我有兴趣放弃 Xcode 并在混合语言应用程序的项目中手动编译 Metal 着色器。
但我不知道该怎么做。 Xcode 隐藏了着色器编译以及随后在运行时加载到应用程序中的详细信息（您只需调用
device.newDefaultLibrary()通常，您可以通过三种方式在 Metal 中加载着色器库：
通过
MTLDevice newLibraryWithSource:options:error:newLibraryWithSource:options:completionHandler:使用
MTLLibrary newLibraryWithFile:error:newLibraryWithData:error:让 Xcode 在构建时将各种
*.metalMTLDevice newDefaultLibrary这是从字符串创建顶点和片段程序的实际代码；使用它可以让您在运行时编译着色器（如着色器字符串方法后面的代码所示）。
为了消除使用转义序列（例如，n...）的需要，我使用了 STRINGIFY 宏。为了解决使用双引号的限制，我编写了一个块，它采用头文件名数组并从中创建 import 语句。然后将它们插入到着色器的适当位置；我对 include 语句做了同样的事情。它简化并加快了有时相当冗长的列表的插入。
合并此代码不仅允许您根据本地化选择要使用的特定着色器，而且如有必要，还可以用于更新应用程序的着色器，而无需更新应用程序。您只需创建并发送一个包含着色器代码的文本文件，您的应用程序可以对其进行预编程以作为着色器源进行引用。
#if !defined(_STRINGIFY)
#define __STRINGIFY( _x ) # _x
#define _STRINGIFY( _x ) __STRINGIFY( _x )
#endif
typedef NSString *(^StringifyArrayOfIncludes)(NSArray <NSString *> *includes);
static NSString *(^stringifyHeaderFileNamesArray)(NSArray <NSString *> *) = ^(NSArray <NSString *> *includes) {
NSMutableString *importStatements = [NSMutableString new];
[includes enumerateObjectsUsingBlock:^(NSString * _Nonnull include, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
[importStatements appendString:@"#include <"];
[importStatements appendString:include];
[importStatements appendString:@">\n"];
}];
return [NSString new];
};
typedef NSString *(^StringifyArrayOfHeaderFileNames)(NSArray <NSString *> *headerFileNames);
static NSString *(^stringifyIncludesArray)(NSArray *) = ^(NSArray *headerFileNames) {
NSMutableString *importStatements = [NSMutableString new];
[headerFileNames enumerateObjectsUsingBlock:^(NSString * _Nonnull headerFileName, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
[importStatements appendString:@"#import "];
[importStatements appendString:@_STRINGIFY("")];
[importStatements appendString:headerFileName];
[importStatements appendString:@_STRINGIFY("")];
[importStatements appendString:@"\n"];
}];
return [NSString new];
};
- (NSString *)shader
{
NSString *includes = stringifyIncludesArray(@[@"metal_stdlib", @"simd/simd.h"]);
NSString *imports = stringifyHeaderFileNamesArray(@[@"ShaderTypes.h"]);
NSString *code = [NSString stringWithFormat:@"%s",
_STRINGIFY(
using namespace metal;
typedef struct {
float scale_factor;
float display_configuration;
} Uniforms;
typedef struct {
float4 renderedCoordinate [[position]];
float2 textureCoordinate;
} TextureMappingVertex;
vertex TextureMappingVertex mapTexture(unsigned int vertex_id [[ vertex_id ]],
constant Uniforms &uniform [[ buffer(1) ]])
{
float4x4 renderedCoordinates;
float4x2 textureCoordinates;
if (uniform.display_configuration == 0 ||
uniform.display_configuration == 2 ||
uniform.display_configuration == 4 ||
uniform.display_configuration == 6)
{
renderedCoordinates = float4x4(float4( -1.0, -1.0, 0.0, 1.0 ),
float4( 1.0, -1.0, 0.0, 1.0 ),
float4( -1.0, 1.0, 0.0, 1.0 ),
float4( 1.0, 1.0, 0.0, 1.0 ));
textureCoordinates = float4x2(float2( 0.0, 1.0 ),
float2( 2.0, 1.0 ),
float2( 0.0, 0.0 ),
float2( 2.0, 0.0 ));
} else if (uniform.display_configuration == 1 ||
uniform.display_configuration == 3 ||
uniform.display_configuration == 5 ||
uniform.display_configuration == 7)
{
renderedCoordinates = float4x4(float4( -1.0, -1.0, 0.0, 1.0 ),
float4( -1.0, 1.0, 0.0, 1.0 ),
float4( 1.0, -1.0, 0.0, 1.0 ),
float4( 1.0, 1.0, 0.0, 1.0 ));
if (uniform.display_configuration == 1 ||
uniform.display_configuration == 5)
{
textureCoordinates = float4x2(float2( 0.0, 1.0 ),
float2( 1.0, 1.0 ),
float2( 0.0, -1.0 ),
float2( 1.0, -1.0 ));
} else if (uniform.display_configuration == 3 ||
uniform.display_configuration == 7)
{
textureCoordinates = float4x2(float2( 0.0, 2.0 ),
float2( 1.0, 2.0 ),
float2( 0.0, 0.0 ),
float2( 1.0, 0.0 ));
}
}
TextureMappingVertex outVertex;
outVertex.renderedCoordinate = float4(uniform.scale_factor, uniform.scale_factor , 1.0f, 1.0f ) * renderedCoordinates[vertex_id];
outVertex.textureCoordinate = textureCoordinates[vertex_id];
return outVertex;
}
fragment half4 displayTexture(TextureMappingVertex mappingVertex [[ stage_in ]],
texture2d<float, access::sample> texture [[ texture(0) ]],
sampler samplr [[sampler(0)]],
constant Uniforms &uniform [[ buffer(1) ]]) {
if (uniform.display_configuration == 1 ||
uniform.display_configuration == 2 ||
uniform.display_configuration == 4 ||
uniform.display_configuration == 6 ||
uniform.display_configuration == 7)
{
mappingVertex.textureCoordinate.x = 1 - mappingVertex.textureCoordinate.x;
}
if (uniform.display_configuration == 2 ||
uniform.display_configuration == 6)
{
mappingVertex.textureCoordinate.y = 1 - mappingVertex.textureCoordinate.y;
}
if (uniform.scale_factor < 1.0)
{
mappingVertex.textureCoordinate.y += (texture.get_height(0) - (texture.get_height(0) * uniform.scale_factor));
}
half4 new_texture = half4(texture.sample(samplr, mappingVertex.textureCoordinate));
return new_texture;
}
)];
return [NSString stringWithFormat:@"%@\n%@", includes, imports, code];
}
/*
* Metal setup: Library
*/
__autoreleasing NSError *error = nil;
NSString* librarySrc = [self shader];
if(!librarySrc) {
[NSException raise:@"Failed to read shaders" format:@"%@", [error localizedDescription]];
}
_library = [_device newLibraryWithSource:librarySrc options:nil error:&error];
if(!_library) {
[NSException raise:@"Failed to compile shaders" format:@"%@", [error localizedDescription]];
}
id <MTLFunction> vertexProgram = [_library newFunctionWithName:@"mapTexture"];
id <MTLFunction> fragmentProgram = [_library newFunctionWithName:@"displayTexture"];
.
.
.
添加我的答案，因为我发现当前的回复并不令人满意，因为到目前为止，它们还没有解决在没有安装 X-code 的情况下构建金属 GPU 二进制文件（.metal 文件到 .metallib 二进制文件）的问题，也没有在每次运行时编译它们。
命令如
xcrun -sdk macosx metal MyLibrary.metal -o MyLibrary.air
仍需要安装 X 代码。你可以解决这个问题。
首先，配置您的项目以包含 metal-cpp metal-cpp-extensions 标头，可在此处获取：https://developer.apple.com/metal/LearnMetalCPP.zip
其次，在 .metal 文件中编写着色器，在运行时编译一次，然后使用步骤 1 中的标头构建 Metal GPU 二进制文件。
一些示例代码：
#define NS_PRIVATE_IMPLEMENTATION
#define MTL_PRIVATE_IMPLEMENTATION
#define MTK_PRIVATE_IMPLEMENTATION
#define CA_PRIVATE_IMPLEMENTATION
#include <Metal/Metal.hpp>
#include <MetalKit/MetalKit.hpp>
#include <AppKit/AppKit.hpp>
void saveBinary(MTL::RenderPipelineDescriptor* renderPipelineDescriptor) {
NS::Error* error = nullptr;
MTL::BinaryArchiveDescriptor* binaryArchiveDescriptor = MTL::BinaryArchiveDescriptor::alloc()->init();
MTL::BinaryArchive* binaryArchive = device->newBinaryArchive(binaryArchiveDescriptor, &error);
NS::URL* saveLocation = NS::URL::alloc()->initFileURLWithPath(NS::String::string("/binary.metallib", NS::StringEncoding::UTF8StringEncoding));
binaryArchive->addRenderPipelineFunctions(renderPipelineDescriptor, &error);
binaryArchive->serializeToURL(saveLocation, &serializeError);
}
‘serializeToURL’函数序列化到磁盘，而binaryArchive对象本身可以加载管道描述符，包括但不限于‘MTL::RenderPipelineDescriptor’。这些描述符本身是使用未编译的内核、片段和顶点着色器函数初始化的。
初始化这些描述符后，您第一次在运行时编译着色器函数。但是，在完成开发后，您可以编译二进制文件并在运行时跳过编译。没有任何 X 代码参与。
这个过程在 swift 中与在 C++ 中本质上是相同的。我发现这个视频很有帮助，我的答案基于此： https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2020/10615/