WebAssembly

介绍

WebAssembly,又称为"Wasm",是一种新的二进制格式,可在Web上运行。它旨在允许Web开发人员在可移植且安全的方式下在Web浏览器或其他环境(如Node.js)中运行高性能代码。

与JavaScript不同(它是一种高级编程语言),WebAssembly是一种低级类似汇编语言的语言,可以由浏览器的JavaScript引擎直接执行。这意味着WebAssembly可以比JavaScript运行得更快,因为它不受解释限制,并且更接近于计算机的本机机器语言。

WebAssembly受到所有主要的网络浏览器支持,包括Chrome,Firefox,Safari和Edge。它旨在跨平台,这意味着编译为WebAssembly的代码应该可以在支持该标准的任何平台上运行。

WebAssembly是一个开放的标准,具有不断增长的工具,库和框架生态系统。它可用于构建各种应用程序,从高性能Web应用程序到游戏甚至桌面应用程序。由于其速度,可移植性和安全性,WebAssembly正在成为构建Web应用程序的越来越流行的技术。

要使用WebAssembly,需要了解以下流程:

  1. 编写原始代码:您可以使用高级语言(如C++)编写代码,然后将其编译为WebAssembly格式。
  2. 将代码编译为WebAssembly:一旦您有了原始代码,您需要使用编译器来将其转换为WebAssembly格式。一些流行的编译器包括Emscripten和WebAssembly Studio。
  3. 创建JavaScript包装器:WebAssembly无法直接与JavaScript交互,因此您需要编写一个JavaScript包装器来处理与WebAssembly的通信。您可以使用emscripten toolchain自动生成此包装器。
  4. 加载WebAssembly模块:一旦您创建了WebAssembly模块,您需要将其加载到浏览器中。您可以使用JavaScript中的fetch API或XMLHttpRequest来下载WebAssembly模块。
  5. 实例化WebAssembly模块:一旦您成功加载WebAssembly模块,您需要将其实例化才能使用它。这涉及到为WebAssembly模块中的所有函数创建JavaScript函数。
  6. 调用WebAssembly函数:一旦您已将函数实例化为JavaScript函数,您可以使用JavaScript来调用它们并处理返回值。

以上是使用WebAssembly的一般过程,但确切的步骤取决于您正在使用的编程语言和工具。注意,由于WebAssembly是一种相对新的技术,所以可能需要花费更多的时间和努力来学习和使用它。

使用例子

这里是一个简单的例子,说明如何使用C++编写代码,将其编译为WebAssembly,并在Web浏览器中运行它,以计算add和multiply为例 。注意,该示例使用emscripten编译器和JavaScript包装器。

C++代码:

test.cpp

#include <emscripten.h>
// 声明 `_add` 和 `_multiply` 函数
extern "C" {
   int add(int a, int b);
   float multiply(float a, float b);
}
EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
int add(int a, int b) {
  return a + b;
}

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
float multiply(float a, float b) {
  return a * b;
}



在终端中,使用以下命令将C++代码编译为WebAssembly模块:

// 程序没有main函数编译会报错   使用   --no-entry
emcc test.cpp -s WASM=1  -o test.wasm --no-entry 


这将生成一个名为test.wasm的WebAssembly模块。

现在,您需要创建一个JavaScript包装器,用于在浏览器中实例化WebAssembly模块并调用它的函数。以下是该包装器的代码:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
</head>
<body>
      <script>
        const wasmUrl = 'test.wasm';
        const wasmImports = {};

        fetch(wasmUrl)
        .then(response => response.arrayBuffer())
        .then(bytes => WebAssembly.instantiate(bytes, wasmImports))
        .then((res) => {
            console.log(res);
            let exports = res.instance.exports
            console.log(exports.add(1, 2)); // 3
            console.log(exports.add(2, 2)); // 4
            console.log(exports.multiply(2.5, 5.5)); // 13.75
        });
      </script>

</body>
</html>

此JS包装器使用fetch API从服务器上加载已编译的WebAssembly模块,并实例化它。上面的代码还包括一个使用在WebAssembly模块中定义的add函数计算JavaScript函数。

如果您使用Mac,安装emscripten编译器的步骤如下:

  1. 安装homebrew,可以在终端中运行以下命令:
/usr/bin/ruby -e "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/master/install)"

  1. 使用homebrew安装emscripten。在终端中,运行以下命令:
brew install emscripten

此命令将在您的计算机上安装emscripten编译器。

  1. 配置emscripten环境变量。在终端中输入以下命令:
source /usr/local/opt/emscripten/share/emscripten/emsdk_env.sh

这将配置所需的环境变量,以便在终端中使用emscripten。

完成上述步骤后,您可以将c++代码编译为WebAssembly,类似于下面这样:

emcc hello.cpp -s WASM=1 -o hello.html

此命令将生成一个名为“hello.html”的文件,其中包含您的WebAssembly代码及其JavaScript包装器。

通过这些步骤,您应该可以在Mac上轻松地安装并使用emscripten编译器了。

如果您使用Windows系统,当然也可以在您的电脑上安装emscripten编译器。

以下是安装emscripten的步骤:

  1. 安装Python。您可以在Python官方网站上下载安装程序。
  2. 安装Git。您可以在Git官方网站上下载安装程序。
  3. 安装emscripten。下载emscripten安装器并运行。安装程序会提示您设置EMSCRIPTEN_ROOT环境变量,将其设置为emscripten的安装目录。例如:C:\emsdk\emscripten\1.38.22
  4. 在命令行窗口中测试emscripten。在命令行窗口中执行以下操作:
emcc --version

如果看到正确的版本号,说明emscripten安装成功了。

  1. 配置VS Code。如果您使用Visual Studio Code,可以按照以下步骤配置:

    1. 在VS Code中打开一个新窗口

    2. 按下F1,在命令栏中输入“C/C++: Edit Configurations”并选择它

    3. 在弹出的窗口中添加以下配置:

      {
        "name": "emscripten",
        "includePath": [
          "${workspaceFolder}/**"
        ],
        "defines": [
          "_DEBUG",
          "UNICODE",
          "_UNICODE"
        ],
        "compilerPath": "C:/emsdk/emscripten/1.38.22/em++.bat",
        "cStandard": "c11",
        "cppStandard": "c++17",
        "intelliSenseMode": "windows-gcc-x64"
      }
      
      
  2. 测试环境是否正确配置。创建以下文件 (例如 hello.cpp):

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello, world!" << endl;
    return 0;
}

在命令行窗口中执行以下操作:

em++ hello.cpp -s WASM=1 -o hello.html

这将生成一个名为“hello.html”的文件,其中包含您生成的WebAssembly代码及其JavaScript包装器。

通过上述步骤,应该能够在Windows上安装和配置emscripten编译器以开始使用WebAssembly。

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