编译 C/C++ 为 WebAssembly

当你在用 C/C++ 之类的语言编写模块时，你可以使用 Emscripten 来将它编译到 WebAssembly。让我们来看看它是如何工作的。

Emscripten 环境安装

首先，让我们来配置所需要的开发环境。

所需条件

你需要将下列工具安装在你的电脑上，首先让我们确认下都有哪些。

备注： 在 Windows 下你可能需要 pywin32，为了降低安装 pywin32 可能遇到的错误，请使用管理员权限在 cmd 内运行安装程序。

编译 Emscripten

接下来，你需要通过源码自己编译一个 Emscripten。运行下列命令来自动化地使用 Emscripten SDK。(在你想保存 Emscripten 的文件夹下运行)。

bash
git clone https://github.com/juj/emsdk.git
cd emsdk

# 在 Linux 或者 Mac macOS 上
./emsdk install --build=Release sdk-incoming-64bit binaryen-master-64bit
./emsdk activate --global --build=Release sdk-incoming-64bit binaryen-master-64bit
# 如果在你的 macos 上获得以下错误
Error: No tool or SDK found by name 'sdk-incoming-64bit'
# 请执行
./emsdk install latest
# 按照提示配置环境变量即可
./emsdk activate latest


# 在 Windows 上
emsdk install --build=Release sdk-incoming-64bit binaryen-master-64bit
emsdk activate --global --build=Release sdk-incoming-64bit binaryen-master-64bit

# 注意：Windows 版本的 Visual Studio 2017 已经被支持，但需要在 emsdk install 需要追加 --vs2017 参数。

安装过程可以会花上一点时间，是时候去休息一下。安装程序会设置所有 Emscripten 运行所需要的环境变量。

备注： global 标识会让 PATH 变量在全局被设置，所以接下来所打开的终端或者命令行窗口都会被设置。如果你仅仅想让 Emscripten 在当前窗口生效，就删掉这个标识。

备注： 每当你想要使用 Emscripten 时，尝试从远程更新最新的 emscripten 代码是个很好的习惯（运行 git pull）。如果有更新，重新执行 install 和 activate 命令。这样就可以确保你使用的 Emscripten 一直保持最新。

现在让我们进入 emsdk 文件夹，输入以下命令来让你进入接下来的流程，编译一个样例 C 程序到 asm.js 或者 wasm。

bash
# on Linux or Mac macOS
source ./emsdk_env.sh

# on Windows
emsdk_env.bat

编译样例代码

现在环境配置完毕，让我们看看如何使用它把 C 代码编译到 Emscripten。当使用 Emscripten 来编译的时候有很多种不同的选择，我们介绍其中主要的 2 种：

  • 编译到 wasm 并且生成一个用来运行我们代码的 HTML，将所有 wasm 在 web 环境下运行所需要的“胶水”JavaScript 代码都添加进去。
  • 编译到 wasm 然后仅仅生成 JavaScript。

让我们一个一个看看。

生成 HTML 和 JavaScript

我们先来看一个最简单的例子，通过这个，你可以使用 Emscripten 来将任何代码生成到 WebAssembly，然后在浏览器上运行。

  1. 首先我们需要编译一段样例代码。将下方的 C 代码复制一份然后命名为 hello.c 保存在一个新的文件夹内。

    cpp
    #include <stdio.h>

int main(int argc, char ** argv) {
  printf("Hello World\n");
}

  2. 现在，转到一个已经配置过 Emscripten 编译环境的终端窗口中，进入刚刚保存 hello.c 文件的文件夹中，然后运行下列命令：

    bash
    emcc hello.c -s WASM=1 -o hello.html

下面列出了我们命令中选项的细节：

  • -s WASM=1 — 指定我们想要的 wasm 输出形式。如果我们不指定这个选项，Emscripten 默认将只会生成 asm.js。
  • -o hello.html — 指定这个选项将会生成 HTML 页面来运行我们的代码，并且会生成 wasm 模块，以及编译和实例化 wasm 模块所需要的“胶水”js 代码，这样我们就可以直接在 web 环境中使用了。

这个时候在你的源码文件夹应该有下列文件：

  • hello.wasm 二进制的 wasm 模块代码
  • hello.js 一个包含了用来在原生 C 函数和 JavaScript/wasm 之间转换的胶水代码的 JavaScript 文件
  • hello.html 一个用来加载，编译，实例化你的 wasm 代码并且将它输出在浏览器显示上的一个 HTML 文件

运行你的例子

现在使用一个支持 WebAssembly 的浏览器，加载生成的 hello.html。自从 Firefox 版本 52、Chrome 版本 57 和 Opera 版本 44 开始，已经默认启用了 WebAssembly。

备注： 如果你试图直接从本地硬盘打开生成的 HTML 文件（hello.html）（例如 file://your_path/hello.html），你会得到一个错误信息，大意是 both async and sync fetching of the wasm failed。你需要通过 HTTP 服务器（http://）运行你的 HTML 文件——参见如何设置本地测试服务器获取更多信息。

如果一切顺利，你应该可以在页面上的 Emscripten 控制台和浏览器控制台中看到“Hello World”的输出。

恭喜！你已经成功将 C 代码编译成 JavaScript 并且在浏览器中执行了！

使用自定义 HTML 模板

有些时候你可能想要使用一个自定义的 HTML 模板。让我们看看怎么实现。

  1. 首先，在一个新文件夹中保存以下 C 代码到 hello2.c 中：

    cpp
    #include <stdio.h>

int main(int argc, char ** argv) {
    printf("Hello World\n");
}

  2. 在 emsdk 中搜索一个叫做 shell_minimal.html 的文件，然后复制它到刚刚创建的目录下的 html_template 文件夹。

    bash
    mkdir html_template
cp ~/emsdk/emscripten/1.38.15/src/shell_minimal.html html_template

  3. 现在使用你的 Emscripten 编译器环境的终端窗口进入你的新目录，然后运行下面的命令：

    bash
    emcc -o hello2.html hello2.c -O3 -s WASM=1 --shell-file html_template/shell_minimal.html

    这次使用的选项略有不同：

    • 我们使用了 -o hello2.html，这意味编译器将仍然输出 js 胶水代码 和 html 文件。
    • 我们还使用了 --shell-file html_template/shell_minimal.html，这指定了你要运行的例子使用 HTML 页面模板。

  4. 下面让我们来运行这个例子。上面的命令已经生成了 hello2.html，内容和我们使用的模板非常相像，只不过多加了一些 js 胶水和加载 wasm 文件的代码。在浏览器中打开它，你会看到与上一个例子相同的输出。

备注： 通过用.js 取代.htm(l) 作为文件后缀名，你就可以得到只有 JavaScript 的输出文件，而不再是完整的 HTML 文件。例如：emcc -o hello2.js hello2.c -O3 -s WASM=1. 你可以完全从零开始创建你自己的 HTML 文件。尽管如此，不推荐这样做。因为 Emscripten 需要大量的 JavaScript“胶水”代码从而能够 处理内存分配、内存泄漏以及大量的其他问题。这些问题都已经在提供的模板中得到了处理。使用模板要比自己编写模板要容易得多。不过，当对模板所做的事情越来越熟悉的时候，你就能够按照自己的需要创建定制化的模板了。

调用一个定义在 C 中的自定义方法

如果需要调用一个在 C 语言自定义的函数，你可以使用 Emscripten 中的 ccall() 函数，以及 EMSCRIPTEN_KEEPALIVE 声明（将你的函数添加到导出函数列表中（详见 Why do functions in my C/C++ source code vanish when I compile to JavaScript, and/or I get No functions to process?））。

接下来让我们看看这是怎么实现的。

  1. 首先，将以下代码在新目录中保存为 hello3.c ：

    cpp
    #include <stdio.h>
#include <emscripten/emscripten.h>

int main(int argc, char ** argv) {
    printf("Hello World\n");
}

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

int EMSCRIPTEN_KEEPALIVE myFunction(int argc, char ** argv) {
  printf("我的函数已被调用\n");
}

#ifdef __cplusplus
}
#endif

    默认情况下，Emscripten 生成的代码只会调用 main() 函数，其他的函数将被视为无用代码。在一个函数名之前添加 EMSCRIPTEN_KEEPALIVE 能够防止这样的事情发生。你需要导入 emscripten.h 库来使用 EMSCRIPTEN_KEEPALIVE。

    备注： 为了保证万一你想在 C++ 代码中引用这些代码时代码可以正常工作，我们添加了 #ifdef 代码块。由于 C 与 C++ 中名字修饰规则的差异，添加的代码块有可能产生问题，但目前我们设置了这一额外的代码块以保证你使用 C++ 时，这些代码会被视为外部 C 语言函数。

  2. 为了方便起见，现在将 html_template/shell_minimal.html 也添加到这一目录（但在实际开发环境中你肯定需要将其放到某一特定位置）。

  3. 运行以下命令编译：(注意由于使用 ccall 函数，需要添加指定参数)

    bash
    emcc -o hello3.html hello3.c -O3 -s WASM=1 -s "EXTRA_EXPORTED_RUNTIME_METHODS=['ccall']" --shell-file html_template/shell_minimal.html

  4. 如果你在浏览器中在此加载实例，你将看到和之前相同的结果。

  5. 现在我们需要运行新的 myFunction() JavaScript 函数。首先，按照以下实例添加一个 <button> ，就在 <script type='text/javascript'> 开头标签之前。

    html
    <button class="mybutton">运行我的函数</button>

  6. 现在在最后一个 <script> 元素（就在 </script> 关闭标签之前）中添加以下代码：

    js
    document.querySelector(".mybutton").addEventListener("click", function () {
  alert("检查控制台");
  var result = Module.ccall(
    "myFunction", // name of C function
    null, // return type
    null, // argument types
    null,
  ); // arguments
});

以上就是如何使用 ccall() 调用导出的函数的方式。

参见