WebAssembly编译之(3)-WASM编译实战之C/C++导出asm.js及wasm库

news2024/9/22 23:24:14

引言

上一节我们介绍了Ubuntu下的WASM的编译环境快速搭建。这一节我们继续WASM编译相关的介绍——如何导出C/C++编写的函数库

WASM 相关文档：
WebAssembly编译之(1)-asm.js及WebAssembly原理介绍
WebAssembly编译之(2)-Ubuntu搭建WASM编译环境

单个C++文件(*.cpp)的导出

我们首先介绍一个文件(*.cpp)如何导出进行Emscripten编译成asm.js或wasm。我们还是先直接上c++代码

// HelloTools.cpp
#include <iostream>

class HelloTools{
    public:
    void print(int a, int b);
    int add(int a, int b);
};

void HelloTools::print(int a, int b){
    std::cout<<"a+b="<<a<<"+"<<b<<"="<<a+b<<std::endl;
}

int HelloTools::add(int a, int b){
    int c = 0;
    c = a+b;
    print(a , b);
    return c;
}

这是个HelloTools.cpp是我们前面介绍c++时用写的一个HelloTools类文件。里面主要有一个add的方法；如何导出这个库如何编译成一个web前端可调用的js库呢？

我们首先用emcc命令编译一下看看什么结果

# 注意，首次执行我们需要激活一下环境变量，找到emsdk的源码路径，进入emsdk目录，激活环境变量
source ./emsdk_env.sh
# 进入项目
cd 1.singleCPP
# 开始编译
emcc HelloTools.cpp -o HelloTools.js

编译成功，生成了HelloTools.js及HelloTools.wasm，如何检查编译的结果呢，我们继续

node环境下测试wasm

我们首先简单写一段测试test.js脚本

// test.js
var em_module = require('./HelloTools.js');
console.log(em_module);
var toolObj = new em_module();
var sum = toolObj.add(10,20);
console.log(sum);

使用node命令执行该js

node test.js

注意，需要安装好预先安装好nodejs

结果如下：

{
  inspect: [Function (anonymous)],
  FS_createDataFile: [Function: createDataFile],
  FS_createPreloadedFile: [Function: createPreloadedFile],
  ___wasm_call_ctors: [Function (anonymous)],
  ___errno_location: [Function (anonymous)],
  _fflush: [Function (anonymous)],
  _emscripten_stack_init: [Function (anonymous)],
  _emscripten_stack_get_free: [Function (anonymous)],
  _emscripten_stack_get_base: [Function (anonymous)],
  _emscripten_stack_get_end: [Function (anonymous)],
  stackSave: [Function (anonymous)],
  stackRestore: [Function (anonymous)],
  stackAlloc: [Function (anonymous)],
  dynCall_jiji: [Function (anonymous)]
}
/home/1.singleCPP/test-node/HelloTools.js:147
      throw ex;
      ^

TypeError: em_module is not a constructor
    at Object.<anonymous> (/home/1.singleCPP/test-node/test.js:3:15)
    at Module._compile (internal/modules/cjs/loader.js:1085:14)
    at Object.Module._extensions..js (internal/modules/cjs/loader.js:1114:10)
    at Module.load (internal/modules/cjs/loader.js:950:32)
    at Function.Module._load (internal/modules/cjs/loader.js:790:12)
    at Function.executeUserEntryPoint [as runMain] (internal/modules/run_main.js:76:12)
    at internal/main/run_main_module.js:17:47

正常加载，但是后面无法创建实例，报了一堆错误，用法不对，这显然不是我们期待的；而前面打印的Module模块信息来看，视乎也没发现与我们HelloTools.cpp中类相关的任何标识。

浏览器中html测试wasm

为了方便调试测试，我们采用在chrome浏览器中进行测试（后续都在这个环境下测试讲解）。我们先创建一个html测试文件，html如下所示

<!doctype html>
<html>
  <head>
    <meta charset="utf-8">
    <title>Emscripten:HelloTools Class Test</title>
  </head>
  <body>
    <script>
    Module = {};
    Module.onRuntimeInitialized = function() { //此时才能获得完整Module对象
      console.log(Module)
    }
    </script>
    <script src="./HelloTools.js"></script>
  </body>
</html>

启动一个web服务，这里emsdk考虑得比较周到，已经提供一个快速启动的web服务命令emrun

首先我们看一下整个项目的文件解构

- 1.singleCPP
  - test-html // html测试文件夹
    - HelloTools.js
  	- HelloTools.wasm
  	- index.html // html测试文件
  - test-node // node测试文件夹
    - HelloTools.js
    - HelloTools.wasm
    - test.js // node测试文件
	- HelloTools.cpp // c++ 源码

启动web服务

# 进入文件夹
cd test-node
# 启动web服务
emrun --no_browser --port 8080 .

打开chrome浏览器，按下F12开的调试面板，浏览http://localhost:8080，正常加载，并打印出如下内容

在这里插入图片描述
同样，我们还是未发现任何与HelloTools.cpp相关的标识、属性或方法；我们展开Module.asm属性，如下所示：
在这里插入图片描述

正确的C导出及Javascript调用姿势

我们先从简单的开始，看看C语言下的Emscripten编译器是如何导出接口的，而Javascirpt是又如何调用的导出的C的。先上一段C代码

// HelloToolFuns.c
#include  <stdio.h>

int myAdd(int a,int b){
    int res = a+b;
    return res;
}

int myMutilp(int a, int b){
    int s = a * b;
    return s;
}

void sayHello() {
      printf("Hello World!(HelloToolFuns.c)\n");
}

我们使用emcc进行编译一下

emcc HelloToolFuns.c -o ./test-html/HelloToolFuns.js

注意，记得在index.html中修改一下js引用<script src="./HelloToolFuns.js"></script>

浏览器重新加载一下，然后在Console面板直接测试javascirpt如何调用c导出的wasm接口

Javascirpt调用C接口

cwrap及ccall是wasm提供的两个在javascript下调用c接口的方法，我们以HelloToolFuns.c为例介绍调用方式：

1）通过Module.cwrap调用C接口
// Module.cwrap
var myMutilp = Module.cwrap('myMutilp', 'number', ['number','number'])
var s = myMutilp(10,20)
console.log(s);

Module.cwrap的第一个参数是函数名，第二个参数是函数返回类型，第三个是参数类型；返回类型和参数类型中可以用类型有三个，分别是：number，string和array。

number -（是js中的number，对应着C中的整型，浮点型，一般指针）
string - (是JavaScript中的string，对应着C中的char,C中char表示一个字符串)
array - (是js中的数组或类型数组，对应C中的数组；如果是类型数组，必须为Uint8Array或者Int8Array）。

2）通过Module.ccall调用C接口
// Module.ccall
var s = Module.ccall('myMutilp', 'number', ['number','number'],[10,20])
console.log(s);

Module.ccall的用于与前面Module.cwrap略有不同，Module.ccall它的参数有四个，前面三个与Module.cwrap含义及类型相同，第四个为实际传入参数。且Module.ccall是直接调用执行需要的函数，而`Module.cwarp``只是返回了具体的函数实例。

我们选择第一种方式，在console面板中测试一下

const sayHello = Module.cwrap('sayHello')

在这里插入图片描述
遗憾的发现报错了，原来默认EMCC编译器是不会把这两个函数导出的，所以我们需要在编译时指定这导出这两个函数

emcc -s EXPORTED_RUNTIME_METHODS=['cwrap','ccall'] HelloToolFuns.c -o ./test-html/HelloToolFuns.js

注意：EXTRA_EXPORTED_RUNTIME_METHODS已经被废弃，应使用EXPORTED_RUNTIME_METHODS参数

但我们再次在浏览器中测试时，又有新的错误，如下所示：

const sayHello = Module.cwrap('sayHello')
sayHello()

在这里插入图片描述
无法调用sayHello方法，提示需要导出这个方法，如何导出呢？

我们在编译时，需要使用EXPORTED_FUNCTIONS指定导出的方法

emcc -s -EXPORTED_RUNTIME_METHODS=['cwrap','ccall'] -s EXPORTED_FUNCTIONS=['_sayHello'] HelloToolFuns.c -o ./test-html/HelloToolFuns.js

这里需要注意EXPORTED_FUNCTIONS中,导出时给函数名前加下划线“_”，如上命令参数：
sayHello的导出格式，需要写成_sayHello

我们再次进行测试：

const sayHello = Module.cwrap('sayHello')
sayHello()

在这里插入图片描述
成功调取HelloToolFuns.c的中的sayHello方法！

3）通过Module._<FunctionName>直接调用（推荐）

而实际上，当我们在编译时，设置了-s EXPORTED_FUNCTIONS=['_sayHello']后，可以直接通过Module._sayHello()，进行调用，而不不需要用Module.ccall或Module.cwrap调用。

Module._sayHello()

在这里插入图片描述

显然是因为EMCC编译器在Module中帮我们自动注入HelloToolFuns.c中的了sayHello()这个方法。我们可以在HelloToolFuns.js这个胶水代码中，搜索一下sayHello；

// 部分代码
/** @type {function(...*):?} */
var _sayHello = Module["_sayHello"] = createExportWrapper("sayHello"); // createExportWrapper这个方法即用来创建C代码中导出的接口

通常，我们更推荐用户使用这种直接用Module._sayHello()方法进行进行调用

4）通过Module.asm.<FunctionName>直接调用

实际上我们查看HelloToolFuns.js的源码，还发现了wasm加载完成后，把整个asm的实例挂着到了Module.asm中，Module['asm']中保存了WebAssembly实例的导出对象——而导出函数恰是WebAssembly实例供外部调用最主要的入口。
所以，我们也可直接通过Module.asm中找到我们导出的sayHello方法

Module.asm.sayHello()

在这里插入图片描述
最后，我们可以总结一下以上四种方法，最便捷的，其实是后面两种，视乎更符合Javascript的开发方法；而通过胶水代码的分析，第三种与第四种的区别并不大，第三种只是对第四经过包裹之后挂着在Module下的。

关于HelloToolFuns.js这个胶水代码的解析我们另外再花时间分析介绍源码。这里我们只要知道，它最核心的工作就帮我们做了异步加载了HelloToolFuns.wasm并实例化，且暴露了一些接口给我们使用；如何你愿意的话，完全自己写这个js甚至是可以不需要这个js，自己在js中` WebAssembly.instantiate(binary, info)，然后直接调用相关C导出的接口；

正确的C++导出及Javascirpt调用姿势（重点）

（待续）

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