Emscripten学习笔记之内存模型

编译目标选择：

在WebAssembly标准出现前的很长一段时间内，Emscripten的编译目标是asm.js。自1.37.3起，Emscirpten才开始正式支持WebAssembly。

以asm.js为编译目标时，C/C代码被编译为.js文件；以WebAssembly为编译目标时，C/C代码被编译为.wasm文件及对应的.js胶水代码文件。两种编译目标从应用角度来说差别不大——它们使用的内存模型、函数导出规则、JavaScript与C相互调用的方法等都是一致的。我们在实际使用中遇到的主要区别在于模块加载的同步和异步：当编译目标为asm.js时，由于C/C++代码被完全转换成了asm.js（JavaScript子集），因此可以认为模块是同步加载的；而以WebAssembly为编译目标时，由于WebAssembly的实例化方法本身是异步指令，因此模块加载为异步加载。

单向透明的内存模型

• Module.buffer

无论编译目标是asm.js还是wasm，C/C++代码眼中的内存空间实际上对应的都是Emscripten提供的ArrayBuffer对象：Module.buffer，C/C++内存地址与Module.buffer数组下标一一对应。

info ArrayBuffer是JavaScript中用于保存二进制数据的一维数组。在本书的语境中，“Module.buffer”、“C/C++内存”、“Emscripten堆”三者是等价的。

C/C++代码能直接通过地址访问的数据全部在内存中（包括运行时堆、运行时栈），而内存对应Module.buffer对象，C/C++代码能直接访问的数据事实上被限制在Module.buffer内部，JavaScript环境中的其他对象无法被C/C++直接访问——因此我们称其为单向透明的内存模型。

在当前版本的Emscripten中，指针（既地址）类型为int32，因此单一模块的最大可用内存范围为2GB-1。未定义的情况下，内存默认容量为16MB，其中栈容量为5MB。

• Module.HEAPX

JavaScript中的ArrayBuffer无法直接访问，必须通过某种类型的TypedArray方可对其进行读写。例如下列JavaScript代码创建了一个容量为12字节的ArrayBuffer，并在其上创建了类型为int32的TypedArray，通过该View依次向其中存入了1111111、2222222、3333333三个int32型的数：

var buf = new ArrayBuffer(12);
var i32 = new Int32Array(buf);
i32[0] = 1111111;
i32[1] = 2222222;
i32[2] = 3333333;

tips ArrayBuffer与TypedArray的关系可以简单理解为：ArrayBuffer是实际存储数据的容器，在其上创建的TypedArray则是把该容器当作某种类型的数组来使用。

Emscripten已经为Module.buffer创建了常用类型的TypedArray，见下表：

在JavaScript中访问C/C++内存

我们通过一个简单的例子展示如何在JavaScript中访问C/C++内存。创建C源代码mem.cc如下：

//mem.cc
#include <stdio.h>

int g_int = 42;
double g_double = 3.1415926;

EM_PORT_API(int*) get_int_ptr() {
	return &g_int;
}

EM_PORT_API(double*) get_double_ptr() {
	return &g_double;
}

EM_PORT_API(void) print_data() {
	printf("C{g_int:%d}\n", g_int);
	printf("C{g_double:%lf}\n", g_double);
}

将其编译为mem.js及mem.wasm。

JavaScript部分代码如下：

      var int_ptr = Module._get_int_ptr();
      var int_value = Module.HEAP32[int_ptr >> 2];
      console.log("JS{int_value:" + int_value + "}");

      var double_ptr = Module._get_double_ptr();
      var double_value = Module.HEAPF64[double_ptr >> 3];
      console.log("JS{double_value:" + double_value + "}");
      
      Module.HEAP32[int_ptr >> 2] = 13;
      Module.HEAPF64[double_ptr >> 3] = 123456.789      
      Module._print_data();

我们在JavaScript中调用了C函数get_int_ptr()，获取了全局变量g_int的地址，然后通过Module.HEAP32[int_ptr >> 2]获取了该地址对应的int32值。由于Module.HEAP32每个元素占用4字节，因此int_ptr需除以4（既右移2位）方为正确的索引。获取g_double的方法类似不赘述。