XNA数学库中的XMVECTOR

一.XNA介绍

XNA数学库在DX11中引入，与之前版本的3D数学库D3DXMAth功能基本一致，作为DXSDK的一部分。目前推荐使用XNA数学库，因为其建立在SIMD指令上，以更好的利用Windows及XBox360上特殊的硬件寄存器（128位，可以同时操作4个32位数）。为了使用XNA数学库，需要包含头文件xnamath.h。该库支持Windows及XBox平台。

二.XNA的向量类型

在Windows平台下，XNA数学库是基于SSE/SSE2指令集实现的。在XNA数学库中，XMVECTOR是向量表示的基础类型，代表一个由4个float值组成的向量。然而，为了支持较好的平台可移植性和各种优化，XMVECTOR被设计的较难理解，他的集体实现的平台相关的。Windows下，其定义为：

typedef _m128 XMVECTOR;

_128是一个针对一个可映射至其中一个SIMD寄存器（XMM[0]~XMM[7])的变量的定义，可以使用SIMD内嵌汇编语言或者使用instrinsics函数库利用寄存器对齐进行高效的操作。

在操作向量时，XMVECTOR除了用于4维向量外，还可以用于操作2维、三维向量，以于多出的几维默认为0。此外要注意的是，XMVECTOR在内存中是16位对齐的，当作为局部或全局变量使用时，由硬件自动实现对齐。对于类中的成员变量，则推荐使用XMFLOAT2(2D), XMFLOAT3(3D), XMFLOAT4(4D)来代替XMVECTOR。

三.Load和Store函数

但是，如果直接使用XMFLOAT2、XMFLOAT3等这些类型进行计算，是不会利用到SIMD指令的加速效果的，因此在计算前要把这些向量转换为XMVECTOR，然后再进行各种向量运算。这几种类型与XMVECTOR之间的相互转换函数主要分为Store和Load两种，Store型用来把一个XMVECTOR存储到指定的XMFLOATx中，Load型用来从一个XMFLOATx读取内容到XMVECTOR中。总结下这段话内容，即：

1. 在局部、全局变量中使用XMVECTOR类型；

2. 在类中定义向量成员时，使用类型XMFLOAT2，XMFLOAT3，XMFLOAT4；

3. 对类中的向量进行运算时，用Load型函数把相应向量读取到XMVECTOR中，再进行运算；

4. 运算完后把相应的结果XMVECTOR通过Store型函数存储到相应的XMFLOATx向量中。

四.获得XMVECTOR的分量的Set和Get函数

由于XMVECTOR映射为一个特殊的SIMD寄存器，而不是一个struct，因此我们不能直接操作其x,y,z,w维数据，因此提供了几个Set和Get函数.

五.XMVECTOR类型参数传递规定

为了更好地利用SIMD，当XMVECTOR作为函数参数类型时，有特殊的规定。这些规则与平台相关，比如在32位和64位的Windows及XBox360下规则就不一样。为了在写代码时与平台无关，XNA Math专门针对函数参数类型定义了这两个类型：CXMVECTOR和FXMVECTOR。在不同的平台下这两个类型有着相应的不同的定义，对于程序员在写代码时则无需考虑这些，只要服从相应的规则即可。规则如下：        

在一个函数中，前三个使用到XMVECTOR类型的参数，必须为FXMVECTOR；之后所有其他的XMVECTOR类型参数要为CXMVECTOR。比如：

XMINLINE XMMATRIX XMMatrixTransformation(
  FXMVECTOR ScalingOrigin,     //第1个XMVECTOR类型参数
  FXMVECTOR ScalingOrientationQuaternion,    //第2个XMVECTOR类型参数
  FXMVECTOR Scaling,      //第3个XMVECTOR类型参数
  CXMVECTOR RotationOrigin,     //第4个开始，后面的全部为CXMVECTOR类型
  CXMVECTOR RotationQuaternion,
  CXMVECTOR Translation); 

XMINLINE XMMATRIX XMMatrixTransformation2D(
  FXMVECTOR ScalingOrigin,     //第1个XMVECTOR类型参数
  FLOAT   ScalingOrientation,
  FXMVECTOR Scaling,      //第2个XMVECTOR类型参数
  FXMVECTOR RotationOrigin,     //第3个XMVECTOR类型参数
  FLOAT   Rotation,
  CXMVECTOR Translation);      //第4个，必须使用CXMVECTOR

六.常量向量

当用到常量型的XMVECTOR时，应该使用XMVECTORF32类型，尤其是当使用初始化式时。XMVECTORF32是16字节对齐的数据结构，可以转换为XMVECTOR类型。

例如：

const XMVECTORF32 g_Zero = {0.f,0.f,0.f,0.f};
static const XMVECTORF32 g_tmp = {x,y,z,w};

因此，如果想事先定义一些常量型的XMVECTOR，则可以用const XMVECTORF32类型来定义，在程序中用到XMVECTOR类型时，再利用类型转换（static_cast）转换为XMVECTOR类型即可。