WebAssembly技术_在Web端运行C与C++程序(win10)

1. WebAssembly技术介绍

WebAssembly是2015年诞生的一项新的技术，在2015年7月，Wasm首次对外公开，并正式开始设计，同年，W3C成立了Wasm社区小组（成员包括Chrome、Edge、Firefox和WebKit），致力于推动Wasm技术的早期发展。

wasm 是一个可移植、体积小、加载快并且兼容 Web 的全新格式。

WebAssembly的中文官网：http://webassembly.org.cn/

来至官网的介绍：

WebAssembly 是由主流浏览器厂商组成的 W3C 社区团体制定的一个新的规范。

高效 WebAssembly 有一套完整的语义，实际上 wasm 是体积小且加载快的二进制格式，其目标就是充分发挥硬件能力以达到原生执行效率

安全 WebAssembly 运行在一个沙箱化的执行环境中，甚至可以在现有的 JavaScript 虚拟机中实现。在web环境中，WebAssembly将会严格遵守同源策略以及浏览器安全策略。

开放 WebAssembly 设计了一个非常规整的文本格式用来、调试、测试、实验、优化、学习、教学或者编写程序。可以以这种文本格式在web页面上查看wasm模块的源码。

标准 WebAssembly 在 web 中被设计成无版本、特性可测试、向后兼容的。WebAssembly 可以被 JavaScript 调用，进入 JavaScript 上下文，也可以像 Web API 一样调用浏览器的功能。当然，WebAssembly 不仅可以运行在浏览器上，也可以运行在非web环境下。

由于不同的计算机 CPU 架构不同，机器码标准有所差别，常见的架构有 x86、AMD 64、ARM，因此高级语言编译成可执行代码时需要指定目标架构。

WebAssembly 抹平了不同 CPU 架构的机器码，WebAssembly 的机器码不能放在任何一个平台上运行，但由于非常接近机器码，可以被非常快速的翻译为对应架构的机器码。因此，WebAssembly 的运行速度和机器码非常接近。

通过官网的介绍看出，WebAssembly技术的目的就是提高web端代码性能，总所周知C/C++语言的运行性能一直是天花板，许多 3D 游戏，大型图形编辑相关的工具软件都是用 C/C++ 语言写的，如果能把C/C++代码搬到web端运行，那么理论上可以大大提高web端的运行效率。

要使用WebAssembly技术，需要先安装Emscripten编译器，这个Emscripten编译器可以将 C/C++ 代码编译成 JS 代码，但不是普通的 JS，而是一种叫做 asm.js 的 JavaScript 变体。

在WebAssembly官网有介绍如何编译安装Emscripten SDK，网站地址： http://webassembly.org.cn/getting-started/developers-guide/

Emscripten的官网也有详细介绍： https://emscripten.org/docs/getting_started/downloads.html

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-rFV9uRc2-1653283486943)(https://xl-boke-img.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/img/image-20220216140034973.png)]

2. 安装Emscripten编译器

官网上有步骤介绍，这里再把安装的步骤做个总结。

注：当前是在win10 64 位环境下操作。

（1）需要先安装python环境，推荐安装python3.X，因为Emscripten编译器里用到了python命令。

python环境安装看这里：

https://xiaolong.blog.csdn.net/article/details/118497618

https://xiaolong.blog.csdn.net/article/details/118529329

（2）安装Git工具，因为需要使用git命令在线从仓库下载需要的文件。

Git工具安装看这里：翻到Git工具安装章节。

https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/116541069

（3）从GitHub仓库下载编译器项目文件，选择一个英文目录，鼠标右键，打开git命令行。（安装完Git工具后会自动关关键鼠标右键）

运行下面命令进行下载，过程中需要等待一段时间。

git clone https://github.com/emscripten-core/emsdk.git

下载成功后，当前目录下会出现一个emsdk目录。

（4）在当前目录下的文件夹地址栏里输入cmd，按下回车，快速打开cmd命令终端。

输入命令进入到emdk目录下。

cd emsdk

（5）安装最新的SDK并激活，在当前命令行继续输入命令。注: 安装要一点时间，需要耐心等待，具体速度看网络情况。

emsdk install latest
emsdk activate latest --permanent

完成输出的过程：

C:\Qt\emsdk>emsdk install latest
Installing SDK 'sdk-releases-upstream-37fc7647c754ac9a28ad588c143b82286de0ef71-64bit'.. Skipped installing node-12.18.1-64bit, already installed. Skipped installing python-3.7.4-pywin32-64bit, already installed. Skipped installing java-8.152-64bit, already installed. Installing tool 'releases-upstream-37fc7647c754ac9a28ad588c143b82286de0ef71-64bit'.. Downloading: C:/Qt/emsdk/zips/37fc7647c754ac9a28ad588c143b82286de0ef71-wasm-binaries.zip from https://storage.googleapis.com/webassembly/emscripten-releases-builds/win/37fc7647c754ac9a28ad588c143b82286de0ef71/wasm-binaries.zip, 476624087 Bytes Unpacking 'C:/Qt/emsdk/zips/37fc7647c754ac9a28ad588c143b82286de0ef71-wasm-binaries.zip' to 'C:/Qt/emsdk/upstream' Done installing tool 'releases-upstream-37fc7647c754ac9a28ad588c143b82286de0ef71-64bit'. Running post-install step: npm ci ... Running post-install step: npm install google-closure-compiler-windows
Done running: npm ci
Done installing SDK 'sdk-releases-upstream-37fc7647c754ac9a28ad588c143b82286de0ef71-64bit'. C:\Qt\emsdk>emsdk activate latest --permanent
Registering active Emscripten environment permanently

Setting the following tools as active: node-12.18.1-64bit
   python-3.7.4-pywin32-64bit
   java-8.152-64bit
   releases-upstream-37fc7647c754ac9a28ad588c143b82286de0ef71-64bit

Setting environment variables: PATH = C:\Qt\emsdk;C:\Qt\emsdk\node\12.18.1_64bit\bin;C:\Qt\emsdk\python\3.7.4-pywin32_64bit;C:\Qt\emsdk\java\8.152_64bit\bin;C:\Qt\emsdk\upstream\emscripten;C:\Users\11266\AppData\Local\Programs\Python\Python38-32\Scripts\;C:\Users\11266\AppData\Local\Programs\Python\Python38-32\;%USERPROFILE%\AppData\Local\Microsoft\WindowsApps;C:\Users\11266\AppData\Local\Programs\Microsoft VS Code\bin;C:\MinGW\i686-8.1.0-release-posix-dwarf-rt_v6-rev0\mingw32\bin;C:\OpenCV_3.4.7\OpenCV-MinGW-Build-OpenCV-3.4.7\x86\mingw\bin;%USERPROFILE%\.dotnet\tools;C:\FFMPEG\ffmpeg_x86_4.2.2\bin;C:\FFMPEG\ffmpeg_x86_x64_3.3.2\bin;C:\Users\11266\AppData\Roaming\npm
Global environment variables up to date

（6）在命令行输入em++ -v测试编译器是否安装成功。

出现以下提示，表示编译器已经安装成功。

C:\Qt\emsdk>emcc -v emcc (Emscripten gcc/clang-like replacement + linker emulating GNU ld) 2.0.10 clang version 12.0.0 (Cswircachegitchromium.googlesource.com-external-github.com-llvm-llvm--project 445289aa63e1b82b9eea6497fb2d0443813a9d4e) Target: x86_64-pc-windows-msvc
Thread model: posix
InstalledDir: C:/Qt/emsdk/upstream/bin
shared:INFO: (Emscripten: Running sanity checks) C:\Qt\emsdk>em++ -v emcc (Emscripten gcc/clang-like replacement + linker emulating GNU ld) 2.0.10 clang version 12.0.0 (Cswircachegitchromium.googlesource.com-external-github.com-llvm-llvm--project 445289aa63e1b82b9eea6497fb2d0443813a9d4e) Target: x86_64-pc-windows-msvc
Thread model: posix
InstalledDir: C:/Qt/emsdk/upstream/bin
shared:INFO: (Emscripten: Running sanity checks) C:\Qt\emsdk>

（7）这时可以先关闭当前终端，再重新开一个新终端，运行emcc或者em++查看帮助，会出现以下提示。

C:\Users\11266>cd /d D:\linux-share-dir\tmp\WebAssembly_TestCode

D:\linux-share-dir\tmp\WebAssembly_TestCode>emcc -help ============================================================================== Welcome to Emscripten! This is the first time any of the Emscripten tools has been run. A settings file has been copied to ~/.emscripten, at absolute path: C:\Users\11266\.emscripten

It contains our best guesses for the important paths, which are: LLVM_ROOT = /usr/bin
  NODE_JS = C:\Program Files\nodejs\node.exe
  EMSCRIPTEN_ROOT = C:\Qt\emsdk\upstream\emscripten

Please edit the file if any of those are incorrect. This command will now exit. When you are done editing those paths, re-run it. ==============================================================================

打开当前系统的用户目录，会看到一个.emscripten文件。这个文件里存放了编译器需要的环境变量和路径。

如果后续运行emcc或者em++命令编译程序时报错，例如：

D:\linux-share-dir\tmp\WebAssembly_TestCode>emcc hello.cpp -Os -s WASM=1 -s SIDE_MODULE=1 -o hello.wasm
shared:ERROR: BINARYEN_ROOT is set to empty value in C:\Users\11266/.emscripten

D:\linux-share-dir\tmp\WebAssembly_TestCode>emcc hello.cpp -Os -s WASM=1 -s SIDE_MODULE=1 -o hello.wasm
cache:INFO: generating system asset: is_vanilla.txt... (this will be cached in "C:\Users\11266\.emscripten_cache\is_vanilla.txt" for subsequent builds) shared:ERROR: llc executable not found at `C:\Users\11266/upstream/bin\llc.exe`

解决办法：将.emscripten文件里的所有路径改成绝对路径。

例如：原来的路径

import os emsdk_path = os.path.dirname(os.environ.get('EM_CONFIG')).replace('\\', '/') NODE_JS = emsdk_path + '/node/12.18.1_64bit/bin/node.exe' PYTHON = emsdk_path + '/python/3.7.4-pywin32_64bit/python.exe' JAVA = emsdk_path + '/java/8.152_64bit/bin/java.exe' LLVM_ROOT = emsdk_path + '/upstream/bin' BINARYEN_ROOT = emsdk_path + '/upstream' EMSCRIPTEN_ROOT = emsdk_path + '/upstream/emscripten' TEMP_DIR = emsdk_path + '/tmp' COMPILER_ENGINE = NODE_JS
JS_ENGINES = [NODE_JS]

修改后的配置文件路径:

import os NODE_JS = 'C:/Qt/emsdk/node/12.18.1_64bit/bin/node.exe' PYTHON = 'C:/Qt/emsdk/python/3.7.4-pywin32_64bit/python.exe' JAVA = 'C:/Qt/emsdk/java/8.152_64bit/bin/java.exe' LLVM_ROOT = 'C:/Qt/emsdk/upstream/bin' BINARYEN_ROOT = 'C:/Qt/emsdk/upstream' EMSCRIPTEN_ROOT = 'C:/Qt/emsdk/upstream/emscripten' TEMP_DIR = 'C:/Qt/emsdk/tmp' COMPILER_ENGINE = NODE_JS
JS_ENGINES = [NODE_JS]

再重新运行即可：

D:\linux-share-dir\tmp\WebAssembly_TestCode>emcc hello.cpp -Os -s WASM=1 -s SIDE_MODULE=1 -o hello.wasm
cache:INFO: generating system asset: generated_struct_info.json... (this will be cached in "C:\Users\11266\.emscripten_cache\wasm-obj-pic\generated_struct_info.json" for subsequent builds) cache:INFO: - ok

3. 编写C/C++代码浏览器运行测试

（1）编写一个简单的C/C++代码

#include  int main() { printf("Hello World! \n"); printf("WebAssembly 牛逼!\n"); return 0; }

（2）使用emcc编译编译

D:\>cd /d D:\linux-share-dir\tmp\WebAssembly_TestCode

D:\linux-share-dir\tmp\WebAssembly_TestCode>emcc hello.cpp -s WASM=1 -O3 -o hello-emcc.js
D:\linux-share-dir\tmp\WebAssembly_TestCode>emcc hello.cpp -s WASM=1 -O3 -o hello-emcc.html

编译成功之后，在目录下会生成：js，html，wasm 等3个文件。

（3）开一个HTTP服务器，测试网页运行效果

在当前编译目录，使用python开一个HTTP服务器。

D:\linux-share-dir\tmp\WebAssembly_TestCode>python -m http.server
Serving HTTP on 0.0.0.0 port 8000 (http://0.0.0.0:8000/) ...

打开Edge浏览器(win10自带的浏览器)，输入http://127.0.1:8000。

选择hello-emcc.html文件打开。下面是运行效果。

也可以使用 emrun 命令来创建一个 http 协议的 web server 展示编译后的文件，和前面python命令的功能类似。

$ emrun --no_browser --port 8080

4. 编写C/C++代码给前端调用测试

（1）编写一个函数，用于测试调用

#include  #include  int func_square(int x) { return x * x; } int func_sum(int x, int y) { return x + y; } char* func_string(char* str) { return str; }

（2）编译成wasm文件

D:\linux-share-dir\tmp\WebAssembly_TestCode>emcc hello.c -Os -s WASM=1 -s SIDE_MODULE=1 -o hello.wasm

（3）编写一个js文件。名称为: loader.js

function loadWebAssembly(filename, imports = {}) { return fetch(filename) .then(response => response.arrayBuffer()) .then(buffer => { imports.env = imports.env || {} Object.assign(imports.env, { memoryBase: 0, tableBase: 0, __memory_base: 0, __table_base: 0, memory: new WebAssembly.Memory({ initial: 256, maximum: 256 }), table: new WebAssembly.Table({ initial: 0, maximum: 0, element: 'anyfunc' }) }) return WebAssembly.instantiate(buffer, imports) }) .then(result => result.instance ) } function loadJS (url, imports = {}) { return fetch(url) .then(response => response.text()) .then(code => new Function('imports', `return (${code})()`)) .then(factory => ({ exports: factory(imports) })) }

（4）编写一个HTML文件调用函数接口 : 例如: index.html

 const func_square = instance.exports.func_square const func_sum = instance.exports.func_sum const func_string = instance.exports.func_string
		
        console.log('10^2 =', func_square(2)) console.log('100+100 =', func_sum(100,100)) console.log('这是传入字符串=', func_string("12345677890abcdefg")) })

WebAssembly技术_在Web端运行C与C++程序(win10)

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