深入浅出WebAssembly

   WebAssembly是一种新的二进制格式，它可以方便地将C/C++等静态语言的代码快速地“运行”在浏览器中，这一特性为前端密集计算场景提供了无限可能。不仅如此，通过WebAssembly技术，我们还可以将基于Unity等游戏引擎开发的大型游戏快速地移植到Web端。WebAssembly技术现在已经被计划设计成W3C的标准，众多浏览器厂商已经提供了对其MVP版本标准的支持。在GoogleI/O2017大会上，Google抢先发售针对WebAssembly技术进行了公开演讲和推广，其Post-MVP版本标准更是对诸如DOM操作、多线程和GC等特性提供了支持。WebAssembly所带来的Web技术变革势不可挡。本书力求从一些简单的实践入手，深入理论，到复杂的具有实际业务价值的综合实践，深入浅出地介绍Wasm技术发展至今，其背后所涉及的各种底层设计原理与实现、相关工具链以及未来发展方向等多方面内容。本书内容包括：WebAssembly技术的发展历程，从PNaCl到ASM.js再到WebAssembly，以及这些技术的基本应用方法与性能对比；WebAssembly的标准上层API、底层堆栈机的设计原理，以及对MVP标准理论的深入解读；与WebAssembly标准相关的进阶内容，如单指令多数据流（SIMD）、动态链接（DL）等；LLVM工具链与WAT可读文本格式的相关内容；基于Emscripten工具链开发WebAssembly应用的基本流程，以及工具链的一些基本常用功能和特性；基于Emscripten工具链实现C/C++语言动态关系绑定技术；Emscripten工具链所提供的一些如WebGL支持、虚拟文件系统、应用优化以及HTML5事件系统等不错应用特性；构建一个具有实际业务价值的WebAssembly应用，现阶段Wasm生态的发展情况，以及在Post-MVP标准中制订的一些WebAssembly未来发展规划。本书的目标读者为Web前端开发人员、C/C++开发人员和对WebAssembly技术感兴趣的人员。

于航，现就职于阿里巴巴/饿了么事业部（BU），资深前端工程师，FreeCodeCamp（FCC） China上海社区负责人，QCon（2017）上海前端专场讲师。2016年开始研究WebAssembly技术，2017年加入WebAssembly中国社区，同年加入官方WCG（W3C Community Group），定期参与WCG组织的各种线上视频研讨会议，在跟进WebAssembly新发展的同时，也为 ebAssembly的标准化提出自己的建议和意见。生活中喜欢弹钢琴、演讲与分享。主要技术研究方向为Web前端与基础设施架构、WebAssembly、LLVM以及编译器等相关领域。

   第1章漫谈WebAssembly发展史1

1.1JavaScript的发展和弊端1

1.1.1快速发展与基准测试1

1.1.2Web新时代与不断挑战8

1.1.3无法跨越的“阻碍”11

1.1.4ChromeV8引擎链路17

1.2曾经尝试——ASM.js与PNaCl28

1.2.1失落的ASM.js28

1.2.2古老的NaCl与PNaCl42

1.3新的可能——WebAssembly57

1.3.1改变与颠覆57

1.3.2一路向前，WCG与WWG85

第2章WebAssembly核心原理（基于MVP标准）90

2.1应用与标准Web接口90

2.1.1编译与初始化90

2.1.2验证模块106

2.1.3遇到错误106

2.1.4内存分配108

2.1.5表112

2.2深入设计模型——堆栈机118

2.2.1堆栈式虚拟机119

2.2.2逆波兰表达式125

2.2.3Shunting-yard算法126

2.2.4标签与跳转130

2.2.5条件语句135

2.2.6子程序调用137

2.2.7变量138

2.2.8栈帧139

2.2.9堆140

2.3类型检查141

2.3.1数据指令类型142

2.3.2基本流程控制144

2.3.3基于表达式的控制流149

2.3.4类型堆栈的一致性151

2.3.5不可达代码155

2.4二进制编码156

2.4.1字节序——大端模式与小端模式157

2.4.2基于LEB-128的整数编码161

2.4.3基于IEEE-754―2008的浮点数编码163

2.4.4基于UTF-8的字符串编码167

2.4.5模块数据类型168

2.4.6虚拟指令与编码169

2.4.7类型构造符174

2.5模块175

2.5.1段175

2.5.2索引空间185

2.5.3二进制原型结构186

2.6内存结构196

2.6.1操作运算符197

2.6.2寻址197

2.6.3对齐198

2.6.4溢出与调整203

第3章动态链接与SIMD（基于MVP标准）204

3.1动态链接（DynamicLinking）204

3.1.1ELF206

3.1.2符号重定向（SymbolRelocation）212

3.1.3GOT（GlobalOffsetTable，全局偏移表）225

3.1.4PLT（ProcedureLookupTable，过程查询表）229

3.1.5基于表的Wasm模块动态链接233

3.2单指令多数据流（SIMD）237

3.2.1SIMD应用239

3.2.2并行与并发243

3.2.3费林分类法244

3.2.4SIMD.js＆TC39246

3.2.5WebAssembly上的SIMD扩展248

第4章深入LLVM与WAT250

4.1LLVM——底层虚拟机250

4.1.1传统的编译器架构251

4.1.2LLVM中间表示层252

4.1.3基于LLVM的编译器架构254

4.1.4LLVM优化策略256

4.1.5LLVM命令行工具261

4.1.6WebAssembly与LLVM268

4.2基于LLVM定义新的编程语言272

4.2.1图灵完备与DSL276

4.2.2简易词法分析器280

4.2.3RDP与OPP算法287

4.2.4AST（抽象语法树）295

4.2.5简易语法分析器296

4.2.6生成LLVM-IR代码303

4.2.7链接优化器307

4.2.8编译到目标代码308

4.2.9整合I/O交互层312

4.3WAT315

4.3.1S-表达式316

4.3.2WAT/Wasm与Binary-AST318

4.3.3其他与设计原则320

第5章Emscripten基础应用321

5.1利器——Emscripten工具链321

5.1.1Emscripten发展历史321

5.1.2Emscripten组成结构323

5.1.3Emscripten下载、安装与配置325

5.1.4运行测试套件329

5.1.5编译到ASM.js330

5.2连接C/C++与WebAssembly332

5.2.1构建类型333

5.2.2Emscripten运行时环境341

5.2.3在JavaScript代码中调用C/C++函数350

5.2.4在C/C++代码中调用JavaScript函数362

第6章基于Emscripten的语言关系绑定381

6.1基于Embind实现关系绑定383

6.1.1简单类388

6.1.2数组与对象类型390

6.1.3高级类元素392

6.1.4重载函数406

6.1.5枚举类型407

6.1.6基本类型408

6.1.7容器类型410

6.1.8转译JavaScript代码412

6.1.9内存视图415

6.2基于WebIDL实现关系绑定416

6.2.1指针、引用和值类型419

6.2.2类成员变量421

6.2.3常量“const”关键字422

6.2.4命名空间423

6.2.5运算符重载424

6.2.6枚举类型425

6.2.7接口类428

6.2.8原始指针、空指针与void指针430

6.2.9默认类型转换433

第7章探索Emscripten高级特性436

7.1加入优化流程436

7.1.1使用编译器代码优化策略441

7.1.2使用GCC压缩代码443

7.1.3使用IndexedDB缓存模块对象445

7.1.4其他优化参数452

7.2使用标准库与文件系统453

7.2.1使用基于musl和libc++的标准库454

7.2.2虚拟文件系统结构457

7.2.3打包初始化文件459

7.2.4基本文件系统操作460

7.2.5懒加载469

7.2.6FetchAPI473

7.3处理浏览器事件478

7.3.1事件注册函数479

7.3.2事件回调函数480

7.3.3通用类型与返回值类型481

7.3.4常用事件483

7.4基于EGL、OpenGL、SDL和OpenAL的多媒体处理.486

7.4.1使用EGL与OpenGL处理图形487

7.4.2使用SDL处理图形493

7.4.3使用OpenAL处理音频496

7.5调试WebAssembly应用499

7.5.1编译器的调试信息499

7.5.2使用调试模式501

7.5.3手动跟踪502

7.5.4其他常用编译器调试选项504

第8章WebAssembly综合实践、发展与未来505

8.1DIP综合实践应用505

8.1.1应用描述505

8.1.2滤镜与卷积506

8.1.3基本组件类型与架构510

8.1.4编写基本页面骨架（HTML与CSS）511

8.1.5编写核心卷积函数（C++）512

8.1.6编写主渲染循环与“胶水”代码（JavaScript）514

8.1.7使用Emscripten编译并运行应用519

8.1.8性能对比520

8.2WebAssembly常用工具集521

8.2.1Cheerp521

8.2.2Webpack4523

8.2.3Go和Rust的WebAssembly实践525

8.2.4Binaryen528

8.2.5WasmFiddle529

8.2.6Wabt530

8.2.7AssemblyScript530

8.3WebAssembly未来草案530

8.3.1GC（垃圾回收）531

8.3.2Multi-Thread（多线程）与原子操作531

8.3.3异常处理531

8.3.4多返回值扩展531

8.3.5ES模块531

8.3.6尾递归532

8.3.7BigInts的双向支持532

8.3.8自定义注释语法532