WebAssembly：开启新时代的跨平台

引言

WebAssembly 是一种新型的低级字节码，其设计目标是提供一种可移植的目标代码。WebAssembly 可以在浏览器中运行并与 JavaScript 交互，可用于在 Web 平台上运行高性能，低延迟的应用程序，也可用于跨平台开发桌面应用、服务端应用和 IoT 应用程序。

与 JavaScript 的对比

JavaScript 是一种解释性语言，因此运行速度比 WebAssembly 慢，并且对于密集型任务而言运行缓慢。但是，JavaScript 很容易上手，可以直接在浏览器中执行，这使得开发变得更容易。WebAssembly 虽然比 JavaScript 更快，但由于语法较为复杂，需要一些编程经验方可编写。

WebAssembly 的使用场景

在客户端（浏览器）应用场景

提高游戏性能

游戏是最受欢迎的 Web 应用之一，游戏的快速响应和流畅的体验是游戏开发者的重要目标。WebAssembly 可以使游戏改善流畅性和快速响应。下面是一个简单的 WebAssembly 游戏示例，该游戏可以在浏览器中运行：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>WebAssembly 游戏示例</title>
</head>
<body>
    <canvas id="canvas" width="800" height="600"></canvas>

    <script>
        async function init() {
            const importObject = {
                imports: {
                    env: {
                        getRandomNumber() {
                            return Math.floor(Math.random() * 800);
                        }
                    }
                }
            };

            const response = await fetch('game.wasm');
            const bytes = await response.arrayBuffer();
            const { instance }= await WebAssembly.instantiate(bytes, importObject);
            instance.exports.run();
        }

        init();
    </script>
</body>
</html>

开发桌面级应用

WebAssembly 可以用于开发桌面级应用程序（即桌面应用）。WebAssembly 可在运行平台上直接运行，因此开发者可以编写并在 WebAssembly 中运行在不同操作系统和硬件平台上运行的应用程序。下面是一个基于 WebAssembly 的桌面级应用程序，该程序使用 C++ 作为编程语言：

#include<iostream>

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

在服务端（服务器）应用场景

转码器

WebAssembly 还可以用作编码器或解码器，用于在服务端上进行数据转换，可帮助服务端提高效率和性能。使用 WebAssembly 作为转码器的好处是，它可以在一个机器上快速地运行，并为不同的操作系统和接口提供高效的编码和解码服务。

防止代码泄漏

WebAssembly 可在服务端使用，同时也适用于云端应用，其中一项重要应用程序是代码加密。WebAssembly 可以将 JavaScript 代码编译成二进制，从而有效地保护开发人员的原始代码免受恶意攻击。

WebAssembly案例分析

在视频编解码中的应用

WebAssembly 可以用于视频编解码器，被广泛应用于视频编辑或实时视频流转换。因为它能在不对计算机主机的性能和资源造成太大损害的情况下，快速有效地转码。下面是使用 WebAssembly 进行 Web 视频播放的引入代码和示例：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>WebAssembly 视频播放示例</title>
</head>
<body>
    <video id="player" controls></video>

    <script>
        const video = document.getElementById('player');
        const url = 'video.mp4';
        const importObject = {
            env: {
                logTime: time => console.log(`Time: ${time}`)
            }
        };

        async function init() {
            const response = await fetch('decoder.wasm');
            const bytes = await response.arrayBuffer();
            const { instance, module } = await WebAssembly.instantiate(bytes, importObject);
            const decoder = instance.exports.instantiateDecoder(module);
            const initResult = decoder.init(url);
            if (initResult === 0) {
                console.log('Init decoder success');
                video.addEventListener('canplay', () => {
                    console.log(`Duration: ${video.duration}`);
                    instance.exports.decodeFrames(decoder);
                });
                video.addEventListener('timeupdate', () => {
                    instance.exports.decodeFrames(decoder);
                });
            } else {
                console.log('Init decoder failed');
            }
        }

        init();
    </script>
</body>
</html>

WebAssembly与GPU编程结合的案例

将 WebAssembly 与 GPU 编程结合使用，可以加快 GPU 计算过程并在不牺牲计算质量的情况下提高性能，从而实现更高效的图形和通用计算。下面是一个使用 WebAssembly 和 WebGL 进行 GPU 编程的示例：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>WebAssembly 和 WebGL 结合的案例</title>
</head>
<body>
    <canvas id="canvas" width="800" height="600"></canvas>

    <script>
        async function init() {
            const canvas = document.getElementById('canvas');
            const gl = canvas.getContext('webgl');
            const response = await fetch('raytracer.wasm');
            const bytes = await response.arrayBuffer();
            const { instance } = await WebAssembly.instantiate(bytes, {
                env: {
                    log: msg => console.log(msg),
                    getCanvasWidth: () => canvas.width,
                    getCanvasHeight: () => canvas.height,
                    getCanvasData: () => gl.readPixels(0, 0, canvas.width, canvas.height, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, new Uint8Array(canvas.width * canvas.height * 4))
                }
            });
            instance.exports.init();
            instance.exports.renderFrame();
        }

        init();
    </script>
</body>
</html>

WebAssembly在音频剪辑和处理中的应用

WebAssembly 可以用于音频剪辑和处理，因为它可以使用较小的块大小处理以提高性能。例如，下面是一个使用 WebAssembly 的音频剪辑程序的示例：

void clipAudio(float* inputBuffer, float* outputBuffer, float threshold, float gain, int blocksize) {
    for (int i = 0; i < blocksize; i++) {
        float sample = inputBuffer[i];
        if (sample > threshold) {
            sample = threshold;
        } else if (sample < (-1 * threshold)) {
            sample = -1 * threshold;
        }
        outputBuffer[i] = sample * gain;
    }
}

如何使用WebAssembly

WebAssembly工具链介绍

WebAssembly 可以通过编写其特定的格式来构建和组装。这些格式包括 .wast（WebAssembly 文本格式），.wat（WebAssembly 符号格式）和 .wasm（WebAssembly 二进制格式）。下面是将 C++ 代码编译成 WebAssembly 二进制文件的示例：

em++ -Os -s WASM=1 -s SIDE_MODULE=1 -s BINARYEN_ASYNC_COMPILATION=0 -o my_code.wasm my_code.cpp

如何使用WebAssembly做开发和调试

WebAssembly 可以与 JavaScript 进行交互，可以调用 JavaScript 或被 JavaScript 调用。下面是一个使用 C++ 和 JavaScript 进行交互的示例：

#include<iostream>
#include<emscripten.h>

extern "C" {
    EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
    void myFunction(int argc, char **argv) {
        std::cout << "Hello World" << std::endl;
    }
}

在JavaScript中，我们可以像下面这样调用 C++ 中的函数：

Module.ccall('myFunction', /* returnType */ 'null', /* argumentTypes */ [], /* arguments在C++中编写WebAssembly模块

下面是一个使用 C++ 编写 WebAssembly 模块的示例：

```c++
#include <emscripten.h>

extern "C" {
    EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
    int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

未来展望

WebAssembly 的发展趋势

WebAssembly 未来将会成长为一项功能完整和稳定的技术，更多的新特性将被支持。WebAssembly 还将更多地集成到模块化编程环境中，开发人员将能够轻松地构建和使用 WebAssembly 模块。

WebAssembly在IoT领域中的应用

WebAssembly 可以在 IoT 设备上运行，这将极大地扩展其应用范围。特别是在资源受限的设备上，使用 WebAssembly 可以充分发挥其高效性能和低延迟优势。

总结

WebAssembly 是一种新型的跨平台编程技术，可用于客户端、服务端以及 IoT 应用程序开发，可帮助开发人员实现更高效的计算和更快速的响应。WebAssembly 还可以与 JavaScript 和 GPU 编程结合使用，提高计算性能，同时还在音频、视频编解码和代码加密、解密等领域得到了广泛应用。WebAssembly 的未来前景光明，它将成为编程语言和应用程序开发的一项重要技术。