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理解 WebAssembly JS API

摘自:WebAssembly 中文网

原文地址:理解 JS API - WebAssembly 中文网

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理解 JS API

我们假定现在您已经有了一个 .wasm 模块了,不管是是通过 C/C++ 程序编译 还是 通过 S 表达式编写

加载/运行

未来计划中,WebAssembly 模块可以使用 ES6 模块(使用<script type="module">)加载,WebAssembly 目前只能通过 JavaScript 来加载和编译。基础的加载,只需要3步:

  • 获取 .wasm 二进制文件,将它转换成类型数组或者 ArrayBuffer
  • 将二级制数据编译成一个 WebAssembly.Module
  • 使用 imports 实例化这个 WebAssembly.Module,获取 exports。

让我们来讨论一下这几个步骤的更多详情:

第一步,我们有很多方式获取二进制文件的类型数组或 ArrayBuffer:通过网络,使用 XHR 或者 fetch,从 文件获取,从 IndexedDB获取,或者直接在 JavaScript 合成。

接下来的步骤是编译这个二进制文件,通过一个异步方法 WebAssembly.conpile,将会返回一个 Promise,resolve 一个 WebAssembly.moduleModule对象是无状态的,它支持克隆实例,也就是说,编译的代码可以被存储在 IndexedDB 或者在多个窗口和worker之间通过 postMessage 传输。

最后一步是 实例化 这个 Module,通过实例化一个新的 WebAssembly.Instance,传输 imports 和 Module 当做参数。Instance 对象像函数闭包)一样,代码与环境结合,不能克隆。

我们可以合并最后两步,在一个 instantiate 操作里面,它需要二进制代码和 imports,并且异步返回一个Instance

function instantiate(bytes, imports) {
  return WebAssembly.compile(bytes).then(m => new WebAssembly.Instance(m, imports));
}

为了实际证明这一点,我们首先需要介绍另外一个JS API:

方法的 imports 和 exports

像 ES6 模块一样, WebAssembly 模块可以通过 import 和 export 来导出和引入函数(我们一会可以看到,其它类型的对象也可以)。我们可以看一个简单的例子,包括 exports 和 imports,引入了 i 函数,输出了 e 函数。

;; simple.wasm
(module
  (func $i (import "imports" "i") (param i32))
  (func (export "e")
    i32.const 42
    call $i))

(这里,我们不通过 C/C++ 来编译成 WebAssembly,我们直接使用文本格式,它可以直接被转换成二进制文件,simple.masm

从这个模块中我们可以发现。第一,WebAssembly 引入了一个有两个层级的命名空间;在这个例子中,通过我们创建的对象中的 importObject.imports.i,引入了一个 $i 方法。同样的,我们必须提供一个两级的命名空间作为 import 对象传递给 instantiate

var importObject = { imports: { i: arg => console.log(arg) } };

将之前讲的内容整合起来,我们可以获取,编译并且实例化一个模块通过简单的 promise 链:

fetch('simple.wasm').then(response => response.arrayBuffer())
.then(bytes => instantiate(bytes, importObject))
.then(instance => instance.exports.e());

上面 JS 代码的最后一行调用了我们 WebAssembly export 的函数,这个函数最后调用了我们通过 importObject 传递给 WebAssembly 的 $i 函数,所以,其实是调用了我们所写 imports.i 这个方法,执行了 console.log(42)

Memory

Linear memory 是 WebAssembly 的另外一种构建块,通常用于表示编译的 C/C++ 应用程序的整个堆。从 JavaScript 的角度,linear memory(后面称作 memory)可以被认为是一个可以调整大小的 ArrayBuffer,它是通过尽心优化的,用于负载和存储的低开销沙箱。

Memories 可以被 JavaScript 创建,需要提供出初始大小和最大的大小这些选项。

var memory = new WebAssembly.Memory({initial:10, maximum:100});

首先要注意的是,“initial” 和 “maximum” 的单位是 WebAssembly pages,它固定为64KiB。这样,上面的 memory 默认就是 10 pages,640Kib,最大的尺寸是6.4MiB。

在 JavaScript 中大多数的字节操作都是在 ArrayBuffer 和 类型数组里面,而不是建立了一套新的不兼容的操作方式,WebAssembly.Memory 通过简单的提供一个返回 ArrayBufferbuffer getter 来返回字节码。比如,将 42 写入 linear memory 的第一个位置。

new Uint32Array(memory.buffer)[0] = 42;

一旦被创建,可以通过 Momory.Prototype.grow 进行扩充,还是以 WebAssembly pages 为单位当做参数。

memory.grow(1);

如果 maximum 供不应求了,通过 grow 增加的尺寸大于 maximum,就会抛出 RangeError 异常。引擎利用这个提供的上限来提前预留内存,这样可以使调整大小更有效率。

ArrayBufferbyteLength 变化的时候,Memory.grow 操作成功后,bugger getter 将会返回一个 新的 ArrayBuffer 对象(新的byteLength),之前的 ArrayBuffer 对象变成“detached”(长度0,将被丢弃)。

就像函数一样,linear memories 可以被定义在模块内或被引入。同样,一个模块还可以选择性的导出它的 memory。也就是说,JavaScript 创建新的 WebAssembly.Memory,并且将它通过 import 对象传递给WebAssembly模块,或者 JavaScript 接收一个 WebAssembly 模块的 Memory export,实现 memory 的传递。

比如,让我们写一个将数组相加的 WebAssembly 模块(函数体用“...”代替)

(module
  (memory (export "mem") 1)
  (func (export "accumulate") (param $ptr i32) (param $length i32) …))

当这个模块 exports 这个memory,我们将这个模块的 Instance 命名为 instance,我们可以通过导出的 mem getter 直接传递 array 到实例的 linear memory 中,就像这样:

var i32 = new Uint32Array(instance.exports.mem);
for (var i = 0; i < 10; i++)
  i32[i] = i;
var sum = instance.exports.accumulate(0, 10);

Memory 的 导出 和方法的的导出是一样的,只不多 Memory 对象是用值来代替了JS函数。Memory 的导出是非常有用的:

  • 它允许 JavaScript 在模块编译之前或模块编译时去获取并创建初始内存内容。
  • 它允许一个简单的 Memory 对象被多个实例引入,这是在 WebAssembly 中实现动态链接的关键。

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