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将Typescript编译成WebAssembly

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2015年，Unity Technologies推出了一款演示游戏Angry Bots，它是一款基于WebAssembly的游戏，旨在展示Unity游戏引擎在WebAssembly上的性能和可用性。

在Angry Bots中，游戏的场景和角色都是通过Unity游戏引擎创建和渲染的，而WebAssembly则承担了游戏逻辑和计算的部分，使得游戏能够在Web浏览器中以流畅的速度运行，同时还能够支持多种平台和浏览器，到目前为止，94%的浏览器已经支持了WebAssembly。它能够在浏览器中实现接近本机的执行速度。

WebAssembly和Unity游戏引擎的结合，为Web游戏的开发带来了新的机遇和挑战。未来，随着WebAssembly技术的不断发展和完善，Web游戏的性能和可用性将会得到更大的提升，为玩家带来更加丰富和精彩的游戏体验。

将Typescript编译成WebAssembly

WebAssembly是什么

WebAssembly是一种面向Web的二进制格式，不是一种编程语言，它是一种可移植、高性能、低级别的虚拟机。它是由W3C（万维网联盟）设计的一种新型的Web标准，旨在通过在Web浏览器中运行高性能的本机二进制代码，提供更快速、更安全的Web应用程序。

它可以由多种编程语言（如C/C++、Rust、Go、Java，Typescript等）编译生成。WebAssembly代码可以在任何支持WebAssembly的环境中运行，如Web浏览器、Node.js等。WebAssembly可以通过JavaScript调用，并且还可以与JavaScript共享数据和调用函数。

WebAssembly的优势

  • 高性能：WebAssembly可以在浏览器中运行高性能的可移植代码，这意味着可以编写比JavaScript更快的代码。这可以改善Web应用程序的响应速度和性能，并提供更流畅的用户体验。
  • 可移植性：WebAssembly是跨平台的，这意味着可以将代码编译为WebAssembly模块并在不同的操作系统和浏览器上运行，而不需要重新编写或调整代码。这使得开发人员可以编写一次代码并在多个平台上运行它，从而提高了效率和可靠性。
  • 安全性：WebAssembly使用沙箱机制来运行代码，这意味着它可以在受限环境中运行代码，以避免对用户的计算机造成任何危害。这使得WebAssembly模块在保护用户的同时提供了更高的性能。
  • 多语言支持：WebAssembly支持多种编程语言，包括C++、Rust和TypeScript等。这使得开发人员可以使用他们熟悉的编程语言编写代码，并使用WebAssembly在Web上运行它。
  • 开发效率：WebAssembly可以提供更好的开发效率，因为它可以将本地代码编译为WebAssembly模块，并在浏览器中运行它，而不需要将代码转换为其他语言或框架。

和JavaScript对比

  • 预编译：WebAssembly代码是预编译的，这意味着它不需要在运行时进行解释或编译，而是直接在浏览器中运行原生机器代码。相比之下，JavaScript需要在运行时解释和编译，这会导致一些性能损失。
  • 更小的代码：WebAssembly二进制文件比JavaScript文件更小，因为它是一种低级别的虚拟机代码，不需要包含大量的文本和元数据，这减少了下载时间和解析时间。
  • 更少的内存使用：WebAssembly可以使用更少的内存来执行相同的任务。这是因为WebAssembly代码是编译为本机机器码，它可以更好地利用内存，避免了一些JavaScript中的垃圾回收和内存分配开销。
  • 更好的硬件加速支持：WebAssembly支持更好的硬件加速，如SIMD（单指令多数据）和GPU（图形处理单元）加速，这使得它可以在执行一些计算密集型任务时更快速地运行。

总的来说，WebAssembly的出现使得Web应用程序可以获得与本机应用程序相当的性能，从而提高了Web应用程序的响应速度和用户体验。它不是JavaScript的替代品，而是一种补充，可以用于处理一些需要高性能的任务，同时与JavaScript共存并相互调用。

简单的介绍就到这里，接下来进入主题，使用Typescript编写Wasm应用程序，并将其编译为WebAssembly字节码。我们将使用emscripten工具链将Typescript代码转换为LLVM字节码，然后将其编译为Wasm字节码。

准备工作

在开始之前，我们需要进行一些准备工作：

  1. 安装Emscripten：Emscripten是一个用于将C/C++代码编译为Wasm字节码的工具链。我们需要安装它，以便我们可以将我们的Typescript代码转换为LLVM字节码。您可以在Emscripten的官方网站（[emscripten.org/docs/gettin…]) 上找到安装说明。
  2. 安装Typescript：Typescript是一种由微软开发的静态类型检查的JavaScript超集。我们需要使用它来编写我们的Wasm应用程序。您可以使用npm来安装Typescript，具体安装方式可以参考官方网站（[www.typescriptlang.org/docs/handbo…])
  3. 安装WebAssembly工具：我们需要使用一些工具来验证和测试我们的Wasm应用程序。您可以使用WebAssembly二进制工具包（wabt）[github.com/WebAssembly…] 来验证Wasm字节码，并使用WebAssembly JavaScript API（developer.mozilla.org/en-US/docs/… ） 来在Web浏览器中测试它。

编写Typescript代码

现在我们已经安装好了必要的工具，我们可以开始编写我们的Typescript代码了。

这里，我们将编写一个简单的Wasm应用程序，该应用程序将接收两个数字并返回它们的和。下面是我们的Typescript代码：

function add(a: number, b: number): number {
  return a + b;
}

export function addWrapper(a: number, b: number): number {
  return add(a, b);
}

这是一个非常简单的函数，它将两个数字相加并返回它们的和。我们还导出了一个名为addWrapper的函数，这将是我们在Wasm模块中导出的函数。

编译Typescript代码

现在我们已经编写了我们的Typescript代码，我们需要将其编译为LLVM字节码，以便我们可以将其编译为Wasm字节码。我们可以使用Emscripten来完成这个过程。

首先，我们需要将我们的Typescript代码编译为JavaScript代码。我们可以使用tsc命令来完成这个过程。在命令行中，进入我们的项目文件夹，然后运行以下命令：

tsc --target es2015 --module commonjs index.ts

这将使用tsc编译我们的Typescript代码，并将其输出为index.js文件。

接下来，我们需要使用Emscripten将我们的JavaScript代码转换为LLVM字节码。在命令行中，运行以下命令：

emcc index.js -s WASM=1 -s EXPORTED_FUNCTIONS="['_addWrapper']" -o index.wasm

这将使用Emscripten编译我们的JavaScript代码，并将其输出为index.wasm文件。我们指定了-s WASM=1选项，以便我们可以将输出文件编译为Wasm字节码。我们还指定了-s EXPORTED_FUNCTIONS="['_addWrapper']"选项，以便我们可以导出我们的addWrapper函数。

测试Wasm模块

现在我们已经编译了我们的Wasm模块，我们可以测试它了。我们可以使用以下代码在Web浏览器中测试我们的Wasm模块：

fetch('index.wasm')
  .then(response => response.arrayBuffer())
  .then(bytes => WebAssembly.instantiate(bytes, {}))
  .then(results => {
    const wasm = results.instance;

    console.log(wasm.exports.addWrapper(2, 3));
  });

这将加载我们的Wasm模块，并使用WebAssembly JavaScript API WebAssembly.instantiate()函数实例化它。我们然后可以使用wasm.exports.addWrapper()函数调用我们的Wasm模块，传递两个数字，并将它们相加。我们可以将结果打印到控制台中。自此我们完成了将Typescript编译成WebAssembly模块，并在浏览器中调用了WebAssembly。

结语

近年来，WebAssembly的应用场景也在不断扩展，除了Web应用程序外，WebAssembly还被应用于区块链、物联网、云计算等领域，成为一个重要的跨平台执行环境。未来，WebAssembly有望成为Web应用程序开发的一个重要组成部分，为Web应用程序带来更高的性能、更好的可用性和更广泛的应用领域。