Vulkan不同着色器阶段使用独立Push Constants异常问题排查

我曾查阅类似问题但未获得有效解答，特此提问。我在Vertex Shader与Tessellation Evaluation Shader中使用Push Constant数据，定义了如下结构体存储矩阵：

struct push_constant_data {
    // vertex shader
    alignas(16) glm::mat4 model_matrix;

    // tessellation evaluation shader
    alignas(16) glm::mat4 view_matrix;
    alignas(16) glm::mat4 projection_matrix;
};

Vertex Shader中声明的Push Constant：

layout(push_constant) uniform push_data {
    mat4 model_matrix;
} push;

Tessellation Evaluation Shader中声明的Push Constant：

layout(push_constant) uniform push_data {
    layout(offset = 64)
    mat4 view_matrix;
    mat4 projection_matrix;
} push;

我按如下方式创建PushConstantRange：

vk::PushConstantRange vertex_range{};
vertex_range.offset = 0;
vertex_range.size = sizeof(glm::mat4);
vertex_range.stageFlags = vk::ShaderStageFlagBits::eVertex;

vk::PushConstantRange TES_range{};
TES_range.offset = sizeof(glm::mat4);
TES_range.size = 2 * sizeof(glm::mat4);
TES_range.stageFlags = vk::ShaderStageFlagBits::eTessellationEvaluation;

填充结构体数据：

push_constant_data push{
    {glm::mat4(1.0f)}, //model
    {glm::lookAt(glm::vec3(2.0f, 2.0f, 2.0f), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f))}, //view
    {glm::perspective(glm::radians(45.0f), swapchain_extent.width / (float)swapchain_extent.height, 0.1f, 10.0f)} //projection
};

分别调用pushConstants绑定Push Constant后无渲染效果；但使用合并阶段的调用方式：

commandBuffer.pushConstants(
    pipeline_layout_, 
    vk::ShaderStageFlagBits::eVertex | vk::ShaderStageFlagBits::eTessellationEvaluation, 
    0, 
    sizeof(push), 
    &push
);

可得到预期渲染效果，却触发了验证层警告：

vkCmdPushConstants():
VK_SHADER_STAGE_VERTEX_BIT|VK_SHADER_STAGE_TESSELLATION_EVALUATION_BIT,
VkPushConstantRange in VkPipelineLayout 0x9fde6b0000000014[]
overlapping offset = 0 and size = 192, do not contain
VK_SHADER_STAGE_VERTEX_BIT|VK_SHADER_STAGE_TESSELLATION_EVALUATION_BIT.
The Vulkan spec states: For each byte in the range specified by offset
and size and for each shader stage in stageFlags, there must be a push
constant range in layout that includes that byte and that stage

请问如何解决该问题，既保证渲染正常又避免验证层警告？

核心原因 #

验证层警告的本质是：你调用vkCmdPushConstants时指定的阶段（顶点+ Tessellation评估）覆盖了整个Push Constant内存块，但你的Pipeline Layout中没有定义同时包含这两个阶段和该内存块的Push Constant Range。Vulkan要求每个pushConstants调用的阶段+内存范围，必须被至少一个Push Constant Range完全覆盖。

具体修复步骤 #

1. 调整PushConstantRange定义

在原有分阶段范围的基础上，添加一个覆盖整个Push Constant区域、同时包含两个阶段的范围：

vk::PushConstantRange vertex_range{};
vertex_range.offset = 0;
vertex_range.size = sizeof(glm::mat4);
vertex_range.stageFlags = vk::ShaderStageFlagBits::eVertex;

vk::PushConstantRange TES_range{};
TES_range.offset = sizeof(glm::mat4);
TES_range.size = 2 * sizeof(glm::mat4);
TES_range.stageFlags = vk::ShaderStageFlagBits::eTessellationEvaluation;

// 添加合并阶段的范围，覆盖整个Push Constant块
vk::PushConstantRange combined_range{};
combined_range.offset = 0;
combined_range.size = sizeof(push_constant_data);
combined_range.stageFlags = vk::ShaderStageFlagBits::eVertex | vk::ShaderStageFlagBits::eTessellationEvaluation;

// 将所有范围传入Pipeline Layout创建
std::vector<vk::PushConstantRange> push_ranges = {vertex_range, TES_range, combined_range};

2. 选择合适的调用方式

• 保留合并调用：现在因为有了combined_range，合并阶段的pushConstants调用会被验证层认可，同时渲染效果正常。
• 改用分阶段调用：如果想拆分调用，确保每个调用的阶段和范围完全匹配对应的PushConstantRange：

// 更新Vertex Shader的Push Constant
commandBuffer.pushConstants(
    pipeline_layout_,
    vk::ShaderStageFlagBits::eVertex,
    0,
    sizeof(glm::mat4),
    &push.model_matrix
);

// 更新Tessellation Evaluation Shader的Push Constant
commandBuffer.pushConstants(
    pipeline_layout_,
    vk::ShaderStageFlagBits::eTessellationEvaluation,
    sizeof(glm::mat4),
    2 * sizeof(glm::mat4),
    &push.view_matrix
);

额外注意事项 #

• 你的push_constant_data已经用alignas(16)保证了glm::mat4的16字节对齐，这部分符合Vulkan的要求，无需调整。
• Vulkan允许Push Constant Range重叠，新增的combined_range不会影响原有分阶段范围的有效性，只是为合并调用提供了合法的范围定义。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user20972572