Shader的函数参数性能

Question

我正在尝试了解如何在着色器语言中实现传递参数。

看了好几篇文章和文档，还是有一些疑惑。特别是我试图理解 C++ 函数调用的差异，特别强调性能。

HLSL,Cg 和 GLSL 之间略有不同，但我想下划线的实现非常相似。

到目前为止我所了解的内容：

除非另有说明，函数参数总是按值传递（即使对于矩阵也是如此吗？）
在此上下文中按值传递与 C++ 的含义不同。不支持递归，所以不使用堆栈，大多数函数都是内联的，参数直接放入寄存器。
函数通常默认内联 (HLSL) 或者至少内联关键字始终受到编译器的尊重 (Cg)

以上考虑是否正确？

现在2个具体问题：

传递矩阵作为函数参数

内联 float4 DoSomething（在 Mat4x4 mat 中，在 float3 vec 中） { ... }

考虑到上面的函数，在 C++ 中这会很糟糕，使用引用肯定会更好：const Mat4x4&.

着色器呢？这是一个不好的方法吗？我读到，例如 inout 限定符可用于通过引用传递矩阵，但实际上它暗示矩阵被调用函数修改..

数字（和参数类型）有什么含义吗？例如，是更好地使用具有有限参数集的函数？还是避免传递矩阵？ inout 修饰符是提高性能的有效方法吗？如果是这样，有人知道典型的编译器是如何实现的吗？
HLSL和GLSL有区别吗？有人对此有提示吗？

Answer 1

当您考虑使用 inout 限定参数时，您的第一个要点不起作用。

真正的问题是你在函数内部对参数做了什么，如果你修改了一个用in限定的参数，那么它就不能“通过引用传递”，必须制作一个副本。在现代硬件上，这可能不是什么大问题，但 Shader Model 2.0 在临时寄存器的数量方面非常有限，当 GLSL 和 Cg 首次出现时，我运行不止一次地陷入这类问题。

作为参考，请考虑以下 GLSL 代码：

vec4 DoSomething (mat4 mat, vec3 vec)
{
  // Pretty straight forward, no temporary registers are required to pass arguments.
  return vec4 (mat [0] + vec4 (vec, 0.0));
}

vec4 DoSomethingCopy (mat4 mat, vec3 vec)
{
  mat [0][0] = 0.0; // This requires the compiler to make a local copy of mat
  return vec4 (mat [0] + vec4 (vec, 0.0));
}

vec4 DoSomethingInOut (inout mat4 mat, in vec3 vec)
{
  mat [0][0] = 0.0; // No copy required, but the original mat is modified
  return vec4 (mat [0] + vec4 (vec, 0.0));
}

我无法真正评论性能，我唯一糟糕的经历与在旧 GPU 上达到实际硬件限制有关。当然，您应该假设任何时候必须复制某些内容都会对性能产生负面影响。

Answer 2

所有着色器函数都是内联的（禁止递归函数）。 reference/pointer 的概念在这里也是无效的。生成某些代码的唯一情况是在输入参数上写入时。但是，如果不再使用原始寄存器，编译器可能会使用相同的寄存器，并且不需要复制（mov 操作）。

底线：函数调用是免费的。

Answer 3

根据规范，值总是被复制。 in 参数在调用时复制，out 参数在 return 时复制，inout 参数在调用和 return 时复制。

规范语言（GLSL 4.50，第 6.1.1 节 "Function Calling Conventions"）：

All arguments are evaluated at call time, exactly once, in order, from left to right. Evaluation of an in parameter results in a value that is copied to the formal parameter. Evaluation of an out parameter results in an l-value that is used to copy out a value when the function returns. Evaluation of an inout parameter results in both a value and an l-value; the value is copied to the formal parameter at call time and the lvalue is used to copy out a value when the function returns.

一个实现当然可以自由地优化它想要的任何东西，只要结果与记录的行为相同即可。但我认为您不能期望它以任何特定方式工作。

例如，通过引用传递所有inout参数不会被保存。说如果你有这个代码：

vec4 Foo(inout mat4 mat1, inout mat4 mat2) {
    mat1 = mat4(0.0);
    mat2 = mat4(1.0);
    return mat1 * vec4(1.0);
}

mat4 myMat;
vec4 res = Foo(myMat, myMat);

正确的结果是包含所有 0.0 个分量的向量。如果参数通过引用传递，mat1 和 Foo() 内的 mat2 将别名相同的矩阵。这意味着对 mat2 的赋值也会更改 mat1 的值，结果是一个包含所有 1.0 分量的向量。哪个是错误的。

这当然是一个非常人为的例子，但优化必须有选择性才能在所有情况下正常工作。

Shader的函数参数性能

Shader's function parameters performance

opengl

directx

shader

glsl

hlsl

作为参考，请考虑以下 GLSL 代码：