【ゲーム制作】DirectX11の定数バッファの値がシェーダーでずれる原因とは？｜16バイト境界(パッキング)をC++とHLSLで実測して比べる

// 定数バッファの16バイト境界の実験(シーンA)。
//   画面の左半分に tint(色)、右半分に intensity(明るさ)を出す。
//   float3 は 16バイトの境目をまたげない。そのため float time; float2 resolution; のあとの float3 tint は 16バイト目から始まる。
cbuffer Params : register(b7) {
    float  time;
    float2 resolution;
    float3 tint;
    float  intensity;
};

▼TroubleDemo.cpp(C++側の構造体)
// C++側で「素直に」並べた構造体(これがずれる)
struct CbA_natural {
    float    time;
    XMFLOAT2 resolution;
    XMFLOAT3 tint;
    float    intensity;
};

[cbuf-cpp] natural : time=0 resolution=4 tint=12 intensity=24 sizeof=28
[cbuf-cpp] pad     : time=0 resolution=4 tint=16 intensity=28 sizeof=32
[cbuf-cpp] alignas : time=0 resolution=4 tint=16 intensity=28 sizeof=32
[cbuf-hlsl] cbuffer Params size=32
[cbuf-hlsl]   time       offset= 0 size= 4
[cbuf-hlsl]   resolution offset= 4 size= 8
[cbuf-hlsl]   tint       offset=16 size=12
[cbuf-hlsl]   intensity  offset=28 size= 4
[cbuf-create] ByteWidth=28 -> hr=0x80070057 FAILED
[cbuf-create] ByteWidth=32 -> hr=0x00000000 OK

▼TroubleDemo.cpp(直し方1)
// 直し方1: 手でパディングを入れる
struct CbA_pad {
    float    time;
    XMFLOAT2 resolution;
    float    pad0;
    XMFLOAT3 tint;
    float    intensity;

▼TroubleDemo.cpp(直し方2)
// 直し方2: alignas(16) で16バイト境界に置く
struct CbA_align {
    float    time;
    XMFLOAT2 resolution;
    alignas(16) XMFLOAT3 tint;
    float    intensity;
};

[cbuf-create] ByteWidth=28 -> hr=0x80070057 FAILED
[cbuf-create] ByteWidth=32 -> hr=0x00000000 OK

#ifdef PACKED
cbuffer Params : register(b7) {
    float4 weights;
};
#else
cbuffer Params : register(b7) {
    float weights[4];
};
#endif

▼TroubleDemo.cpp(シーンBの構造体)
// シーンB
struct CbB_array  { float weights[4]; };            // float[4] のまま(ずれる)
struct CbB_f4arr  { XMFLOAT4 weights[4]; };         // 要素ごとに16バイトを使う
struct CbB_packed { XMFLOAT4 weights; };            // float4 に4つまとめる

[cbuf-hlsl] cbuffer Params size=64
[cbuf-hlsl]   weights    offset= 0 size=52

▼TroubleDemo.cpp(HLSLの配置を取り出す)
void TroubleDemo::ReflectLog(const char* path, const char* entry, const char* cbName) {
    wchar_t wpath[512];
    MultiByteToWideChar(CP_ACP, 0, path, -1, wpath, 512);
    D3D_SHADER_MACRO defs[] = { { "PACKED", "1" }, { nullptr, nullptr } };
    ID3DBlob* blob = nullptr;
    ID3DBlob* err = nullptr;
    HRESULT hr = D3DCompileFromFile(wpath, (scene == 1 && cas == 2) ? defs : nullptr, D3D_COMPILE_STANDARD_FILE_INCLUDE,
                                    entry, "ps_5_0", 0, 0, &blob, &err);
    if (FAILED(hr) || !blob) { if (err) err->Release(); return; }
    ID3D11ShaderReflection* refl = nullptr;
    if (SUCCEEDED(D3DReflect(blob->GetBufferPointer(), blob->GetBufferSize(), __uuidof(ID3D11ShaderReflection), (void**)&refl))) {
        ID3D11ShaderReflectionConstantBuffer* cb = refl->GetConstantBufferByName(cbName);
        D3D11_SHADER_BUFFER_DESC bdsc = {};
        if (cb && SUCCEEDED(cb->GetDesc(&bdsc))) {
            DemoLog("[cbuf-hlsl] cbuffer %s size=%u", cbName, bdsc.Size);
            for (UINT i = 0; i < bdsc.Variables; i++) {
                D3D11_SHADER_VARIABLE_DESC vd = {};
                cb->GetVariableByIndex(i)->GetDesc(&vd);
                DemoLog("[cbuf-hlsl]   %-10s offset=%2u size=%2u", vd.Name, vd.StartOffset, vd.Size);
            }
        }
        refl->Release();
    }
    blob->Release();
}