Emscripten's embind

它会将 JS 绑定到 wasm！

Surma

在上一篇 wasm 文章中，我介绍了如何将 C 库编译为 wasm，以便您在 Web 上使用它。我（以及许多读者）发现的一个显著问题是，您必须手动声明要使用 wasm 模块的哪些函数，这种方式既粗糙又略显尴尬。下面是我想说的代码段：

const api = {
    version: Module.cwrap('version', 'number', []),
    create_buffer: Module.cwrap('create_buffer', 'number', ['number', 'number']),
    destroy_buffer: Module.cwrap('destroy_buffer', '', ['number']),
};

在这里，我们声明了标记为 EMSCRIPTEN_KEEPALIVE 的函数的名称、它们的返回类型以及它们参数的类型。之后，我们可以使用 api 对象的方法调用这些函数。不过，以这种方式使用 wasm 不支持字符串，并且需要您手动移动内存块，这使得许多库 API 的使用非常繁琐。有没有更好的方法？当然有，否则这篇文章要讲什么呢？

C++ 名称处理

虽然开发者体验足以成为构建有助于这些绑定的工具的充分理由，但实际上还有一个更为紧迫的原因：在您编译 C 或 C++ 代码时，每个文件都会单独编译。然后，链接器会负责将所有这些所谓的对象文件一起混合，并将其转换为 wasm 文件。对于 C 语言，函数的名称仍可在对象文件中供链接器使用。您只需知道函数名称即可调用 C 函数，我们会将该名称作为字符串提供给 cwrap()。

另一方面，C++ 支持函数重载，这意味着只要签名不同（例如参数类型不同），您就可以多次实现同一函数。在编译器级别，像 add 这样的好名字会被重命名为某种内容，用于在函数名称中对链接器进行签名编码。因此，我们将无法再按名称查询函数。

输入 embind

embind 是 Emscripten 工具链的一部分，可为您提供一组 C++ 宏，以便您为 C++ 代码添加注解。您可以声明计划从 JavaScript 中使用哪些函数、枚举、类或值类型。我们先从一些简单的函数开始：

#include <emscripten/bind.h>

using namespace emscripten;

double add(double a, double b) {
    return a + b;
}

std::string exclaim(std::string message) {
    return message + "!";
}

EMSCRIPTEN_BINDINGS(my_module) {
    function("add", &add);
    function("exclaim", &exclaim);
}

与上一篇文章相比，我们不再添加 emscripten.h，因为我们不再需要使用 EMSCRIPTEN_KEEPALIVE 为函数添加注解。而是在 EMSCRIPTEN_BINDINGS 部分中列出我们希望将函数公开给 JavaScript 的名称。

如需编译此文件，我们可以使用与上文中相同的设置（或您可以使用相同的 Docker 映像）。如需使用 embind，我们需要添加 --bind 标志：

$ emcc --bind -O3 add.cpp

现在，只需创建一个用于加载我们新创建的 wasm 模块的 HTML 文件即可：

<script src="/a.out.js"></script>
<script>
Module.onRuntimeInitialized = _ => {
    console.log(Module.add(1, 2.3));
    console.log(Module.exclaim("hello world"));
};
</script>

如您所见，我们不再使用 cwrap()。这只需开箱即可使用。但更重要的是，我们不必担心手动复制内存块以使字符串正常运行！embind 会免费为您提供此功能，以及类型检查：

调用参数数量有误或参数类型有误的函数时，开发者工具会出错

这非常棒，因为我们可以尽早捕获一些错误，而不是处理有时非常难以处理的 wasm 错误。

对象

许多 JavaScript 构造函数和函数都使用选项对象。这在 JavaScript 中是一种很好的模式，但在 wasm 中手动实现非常繁琐。embind 也可以派上用场！

例如，我编写了一个非常实用的 C++ 函数来处理字符串，现在迫切地想在 Web 上使用它。我是这样做的：

#include <emscripten/bind.h>
#include <algorithm>

using namespace emscripten;

struct ProcessMessageOpts {
    bool reverse;
    bool exclaim;
    int repeat;
};

std::string processMessage(std::string message, ProcessMessageOpts opts) {
    std::string copy = std::string(message);
    if(opts.reverse) {
    std::reverse(copy.begin(), copy.end());
    }
    if(opts.exclaim) {
    copy += "!";
    }
    std::string acc = std::string("");
    for(int i = 0; i < opts.repeat; i++) {
    acc += copy;
    }
    return acc;
}

EMSCRIPTEN_BINDINGS(my_module) {
    value_object<ProcessMessageOpts>("ProcessMessageOpts")
    .field("reverse", &ProcessMessageOpts::reverse)
    .field("exclaim", &ProcessMessageOpts::exclaim)
    .field("repeat", &ProcessMessageOpts::repeat);

    function("processMessage", &processMessage);
}

我正在为 processMessage() 函数的选项定义一个结构体。在 EMSCRIPTEN_BINDINGS 块中，我可以使用 value_object 让 JavaScript 将此 C++ 值视为对象。如果我更倾向于将此 C++ 值用作数组，也可以使用 value_array。我还会绑定 processMessage() 函数，其余部分是 embind 魔法。现在，我可以从 JavaScript 调用 processMessage() 函数，而无需任何样板代码：

console.log(Module.processMessage(
    "hello world",
    {
    reverse: false,
    exclaim: true,
    repeat: 3
    }
)); // Prints "hello world!hello world!hello world!"

类

为完整起见，我还应该向您展示如何使用 embind 公开整个类，这与 ES6 类有很大的协同作用。到现在，您可能已经开始发现一些规律：

#include <emscripten/bind.h>
#include <algorithm>

using namespace emscripten;

class Counter {
public:
    int counter;

    Counter(int init) :
    counter(init) {
    }

    void increase() {
    counter++;
    }

    int squareCounter() {
    return counter * counter;
    }
};

EMSCRIPTEN_BINDINGS(my_module) {
    class_<Counter>("Counter")
    .constructor<int>()
    .function("increase", &Counter::increase)
    .function("squareCounter", &Counter::squareCounter)
    .property("counter", &Counter::counter);
}

在 JavaScript 端，这几乎就像一个原生类：

<script src="/a.out.js"></script>
<script>
Module.onRuntimeInitialized = _ => {
    const c = new Module.Counter(22);
    console.log(c.counter); // prints 22
    c.increase();
    console.log(c.counter); // prints 23
    console.log(c.squareCounter()); // prints 529
};
</script>

那 C 呢？

embind 是为 C++ 编写的，只能在 C++ 文件中使用，但这并不意味着您无法与 C 文件链接！如需混合使用 C 和 C++，您只需将输入文件分为两组：一组用于 C 文件，另一组用于 C++ 文件，并按如下方式增强 emcc 的 CLI 标志：

$ emcc --bind -O3 --std=c++11 a_c_file.c another_c_file.c -x c++ your_cpp_file.cpp

总结

使用 embind 时，您可以显著改善与 wasm 和 C/C++ 的开发者体验。本文未涵盖 embind 提供的所有选项。如果您有兴趣，建议您继续查看 embind 的文档。请注意，使用 embind 后，在压缩为 gzip 格式时，您的 wasm 模块和 JavaScript 粘合代码的大小最多会增加 11k，尤其是在小模块上。如果您的 wasm 接口非常小，在生产环境中使用 embind 的成本可能高于收益！不过，您还是应该试一试。