WebAssembly_Web运行CC++程序(win10)

DS小龙哥-嵌入式技术 2022-08-14 1926

描述

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：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： webassembly.org.cn/getting-sta…

Emscripten的官网也有详细介绍： emscripten.org/docs/gettin…

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：

xiaolong.blog.csdn.net/article/det…

（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。

blog.csdn.net/xiaolong112…

（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 
复制代码

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
复制代码

（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
复制代码

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
复制代码

（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>
复制代码

（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.
 ==============================================================================
复制代码

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`
复制代码

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]
复制代码

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]
复制代码

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
复制代码

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;
 }
复制代码

（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
复制代码

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/) ...
复制代码

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
复制代码

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;
 }
复制代码

（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
复制代码

（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) }))
 }
复制代码

（4）编写一个HTML文件调用函数接口 : 例如: index.html

`Compile C to WebAssembly`

The test result can be found in console.

复制代码

（5）启动http服务器，访问测试。

 python -m http.server
复制代码

打开谷歌浏览器输入地址访问: http://127.0.0.1:8000/index.html

运行后，按下F12，查看控制台的输出。

注意：如果要反复修改HTML文件测试结果，浏览器最好打开无痕模式进行测试。

在浏览器里可以看到wasm转成wast文本格式的代码，从代码里可以看到导出的函数。

5. webassembly在线调试工具

地址：wasdk.github.io/WasmFiddle/

6. wasm2wast工具安装

wasm2wast这个工具是将 WebAssembly 二进制转换为 S-expressions。他是命令行工具，一个二进制文件作为输入，输出一个包含可以读文本的文件。开发者可以编辑文本文件，然后再将其转换为二进制文件，比如优化算法、追踪问题、插入调试语句等等。

地址： github.com/WebAssembly…

用法示例：

 wast2wasm demo.wast -o demo.wasm
 
 wasm2wast demo.wasm -o demo.wast
复制代码

7. emsdk常用命令介绍

 （1）emcc -v 显示安装的版本号
 
 （2）em++ -v 显示安装的版本号
 
 （3）emsdk update   更新emssk库到最新版
 
 （4）emsdk list --old  查看emsdk历史版本号列表
 
 （5）emsdk list --old > sdklist.txt  将历史版本号写入到sdklist.txt文件中
 
 （6）emsdk install <版本号> 安装对应版本号的sdk tool
 例如: emsdk install 1.39.7
      
 （7）emsdk install latest 安装最新版本号的std tool
 
 （8）emsdk activate <版本号>  激活对应版本号的std tool ，也就是设置当前使用的版本
 例如:emsdk activate --embedded 1.39.7 --permanent
 
 
 （9）emsdk uninstall <版本号>  卸载对应版本号的sdk tool
 
 
 （10）emsdk help  或者  emsdk --help   查看帮助
复制代码

8. 总结

　　审核编辑：汤梓红

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