Emscripten

Ele vincula o JS ao seu wasm.

Surma

No meu último artigo sobre wasm, falei sobre como compilar uma biblioteca C para wasm para que você possa usá-la na Web. Uma coisa que se destacou para mim (e para muitos leitores) é a maneira grosseira e um pouco constrangedora de declarar manualmente quais funções do módulo Wasm você está usando. Para refrescar sua memória, este é o snippet de código:

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

Aqui declaramos os nomes das funções marcadas com EMSCRIPTEN_KEEPALIVE, os tipos de retorno e os tipos dos argumentos. Em seguida, podemos usar os métodos no objeto api para invocar essas funções. No entanto, o uso do WASM dessa forma não oferece suporte a strings e exige que você mova manualmente os pedaços de memória, o que torna muitas APIs de biblioteca muito cansativas de usar. Não existe uma maneira melhor? Por que sim. Caso contrário, sobre o que seria este artigo?

Mangling de nomes C++

Embora a experiência do desenvolvedor seja motivo suficiente para criar uma ferramenta que ajude com essas vinculações, há um motivo mais urgente: quando você compila código C ou C++, cada arquivo é compilado separadamente. Em seguida, um vinculador se encarrega de unir todos esses arquivos de objetos chamados e transformá-los em um arquivo Wasm. Com C, os nomes das funções ainda estão disponíveis no arquivo de objeto para uso pelo vinculador. Tudo o que você precisa para chamar uma função C é o nome, que estamos fornecendo como uma string para cwrap().

O C++ oferece suporte à sobrecarga de funções, o que significa que você pode implementar a mesma função várias vezes, desde que a assinatura seja diferente (por exemplo, parâmetros de tipos diferentes). No nível do compilador, um nome legal como add seria modificado em algo que codifica a assinatura no nome da função para o vinculador. Como resultado, não poderíamos mais procurar nossa função com o nome dela.

Entrar em embind

O embind faz parte do conjunto de ferramentas Emscripten e fornece várias macros C++ que permitem anotar o código C++. Você pode declarar quais funções, tipos enumerados, classes ou tipos de valor planeja usar no JavaScript. Vamos começar com algumas funções simples:

#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);
}

Em comparação com o artigo anterior, não estamos mais incluindo emscripten.h, já que não precisamos mais anotar nossas funções com EMSCRIPTEN_KEEPALIVE. Em vez disso, temos uma seção EMSCRIPTEN_BINDINGS em que listamos os nomes sob os quais queremos expor nossas funções ao JavaScript.

Para compilar esse arquivo, podemos usar a mesma configuração (ou, se você quiser, a mesma imagem do Docker) do artigo anterior. Para usar o embind, adicione a flag --bind:

$ emcc --bind -O3 add.cpp

Agora, basta criar um arquivo HTML que carregue nosso módulo wasm recém-criado:

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

Como você pode ver, não estamos mais usando cwrap(). Isso funciona imediatamente. Mais importante, não precisamos nos preocupar em copiar manualmente blocos de memória para fazer as strings funcionarem. O embind oferece isso sem custo financeiro, junto com as verificações de tipo:

Isso é ótimo, porque podemos detectar alguns erros mais cedo, em vez de lidar com os erros do Wasm ocasionalmente complexos.

Objetos

Muitos construtores e funções do JavaScript usam objetos de opções. É um padrão legal em JavaScript, mas extremamente tedioso de realizar manualmente no WASM. O embind também pode ajudar aqui.

Por exemplo, criei essa função C++ incrivelmente útil que processa minhas strings e quero usá-la com urgência na Web. Eu fiz isso da seguinte forma:

#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);
}

Estou definindo um struct para as opções da minha função processMessage(). No bloco EMSCRIPTEN_BINDINGS, posso usar value_object para fazer o JavaScript ver esse valor C++ como um objeto. Também poderia usar value_array se preferisse usar esse valor C++ como uma matriz. Também vinculo a função processMessage(), e o restante é mágico. Agora, posso chamar a função processMessage() do JavaScript sem nenhum código boilerplate:

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

Classes

Para garantir a integridade, também preciso mostrar como o embind permite que você exponha classes inteiras, o que traz muita sinergia com as classes ES6. Provavelmente, você já começou a notar um padrão:

#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);
}

Do lado do JavaScript, isso quase parece uma classe nativa:

<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>

E C?

O embind foi escrito para C++ e só pode ser usado em arquivos C++, mas isso não significa que não é possível vincular arquivos C. Para misturar C e C++, basta separar os arquivos de entrada em dois grupos: um para C e outro para C++ e aumentar as flags da CLI para emcc da seguinte maneira:

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

Conclusão

O embind oferece grandes melhorias na experiência do desenvolvedor ao trabalhar com wasm e C/C++. Este artigo não aborda todas as opções oferecidas pelo embind. Se você tiver interesse, recomendo continuar com a documentação do embind. Lembre-se de que o uso do embind pode aumentar o módulo Wasm e o código agrupador JavaScript em até 11k quando o gzip é aplicado, principalmente em módulos pequenos. Se você tiver apenas uma superfície de WASM muito pequena, o embind poderá custar mais do que o valor em um ambiente de produção. No entanto, você precisa experimentar.