3D Graphics for Dummies Significant content “borrowed” from Dan Chang @ Nintendo NTD “with permission” Chris Ryan CppCon 2021 github.com/ChrisR98008/CppCon20213 3D Graphics for Dummies4 3D Graphics Dummies5 3D Graphics for Dummies6 3D Graphics for Dummies7 3D Graphics for Dummies8 3D Graphics for Dummies9 3D Graphics for Dummies10 3D Graphics for Dummies11 3D Graphics for Dummies12 3D Graphics Graphics for Dummies13 3D Graphics for Dummies14 3D Graphics for Dummies15 3D Graphics for Dummies Winding / Right Hand Rule Fingers curled in the order of the points, thumb points up Counter clockwise

ntou.edu.tw> 我是您的忠实读友，从您1992 年出版的「Windows 程序设计」到现在的深入浅出MFC， 我已花不少银子买下数本您的大作。虽然您的作品比其它国内出版的作品价格稍为高了一 点，但我觉得很值得，因为我可以感受出您真的非常用心在撰写，初阅读您的作品时，有时 不知其然，但只要用心品尝，总是入味七分。有些书教人一边看书一边上机实作，会是一个 比较好的学习曲线，但我是一个从基隆 Inside Visual C++ 5.0 (2) MFC Professional 5.0 (3) Mr. 侯俊杰Any Books "howard" ： 先读一点SDK 著作，再读深入浅出MFC，就够了。 剩下就多看MSDN 吧。 我是一个刚学VC 不久的人，想写Windows 程序，却发现一大堆看不懂的函数或类别。 查help，都是英文，难懂其中意思。 后就说再见了。但是你只要很努力地慢慢看，一步一步地看， 你就会发现后面的章节是那么清楚明了... 慢慢来吧，这第三章我也是看了三遍才弄懂了 一次。我也非计算机科系学生，与你相同的路子走来，有点SDK 概念和一点Data structure 概念，对第三章会很容易懂的，加油。 轶名：我看第三章的时候也很辛苦，但懂了之后，后面的章节可是用飙的喔。 xvi 武汉bin_zhou I am your reader

来表示数组的结尾。这样只需要一个首地址指针就 能表示一个动态长度的数组，高，实在是高。 “0 结尾字符串”知识点应用举例 • 利用 C 语言字符串“以 0 结尾”这个特点，我们可以在一个 本来非 0 的字符处写入 0 ，来提前结束字符串。例如在第 n 个字符写入 0 ，就会只保留前 n 个字符作为一个子字 符串，删除后半部分。 “0 结尾字符串”知识点应用举例 • C 语言所谓的字符串类型 char * 实际上就是个首地址指 没什么好神秘的，他就是一个普通的字符。 • 仅仅只是 printf 和 scanf 这些特定的函数会对 % 特殊处理而已。 • 而 \ 比较厉害，他是编译器内部专门为他“开了个后门”。 • 编译器检测到字符串中出现 \ 就会把下一个字符特殊处理。 • 而 % ，编译器并不会特殊处理 % ，是 printf 函数内部在运行时处理了 % 的下一个字符。 • % 就像你和同学随手“拉钩”定下的约定，这是 即可。 字符串常用操作 第 6 章 at 获取指定位置的字符 • s.at(i) 和 s[i] 都可以获取字符串中的第 i 个字符。 • 区别在于 at 如果遇到 i 越界的情况，也就是检测到 i ≥ s.size() 时，会抛出 std::out_of_range 异常终止程序。使用 gdb 等调试 器就可以在出这个异常的时候暂停，帮你调试错误 （ BV1kP4y1K7Eo ）。也可以从外部函数

，没有类型区分，导致很容易弄错单位，混淆时间点和时间段。 • 比如 t0 * 3 ，乘法对时间点而言根本是个无意义的计算，然而 C 语言把他们看做一样的 long 类型，从而容易让程序员犯错。 C++11 引入的时间标准库： std::chrono • 利用 C++ 强类型的特点，明确区分时间点与时间段，明确区分不同的时间单位。 • 时间点例子： 2022 年 1 月 8 日 13 点 07 分 10 秒 • 时间段例子： 1 分 30 秒 • 时间点类型： chrono::steady_clock::time_point 等 • 时间段类型： chrono::milliseconds ， chrono::seconds ， chrono::minutes 等 • 方便的运算符重载：时间点 + 时间段 = 时间点，时间点 - 时间点 = 时间段 • auto t0 = chrono::steady_clock::now(); // 获取当前时间点 • auto t1 = t0 + chrono::seconds(30); // 当前时间点的 30 秒后 • auto dt = t1 - t0; // 获取两个时间点的差（时间 段）

分块能减少 unordered_map 中存储的表项数量，从而减轻哈 希的压力。但意味着键值在空间上需要具有一定的局域性，否 则 会浪费分块中一 部分空间。 然而我们这里是 要用他记录粒子 经过的点，因此 具有一定空间局 域性，能够被分 块优化。 实际上空间局域 性正是稀疏网格 能够实现的一大 前提，稍后详细 讨论。 在 16x16 分块的基础上，只用一个 bit 存储 图片解释稀疏的好处 用户来说是个很大的坑点，很多人想当然地用 % 做循环边界， 然而这对负方向会不起作用。 解决： (a % b + b) % b • 我看一些 CFD 用户喜欢写 (a + b) % b 做循环边界 ，从而避免负方向上出错。然而这还是避免不了 a < -b 时的出错。 • 正确的写法是： (a % b + b) % b • 如果 b 是常数且为 2 的幂次方，编译器会检测到， 并替换为更高效的位运算，反而减少了计算量。 避免多个线程同时访问。 然而这样会严重影响性能，锁和原子多了，就根本并行不起来。 教科书式的解决：二次判断法 这样如果 block 已经非空，则可以不用上锁，减少上锁次数。 如果 block 为空，则上锁；再次检测是否为空，空则分配内存， 非空说明其他线程已经帮我分配好了，直接退出。 结果反而还变慢了……所以有时候教科书（如 Concurrency in Action ）不一定就是完美解决方案，要根据实际情况判断。

而且，类成员也不可以定义为 auto ： 自动类型推导：函数返回值 • 除了可以用于定义变量，还可以用作函数的返回类型： • 使用 auto 以后，会自动被推导为 return 右边的类型。 • 不过也有三点注意事项： 1. 当函数有多条 return 语句时，所有语句的返回类型必须一致，否则 auto 会报错。 2. 当函数没有 return 语句时， auto 会被推导为 void 。 3. 如果声明和实现分离了，则不能声明为 ret.value() : 3 optional ： value() 会检测是否为空，空则抛出异常 • 当 ret 没有值时（即 nullopt ）， ret.value() 会抛出一个异 常，类型为 std::bad_optional_access 。 optional ： operator*() 不检测是否为空，不会抛出异常 • 除了 ret.value() 之外还可以用 *ret *ret 获 取 optional 容器中的值，不过他不会 去检测是否 has_value() ，也不会抛出 异常，更加高效，但是要注意安全。 • 请确保在 has_value() 的分支内使用 *ret ，否则就是不安全的。 • 如果 optional 里的类型是结构体，则 也可以用 ret->xxx 来访问该结构体的 属性。 optional ： operator bool()

set 系列指令有 setle ， setge ， setl 等等。 • 冷知识： 32 位时代 cmov 系列曾经是 x86 的一个拓展特性（像 sse 一样），使用前需 要先用 cpuid 指令检测是否支持，如果在不支持 cmov 的 CPU 上使用会产生 SIGILL 错误。不过现在 64 位的 x86 CPU 都保证自带了 cmov 和 sse 拓展，所以不需要手动 开启什么开关编译器就会自动生成利用 还有一种“摆烂”的做法： • (cond ? a : b) // 方法 3 • 三目运算符通常会变成和 if-else 一样的分 支，同样会生成条件跳转指令，理应一样 低效。但是有时候编译器会检测到，可以 帮你自动优化成无分支版本的。 “ 妙用加减乘”进行无分支优化的通用公式 • 我比较喜欢方法 2 ，因为他可以很直观地同样适用于多个分支的情况，例如： • if (x < 0) return if-else ，编译器往往会自动检测到可以优化，帮你 应用“妙用加减乘”了，无法体现手动优化的意义。 不同写法的性能测试 • 我们照常编写了测试用例，禁止内联优化，同样生成 10^7 个随机数（ -512 到 512 区间）。 • 至于为什么采用需要三个分支的 clamp 做测试？ • 优化级别在 -O1 以上时，对于只有两个分支的 if- else ，编译器往往会自动检测到可以优化，帮你应用

cycle ， 符合小彭老师的经验公式。 • “right” 和“ wrong” 指的是分支预测是否成功。 多少计算量才算多？ • 看右边的 func ，够复杂了吧？也只是勉勉强强超过一 点内存的延迟了，但在 6 个物理核心上并行加速后， 还是变成 mem-bound 了。 • 加速比： 1.36 倍 • 应该达到 6 倍（物理核心数量）才算理想加速比。 加速曲线 • funcA 三级缓存由各个物理核心共享，总共 12 MB 。 通过图形界面查看拓扑结构： lstopo 根据我们缓存的大小分析刚刚的图表 • 也可以看到刚刚两个出现转折的点，也是在 二级缓存和三级缓存的大小附近。 • 因此，数据小到装的进二级缓存，则最大带 宽就取决于二级缓存的带宽。稍微大一点则 只能装到三级缓存，就取决于三级缓存的带 宽。三级缓存也装不下，那就取决于主内存 的带宽了。 • 结论：要避免 mem-bound 4096 字节）随机访问 • 解决方案就是，把分块的大小调的更大一些，比 如 4KB 那么大，即 64 个缓存行，而不是一个。 • 这样一次随机访问之后会伴随着 64 次顺序访问， 能被 CPU 检测到，从而启动缓存行预取，避免了 等待数据抵达前空转浪费时间。 页对齐的重要性 • 为什么要 4KB ？原来现在操作系统管理内存是用分页 （ page ），程序的内存是一页一页贴在地址空间中的，

这个目标，即安 装 -D 选项：指定配置变量（又称缓存变量） • 可见 CMake 项目的构建分为两步： • 第一步是 cmake -B build ，称为配置阶段（ configure ），这时只检测环境并生成构建规则 • 会在 build 目录下生成本地构建系统能识别的项目文件（ Makefile 或是 .sln ） • 第二步是 cmake --build build ，称为构建阶段（ build 则是专为性能优化的构建系统，他和 CMake 结合都是行业标准了。 Ninja 和 Makefile 简单的对比 性能上： Ninja > Makefile > MSBuild Makefile 启动时会把每个文件都检测一遍， 浪费很多时间。特别是有很多文件，但是实 际需要构建的只有一小部分，从而是 I/O Bound 的时候， Ninja 的速度提升就很明 显。 然而某些专利公司的 CUDA toolkit 在 CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED 是 BOOL 类型，可以为 ON 或 OFF ，默认 OFF 。 • 他表示是否一定要支持你指定的 C++ 标准：如果为 OFF 则 CMake 检测到编译器不支 持 C++17 时不报错，而是默默调低到 C++14 给你用；为 ON 则发现不支持报错，更安 全。 https://crascit.com/2015/03/28/enabling-cxx11-in-cmake/

aligned packed single SIMD 指令：敢不敢再宽一点？ 为什么编译器没有用 256 位的 ymm0 ？ 因为他不敢保证运行这个程序的电脑支持 AVX 指令集…… 两个 int32 可以合并为一个 int64 四个 int32 可以合并为一个 __m128 八个 int32 可以合并为一个 __m256 让编译器自动检测当前硬件支持的指令集 -march=native 让编译器自动判断当前硬件支 指向的数组是否有重合。 考虑 func(a, a + 1) 的情况，那样会产生数据依赖链，没法 SIMD 化 。 为了优化而不失正确性，他索性生成两份代码： 一份是 SIMD 的，一份是传统标量的 他在运行时检测 a, b 指针的差是否超过 1024 来判断是否有重叠现 象。 1. 如果没有重叠，则跳转到 SIMD 版本高效运行。 2. 如果重叠，则跳转到标量版本低效运行，但至少不会错。 SIMD 版 标量版 即可实现同样效 果，就不需要手动写 padding 变量了。 那是不是所有结构体打上 alignas(16) 我的程序就会变快？ 错了，有可能不仅不变快，反而还变慢！ SIMD 和缓存行对齐只是性能优 化的一个点，又不是全部。还要考虑结构体变大会导致内存带宽的占用， 对缓存的占用等一系列连锁反应，总之，要根据实际情况选择优化方案。 结构体的内存布局： AOS 与 SOA • AOS （ Array of Struct