Dans Qu'est-ce que WebAssembly et d'où vient-il ?, J'ai expliqué comment nous en sommes arrivés au WebAssembly d'aujourd'hui. Dans cet article, je vais vous montrer comment compiler un programme C existant, mkbitmap
, en WebAssembly. Il est plus complexe que l'exemple Hello World, car il implique de travailler avec des fichiers, de communiquer entre les environnements WebAssembly et JavaScript, et de dessiner sur un canevas. Il reste toutefois suffisamment gérable pour ne pas vous submerger.
Cet article s'adresse aux développeurs Web qui souhaitent apprendre à utiliser WebAssembly. Il explique pas à pas comment procéder si vous souhaitez compiler un élément comme mkbitmap
vers WebAssembly. Sachez qu'il est tout à fait normal qu'une application ou une bibliothèque ne compile pas lors de la première exécution. C'est pourquoi certaines des étapes décrites ci-dessous n'ont pas fonctionné. J'ai donc dû revenir en arrière et essayer de nouveau. L'article ne présente pas la commande de compilation finale magique comme si elle était tombée du ciel, mais décrit plutôt ma progression réelle, y compris certaines frustrations.
À propos de mkbitmap
Le programme C mkbitmap
lit une image et lui applique une ou plusieurs des opérations suivantes, dans l'ordre suivant : inversion, filtrage passe-haut, mise à l'échelle et seuil. Chaque opération peut être contrôlée individuellement et activée ou désactivée. L'utilisation principale de mkbitmap
consiste à convertir des images en couleur ou en niveaux de gris en un format adapté à l'entrée d'autres programmes, en particulier le programme de traçage potrace
qui constitue la base de SVGcode. En tant qu'outil de prétraitement, mkbitmap
est particulièrement utile pour convertir des dessins scannés, tels que des dessins animés ou du texte manuscrit, en images biniveau haute résolution.
Pour utiliser mkbitmap
, vous devez lui transmettre un certain nombre d'options et un ou plusieurs noms de fichiers. Pour en savoir plus, consultez la page de manuel de l'outil:
$ mkbitmap [options] [filename...]
Obtenir le code
La première étape consiste à obtenir le code source de mkbitmap
. Vous le trouverez sur le site Web du projet. Au moment de la rédaction de cet article, potrace-1.16.tar.gz est la dernière version.
Compiler et installer en local
L'étape suivante consiste à compiler et à installer l'outil localement pour avoir une idée de son comportement. Le fichier INSTALL
contient les instructions suivantes:
cd
au répertoire contenant le code source du package, puis saisissez./configure
pour configurer le package pour votre système.L'exécution de
configure
peut prendre un certain temps. Pendant l'exécution, il affiche des messages indiquant les fonctionnalités qu'il vérifie.Saisissez
make
pour compiler le package.Vous pouvez également saisir
make check
pour exécuter les autotests fournis avec le package, généralement à l'aide des binaires non installés que vous venez de compiler.Saisissez
make install
pour installer les programmes, ainsi que les fichiers de données et la documentation. Lors de l'installation dans un préfixe appartenant à root, il est recommandé de configurer et de compiler le package en tant qu'utilisateur standard, et de n'exécuter que la phasemake install
avec des privilèges root.
En suivant ces étapes, vous devriez obtenir deux exécutables, potrace
et mkbitmap
, ce dernier étant l'objet de cet article. Vous pouvez vérifier que tout a bien fonctionné en exécutant mkbitmap --version
. Voici la sortie des quatre étapes de mon ordinateur, fortement abrégée pour plus de concision:
Étape 1, ./configure
:
$ ./configure
checking for a BSD-compatible install... /usr/bin/install -c
checking whether build environment is sane... yes
checking for a thread-safe mkdir -p... ./install-sh -c -d
checking for gawk... no
checking for mawk... no
checking for nawk... no
checking for awk... awk
checking whether make sets $(MAKE)... yes
[…]
config.status: executing libtool commands
Étape 2, make
:
$ make
/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/usr/bin/make all-recursive
Making all in src
clang -DHAVE_CONFIG_H -I. -I.. -g -O2 -MT main.o -MD -MP -MF .deps/main.Tpo -c -o main.o main.c
mv -f .deps/main.Tpo .deps/main.Po
[…]
make[2]: Nothing to be done for `all-am'.
Étape 3, make check
:
$ make check
Making check in src
make[1]: Nothing to be done for `check'.
Making check in doc
make[1]: Nothing to be done for `check'.
[…]
============================================================================
Testsuite summary for potrace 1.16
============================================================================
# TOTAL: 8
# PASS: 8
# SKIP: 0
# XFAIL: 0
# FAIL: 0
# XPASS: 0
# ERROR: 0
============================================================================
make[1]: Nothing to be done for `check-am'.
Étape 4, sudo make install
:
$ sudo make install
Password:
Making install in src
.././install-sh -c -d '/usr/local/bin'
/bin/sh ../libtool --mode=install /usr/bin/install -c potrace mkbitmap '/usr/local/bin'
[…]
make[2]: Nothing to be done for `install-data-am'.
Pour vérifier si cela a fonctionné, exécutez mkbitmap --version
:
$ mkbitmap --version
mkbitmap 1.16. Copyright (C) 2001-2019 Peter Selinger.
Si vous obtenez les détails de la version, cela signifie que vous avez bien compilé et installé mkbitmap
. Ensuite, faites en sorte que l'équivalent de ces étapes fonctionne avec WebAssembly.
Compiler mkbitmap
en WebAssembly
Emscripten est un outil permettant de compiler des programmes C/C++ en WebAssembly. La documentation Building Projects (Créer des projets) d'Emscripten indique ce qui suit:
Il est très facile de créer de grands projets avec Emscripten. Emscripten fournit deux scripts simples qui configurent vos fichiers make pour utiliser
emcc
comme remplacement degcc
. Dans la plupart des cas, le reste du système de compilation actuel de votre projet reste inchangé.
La documentation continue ensuite (un peu modifiée pour plus de concision):
Imaginons que vous effectuiez normalement la compilation avec les commandes suivantes:
./configure
make
Pour compiler avec Emscripten, vous devez utiliser les commandes suivantes:
emconfigure ./configure
emmake make
Ainsi, ./configure
devient emconfigure ./configure
et make
devient emmake make
. L'exemple suivant montre comment procéder avec mkbitmap
.
Étape 0, make clean
:
$ make clean
Making clean in src
rm -f potrace mkbitmap
test -z "" || rm -f
rm -rf .libs _libs
[…]
rm -f *.lo
Étape 1, emconfigure ./configure
:
$ emconfigure ./configure
configure: ./configure
checking for a BSD-compatible install... /usr/bin/install -c
checking whether build environment is sane... yes
checking for a thread-safe mkdir -p... ./install-sh -c -d
checking for gawk... no
checking for mawk... no
checking for nawk... no
checking for awk... awk
[…]
config.status: executing libtool commands
Étape 2, emmake make
:
$ emmake make
make: make
/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/usr/bin/make all-recursive
Making all in src
/opt/homebrew/Cellar/emscripten/3.1.36/libexec/emcc -DHAVE_CONFIG_H -I. -I.. -g -O2 -MT main.o -MD -MP -MF .deps/main.Tpo -c -o main.o main.c
mv -f .deps/main.Tpo .deps/main.Po
[…]
make[2]: Nothing to be done for `all'.
Si tout s'est bien passé, des fichiers .wasm
doivent maintenant se trouver dans le répertoire. Vous pouvez les trouver en exécutant find . -name "*.wasm"
:
$ find . -name "*.wasm"
./a.wasm
./src/mkbitmap.wasm
./src/potrace.wasm
Les deux derniers semblent prometteurs. cd
dans le répertoire src/
. Deux nouveaux fichiers correspondants, mkbitmap
et potrace
, sont également disponibles. Pour cet article, seul mkbitmap
est pertinent. Le fait qu'ils n'aient pas d'extension .js
est un peu déroutant, mais il s'agit en fait de fichiers JavaScript, ce qui peut être vérifié avec un appel head
rapide:
$ cd src/
$ head -n 20 mkbitmap
// include: shell.js
// The Module object: Our interface to the outside world. We import
// and export values on it. There are various ways Module can be used:
// 1. Not defined. We create it here
// 2. A function parameter, function(Module) { ..generated code.. }
// 3. pre-run appended it, var Module = {}; ..generated code..
// 4. External script tag defines var Module.
// We need to check if Module already exists (e.g. case 3 above).
// Substitution will be replaced with actual code on later stage of the build,
// this way Closure Compiler will not mangle it (e.g. case 4. above).
// Note that if you want to run closure, and also to use Module
// after the generated code, you will need to define var Module = {};
// before the code. Then that object will be used in the code, and you
// can continue to use Module afterwards as well.
var Module = typeof Module != 'undefined' ? Module : {};
// --pre-jses are emitted after the Module integration code, so that they can
// refer to Module (if they choose; they can also define Module)
Renommez le fichier JavaScript en mkbitmap.js
en appelant mv mkbitmap mkbitmap.js
(et mv potrace potrace.js
respectivement si vous le souhaitez).
Le premier test est à présent nécessaire pour vérifier que tout a fonctionné. Pour ce faire, exécutez le fichier avec Node.js dans la ligne de commande en exécutant node mkbitmap.js --version
:
$ node mkbitmap.js --version
mkbitmap 1.16. Copyright (C) 2001-2019 Peter Selinger.
Vous avez bien compilé mkbitmap
en WebAssembly. L'étape suivante consiste à le faire fonctionner dans le navigateur.
mkbitmap
avec WebAssembly dans le navigateur
Copiez les fichiers mkbitmap.js
et mkbitmap.wasm
dans un nouveau répertoire appelé mkbitmap
, puis créez un fichier récurrent HTML index.html
qui charge le fichier JavaScript mkbitmap.js
.
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="utf-8" />
<title>mkbitmap</title>
</head>
<body>
<script src="mkbitmap.js"></script>
</body>
</html>
Démarrez un serveur local qui diffuse le répertoire mkbitmap
, puis ouvrez-le dans votre navigateur. Une invite vous demandant de saisir des informations s'affiche. C'est normal, car, selon la page de manuel de l'outil, [s]i aucun argument de nom de fichier n'est fourni, mkbitmap agit en tant que filtre, en lisant à partir de l'entrée standard, qui est par défaut un prompt()
pour Emscripten.
Empêcher l'exécution automatique
Pour empêcher l'exécution immédiate de mkbitmap
et l'obliger à attendre l'entrée utilisateur, vous devez comprendre l'objet Module
d'Emscripten. Module
est un objet JavaScript global avec des attributs que le code généré par Emscripten appelle à différents moments de son exécution.
Vous pouvez fournir une implémentation de Module
pour contrôler l'exécution du code.
Lorsqu'une application Emscripten démarre, elle examine les valeurs de l'objet Module
et les applique.
Dans le cas de mkbitmap
, définissez Module.noInitialRun
sur true
pour empêcher l'exécution initiale qui a entraîné l'affichage de l'invite. Créez un script nommé script.js
, incluez-le avant le <script src="mkbitmap.js"></script>
dans index.html
et ajoutez le code suivant à script.js
. Lorsque vous actualisez l'application, l'invite ne devrait plus s'afficher.
var Module = {
// Don't run main() at page load
noInitialRun: true,
};
Créer un build modulaire avec d'autres options de compilation
Pour fournir des entrées à l'application, vous pouvez utiliser la compatibilité du système de fichiers d'Emmscripten dans Module.FS
. La section Including File System Support (Inclure la prise en charge du système de fichiers) de la documentation indique:
Emscripten décide d'inclure automatiquement la prise en charge du système de fichiers. De nombreux programmes n'ont pas besoin de fichiers, et le système de fichiers pris en charge n'est pas négligeable en taille. Emscripten évite donc de l'inclure lorsqu'il n'y voit aucune raison. Cela signifie que si votre code C/C++ n'accède pas aux fichiers, l'objet
FS
et les autres API de système de fichiers ne seront pas inclus dans la sortie. À l'inverse, si votre code C/C++ utilise des fichiers, la prise en charge du système de fichiers est automatiquement incluse.
Malheureusement, mkbitmap
est l'un des cas où Emscripten n'inclut pas automatiquement la prise en charge du système de fichiers. Vous devez donc lui demander explicitement de le faire. Cela signifie que vous devez suivre les étapes emconfigure
et emmake
décrites précédemment, avec quelques autres indicateurs définis via un argument CFLAGS
. Les indicateurs suivants peuvent également être utiles pour d'autres projets.
- Définissez
-sFILESYSTEM=1
pour que la compatibilité avec le système de fichiers soit incluse. - Définissez
-sEXPORTED_RUNTIME_METHODS=FS,callMain
pour queModule.FS
etModule.callMain
soient exportés. - Définissez
-sMODULARIZE=1
et-sEXPORT_ES6
pour générer un module ES6 moderne. - Définissez
-sINVOKE_RUN=0
pour empêcher l'exécution initiale à l'origine de l'invite.
Dans ce cas particulier, vous devez également définir l'indicateur --host
sur wasm32
pour indiquer au script configure
que vous le compilez pour WebAssembly.
La commande emconfigure
finale se présente comme suit:
$ emconfigure ./configure --host=wasm32 CFLAGS='-sFILESYSTEM=1 -sEXPORTED_RUNTIME_METHODS=FS,callMain -sMODULARIZE=1 -sEXPORT_ES6 -sINVOKE_RUN=0'
N'oubliez pas d'exécuter à nouveau emmake make
et de copier les fichiers nouvellement créés dans le dossier mkbitmap
.
Modifiez index.html
pour qu'il ne charge que le module ES script.js
, à partir duquel vous importez le module mkbitmap.js
.
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="utf-8" />
<title>mkbitmap</title>
</head>
<body>
<!-- No longer load `mkbitmap.js` here -->
<script src="script.js" type="module"></script>
</body>
</html>
// This is `script.js`.
import loadWASM from './mkbitmap.js';
const run = async () => {
const Module = await loadWASM();
console.log(Module);
};
run();
Lorsque vous ouvrez l'application dans le navigateur, vous devriez voir l'objet Module
enregistré dans la console DevTools et l'invite a disparu, car la fonction main()
de mkbitmap
n'est plus appelée au démarrage.
Exécuter manuellement la fonction principale
L'étape suivante consiste à appeler manuellement la fonction main()
de mkbitmap
en exécutant Module.callMain()
. La fonction callMain()
utilise un tableau d'arguments, qui correspondent un à un à ce que vous transmettez sur la ligne de commande. Si vous exécutez mkbitmap -v
sur la ligne de commande, vous appelez Module.callMain(['-v'])
dans le navigateur. Le numéro de version mkbitmap
est alors consigné dans la console DevTools.
// This is `script.js`.
import loadWASM from './mkbitmap.js';
const run = async () => {
const Module = await loadWASM();
Module.callMain(['-v']);
};
run();
Rediriger la sortie standard
Par défaut, la sortie standard (stdout
) est la console. Toutefois, vous pouvez le rediriger vers un autre élément, par exemple une fonction qui stocke la sortie dans une variable. Vous pouvez donc ajouter la sortie au code HTML en définissant la propriété Module.print
.
// This is `script.js`.
import loadWASM from './mkbitmap.js';
const run = async () => {
let consoleOutput = 'Powered by ';
const Module = await loadWASM({
print: (text) => (consoleOutput += text),
});
Module.callMain(['-v']);
document.body.textContent = consoleOutput;
};
run();
Obtenir le fichier d'entrée dans le système de fichiers en mémoire
Pour placer le fichier d'entrée dans le système de fichiers de mémoire, vous avez besoin de l'équivalent de mkbitmap filename
sur la ligne de commande. Pour comprendre comment j'aborde cette question, je vais d'abord vous expliquer comment mkbitmap
attend son entrée et crée sa sortie.
Les formats d'entrée compatibles avec mkbitmap
sont PNM (PBM, PGM, PPM) et BMP. Les formats de sortie sont PBM pour les bitmaps et PGM pour les cartes de gris. Si un argument filename
est fourni, mkbitmap
crée par défaut un fichier de sortie dont le nom est obtenu à partir du nom du fichier d'entrée en remplaçant son suffixe par .pbm
. Par exemple, pour le nom de fichier d'entrée example.bmp
, le nom de fichier de sortie est example.pbm
.
Emscripten fournit un système de fichiers virtuel qui simule le système de fichiers local, de sorte que le code natif utilisant des API de fichiers synchrones puisse être compilé et exécuté avec peu ou pas de modifications.
Pour que mkbitmap
lise un fichier d'entrée comme s'il était transmis en tant qu'argument de ligne de commande filename
, vous devez utiliser l'objet FS
fourni par Emscripten.
L'objet FS
repose sur un système de fichiers en mémoire (communément appelé MEMFS) et comporte une fonction writeFile()
que vous utilisez pour écrire des fichiers dans le système de fichiers virtuel. Vous utilisez writeFile()
comme illustré dans l'exemple de code suivant.
Pour vérifier que l'opération d'écriture de fichier a fonctionné, exécutez la fonction readdir()
de l'objet FS
avec le paramètre '/'
. Vous verrez example.bmp
et un certain nombre de fichiers par défaut qui sont toujours créés automatiquement.
Notez que l'appel précédent de Module.callMain(['-v'])
pour imprimer le numéro de version a été supprimé. En effet, Module.callMain()
est une fonction qui ne doit généralement s'exécuter qu'une seule fois.
// This is `script.js`.
import loadWASM from './mkbitmap.js';
const run = async () => {
const Module = await loadWASM();
const buffer = await fetch('https://example.com/example.bmp').then((res) => res.arrayBuffer());
Module.FS.writeFile('example.bmp', new Uint8Array(buffer));
console.log(Module.FS.readdir('/'));
};
run();
Première exécution effective
Une fois tout en place, exécutez mkbitmap
en exécutant Module.callMain(['example.bmp'])
. Enregistrez le contenu du dossier '/'
du MEMFS. Vous devriez voir le fichier de sortie example.pbm
nouvellement créé à côté du fichier d'entrée example.bmp
.
// This is `script.js`.
import loadWASM from './mkbitmap.js';
const run = async () => {
const Module = await loadWASM();
const buffer = await fetch('https://example.com/example.bmp').then((res) => res.arrayBuffer());
Module.FS.writeFile('example.bmp', new Uint8Array(buffer));
Module.callMain(['example.bmp']);
console.log(Module.FS.readdir('/'));
};
run();
Extraire le fichier de sortie du système de fichiers de mémoire
La fonction readFile()
de l'objet FS
permet d'obtenir le example.pbm
créé à l'étape précédente à partir du système de fichiers en mémoire. La fonction renvoie un Uint8Array
que vous convertissez en objet File
et enregistrez sur le disque, car les navigateurs n'acceptent généralement pas les fichiers PBM pour la visualisation directe dans le navigateur.
(Il existe des méthodes plus intéressantes pour enregistrer un fichier, mais l'utilisation d'un <a download>
créé dynamiquement est la plus largement acceptée.) Une fois le fichier enregistré, vous pouvez l'ouvrir dans votre visionneuse d'images préférée.
// This is `script.js`.
import loadWASM from './mkbitmap.js';
const run = async () => {
const Module = await loadWASM();
const buffer = await fetch('https://example.com/example.bmp').then((res) => res.arrayBuffer());
Module.FS.writeFile('example.bmp', new Uint8Array(buffer));
Module.callMain(['example.bmp']);
const output = Module.FS.readFile('example.pbm', { encoding: 'binary' });
const file = new File([output], 'example.pbm', {
type: 'image/x-portable-bitmap',
});
const a = document.createElement('a');
a.href = URL.createObjectURL(file);
a.download = file.name;
a.click();
};
run();
Ajouter une UI interactive
À ce stade, le fichier d'entrée est codé en dur et mkbitmap
s'exécute avec les paramètres par défaut. La dernière étape consiste à laisser l'utilisateur sélectionner dynamiquement un fichier d'entrée, modifier les paramètres mkbitmap
, puis exécuter l'outil avec les options sélectionnées.
// Corresponds to `mkbitmap -o output.pbm input.bmp -s 8 -3 -f 4 -t 0.45`.
Module.callMain(['-o', 'output.pbm', 'input.bmp', '-s', '8', '-3', '-f', '4', '-t', '0.45']);
Le format d'image PBM n'est pas particulièrement difficile à analyser. Vous pouvez donc afficher un aperçu de l'image de sortie avec du code JavaScript. Pour savoir comment procéder, consultez le code source de la démonstration intégrée ci-dessous.
Conclusion
Félicitations, vous avez réussi à compiler mkbitmap
en WebAssembly et à le faire fonctionner dans le navigateur. Vous avez rencontré des impasses et vous avez dû compiler l'outil plusieurs fois jusqu'à ce qu'il fonctionne, mais comme je l'ai indiqué ci-dessus, cela fait partie de l'expérience. N'oubliez pas non plus la balise webassembly
de StackOverflow si vous rencontrez des difficultés. Bonne compilation !
Remerciements
Cet article a été relu par Sam Clegg et Rachel Andrew.