0x00 WebAssembly 基础

详情参考《WebAssembly | MDN》

（1）概述

  • WebAssembly 简称 WASM 或 WA，是一种新的编码方式，可以在现代的 Web 浏览器中运行
  • 可以通过编译器，把多种编程语言（如 C/C++、C#、Go、Python、Rust、TypeScript 等）编写的代码转化为 WA，并在浏览器中使用
  • 特点：
    • 灵活度高：是一种低级的类汇编语言
    • 体积较小：具有紧凑的二进制格式
    • 性能提升：接近原生的性能运行
  • WA 可以与 JavaScript 共存，允许两者一起工作
  • WA 关键概念：
    • 模块：表示一个已经被浏览器编译为可执行机器码的 WA 二进制代码
    • 内存：一个可变长的 ArrayBuffer
    • 表格：一个可变长的类型化数组
    • 实例：一个模块及其在运行时使用的所有状态（包括内存、表格和一系列导入值）
  • 使用 WA 编写的相关应用：Figma 等

（2）加载与运行

  1. 通常，编译器将其他语言的代码编译成 .wasm 文件，以便在 WA 环境中使用

  2. 在浏览器环境中，可以通过 AJAX 导入外部文件，如导入 .wasm 文件

    fetch("main.wasm");

  3. JavaScript 中的 WebAssembly 对象是所有 WA 相关功能的命名空间，其中 WebAssembly.compile / WebAssembly.instantiate 或 WebAssembly.compileStreaming / WebAssembly.instantiateStreaming 方法组合可以用于加载和运行 WA 代码

    fetch("main.wasm")
    
  .then((response) => response.arrayBuffer())
    
  .then((bytes) => WebAssembly.compile(bytes))
    
  .then((module) => {
    
    const instance = new WebAssembly.Instance(module);
    
    console.log(instance.exports);
    
  });

    或

    WebAssembly.instantiateStreaming(fetch("main.wasm")).then(
    
  (results) => {
    
    const instance = results.instance;
    
    console.log(instance.exports);
    
  },
    
);

（3）相关 JavaScript API

  • WebAssembly：所有 WA 相关功能的命名空间

a. 对象

  • WebAssembly.Module：包含已经由浏览器编译的无状态 WebAssembly 代码
  • WebAssembly.Global：一个全局变量实例，可以被 JavaScript 和 importable/exportable 访问
  • WebAssembly.Instance：有状态，是 WebAssembly.Module 的一个可执行实例
  • WebAssembly.Table：代表 WA 表格概念的 JavaScript 包装对象，具有类数组结构，存储了多个函数引用
  • WebAssembly.Tag：定义了一种 WA 异常的类型，该异常可以从 WA 代码抛出或抛出
  • WebAssembly.Exception：表示从 WA 抛出到 JavaScript 的运行时异常，或者从 JavaScript 抛出到 WA 异常处理程序的运行时异常
  • WebAssembly.LinkError：表示在模块实例化期间发生错误

b. 方法

  • WebAssembly.Memory()：用于创建一个新的 Memory 内存对象
  • WebAssembly.CompileError()：创建一个新的 WA 编译错误对象
  • WebAssembly.RuntimeError()：创建一个新的 WA 运行时错误对象

0x01 结合 C/C++

  1. 使用 C 或 C++ 编写一段代码（以 C 为例）

    // filename: main.c
    
#include<stdio.h>

int main(){
    
  printf("Hello, WebAssembly!");
    
  return 0;
    
}

    运行测试无误后继续

  2. 下载并安装用于编译 C/C++ 到 WA 的 Emscripten

    详细操作参考官方下载与安装文档：https://emscripten.org/docs/getting_started/downloads.html

  3. 使用命令 emcc main.c -s WASM=1 -o main.html 编译

    • emcc：Emscripten 提供的工具
    • main.c：基于 C 语言的代码
    • -s WASM=1：指定输出 WA
    • -o main.html：输出 main.wasm、main.js 和 main.html 文件，按需使用

0x02 结合 C#

  1. 使用 C# 编写一段代码

    // filename: main.cs
    
public class Example
    
{
    
  public static void Main()
    
  {
    
    System.Console.WriteLine("Hello, WebAssembly!");
    
  }
    
}

  2. 安装 .NET Core SDK、mono

  3. 使用命令 mcs --out:main.dll -t:library main.cs 将 C# 代码编译为 DLL

  4. 使用命令 mono --runtime=mono --aot=llvm main.dll 将 DLL 编译为 WA

0x03 结合 Go

  1. 使用 Go 编写一段代码：

    // filename: main.go
    
package main

import "fmt"

func main() {
    
  fmt.Println("Hello, WebAssembly!")
    
}

  2. 使用命令 GOOS=js GOARCH=wasm go build -o main.wasm main.go 通过 GOCC 将 main.go 编译为 main.wasm

0x04 结合 Python

  • 可以通过 py2wasm 工具将 Python 编译为 WA，或使用 pyodide 直接在 JavaScript 中执行 Python

a. py2wasm

  1. 使用 Python 编写一段代码：

    # filename: main.py
    
if __name__ == '__main__':
    
    print("Hello, WebAssembly!")

  2. 使用命令 pip install py2wasm 安装 py2wasm 工具

  3. 使用命令 py2wasm main.py -o main.wasm 将 main.py 编译为 main.wasm

b. pyodide

在 HTML 头中导入 pyodide.js 并编写 Python 代码

<!DOCTYPE html>

<html>

  <head>

    <script src="https://cdn.jsdelivr.net/pyodide/v0.26.0/full/pyodide.js"></script>

  </head>

  <body>

    <script>

      async function main() {

        let pyodide = await loadPyodide();

        await pyodide.loadPackage("numpy"); // 加载一个 Python 库

        let result = await pyodide.runPythonAsync(`

                import numpy as np

                np.sum([1, 2, 3, 4])

            `);

        console.log(result);

      }

      main();

    </script>

  </body>

</html>

如果在 NodeJS 环境中，可以使用命令 npm install pyodide 导入

0x05 结合 Rust

参考自《将 Rust 代码编译为 WASM | 博客园-_zhiqiu》

  1. 使用命令 cargo add wasm-bindgen 添加依赖项

  2. 使用命令 rustup target add wasm32-unknown-unknown 安装目标

  3. 使用 Rust 编写一段代码：

    // filename: main.rs
    
use wasm_bindgen::prelude::*;

// 使用 #[wasm_bindgen] 宏来导出函数到 JavaScript
    
#[wasm_bindgen]
    
pub fn greet(name: &str) -> String {
    
  format!("Hello, {}!", name)
    
}

  4. 使用命令 cargo build --target wasm32-unknown-unknown --release 将 main.rs 编译为 main.wasm 等文件

  5. 使用命令 wasm-bindgen --out-dir ./out --target web target/wasm32-unknown-unknown/release/lib_wasm.wasm 生成 JavaScript 绑定文件，并设置输出目录为 ./out

0x06 结合 TypeScript

  • AssemblyScript 简称 AS，可以将 TypeScript 的严格变体编译为 WA
  • 具体操作方法参考 AS 官方文档

-End-

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