一.CBUFFER是什么
1.CBUFFER的概念
常量缓冲区（Constant Buffer，简称 CBuffer）是现代 GPU 编程中一个非常核心且重要的概念。它是一种 GPU 内存区域，用于存储 Shader 程序在执行过程中需要访问的不变数据。常量缓冲区 (CBUFFER_START/END) 可以同时在CGPROGRAM和HLSLPROGRAM块中使用。
这里的“不变”是指：在一次 GPU 绘制调用（Draw Call）或一个计算着色器分派（Dispatch Call）的整个执行过程中，这些变量的值是固定的。它们不会像顶点属性那样每个顶点都不同，也不会像插值变量那样每个像素都不同。
2. CBUFFER作用
(1)提高数据传输效率： CPU 到 GPU 的数据传输是性能瓶颈之一。CBuffer 允许 CPU 将多个 Shader 变量打包成一个更大的数据块，然后一次性上传到 GPU，大大减少了传输调用次数和开销，比零散地传输每个变量更高效。
(2)优化 GPU 内存管理和缓存： GPU 可以将整个常量缓冲区缓存起来。如果两个 Draw Call 之间某个常量缓冲区的内容没有改变，GPU 就可以直接使用缓存中的数据，避免重复传输，提高缓存命中率。
(3)内存对齐： CBuffer 强制或鼓励数据按照 GPU 友好的方式（通常是 16 字节对齐）进行内存布局，这有助于 GPU 更高效地访问数据。
(4)清晰的数据管理： 开发者可以根据数据的更新频率和用途，将变量组织到不同的常量缓冲区中，使得数据管理更加模块化和高效。
3. CBUFFER的组成部分
一个常量缓冲区主要由以下部分组成：
(1)区域定义宏
CBUFFER_START 和CBUFFER_END宏，标志着常量缓冲区的起始和结束。
(2)缓冲区名称
一个标识符，是给常量缓冲区起的名字（在 HLSL 中使用cbuffer关键字后的名称，或在 Unity 中使用CBUFFER_START() 宏的参数）。这个名称在 Shader 内部用于引用这个数据块，同时也是 CPU 端（C# 代码）用来设置这个缓冲区内容的标识。
(3)Uniform 变量
声明在缓冲区内部的变量。这些变量就是 Shader 在运行时可以访问的“常量”。
注意对CBUFFER中全局变量的类型是有要求的：
CBUFFER 内部的变量类型必须是
基本数值类型：
（1）float,half,fixed(及其向量和矩阵形式，如float2, float4, float2x2, float3x3)
（2）int,uint(及其向量形式(如int2,uint4)
（3）bool(及其向量形式，但在 Shader 中不常用)
这些基本类型的数组：
float4 myArr[10],float3x3 myMArr[5];
核心限制：CBUFFER 内部不能直接存储“资源句柄”或“复杂对象”。
所以不能在CBUFFER内声明像纹理和着色器资源的类型
纹理 (Textures)：
如TEXTURE2D, TEXTURE2D_ARRAY, TEXTURE3D, TEXTURECUBE 等。纹理是复杂的 GPU 资源，它们不是简单的数值数据。CBUFFER 用于存储数值常量，而纹理本身是存储在 GPU 纹理内存中的巨大数据块，Shader 通过纹理采样器来访问它们。CBUFFER 只能存储指向这些纹理的索引或间接引用（如果需要的话，但通常不需要），而不是纹理本身。
采样器状态 (Samplers / Sampler States)：
如SAMPLER, SAMPLER_STATE 等。 采样器定义了如何从纹理中读取像素（如过滤模式,寻址模式）。它们是 GPU 状态的一部分，通常绑定到特定的纹理单元或通过单独的采样器对象管理，而不是作为数值数据存储在 CBUFFER 中。
示例标准写法
// 正确的 CBUFFER 使用
CBUFFER_START(MyCustomData)
float4 _MyColor;
float _MyIntensity;
float4x4 _MyTransform;
float4 _MyFloatArray[5];
CBUFFER_END
// 纹理和采样器声明在 CBUFFER 外部
TEXTURE2D(_MainTex); // 纹理，在 CBUFFER 外部
SAMPLER(sampler_MainTex); // 采样器，在 CBUFFER 外部4.CBUFFER的意义
GPU 数据传输的效率与管理
Shader 程序的 Uniform 变量（也就是我们在这里讨论的全局变量，如_ClipRect,_Time,材质颜色等）是在 CPU 上设置，然后传输到 GPU 上的。这个传输过程是影响性能的关键之一。
传统的 GPU 架构在传输 Uniform 变量时，效率并不是很高。如果每个变量都单独传输，那么每次 Draw Call 都会产生大量的小数据包传输。
常量缓冲区 (Constant Buffer) 就是为了解决这个问题而引入的。它的核心思想是：
(1)打包传输 (Batch Transfer): 将多个相关的 Uniform 变量打包成一个更大的数据块。CPU 一次性将这个数据块传输到 GPU，而不是零散地传输每一个变量。这大大减少了传输的开销。
(2)GPU 端的缓存： GPU 会将这些常量缓冲区缓存起来。如果 Draw Call 之间某个常量缓冲区的内容没有改变，GPU 就不需要重新接收和处理这部分数据，直接使用缓存中的副本。
二.CBUFFER相关语法
CBUFFER_START和CBUFFER_END宏，两个宏是对标准 HLSL cbuffer 关键字的封装，并附加了 Unity 特定的功能和约定。
CBUFFER_START/END语法只是提供了一种明确的、语义化的方式来告诉编译器如何组织这些数据，并帮助开发者了解这些数据的更新频率。或者仅仅作为一种分区手段。
即使你把变量放在外面，它本质上仍然是作为 Uniform 数据放进一个常量缓冲区被处理的。
在现代 GPU 架构下，所有 Uniform 变量（Shader 程序运行时不变的变量）最终都会被组织到常量缓冲区中，然后一次性上传到 GPU。
三.CBUFFER相关知识点
1.可选择不显式声明CBUFFER_START/END块
Unity中，编译器会自动处理。如果你在 HLSL 代码中声明了全局变量（即不在任何函数内部的变量），但没有将它们包裹在 CBUFFER_START/END块中，Shader 编译器会自动为这些变量创建和管理常量缓冲区。
自动创建常量缓冲区： 编译器会根据变量的类型、数量和使用频率，智能地将它们分组到由驱动程序和硬件管理的常量缓冲区中。
默认命名和更新频率： 这些自动创建的常量缓冲区通常会有编译器生成的默认名称，并且它们的更新频率会根据变量的用途和 Unity 的内部规则来确定。例如：
Unity 内置的“全局”常量缓冲区： 像_Time,unity_MatrixVP这样的内置变量，会被 Unity 自动放置到其预定义的全局常量缓冲区中。
2.仍推荐显式声明CBUFFER_START/END
尽管编译器会自动处理，但显式声明常量缓冲区有几个重要的原因和好处：
语义清晰和可读性：
CBUFFER_START(UnityPerDraw) 这样的声明，清晰表明此CBUFFER里面的变量是每 Draw Call 更新，有助于提高代码的可读性和可维护性。
当然，括号里的标识符可以自定义，虽然Unity中有内置的系统标识符(如UnityPerDraw，UnityPerMaterial等)，但这些大多都是用于Unity底层实现部分，日常使用可以按方便命名自定义标识符。
更好的控制和组织：
通过显式声明可以更好地组织你的 Uniform 变量。将不同更新频率或不同用途的变量分别放入不同的CBUFFER中。例如UnityPerDraw用于每个 Draw Call 变化的属性，UnityPerFrame用于每帧变化的全局属性。这有助于编译器和驱动程序更有效地管理数据，因为它们可以根据缓冲区的更新频率进行优化，避免不必要的上传。
3.Unity如何理解预定义名称
有关底层功能实现，日常使用特别无需关心标识符的命名问题。
Unity有一些引擎 预定义好的、具有特定语义的 常量缓冲区名称，如UnityPerFrame、UnityPerCamera、UnityPerDraw、UnityPerMaterial。
Unity 正是通过理解这些预定义的名字，才能知道如何自动填充这些缓冲区。
(1)内部约定： Unity 引擎的 C++ 核心代码和渲染管线在设计时，就预设了这些特定的常量缓冲区名称。当 Unity 编译你的 Shader 时，它会识别这些名称。
(2)数据填充逻辑： Unity 内部有大量的 C++ 或 C# 代码，负责在渲染循环的各个阶段（每帧、每摄像机、每 Draw Call、每材质变更时）计算相关的渲染数据，然后将其填充到对应名称的常量缓冲区中。例如：
UnityPerFrame： 当一帧开始渲染时，Unity 会计算像 _Time（游戏运行时间）、unity_DeltaTime（帧间隔时间）等全局时间信息，并将它们写入名为 UnityPerFrame 的常量缓冲区。
UnityPerDraw： 这是最频繁更新的缓冲区。在每个 Draw Call 之前，Unity 会计算当前要绘制的模型的模型-世界矩阵（unity_ObjectToWorld）、UI 元素的裁剪矩形（_ClipRect）等与当前绘制对象直接相关的信息，然后写入 UnityPerDraw。
UnityPerMaterial： 当 Unity 遇到一个使用了新材质的 Draw Call 时，它会从该材质的属性中读取数据（例如 _Color、_MainTex_ST 等），然后将其写入名为 UnityPerMaterial 的常量缓冲区。
(3)Shader 编译器识别： Unity 的 Shader 编译器 (CG/HLSL 编译器，如 HLSLcc 或 DXC) 在解析你的 .shader 文件时，会识别这些特殊的 CBUFFER_START 名称。它知道这些名称对应的变量是 Unity 引擎在运行时负责填充的。
平常写Shader的时候。我们一般自定义CBuffer的标识名(可能用不上内置的标识名)，并需要自己填充CBiffer中的全局变量：
比如定义自己的CBUFFER_START(CustomData) 。需要
（1）在Shader内将其中的全局变量像属性一样暴露在材质面板上 或
（2）在C# 代码中通过MaterialPropertyBlock或Shader.SetVector()/SetFloat() 等方式。
显式地、手动地将数据写入到这个名为CustomData的常量缓冲区中的变量里。
当然这不意味着内置标识符是不重要的，相反Unity 正是通过理解这些重要预定义的名字，才能知道如何自动填充这些缓冲区，实现其底层功能。
本篇完——