有时我们希望一份 Shader 源代码可能满足多种功能（如处理法线贴图、自发光、不同光照模式、阴影，支持GPUInstacing等多种功能）。所以我们需要能够实现Shader分支的方法。

一.Shader分支实现

主要有三种手段实现Shader分支：

1.静态分支

(1)定义:

在 Shader 代码中，使用#define定义激活分支。

使用 #if/#ifdef/#elif/#else/#endif 这样的预处理器指令实现的条件判断。这些判断在 Shader 编译阶段 就已经完成，而不是在运行时。（编译时选择代码分支）

#define LIGHT_ONhalf4 frag(v2f i):SV_Target
{#if defined(LIGHT_ON)return xxx;#elsereturn xxx;#endif
}

(2)优点：

零运行时开销：由于分支在编译时就确定了，运行时 GPU 不需要做任何判断，从而避免了动态分支的所有性能缺点。

更小的指令数量：最终的 Shader 代码只包含必需的指令，更加精简。

(3)缺点：

不够灵活：（运行时无法动态切换）一旦 Shader 编译完成，其行为就固定了。不能在运行时通过改变一个浮点数或整数来切换静态分支。

需要 Shader 变体来配合：如果想在运行时切换静态分支的不同版本，就需要为每个不同的静态分支组合生成一个独立的 Shader 变体。

2.动态分支

定义：在 Shader 代码中，使用 if/else、for 循环（条件在运行时决定）或 switch 语句来实现的条件判断。GPU 在 运行时 根据输入数据的值来决定执行哪个代码路径。(运行时选择代码分支)

优点：

灵活性高：可以在 Shader 内部根据每个像素或顶点的数据实时调整行为。

代码简洁：无需为每种组合编写单独的 Shader。不会造成代码膨胀（与着色器变体相比，着色器变体会为每一种分支生成一份Shader文件，相当于空间换时间）

缺点：

性能开销：可能引入额外的计算、内存访问、分支预测失败的惩罚，或者占用更多的寄存器资源。这会导致 GPU 无法充分发挥其并行处理的优势。

流水线停顿：复杂的分支逻辑可能导致 GPU 渲染流水线停顿，降低吞吐量。

3.着色器变体

着色器变体是实现运行时静态分支的一种核心手段（我称它为一种加强版静态分支）。 它不是一种独立的分支类型，而是 静态分支在 Unity 中最主要的表现形式和管理机制。通过 Unity 的 #pragma shader_feature 和 #pragma multi_compile 指令，可以让编译器根据不同的 Shader 关键字组合 来生成多个独立的 Shader 程序（即变体）

优点：（结合了动态分支和静态分支的优点）

结合了静态分支的性能优势：运行时没有动态分支的开销。

提供了运行时的灵活性：虽然每个变体内部是静态的，但可以在运行时动态切换选择不同的变体，从而实现功能的动态切换（例如，在材质面板勾选“启用法线贴图”）。

优化包体大小和编译时间（特别是 shader_feature）：通过只编译和包含实际使用的变体。

缺点：

变体爆炸：如果关键字数量过多且使用不当（尤其是 multi_compile），会生成海量变体，导致编译时间超长和包体巨大。

管理复杂性：需要仔细规划关键字和变体。

下面我们了解一下Unity中着色器变体(ShaderVariant)的概念和意义。

二.着色器变体(ShaderVariant)概述

在 Unity 中，Shader 变体（Shader Variants） 是一个重要的概念，它允许你用一份 Shader 源代码来支持多种不同的视觉效果或功能，同时还能优化性能和最终的游戏包体大小。你可以把它理解为同一个 Shader 的不同“编译版本”，每个版本都针对特定的功能组合进行了定制。

1.ShaderVariant是什么？

有时我们希望一份 Shader 源代码可能满足多种功能（如处理法线贴图、自发光、不同光照模式、阴影，支持GPUInstacing等多种功能）。Unity 允许你在一个 Shader 文件中通过使用 预编译指令（#pragma）和 Shader 关键字（Keywords） 来定义这些可选功能。

然而并不是所有的物体都需要所有这些功能。

当 Unity 编译 Shader 时，它会根据这些指令和项目中的实际使用情况，为所有可能的 关键字组合 生成一份份独立的、经过编译的 Shader 程序。这些独立的程序就是 Shader 变体。本质是一种静态分支的思想。

2.为什么需要ShaderVariant？

Shader 变体的存在是为了解决几个关键问题：

1. 性能优化（静态分支）

这是 Shader 变体最核心的优势。在 Shader 编程中，有两种方式实现条件逻辑：

（1）动态分支：在 Shader 代码中使用if/else语句。GPU 在运行时需要判断条件，这可能会导致性能下降，因为它可能需要执行两条分支的所有代码，或者引起管道停顿。

（2）静态分支：Shader 变体就是静态分支的体现。在编译时，Unity 已经根据关键字的状态，为每个功能组合生成了独立的 Shader 程序。运行时，GPU 直接加载并执行与当前渲染状态（例如，材质上是否开启了法线贴图）匹配的那个特定变体，无需进行额外的条件判断。这通常比动态分支更高效。