WebAssembly 是一种用于编译到 Web 的新的二进制格式。它目前正在设计和实现中，主要的浏览器供应商正在合作进行开发。进展非常迅速！在这篇文章中，我们将通过深入研究 WebAssembly 的工具链方面来展示我们最近取得的一些进展。

为了使 WebAssembly 可用，我们需要两个主要组件：能够编译代码到 WebAssembly 的工具链，以及能够执行该输出的浏览器。这两个组件都取决于 WebAssembly 规范 完成的进度，但在其他方面基本上是独立的工程工作。这种分离是一件好事，因为它将使编译器能够发出在任何浏览器中运行的 WebAssembly，并使浏览器能够运行 WebAssembly，无论它是由哪个编译器生成的；换句话说，它允许多个工具链和多个浏览器协同工作，从而提高用户选择。这种分离还允许现在并行进行这两个组件的工作。

WebAssembly 工具链方面的一个新项目是Binaryen。Binaryen 是一个用于 WebAssembly 的编译器基础设施库，用 C++ 编写。如果您自己没有开发 WebAssembly 编译器，您可能永远不需要了解它，但如果您使用 WebAssembly 编译器，它可能会在幕后为您使用 Binaryen；稍后我们将看到一些示例。

Binaryen 的核心是一组模块化的类，可以解析和发出 WebAssembly，以及以专为编写灵活的转换过程而设计的 AST 来表示它。在此基础上构建了几个有用的工具

• Binaryen shell，它可以加载 WebAssembly 模块，对其进行转换，在解释器中执行它，打印它等。加载和打印使用 WebAssembly 当前的临时 s 表达式格式，该格式的后缀为 .wast（正在设计 WebAssembly 二进制格式 以及最终的 文本格式，但它们还没有准备好）。
• asm2wasm，它将 asm.js 编译成 WebAssembly。
• wasm2asm，它将 WebAssembly 编译成 asm.js。（这还在开发中。）
• s2wasm，它将 .s 文件（由 LLVM 中正在开发的新 WebAssembly 后端 发出的格式）编译成 WebAssembly。
• wasm.js，Binaryen 本身移植到 JavaScript 的版本。这使我们能够在网页或任何其他 JavaScript 环境中运行所有上述组件。

有关 Binaryen 的一般概述，您可以查看我最近发表的演讲的 幻灯片。不要跳过 第 9 张幻灯片 :)

需要注意的是，WebAssembly 仍处于设计阶段，Binaryen 可以读取和写入的格式（.wast、.s）不是最终的。Binaryen 一直在随着这些变化而不断更新；变化的速度正在降低，但请做好应对中断的准备。

让我们讨论一些 Binaryen 可以提供帮助的具体领域。

使用 Emscripten 编译到 WebAssembly

Emscripten 可以将 C 和 C++ 编译成 asm.js，而 Binaryen 的 asm2wasm 工具可以将 asm.js 编译成 WebAssembly，因此 Emscripten+Binaryen 共同提供了一种完整的将 C 和 C++ 编译成 WebAssembly 的方法。您可以直接在 asm.js 代码上运行 asm2wasm（它可以在命令行上运行），但最简单的方法是让 Emscripten 为您执行此操作，例如使用

emcc file.cpp -o file.js -s ‘BINARYEN=”path-to-binaryen”’

Emscripten 将编译 file.cpp，并发出一个主要的 JavaScript 文件和一个用于 WebAssembly 输出的单独文件，格式为 .wast。在幕后，Emscripten 编译成 asm.js，然后在 asm.js 文件上运行 asm2wasm 以生成 .wast 文件。有关更多详细信息，请参阅 Emscripten 关于 WebAssembly 的维基页面。

但是等等，当浏览器尚不支持时，编译到 WebAssembly 有什么用呢？好问题 :) 是的，我们不想发布这段代码，因为浏览器无法运行它。但它对于测试目的仍然非常有用：我们希望知道 Emscripten 能够尽快正确地编译到 WebAssembly，因为我们不想等待浏览器支持。

但是，如果我们无法运行它，我们如何检查 Emscripten 是否确实正确地编译到 WebAssembly 呢？为此，我们可以使用 wasm.js，Emscripten 在我们之前运行该 emcc 命令时将其集成到我们的输出 .js 文件中。wasm.js 包含编译到 JavaScript 的 Binaryen 的部分，包括 Binaryen 解释器。如果您运行 file.js（在 node.js 中或在网页上），那么解释器将执行该 WebAssembly。这使我们能够实际验证编译的 WebAssembly 代码是否执行了正确操作。您可以在 此处 查看此类已编译程序的示例，并且在 构建套件存储库 中有一些用于测试目的的其他构建。

当然，鉴于这种奇怪的测试环境，我们还没有达到我们希望的那么稳固的地步：一个编译到 WebAssembly 的 C++ 程序，在一个本身从 C++ 编译到 JavaScript 的 WebAssembly 解释器中运行，并且还没有其他方法可以运行该程序。但我们有一些理由相信结果

• 此输出通过了 Emscripten 测试套件。其中包括许多实际的代码库（Python、zlib、SQLite 等）以及许多针对 C 和 C++ 中极端情况的单元测试。经验表明，当该测试套件通过时，其他代码也很可能能够工作。
• Binaryen 解释器通过了 WebAssembly 规范测试套件，表明它正在正确运行 WebAssembly。换句话说，当浏览器获得原生支持时，它们应该以相同的方式运行它（但速度要快得多！此代码在简单的解释器中运行以进行测试，因此速度非常慢；但请注意，正在研究 快速 方法 来 polyfill）。
• 此输出是使用 Emscripten 生成的，Emscripten 是一个在生产环境中使用的稳定编译器，并且在 Binaryen 之上只有一小部分代码（只有几千行）。新代码越少，错误的风险就越小。

总的来说，这表明我们目前处于良好的状态，并且可以使用 Emscripten + Binaryen 将 C 和 C++ 编译到 WebAssembly，即使浏览器尚不支持它。

请注意，除了发出 WebAssembly 之外，我们在此模式下发出的构建通常还会使用 Emscripten 工具链中的所有其他内容：Emscripten 移植的 musl libc 和 syscalls 以访问它、OpenGL/WebGL 代码、浏览器集成代码、node.js 集成代码等等。因此，这支持 Emscripten 已有的所有功能，并且使用 Emscripten 的现有项目只需切换一个开关即可切换到发出 WebAssembly。这是让现有的编译到 Web 的 C++ 项目在 WebAssembly 发布时获益的关键部分，而无需他们付出任何额外的努力。

使用新的实验性 LLVM WebAssembly 后端与 Emscripten

我们刚刚看到了 Emscripten 的一个重要里程碑，即它可以编译到 WebAssembly 甚至测试我们是否获得了有效的输出。但事情并没有到此结束：那是使用 Emscripten 当前的 asm.js 编译器后端，以及 asm2wasm。有一个新的 LLVM 后端正在直接在上游 LLVM 存储库中开发用于 WebAssembly，虽然它还没有准备好供普遍使用，但从长远来看，它将非常重要。Binaryen 也支持这一点。

LLVM 后端，与大多数 LLVM 后端一样，会发出汇编代码，在本例中，使用特定的 .s 格式。该输出接近于 WebAssembly，但并不完全相同——它看起来更像是 C 编译器的输出（指令的线性列表，每行一条指令等），而不是 WebAssembly 更结构化的 AST。但是，.s 文件可以以相当直接的方式转换为 WebAssembly，并且 Binaryen 包含 s2wasm，这是一个将 .s 转换为 WebAssembly 的工具。它可以在命令行上独立运行，但也具有 Emscripten 集成支持：Emscripten 现在有一个 WASM_BACKEND 选项，您可以像这样使用它

emcc file.cpp -o file.js -s ‘BINARYEN=”path-to-binaryen”’ -s WASM_BACKEND=1

（请注意，您还需要 BINARYEN 选项，因为 s2wasm 是 Binaryen 的一部分。）提供该选项后，Emscripten 将使用新的 WebAssembly 后端而不是现有的 asm.js 后端。在调用后端并从其接收 .s 后，Emscripten 调用 s2wasm 将其转换为 WebAssembly。一些您可以使用新后端构建的程序示例在 Emscripten 维基 上。

因此，有两种方法可以使用 Binaryen 编译到 WebAssembly：Emscripten + asm.js 后端 + asm2wasm，它现在可以工作并且应该相当健壮和可靠，以及Emscripten + 新的 WebAssembly 后端 + s2wasm，它还没有完全投入使用，但随着 WebAssembly 后端的成熟，它应该成为一个强大的选项，并有望在未来取代 asm.js 后端。目标是使这种转换无缝进行：在两种 WebAssembly 模式之间切换只需设置一个选项，就像我们看到的那样。

Emscripten 中 asm.js 和 WebAssembly 支持之间也是如此，这只是一个可以设置的选项，并且那里的转换也应该是无缝的。换句话说，将有一条简单明了的路径从

• 使用 Emscripten 发出 asm.js 到
• 使用它通过 asm2wasm 发出 WebAssembly（今天可以实现，但浏览器还无法运行它）到
• 使用它通过新的 LLVM 后端发出 WebAssembly（后端准备就绪后）。

每个步骤都应该带来巨大的好处，而无需开发人员付出任何额外努力。

最后，请注意，虽然这篇文章重点介绍了将 Binaryen 与 Emscripten 结合使用，但其核心设计是成为一个通用的 C++ WebAssembly 库：如果您想使用 WebAssembly 编写一些与工具链相关的内容，您可能需要代码来读取 WebAssembly，打印它，操作 AST 等，Binaryen 提供了这些功能。它在编写 asm2wasm、s2wasm 等方面非常有用，希望其他项目也能发现它的用处。