Unity中Shader指令优化（编译后指令解析）

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前言

我们先读懂Shader编译后代码，才能对Shader进行合理的优化

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一、我们先创建一个简单的Shader

Shader "MyShader/P2_3_6"
{
    Properties
    {
        
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };
            
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                return fixed4(i.uv,1,1);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

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二、编译这个Shader，并且打开

• 我们目前先只编译到 D3D 平台

这是编译后的代码（我们来逐步分析）：

// Compiled shader for custom platforms

//
// 
// NOTE: This is *not* a valid shader file, the contents are provided just
// for information and for debugging purposes only.
// 
//
// Skipping shader variants that would not be included into build of current scene.

Shader "MyShader/P2_3_6" {
SubShader { 
 LOD 100
 Tags { "RenderType"="Opaque" }


 // Stats for Vertex shader:
 //        d3d11: 8 math
 Pass {
  Tags { "RenderType"="Opaque" }
  //
  //                              //
  //      Compiled programs       //
  //                              //
  //
//
Keywords: 
-- Hardware tier variant: Tier 1
-- Vertex shader for "d3d11":
// Stats: 8 math, 2 temp registers
Uses vertex data channel "Vertex"
Uses vertex data channel "TexCoord0"

Constant Buffer "UnityPerDraw" (176 bytes) on slot 0 {
  Matrix4x4 unity_ObjectToWorld at 0
}
Constant Buffer "UnityPerFrame" (368 bytes) on slot 1 {
  Matrix4x4 unity_MatrixVP at 272
}

Shader Disassembly:
//
// Generated by Microsoft (R) D3D Shader Disassembler
//
//
// Input signature:
//
// Name                 Index   Mask Register SysValue  Format   Used
// -------------------- ----- ------ -------- -------- ------- ------
// POSITION                 0   xyzw        0     NONE   float   xyz 
// TEXCOORD                 0   xy          1     NONE   float   xy  
//
//
// Output signature:
//
// Name                 Index   Mask Register SysValue  Format   Used
// -------------------- ----- ------ -------- -------- ------- ------
// TEXCOORD                 0   xy          0     NONE   float   xy  
// SV_POSITION              0   xyzw        1      POS   float   xyzw
//
      vs_4_0
      dcl_constantbuffer CB0[4], immediateIndexed
      dcl_constantbuffer CB1[21], immediateIndexed
      dcl_input v0.xyz
      dcl_input v1.xy
      dcl_output o0.xy
      dcl_output_siv o1.xyzw, position
      dcl_temps 2
   0: mov o0.xy, v1.xyxx
   1: mul r0.xyzw, v0.yyyy, cb0[1].xyzw
   2: mad r0.xyzw, cb0[0].xyzw, v0.xxxx, r0.xyzw
   3: mad r0.xyzw, cb0[2].xyzw, v0.zzzz, r0.xyzw
   4: add r0.xyzw, r0.xyzw, cb0[3].xyzw
   5: mul r1.xyzw, r0.yyyy, cb1[18].xyzw
   6: mad r1.xyzw, cb1[17].xyzw, r0.xxxx, r1.xyzw
   7: mad r1.xyzw, cb1[19].xyzw, r0.zzzz, r1.xyzw
   8: mad o1.xyzw, cb1[20].xyzw, r0.wwww, r1.xyzw
   9: ret 
// Approximately 0 instruction slots used


-- Hardware tier variant: Tier 1
-- Fragment shader for "d3d11":
Shader Disassembly:
//
// Generated by Microsoft (R) D3D Shader Disassembler
//
//
// Input signature:
//
// Name                 Index   Mask Register SysValue  Format   Used
// -------------------- ----- ------ -------- -------- ------- ------
// TEXCOORD                 0   xy          0     NONE   float   xy  
// SV_POSITION              0   xyzw        1      POS   float       
//
//
// Output signature:
//
// Name                 Index   Mask Register SysValue  Format   Used
// -------------------- ----- ------ -------- -------- ------- ------
// SV_Target                0   xyzw        0   TARGET   float   xyzw
//
      ps_4_0
      dcl_input_ps linear v0.xy
      dcl_output o0.xyzw
   0: mov o0.xy, v0.xyxx
   1: mov o0.zw, l(0,0,1.000000,1.000000)
   2: ret 
// Approximately 0 instruction slots used


 }
}
}

1、编译后注意事项

//
//
// NOTE: This is not a valid shader file, the contents are provided just
// for information and for debugging purposes only.
//
//

这不是一个有效的Shader，这个文本只是提供用于 Debug Shader 时使用

2、编译平台 和 编译指令数

// Stats for Vertex shader:
// d3d11: 8 math

代表编译后的平台是 DirectX 11，使用到了 8 条计算指令

3、顶点着色器用到的信息

Keywords:
– Hardware tier variant: Tier 1
– Vertex shader for “d3d11”:
// Stats: 8 math, 2 temp registers
Uses vertex data channel “Vertex”
Uses vertex data channel “TexCoord0”

• 无关键字
• 变体数：1
• 顶点着色器 对应 编译平台 DirectX 11
• 用到计算 指令 8条，临时寄存器 2 个

Constant Buffer “UnityPerDraw” (176 bytes) on slot 0 {
Matrix4x4 unity_ObjectToWorld at 0
}
Constant Buffer “UnityPerFrame” (368 bytes) on slot 1 {
Matrix4x4 unity_MatrixVP at 272
}

• 这两个代表 常量缓存 ，存贮计算用到的 Unity 中定义的常量

4、顶点着色器计算的核心部分

Shader Disassembly:
//
// Generated by Microsoft (R) D3D Shader Disassembler
//
//
// Input signature:
//
// Name                 Index   Mask Register SysValue  Format   Used
// -------------------- ----- ------ -------- -------- ------- ------
// POSITION                 0   xyzw        0     NONE   float   xyz 
// TEXCOORD                 0   xy          1     NONE   float   xy  
//
//
// Output signature:
//
// Name                 Index   Mask Register SysValue  Format   Used
// -------------------- ----- ------ -------- -------- ------- ------
// TEXCOORD                 0   xy          0     NONE   float   xy  
// SV_POSITION              0   xyzw        1      POS   float   xyzw
//
      vs_4_0
      dcl_constantbuffer CB0[4], immediateIndexed
      dcl_constantbuffer CB1[21], immediateIndexed
      dcl_input v0.xyz
      dcl_input v1.xy
      dcl_output o0.xy
      dcl_output_siv o1.xyzw, position
      dcl_temps 2
   0: mov o0.xy, v1.xyxx
   1: mul r0.xyzw, v0.yyyy, cb0[1].xyzw
   2: mad r0.xyzw, cb0[0].xyzw, v0.xxxx, r0.xyzw
   3: mad r0.xyzw, cb0[2].xyzw, v0.zzzz, r0.xyzw
   4: add r0.xyzw, r0.xyzw, cb0[3].xyzw
   5: mul r1.xyzw, r0.yyyy, cb1[18].xyzw
   6: mad r1.xyzw, cb1[17].xyzw, r0.xxxx, r1.xyzw
   7: mad r1.xyzw, cb1[19].xyzw, r0.zzzz, r1.xyzw
   8: mad o1.xyzw, cb1[20].xyzw, r0.wwww, r1.xyzw
   9: ret 
// Approximately 0 instruction slots used

• 我们先看一下顶点着色器的注释（重要）:

• 计算用到的指令

mov: 赋值运算
mul : 乘法
div : 除法
add : 加法 和 减法
mad: mul 和 add 的结合
ret : 返回

5、片元着色器用到的信息

– Hardware tier variant: Tier 1
– Fragment shader for “d3d11”:

• 变体 1 个
• 片元着色器编译平台 DirectX 11

6、片元着色器核心部分

Shader Disassembly:
//
// Generated by Microsoft (R) D3D Shader Disassembler
//
//
// Input signature:
//
// Name                 Index   Mask Register SysValue  Format   Used
// -------------------- ----- ------ -------- -------- ------- ------
// TEXCOORD                 0   xy          0     NONE   float   xy  
// SV_POSITION              0   xyzw        1      POS   float       
//
//
// Output signature:
//
// Name                 Index   Mask Register SysValue  Format   Used
// -------------------- ----- ------ -------- -------- ------- ------
// SV_Target                0   xyzw        0   TARGET   float   xyzw
//
      ps_4_0
      dcl_input_ps linear v0.xy
      dcl_output o0.xyzw
   0: mov o0.xy, v0.xyxx
   1: mov o0.zw, l(0,0,1.000000,1.000000)
   2: ret 
// Approximately 0 instruction slots used

• 片元着色器部分的注释 和 顶点着色器 部分一样

• ps_4_0 ： 代表编译到的像素着色器（这里和片元着色器差不多，但是他两不一样）。在DirectX 平台下，这个代表编译到硬件 SM4.0

• dcl_input_ps linear v0.xy：代表输入的变量，v 默认代表输入变量，0代表索引为0

• dcl_output o0.xyzw：代表输出的变量，o默认代表输出变量，0代表索引为0

• mov : 赋值

• l ：值类型

• r : 代表 临时寄存器

• cb : 代表 常量寄存器