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本文是一篇WebAssembly的入门文章，从理论介绍到实战方面有全面的讲述。

作者 | 子肃

来源 | 阿里开发者公众号

历史进程

由于 javascript 的动态类型特性，AOT 并不能为它做出优化，只能选择 JIT 来优化。

而为了让 JIT 效率提高，Mozilla 推出了 asm.js。它和 Typescript 比较相似的是它也是一个强类型语言，不过它的语法是 js 的子集，它专为 JIT 效率提高而打造。

在 Mozilla 推出 asm.js 之后，一些公司都觉得这个思路不错，于是联合起来推出了 WebAssembly。

WebAssembly 是什么

WebAssembly 是一套指令集（字节码）标准，不过它并不是可以被 CPU 直接执行的原生指令集，所以它目前还需要配套一个虚拟机（low-level）来执行。

工具链

目前比较成熟的有

1、https://emscripten.org/（基于 LLVM）

2、https://github.com/rustwasm/wasm-bindgen（Rust）

我们这里拿 emscripten 举例，它可以让任何使用 LLVM 作为编译器后端的语言都可以编译到 wasm。

这是怎么做到的呢？我们先了解一下 LLVM。

LLVM

Low-Level-Virtual-Machine

它是一个编译器，不过它不直接将语言编译到机器码，而是先用每个语言的前端编译器编译到 IR（intermediate representation），然后再利用后端编译器编译到目标机器码。这样设计的好处是在需要支持一个新架构时，只需要添加一个后端编译器就可以了。

而 WebAssembly 就是这么多编译目标中的一个，所以任何基于 LLVM 的语言都可以编译到 WebAssembly。

既然这样，我们可以试试直接采用 LLVM 来编译 wasm，体验一下原汁原味的过程。

实战

安装 LLVM

brew install llvm brew link --force llvm llc --version # 确保 wasm32 在 targets 中

编译 C

假设我们有 C 文件 add.c

int add(int a, int b) { return a * a + b; }

第一步：我们先采用 clang 将 C 文件编译到 LLVM IR

clang \ --target=wasm32 \ -emit-llvm # 生成 LLVM IR, 而不是直接生成机器码 -c \ # 仅编译(no linking) -S \ # 生成可读的 wat 格式, 而不是二进制格式 add.c

我们会得到一个 add.ll 文件，这就是 LLVM IR，大概长下面这个样子

; ModuleID = 'add.c' source_filename = "add.c" target datalayout = "e-m:e-p:32:32-p10:8:8-p20:8:8-i64:64-n32:64-S128-ni:1:10:20" target triple = "wasm32" ; Function Attrs: noinline nounwind optnone define hidden i32 @add(i32 noundef %0, i32 noundef %1) #0 { %3 = alloca i32, align 4 %4 = alloca i32, align 4 store i32 %0, ptr %3, align 4 store i32 %1, ptr %4, align 4 %5 = load i32, ptr %3, align 4 %6 = load i32, ptr %3, align 4 %7 = mul nsw i32 %5, %6 %8 = load i32, ptr %4, align 4 %9 = add nsw i32 %7, %8 ret i32 %9 } attributes #0 = { noinline nounwind optnone "frame-pointer"="none" "min-legal-vector-width"="0" "no-trapping-math"="true" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="generic" } !llvm.module.flags = !{!0} !llvm.ident = !{!1} !0 = !{i32 1, !"wchar_size", i32 4} !1 = !{!"Homebrew clang version 15.0.7"}

第二步：将 LLVM IR 编译到 object 文件

llc -march=wasm32 -filetype=obj add.ll

我们会得到一个 add.o，它是一个含有这个 C 文件所有编译代码的 wasm 模块，不过现在还不能够运行它。这个模块中其实是一个可以被阅读的格式，我们可以用一些工具来解析它，比如 WebAssembly Binary Toolkit（wabt）

brew install wabt wasm-objdump -x add.o

大概长这样

add.o: file format wasm 0x1 Section Details: Type[1]: - type[0] (i32, i32) -> i32 Import[2]: - memory[0] pages: initial=0 <- env.__linear_memory - global[0] i32 mutable=1 <- env.__stack_pointer Function[1]: - func[0] sig=0 <add> Code[1]: - func[0] size=44 <add> Custom: - name: "linking" - symbol table [count=2] - 0: F <add> func=0 [ binding=global vis=hidden ] - 1: G <env.__stack_pointer> global=0 [ undefined binding=global vis=default ] Custom: - name: "reloc.CODE" - relocations for section: 3 (Code) [1] - R_WASM_GLOBAL_INDEX_LEB offset=0x000006(file=0x00005e) symbol=1 <env.__stack_pointer> Custom: - name: "producers"

这里定义了 add 方法，不过除此以外还包含了很多其他信息，比如 imports，这其实是要被下一个环节（linking）所消费的

第三步：Linking

一般来说，连接器的作用是将多个 object 文件连接成一个可执行的文件。

LLVM 中的连接器叫做 lld，根据编译目标不同存在多个 lld，我们这里要用的是 wasm-ld

wasm-ld \ --no-entry \ # add.c 并没有一个入口文件, 它是一个 lib --export-all \ # 导出所有方法 -o add.wasm \ add.o

这里我们会得到最终的 wasm 产物，add.wasm

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