摘要

文章先介绍 WebAssembly 的发展情况、应用场景、优点和未来发展方向，接着详细阐述多种开发语言（如 C/C ++、Rust、Go 等）在 WebAssembly 生态中的情况，包括各自的特点、优势与局限性，还介绍了多种工具链（如 Emscripten、Binaryen 等）的功能、特性及局限等内容。

1. WebAssembly 概述

• WebAssembly 发展到 2.0 版本，相比 1.0 版本增加指令支持、对大容量内存更友好且向量指令提升复杂场景性能。
• 其应用场景广泛，涵盖 Web 端的视频渲染等和非 Web 端的 Serverless 等领域。
• 具有跨平台、高效、安全的优点，如可在多种架构运行且性能接近原生代码，代码在沙箱运行保障安全。
• 未来发展方向包括多线程支持、AI 相关应用和区块链智能合约编写执行等。

2. 开发语言生态

• C/C ++
  • 拥有庞大用户群体和完备工具链，是 WebAssembly 生态的先行者。
  • LLVM 已将 WebAssembly 添加为支持后端，WASI 标准使 WebAssembly 运行环境可获取系统 IO 能力，将能力拓展到非 Web 端。
  • 大量使用系统调用的基础库可移植到 WebAssembly，下沉其能力到原生或系统层面。
• Rust
  • 与 Emscripten 都由 Mozilla 负责，和 WebAssembly 社区发展关系紧密。
  • Rust 编译器借助 LLVM 生成 WebAssembly 产物，兼容 C/C ++内存模型且无 GC，产物体积小性能好，与 C/C ++的 WebAssembly 模块可无缝衔接。
  • Rust 生态支持 WASI 标准，在 wasmtime 虚拟机加持下，在服务端应用大有可为。
• Go
  • 从 Go 1.11 开始官方支持 WebAssembly，但存在问题。
  • 不支持 WASI，导致其 WebAssembly 产物不能脱离 Web 环境，阻碍在服务端发展。
  • GC 依赖使 WebAssembly 产物体积膨胀，难以做到 Web 端轻量化。
• AssemblyScript
  • 使用部分修改后的 Typescript 语法，专为 WebAssembly 服务，适合前端开发者编写 WebAssembly 程序。
  • 不支持 WASI 标准，生成的 WebAssembly 包含 GC，产物比 C/C ++生成的大。
  • 底层借用 LLVM 能力，但内置库和生成的 WebAssembly 有待优化，如导入导出部分和 pow 库函数存在问题。
• JavaScript
  • 是前端必备语言，WebAssembly 设计之初就考虑与 JavaScript 交互，有 JS - API 标准规范互操作。
  • 由于语言特性难以生成完备的 WebAssembly 产物，不过有将 JavaScript 引擎编译到 WebAssembly 在服务端运行的例子，在 Serverless 和容器化场景有一定价值。
• 其他支持的语言
  • 如 Lua 社区有将 Lua 引擎编译到 WebAssembly 的项目，可让 Lua 脚本在浏览器运行；C #社区有相关编译实验项目。
  • 这些项目大多处于实验性质，存在限制，社区也处于初步发展阶段。

3. 工具生态

• Emscripten
  • 概述：源于将 C/C ++编译生成的 LLVM IR 翻译成 JavaScript 的想法，后加入对 WebAssembly 的支持，可将多种基于 LLVM IR 的语言项目编译到 WebAssembly。
  • 库支持：在 musl libc 和 LLVM libcxx 库基础上定制化，实现 WASI 标准接口，提供部分适配库，但仍不能完美迁移 C/C ++工程。存在多线程模拟开销大、计时误差大精度低、无法连接第三方静动态库等局限性。
  • 编译：底层用 clang + wasm - ld 能力编译，开发 emcc 项目，基于 clang 提供大量编译选项，还引入 Closure Compiler 和 Binaryen 优化代码。
  • 调试：能生成 JavaScript 和 HTML 代码，Chrome DevTool 可依据 DWARF 调试信息定位 C/C ++源码调试信息。
• Binaryen
  • 目的是让编译到 WebAssembly 的工作简单、快速、有效。
  • 简单体现在有简单 C API 和 JavaScript 中可用，接受多种输入；快速在于内部 IR 结构紧凑且完全并行代码生成和优化；有效表现在更关注 WebAssembly 特性相关优化。
  • 可作为编译器后端和编译工具链，有自己的 Binaryen IR，可接收多种输入格式，包含多个优化过程，还提供多种工具如 wasm - opt 等，支持 DWARF 格式调试信息并可与 Emscripten 集成调试。
• wasi - sdk
  • 可看作魔改后的 LLVM，添加 WASI 支持，使用方式类似 clang 编译 C/C ++项目，libc 实现与 Emscripten 相似，存在多线程、time 能力缺失等局限。
• TinyGo
  • 轻量级 Go 编译器，用于嵌入式系统、WebAssembly 和命令行等轻量级环境，复用 Go language tools 和 LLVM，在部分 Go WebAssembly Serverless 函数服务中有应用。
• wabt
  • 工具链集合，包含 WebAssembly 反汇编工具、解释器、编译器、验证工具等，如 wasm2wat 和 wat2wasm 用于二进制和文本格式转换，wasm2c 可将二进制文件转换为 C 源文件和头文件。
• wasm - pack
  • 由 Rust / WebAssembly 工作组开发维护，可将代码打包成 npm 模块，随附 Webpack 插件，便于与 JavaScript 应用结合。
• wasm - bindgen
  • 让 WebAssembly 模块和 JavaScript 交互，主要关注 Rust 生态，功能包括导入 JavaScript 能力到 Rust、导出 Rust 功能到 JavaScript 等。

4. 总结

• 介绍了多种编程语言和工具，如 C/C ++、Go、Rust 等语言及其提供的 WebAssembly 编译和打包功能。
• 不同语言和工具可根据不同场景实现 WebAssembly 相关操作，随着 WebAssembly 受关注程度增加，各主流编程语言和社区都重视它，还有新语言被设计出来，这些语言和工具都是为实际应用开发场景服务的。