Swift 中 simd_packed 向量的对齐（与 Metal Shader 语言相比）

Question

我无法理解 Swift 中 simd 模块中有关 simd_packed 向量的内容。我用的是float4的例子，希望有人能帮忙。

我的理解是simd_float4 是SIMD4< Float> 和MemoryLayout<SIMD4< Float>>.alignment = 16（字节）的typealias，因此是MemoryLayout<simd_float4>.alignment = 16。有道理。

但下面的我不明白：simd_packed_float4 也是SIMD4<Float> 的typealias。所以MemoryLayout<simd_packed_float4>.alignment = 16。

那么，simd_packed_float4 中的“打包”有什么意义呢？文档所说的“宽松对齐”在哪里？

在金属着色器语言规范（2.4 版）中（ https://developer.apple.com/metal/Metal-Shading-Language-Specification.pdf) 在表 2.4 (p.28) 中，它说packed_float4 的对齐方式是 4（这也是标量类型浮点数的对齐方式），所以这是一个“宽松对齐方式”（与 16 相比）。这本身是有道理的，但是我如何将其与上述内容相协调（simd_packed_float4 是 SIMD4<Float> 和 MemoryLayout<simd_packed_float4> = 16 的类型别名）？

Answer 1

实际上，我认为在 Swift 中使用打包类型不可能实现像这样的轻松对齐。我认为 Swift 编译器无法将对齐属性带入实际的 Swift 接口。

我认为这使得simd_packed_float4 在 Swift 中毫无用处。

我已经制作了一个游乐场来检查这一点，但按预期使用它是行不通的。

import simd

MemoryLayout<simd_float4>.stride
MemoryLayout<simd_packed_float4>.alignment

let capacity = 8
let buffer = UnsafeMutableBufferPointer<Float>.allocate(capacity: capacity)

for i in 0..<capacity {
    buffer[i] = Float(i)
}

let rawBuffer = UnsafeMutableRawBufferPointer.init(buffer)

let readAligned = rawBuffer.load(fromByteOffset: MemoryLayout<Float>.stride * 4, as: simd_packed_float4.self)

print(readAligned)

let readUnaligned = rawBuffer.load(fromByteOffset: MemoryLayout<Float>.stride * 2, as: simd_packed_float4.self)

print(readUnaligned)

哪个会输出

SIMD4<Float>(4.0, 5.0, 6.0, 7.0)
Swift/UnsafeRawPointer.swift:900: Fatal error: load from misaligned raw pointer

如果您确实需要将未对齐的 simd_float4 向量加载或放入缓冲区中，我建议您只做一个按组件执行此操作的扩展，这样所有对齐都可以解决，有点像这样

extension UnsafeMutableRawBufferPointer {
    func loadFloat4(fromByteOffset offset: Int) -> simd_float4 {
        let x = rawBuffer.load(fromByteOffset: offset + MemoryLayout<Float>.stride * 0, as: Float.self)
        let y = rawBuffer.load(fromByteOffset: offset + MemoryLayout<Float>.stride * 1, as: Float.self)
        let z = rawBuffer.load(fromByteOffset: offset + MemoryLayout<Float>.stride * 2, as: Float.self)
        let w = rawBuffer.load(fromByteOffset: offset + MemoryLayout<Float>.stride * 3, as: Float.self)

        return simd_float4(x, y, z, w)
    }
}

let readUnaligned2 = rawBuffer.loadFloat4(fromByteOffset: MemoryLayout<Float>.stride * 2)
print(readUnaligned2)

或者你甚至可以让它通用