WGSL 存储类（Storage Classes）详解

在 WebGPU Shading Language (WGSL) 中，var 声明变量时需要指定存储类（storage class）和访问模式（access mode）。以下是完整的存储类及用法说明：

1. 存储类类型

(1) function

• 作用域：默认存储类别，函数内部自动栈分配。
• 生命周期：函数调用期间，生命周期仅限一次调用。
• 示例：

fn foo() {
    var<function> localVar: i32 = 42; // 函数局部变量
}

(2) private

• 作用域：当前着色器模块。每线程私有，跨 dispatches 保持值。
• 生命周期：整个着色器执行期间。常用于持久状态或缓存。
• 示例：

var<private> moduleVar: f32 = 0.0; // 模块级私有变量

(3) workgroup

• 作用域：同一工作组（Workgroup）内的线程。
• 用途：计算着色器中共享数据。
• 示例：

var<workgroup> sharedData: array<f32, 16>; // 工作组共享内存

@compute @workgroup_size(64)
fn main() {
    var<workgroup> scratch : array<f32, 64>;
}

(4) uniform

• 作用域：通过绑定组传递的只读统一缓冲区。只读，适合高频访问的小块数据（最多 64 KiB）。
• 用途：存储跨绘制调用的常量数据（如变换矩阵）。
• 示例：

struct Uniforms {
    color: vec4<f32>;
};
@group(0) @binding(0) var<uniform> uniforms: Uniforms;

struct Cam {
    view_proj : mat4x4<f32>,
    pos       : vec3f,
};
var<uniform> camera : Cam;

(5) storage

• 作用域：通过绑定组传递的读写存储缓冲区。支持大容量（通常几 GiB），可读写或只读。
• 访问模式：必须指定 read 或 read_write（默认 read）。若只想写，用 var<storage, write>。
• 示例：

struct Data { values: array<f32> };
@group(0) @binding(1) var<storage, read_write> bufferData: Data;

struct Particles {
    pos : array<vec4f>,
};
var<storage, read_write> particles : Particles;

(6) push_constant

• 作用域：通过推送常量传递的小型只读数据。
• 用途：高频更新的少量数据（如每帧参数）。
• 示例：

struct PushConstants { offset: vec2<f32> };
var<push_constant> constants: PushConstants;

var<push_constant> pc : PushConstants;

2. 访问模式（Access Modes）

仅适用于 storage 存储类：

• read：只读访问。
• read_write：读写访问（需在 WebGPU 中显式启用存储缓冲区写入）。

3. 完整示例

// 模块级变量
var<private> counter: i32 = 0;
 
// 工作组共享内存
var<workgroup> workgroupSum: array<f32, 16>;
 
// 统一缓冲区
struct Camera {
    viewProj: mat4x4<f32>;
};
@group(0) @binding(0) var<uniform> camera: Camera;
 
// 存储缓冲区（读写）
struct Particle {
    position: vec3<f32>;
    velocity: vec3<f32>;
};
@group(1) @binding(0) var<storage, read_write> particles: array<Particle>;
 
@compute @workgroup_size(64)
fn main() {
    // 函数局部变量
    var<function> index: u32 = gl_LocalInvocationIndex;
    
    // 使用工作组内存
    workgroupSum[index] = particles[index].position.x;
    
    // 修改存储缓冲区
    particles[index].position += particles[index].velocity;
}

4. 注意事项

1. 性能影响：workgroup 存储类通常使用 GPU 共享内存，速度远快于全局内存。
2. 同步：修改 storage, read_write 变量需通过 workgroupBarrier() 同步。
3. 限制：push_constant 大小通常限制为 128 字节（由实现定义）。

5. 参考链接

• WebGPU WGSL 规范
• WebGPU 存储类文档