DirectX11 初探XMVECOTR&XMMATRIX

初探DX11的数学库：向量XMVECOTR，矩阵XMMATRIX

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｜XMVECTOR（XNA数学库的向量）

DirectX中的一个核心数据类型为 XMVECTOR
对它的运算可以使用SIMD指令集加速（主要处理向量的运算）。
SIMD即Single Instruction Multiple Data，单指令多数据流，能够复制多个操作数，并把它们打包在大型寄存器的一组指令集。

XMVECTOR 的定义:

容下4个32位float变量

// Vector intrinsic: Four 32 bit floating point components aligned on a 16 byte 
// boundary and mapped to hardware vector registers
typedef __m128 XMVECTOR;

XMVECTOR是可直接映射SIMD硬件上的128位寄存器

 

DirectX其他定义的结构类似的几个结构体例如：
二维向量 XMFLOAT2，三维向量 XMFLOAT3，四维向量 XMFLOAT4，颜色 XMCOLOR

 

直接将它们计算时，由于没有SIMD的加速，所以速度相对较慢。

所以倘然将它们需要做运算时，需要全部转换成XMVECTOR形式再进行运算，最后得出结果再转换成目标类型。
那么就能让这些向量的运算允许进行SIMD加速。

转换XMVECTOR形式，我们只利用需要的维度数据来运算，而可能多出的空位（其他维度数据）被置为0不运算。

所以XNA数学库中也就有了这几个结构体和XMVECTOR互相转换的函数。

｜FXMVECTOR、CXMVECTOR  (const XMMATRIX(&))

下面是龙书说的：
For Windows, these are defined as:

// 32-bit Windows
typedef const XMVECTOR FXMVECTOR;
typedef const XMVECTOR& CXMVECTOR; 
// 64-bit Windows
typedef const XMVECTOR& FXMVECTOR; 
typedef const XMVECTOR& CXMVECTOR;

FXMVECTOR或CXMVECTOR是DX的一种规定，
在上面代码可以看到FXMVECTOR或CXMVECTOR本质是
const XMVECTOR (或者有&)
也就是只读性的XMVECTOR。

 

DirectX库中规定，任何函数
若需要传入3个以内包括3个只读性的XMVECOTR（只读性其实就是const）参数，则这些形参的类型应写
为FXMVECTOR。
若需要传入超过3个只读性的XMVECOTR参数，则前三个的类型应写为FXMVECTOR，超出三个的类型应写为CXMVECTOR。

举个例子：

void func0(FXMVECTOR v1);
//其它类型的参数，即使夹在中间，也不参与这个规则
void func1(FXMVECTOR v1,int a,FXMVECTOR v2,int b);
//cv4,cv5超出三个只读性参数，所以需要声明改成CXMVETOR
//v6不是只读性的,不参与这个规则。不过不推荐传入可写入的向量，可写入的向量尽量在其作用域内操作，而不是传给另一个作用域处理。
void func2(FXMVECTOR cv1,FXMVECTOR cv2,FXMVECTOR cv3,CXMVECTOR cv4,CXMVECTOR cv5,XMVECTOR& v6);

那么FXMVECTOR和CXMVECTOR又有什么区别呢？

FXMVECTOR 将代表将利用SSE/SSE2寄存器传入的const XMVECTOR类型。

（也就是可以通过一些硬件操作来加速传入XMVECTOR参数，F意思是代表fast吧大概= =。一篇博客：具体为什么加速）
而 CXMVECTOR 只代表正常传入的const XMVECTOR类型。

如果都用CXMVECTOR，速度不如通过SIMD寄存器的FXMVECTOR。
如果超过3个都用FXMVECTOR，多出的FXMVECTOR的传不进去寄存器（也许是可加速的参数数量有限）。
（还有用超过3个以上的FXMVECOTR时，编译不会报错，所以在自定义函数时，要注意FXMVECTOR参数不要超过3个，不然运行期会传不进去）

｜XMVECTOR各相关类型使用规范（总结）

1、XMVECTOR用于局部或全局变量。

2、XMFLOAT2, XMFLOAT3,XMFLOAT4用于类成员类型。

3、向量计算时，只对XMVECTOR类型运算。若要对XMFLOAT相关运算，须使用载入方法将 XMFLOAT相关 转换成 XMVECTOR 再做向量计算. 。

4、存储向量时，基本只存储XMFLOAT相关类型(除了第1个规则)。若要存储XMVECTOR，须使用转换方法将XMVECTOR转换成XMFLOAT相关再存储。

 

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｜XMMATRIX（XNA数学库的矩阵）

DirectX中的另一个核心数据类型为 XMMATRIX
对它的运算同样可以使用SIMD指令集加速

 

XMMATRIX 的定义:

容下 4×4 个32位float变量

struct _XMMATRIX
{
　　union
　　{
　　XMVECTOR r[4];
　　struct{
　　　　FLOAT _11, _12, _13, _14;
　　　　FLOAT _21, _22, _23, _24;
　　　　FLOAT _31, _32, _33, _34;
　　　　FLOAT _41, _42, _43, _44;
　　　　};
　　FLOAT m[4][4];
　　}
}XMMATRIX;

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DirectX其他定义的类似结构的结构体：

XMFLOAT4X4

 

类似XMVECTOR，存储数据用XMFLOAT4X4，需要运算时则转换成XMMATRIX来运算以获得加速，储存结果时再转回FLOAT4X4。

｜CXMMATRIX

但是不同于向量，矩阵的传参没有类似FXMVECTOR的特殊加速传参效果（估计是矩阵数据太大了），所以所有只读性传参统一都是CXMMATRIX。

｜XMMATRIX各相关类型使用规范（总结）

类似XMVECTOR。

1、XMMATRIX用于局部或全局变量。

2、XMFLOAT4X4用于类成员类型。

3、矩阵计算时，只对XMVECTOR类型运算。若要对XMFLOAT4X4相关运算，须使用载入方法将 XMFLOAT4X4 转换成 XMMATRIX再做向量计算. 。

4、存储矩阵时，基本只存储XMFLOAT4X4类型(除了第1个规则)。若要存储XMMATRIX，须使用转换方法将XMMATRIX转换成XMFLOAT4X4再存储。