTOR 自變數到矩陣的「右邊」。如需其他考慮的詳細資訊，請參閱__vectorcall檔。
否則請使用 CXMMATRIX 別名。

由於__vectorcall的限制，建議您永遠不要針對 C++ 建構函式使用 FXMMATRIX 。只要使用 CXMMATRIX 即可。

除了類型別名之外，您也必須使用XM_CALLCONV註釋，以確保函式會根據您的編譯程式和架構使用適當的呼叫慣例（__fastcall與__vectorcall）。由於__vectorcall的限制，建議您不要對 C++ 建構函式使用XM_CALLCONV。

以下是說明此慣例的範例宣告：

XMMATRIX XM_CALLCONV XMMatrixLookAtLH(FXMVECTOR EyePosition, FXMVECTOR FocusPosition, FXMVECTOR UpDirection);

XMMATRIX XM_CALLCONV XMMatrixTransformation2D(FXMVECTOR ScalingOrigin,  float ScalingOrientation, FXMVECTOR Scaling, FXMVECTOR RotationOrigin, float Rotation, GXMVECTOR Translation);

void XM_CALLCONV XMVectorSinCos(XMVECTOR* pSin, XMVECTOR* pCos, FXMVECTOR V);

XMVECTOR XM_CALLCONV XMVectorHermiteV(FXMVECTOR Position0, FXMVECTOR Tangent0, FXMVECTOR Position1, GXMVECTOR Tangent1, HXMVECTOR T);

XMMATRIX(FXMVECTOR R0, FXMVECTOR R1, FXMVECTOR R2, CXMVECTOR R3)

XMVECTOR XM_CALLCONV XMVector2Transform(FXMVECTOR V, FXMMATRIX M);

XMMATRIX XM_CALLCONV XMMatrixMultiplyTranspose(FXMMATRIX M1, CXMMATRIX M2);

為了支援這些呼叫慣例，這些類型別名的定義如下（參數必須以值傳遞，編譯程式才能考慮它們以進行緩存器內傳遞）：

針對 32 位 Windows 應用程式

當您使用 __fastcall：

typedef const XMVECTOR  FXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR& GXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR& HXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR& CXMVECTOR;
typedef const XMMATRIX& FXMMATRIX;
typedef const XMMATRIX& CXMMATRIX;

當您使用 __vectorcall：

typedef const XMVECTOR  FXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR  GXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR  HXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR& CXMVECTOR;
typedef const XMMATRIX  FXMMATRIX;
typedef const XMMATRIX& CXMMATRIX;

針對 64 位原生 Windows 應用程式

當您使用 __fastcall：

typedef const XMVECTOR& FXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR& GXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR& HXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR& CXMVECTOR;
typedef const XMMATRIX& FXMMATRIX;
typedef const XMMATRIX& CXMMATRIX;

當您使用 __vectorcall：

typedef const XMVECTOR  FXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR  GXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR  HXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR& CXMVECTOR;
typedef const XMMATRIX  FXMMATRIX;
typedef const XMMATRIX& CXMMATRIX;

ARM 上的 Windows

typedef const XMVECTOR  FXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR  GXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR& CXMVECTOR;
typedef const XMMATRIX& FXMMATRIX;
typedef const XMMATRIX& CXMMATRIX;

注意

雖然所有函式都會內嵌宣告，而且在許多情況下，編譯程式不需要針對這些函式使用呼叫慣例，但在某些情況下，編譯程式可能會決定不要內嵌函式更有效率，在這些情況下，我們希望每個平臺都能有最佳的呼叫慣例。

圖形庫類型等價

為了支援使用 DirectXMath 連結庫，許多 DirectXMath 連結庫類型和結構相當於D3DDECLTYPE和D3DFORMAT類型的 Windows 實作，以及DXGI_FORMAT類型。

DirectXMath	D3DDECLTYPE	D3DFORMAT	DXGI_FORMAT
XMBYTE2			DXGI_FORMAT_R8G8_SINT
XMBYTE4	D3DDECLTYPE_BYTE4 （僅限 Xbox）	D3DFMT_x8x8x8x8	DXGI_FORMAT_x8x8x8x8_SINT
XMBYTEN2		D3DFMT_V8U8	DXGI_FORMAT_R8G8_SNORM
XMBYTEN4	D3DDECLTYPE_BYTE4N （僅限 Xbox）	D3DFMT_x8x8x8x8	DXGI_FORMAT_x8x8x8x8_SNORM
XMCOLOR	D3DDECLTYPE_D3DCOLOR	D3DFMT_A8R8G8B8	DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM （DXGI 1.1+）
XMDEC4	D3DDECLTYPE_DEC4 （僅限 Xbox）	D3DDECLTYPE_DEC3 （僅限 Xbox）
XMDECN4	D3DDECLTYPE_DEC4N （僅限 Xbox）	D3DDECLTYPE_DEC3N （僅限 Xbox）
XMFLOAT2	D3DDECLTYPE_FLOAT2	D3DFMT_G32R32F	DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT
XMFLOAT2A	D3DDECLTYPE_FLOAT2	D3DFMT_G32R32F	DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT
XMFLOAT3	D3DDECLTYPE_FLOAT3		DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT
XMFLOAT3A	D3DDECLTYPE_FLOAT3		DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT
XMFLOAT3PK			DXGI_FORMAT_R11G11B10_FLOAT
XMFLOAT3SE			DXGI_FORMAT_R9G9B9E5_SHAREDEXP
XMFLOAT4	D3DDECLTYPE_FLOAT4	D3DFMT_A32B32G32R32F	DXGI_FORMAT_R32G32B32A32_FLOAT
XMFLOAT4A	D3DDECLTYPE_FLOAT4	D3DFMT_A32B32G32R32F	DXGI_FORMAT_R32G32B32A32_FLOAT
XMHALF2	D3DDECLTYPE_FLOAT16_2	D3DFMT_G16R16F	DXGI_FORMAT_R16G16_FLOAT
XMHALF4	D3DDECLTYPE_FLOAT16_4	D3DFMT_A16B16G16R16F	DXGI_FORMAT_R16G16B16A16_FLOAT
XMINT2			DXGI_FORMAT_R32G32_SINT
XMINT3			DXGI_FORMAT_R32G32B32_SINT
XMINT4			DXGI_FORMAT_R32G32B32A32_SINT
XMSHORT2	D3DDECLTYPE_SHORT2	D3DFMT_V16U16	DXGI_FORMAT_R16G16_SINT
XMSHORTN2	D3DDECLTYPE_SHORT2N	D3DFMT_V16U16	DXGI_FORMAT_R16G16_SNORM
XMSHORT4	D3DDECLTYPE_SHORT4	D3DFMT_x16x16x16x16	DXGI_FORMAT_R16G16B16A16_SINT
XMSHORTN4	D3DDECLTYPE_SHORT4N	D3DFMT_x16x16x16x16	DXGI_FORMAT_R16G16B16A16_SNORM
XMUBYTE2			DXGI_FORMAT_R8G8_UINT
XMUBYTEN2		D3DFMT_A8P8，D3DFMT_A8L8	DXGI_FORMAT_R8G8_UNORM
XMUINT2			DXGI_FORMAT_R32G32_UINT
XMUINT3			DXGI_FORMAT_R32G32B32_UINT
XMUINT4			DXGI_FORMAT_R32G32B32A32_UINT
XMU555		D3DFMT_X1R5G5B5、D3DFMT_A1R5G5B5	DXGI_FORMAT_B5G5R5A1_UNORM
XMU565		D3DFMT_R5G6B5	DXGI_FORMAT_B5G6R5_UNORM
XMUBYTE4	D3DDECLTYPE_UBYTE4	D3DFMT_x8x8x8x8	DXGI_FORMAT_x8x8x8x8_UINT
XMUBYTEN4	D3DDECLTYPE_UBYTE4N	D3DFMT_x8x8x8x8	DXGI_FORMAT_x8x8x8x8_UNORM DXGI_FORMAT_R10G10B10_XR_BIAS_A2_UNORM （使用XMLoadUDecN4_XR和XMStoreUDecN4_XR。
XMUDEC4	D3DDECLTYPE_UDEC4 （僅限 Xbox） D3DDECLTYPE_UDEC3 （僅限 Xbox）	D3DFMT_A2R10G10B10 D3DFMT_A2B10G10R10	DXGI_FORMAT_R10G10B10A2_UINT
XMUDECN4	D3DDECLTYPE_UDEC4N （僅限 Xbox） D3DDECLTYPE_UDEC3N （僅限 Xbox）	D3DFMT_A2R10G10B10 D3DFMT_A2B10G10R10	DXGI_FORMAT_R10G10B10A2_UNORM
XMUNIBBLE4		D3DFMT_A4R4G4B4，D3DFMT_X4R4G4B4	DXGI_FORMAT_B4G4R4A4_UNORM （DXGI 1.2+）
XMUSHORT2	D3DDECLTYPE_USHORT2	D3DFMT_G16R16	DXGI_FORMAT_R16G16_UINT
XMUSHORTN2	D3DDECLTYPE_USHORT2N	D3DFMT_G16R16	DXGI_FORMAT_R16G16_UNORM
XMUSHORT4	D3DDECLTYPE_USHORT4 （僅限 Xbox）	D3DFMT_x16x16x16x16	DXGI_FORMAT_R16G16B16A16_UINT
XMUSHORTN4	D3DDECLTYPE_USHORT4N	D3DFMT_x16x16x16x16	DXGI_FORMAT_R16G16B16A16_UNORM

DirectXMath 連結庫中的全域常數

為了減少數據區段的大小，DirectXMath 連結庫會使用 XMGLOBALCONST 宏在其實作中使用一些全域內部常數。依照慣例，這類內部全域常數前面會加上 g_XM。一般而言，它們是下列其中一種類型：XMVECTORU32、XMVECTORF32或XMVECTORI32。

這些內部全域常數在未來的 DirectXMath 連結庫修訂中可能會變更。盡可能使用封裝常數的公用函式，而不是直接使用 g_XM 全域值。您也可以使用 XMGLOBALCONST 來宣告自己的全域常數。

Windows SSE 與 SSE2

SSE 指令集僅支援單精度浮點向量。 DirectXMath 必須使用 SSE2 指令集來提供整數向量支援。自推出 Pentium 4、所有 AMD K8 和更新版本的處理器，以及所有支援 x64 的處理器之後，所有 Intel 處理器都支援 SSE2。

注意

適用於 x86 或更新版本的 Windows 8 需要 SSE2 的支援。所有版本的 Windows x64 都需要支援 SSE2。 ARM / ARM64 上的 Windows 需要ARM_NEON。

例程變體

DirectXMath 函式有數個變體，可讓您更輕鬆地執行您的工作：

比較函式會根據較少的向量比較作業，建立複雜的條件式分支。這些函式的名稱以「R」結尾，例如 XMVector3InBoundsR。函式會以 UINT 傳回值或 UINT out 參數傳回比較記錄。您可以使用 XMComparision* 宏來測試值。
用於在較大的向量陣列上執行批次樣式作業的 Batch 函式。這些函式的名稱會以「Stream」結尾，例如 XMVector3TransformStream。函式會在輸入數位上運作，併產生輸出陣列。一般而言，它們會採用輸入和輸出步幅。
實作更快速估計的估計函式，而不是較慢且更精確的結果。這些函式的名稱結尾為「Est」例如 XMVector3NormalizeEst。使用估計的品質和效能影響會因平臺而異，但我們建議您針對區分效能的程式代碼使用估計變異。

平臺不一致

DirectXMath 連結庫適用於效能敏感的圖形應用程式和遊戲。因此，實作是針對在所有支援平臺上執行正常處理的最佳速度所設計。界限條件的結果，特別是產生浮點特殊項目的結果，可能會因目標而異。此行為也會取決於其他運行時間設定，例如 Windows 32 位無內部函數目標的 x87 控制字或 Windows 32 位和 64 位的 SSE 控件字。此外，各種 CPU 廠商之間的界限條件會有差異。

請勿在數值精確度至關重要的科學或其他應用程式中使用 DirectXMath。此外，這項限制反映在對雙精度計算或其他擴充精確度計算的支援不足。

注意

_XM_NO_INTRINSICS_純量程式代碼路徑通常是為了符合規範而撰寫，而不是效能。其界限條件結果也會有所不同。

平臺特定擴充功能

DirectXMath 連結庫旨在使用廣泛支援的內建指令（SSE2 和 ARM-NEON），簡化 C++ SIMD 程式設計，為 x86、x64 和 Windows RT 平臺提供絕佳的支援。

不過，有時候平臺特定指示可能證明是有益的。由於 DirectXMath 的實作方式，在許多情況下，直接在標準編譯程式支援的內部函數語句中使用 DirectXMath 類型，以及使用 DirectXMath 做為不支援擴充指令之平臺的後援路徑是微不足道的。

例如，以下是利用 SSE 4.1 點產品指令的簡化範例。請注意，您必須明確保護程式碼路徑，以避免在運行時間產生無效的指令例外狀況。請確定程式代碼路徑會執行足夠的工作，以證明分支的額外成本、維護多個程式代碼路徑的複雜度等等。

#include <Windows.h>
#include <stdio.h>

#include <DirectXMath.h>

#include <intrin.h>
#include <smmintrin.h>

using namespace DirectX;

bool g_bSSE41 = false;

void DetectCPUFeatures()
{
#ifndef _M_ARM
   // See __cpuid documentation on MSDN for more information

   int CPUInfo[4] = {-1};
#if defined(__clang__) || defined(__GNUC__)
   __cpuid(0, CPUInfo[0], CPUInfo[1], CPUInfo[2], CPUInfo[3]);
#else
   __cpuid(CPUInfo, 0);
#endif

   if ( CPUInfo[0] >= 1 )
   {
#if defined(__clang__) || defined(__GNUC__)
        __cpuid(1, CPUInfo[0], CPUInfo[1], CPUInfo[2], CPUInfo[3]);
#else
        __cpuid(CPUInfo, 1);
#endif

       if ( CPUInfo[2] & 0x80000 )
           g_bSSE41 = true;
   }
#endif
}

int main()
{
   if ( !XMVerifyCPUSupport() )
       return -1;

   DetectCPUFeatures();

   ...

   XMVECTORF32 v1 = { 1.f, 2.f, 3.f, 4.f };
   XMVECTORF32 v2 = { 5.f, 6.f, 7.f, 8.f };

   XMVECTOR r2, r3, r4;

   if ( g_bSSE41 )
   {
#ifndef _M_ARM
       r2 = _mm_dp_ps( v1, v2, 0x3f );
       r3 = _mm_dp_ps( v1, v2, 0x7f );
       r4 = _mm_dp_ps( v1, v2, 0xff );
#endif
   }
   else
   {
       r2 = XMVector2Dot( v1, v2 );
       r3 = XMVector3Dot( v1, v2 );
       r4 = XMVector4Dot( v1, v2 );
   }

   ...

   return 0;
}

如需平臺特定擴充功能的詳細資訊，請參閱：

DirectXMath：SSE、SSE2 和 ARM-NEON
DirectXMath：SSE3 和 SSSE3
DirectXMath：SSE4.1 和 SSE4.2
DirectXMath：AVX
DirectXMath：F16C 和 FMA
DirectXMath：AVX2
DirectXMath：ARM64

DirectXMath 程式設計指南

連結庫內部

呼叫慣例

圖形庫類型等價

DirectXMath 連結庫中的全域常數

Windows SSE 與 SSE2

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平臺不一致

平臺特定擴充功能

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