WebAssembly - 程序结构

你好，有抱负的程序设计师们！我很高兴能引导你们进入WebAssembly程序结构的迷人世界。作为你友好的计算机科学老师，我会用一种即使是完全的初学者也能理解的方式来分解这些概念。所以，拿起你最喜欢的饮料，坐下来，让我们一起踏上这段激动人心的旅程！

值

让我们从任何程序的基础开始：值。在WebAssembly中，值是我们工作的基本数据单元。把它们想象成食谱中的原料——它们是我们用来创造更复杂事物的基本元素。

数值

WebAssembly支持四种主要的数值类型：

1. 整数（i32和i64）
2. 浮点数（f32和f64）

让我们看一些例子：

(i32.const 42)    ;; 32位整数，值为42
(i64.const 1000000000000)  ;; 64位整数，值为1万亿
(f32.const 3.14)  ;; 32位浮点数（约等于π）
(f64.const 2.71828)  ;; 64位浮点数（约等于e）

在这些例子中，我们正在创建不同类型的常量值。i32.const和i64.const指令创建整型常量，而f32.const和f64.const创建浮点型常量。

引用值

WebAssembly还具有引用类型，用于引用更复杂的数据结构：

(ref.null func)   ;; 对函数的空引用
(ref.null extern) ;; 对外部对象的空引用

这些引用值在处理函数或外部资源时特别有用，但现在不必过于担心——我们稍后会更深入地探讨它们。

类型

现在我们理解了值，让我们来谈谈类型。在WebAssembly中，类型就像告诉我们处理的数据种类以及如何使用它们的分类。

值类型

WebAssembly有四种基本的值类型：

类型	描述	示例
i32	32位整数	(i32.const 42)
i64	64位整数	(i64.const 1000000000000)
f32	32位浮点数	(f32.const 3.14)
f64	64位浮点数	(f64.const 2.71828)

函数类型

函数类型描述了函数的签名——它接受什么（参数）和返回什么（结果）。这里有一个例子：

(func (param i32 i32) (result i32)
local.get 0
local.get 1
i32.add)

这个函数接受两个i32参数并返回一个i32结果。它将两个参数相加。

引用类型

正如我们之前提到的，WebAssembly还具有引用类型：

类型	描述
funcref	对函数的引用
externref	对外部对象的引用

这些用于更高级的操作，但知道它们存在是有好处的！

指令

指令是WebAssembly程序的核心。它们告诉计算机如何使用我们的值以及如何操作它们。让我们看一些常见的指令：

算术指令

(i32.add)   ;; 两个i32值相加
(i32.sub)   ;; 两个i32值相减
(i32.mul)   ;; 两个i32值相乘
(i32.div_s) ;; 两个i32值相除（有符号）

这些指令对i32值执行基本的算术操作。这里有一个更完整的例子：

(func $calculate (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
local.get $a
local.get $b
i32.add
local.get $b
i32.mul)

这个函数接受两个参数，将它们相加，然后将结果乘以第二个参数。让我们分解一下：

1. local.get $a：获取参数$a的值
2. local.get $b：获取参数$b的值
3. i32.add：将这两个值相加
4. local.get $b：再次获取参数$b的值
5. i32.mul：将和乘以$b

控制流指令

WebAssembly还具有用于控制程序流的指令：

(block ...)    ;; 定义指令块
(loop ...)     ;; 定义循环
(if ... else ...) ;; 条件执行
(br ...)       ;; 跳转到块或循环
(return)       ;; 从函数返回

这里有一个使用循环计算数字阶乘的函数示例：

(func $factorial (param $n i32) (result i32)
(local $result i32)
(local $i i32)
i32.const 1
local.set $result
i32.const 1
local.set $i
(loop $continue
local.get $i
local.get $n
i32.le_s
(if
(then
local.get $result
local.get $i
i32.mul
local.set $result
local.get $i
i32.const 1
i32.add
local.set $i
br $continue
)
)
)
local.get $result
)

这个函数可能看起来很复杂，但让我们分解一下：

1. 我们将$result和$i初始化为1。
2. 我们开始一个名为$continue的循环。
3. 我们检查$i是否小于或等于$n。
4. 如果是，我们将$result乘以$i，增加$i的值，并继续循环。
5. 如果不是，我们退出循环并返回$result。

这个例子演示了如何使用控制流指令来创建更复杂算法。

总之，理解WebAssembly程序结构——其值、类型和指令——对于编写高效且强大的WebAssembly代码至关重要。随着你们继续学习，你们会发现这个技术的更多迷人之处。记住，每个专家都曾是个初学者，所以如果一开始觉得有挑战，不要气馁。持续练习，保持好奇心，不久的将来，你们将能够轻松编写复杂的WebAssembly程序！

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