特化常量

前言

特化常量(Specialization Constants)是 Vulkan 中一种在管线创建时指定的常量值，它允许在 SPIR-V 代码中保留“占位符”，直到应用程序运行时才确定具体值。与推送常量不同，特化常量最后将直接嵌入 SPIR-V 代码中，且管线创建后无法修改，类似于编译时常量。

需要注意，SPIR-V 依然只是一种中间语言，而我们为其嵌入了常量值，因此它可以在生成目标 ISA 时进行优化，如常量折叠、死代码消除等。

综上，它可用于代替高级着色器语言（GLSL/HLSL）中的预处理宏，实现更优雅的着色器代码。

基础代码

请下载并阅读下面的基础代码，这依然是“C++模块化”章节的第二部分代码：

点击下载

本章内容非常简单，仅演示特化常量的使用方式，不演示复杂功能。

着色器

它的在着色器中的使用非常简单，使用 constant_id 关键字：

#version 450
 // 通过 constant_id 指定特化常量的 ID，并提供默认值
layout (constant_id = 0) const float myColor = 1.0;
layout(location = 0) out vec4 outColor;

void main() {
    outColor = vec4(myColor);
}

显然特化常量在各个着色器都可用，此处方便演示，请修改 shaders/shader.frag 片段着色器：

#version 450
// 提供默认值 0.0 
layout (constant_id = 0) const float myColor = 0.0;

layout(binding = 1) uniform sampler2D texSampler;

layout(location = 0) in vec2 fragTexCoord;

layout(location = 0) out vec4 outColor;

void main() {
    outColor = vec4(texture(texSampler, fragTexCoord).xy, myColor, 1.0);
}

我们所做的事情非常简单，通过特化常量指定了蓝色通道并设置了默认值。

现在运行程序可以看到这样的图像：

yellow_room

你可以尝试调整 myColor 的默认值，可以看到奇怪色彩的图像。

图形管线

仅使用默认值肯定无法满足需求，我们可以管线创建时指定特化常量的值。

现在回到 C++ 代码，在 GraphicsPipeline.cppm 模块文件中找到管线创建函数：

void create_graphics_pipeline() {
    ......
}

指定特化常量的值一般需要三种内容：

源数据（类型和具体的对象）
特化映射条目（用于指定数据格式和 constant_id 序号）
特化信息汇总（用于绑定具体数据）

我们的数据类型非常简单，单个 float ，所以可以这样写：

// 1. 数据源
float my_color = 0.4f;
// 2. 特化映射条目
vk::SpecializationMapEntry mapEntry;
mapEntry.constantID = 0; // 对应 GLSL 中的 constant_id 和 SPIR-V 中的 SpecId
mapEntry.offset     = 0; // 源数据的起始偏移量
mapEntry.size       = sizeof(float);
// 3. 特化信息
vk::SpecializationInfo specializationInfo;
specializationInfo.setMapEntries(mapEntry);
specializationInfo.setData<float>(my_color);
// 此模板设置了 指针 和 数据大小 ，不能放右值

vk::PipelineShaderStageCreateInfo fragment_shader_create_info; // 片段着色器
fragment_shader_create_info.stage = vk::ShaderStageFlagBits::eFragment;
fragment_shader_create_info.module = fragment_shader_module;
fragment_shader_create_info.pName = "main";
// 直接在着色器创建信息中绑定“特化信息”
fragment_shader_create_info.pSpecializationInfo = &specializationInfo;

// ... 后续代码不变