Webassembly

Механизм косвенного вызова функций Wasm и инструкции.

Инструкция call_indirect. call инструкция принимает немедленный аргумент, который указывает индекс вызываемой функции. Перед тем, как Wasm выполнит callинструкцию, необходимо убедиться, что параметры, которые будут переданы вызываемой функции, уже находятся в стеке, а порядок и тип параметров должны точно соответствовать сигнатуре вызываемой функции. После выполнения инструкции вызова параметры извлекаются из вершины стека, и возвращаемое значение функции (если таковое имеется) появится на вершине стека. Инструкции в основном используются для реализации указателей функций в таких языках, как C/C++ и Rust. Как следует из названия, call_indirect инструкции вводят слой косвенности в вызовы функций. Они имеют тот же двоичный формат, что и call инструкция, но довольно сильно отличаются по семантике выполнения. Во-первых, вызываемая функция не находится напрямую через индекс функции, сохраненный в непосредственном аргументе, а находится косвенно с помощью таблицы. Индекс таблицы размещается с параметрами наверху стека операндов, над всеми параметрами. Во-вторых, поскольку во время компиляции мы не знаем, какая функция должна быть вызвана, до времени выполнения нет способа получить сигнатуру функции через индекс функции, как мы делаем в call инструкции. К счастью, сигнатура вызываемой функции уже известна во время компиляции, поэтому индекс сигнатуры функции можно поместить в непосредственный аргумент. модуль Wasm может определять или импортировать таблицу, а начальные данные таблицы помещаются в сегменты элементов. Спецификация Wasm 1.0 накладывает много ограничений на таблицы. Во-первых, каждый модуль Wasm может импортировать или определять не более одной таблицы. Во-вторых, таблица поддерживает только один элемент, который является funcref (ссылкой на функцию или адресом функции). call_indirect инструкция сначала получает индекс элемента в соответствии с верхним операндом, затем получает ссылку на функцию через индекс элемента и, наконец, вызывает функцию через ссылку на функцию. После обнаружения конкретной функции реализация Wasm проверяет сигнатуру фактической функции, чтобы убедиться, что она соответствует сигнатуре, указанной непосредственным аргументом инструкции.

Всего существует 11 инструкций управления WebAssembly (называемых Wasm) , из которых unreachable инструкция (opcode 0x00) и инструкция nop (opcode 0x01) относительно просты. Инструкция call и call_indirect см. здесь. Рассматриваются 7 инструкций, то есть block (opcode 0x02), loop (opcode 0x03), if (opcode 0x04), br (opcode 0x0C), br_if (opcode 0x0D), br_table (opcode 0x0E), and return (opcode 0x0F).

block. Эффект block инструкции эквивалентен вызову встроенной функции без параметров. Тип возвращаемого значения функции, который является типом результата block инструкции, кодируется в первом непосредственном аргументе инструкции. Инструкции функции (возможно, многие) кодируются и сохраняются во втором непосредственном аргументе. Инструкция блока должна заканчиваться end инструкцией (opcode 0x0B). Поскольку end инструкция и else инструкция (opcode 0x05), которые служат только маркером и не имеют эффекта выполнения, эти две инструкции не учитываются в инструкциях управления. Спецификация Wasm l.0 предусматривает, что block инструкция не может иметь более одного результата, поэтому rtможет быть представлена ​​одним байтом: 0x40 указывает на отсутствие результата, 0x7F указывает i32 тип, 0x7E указывает i64 тип, 0x7D указывает f32 тип и 0x7C указывает f64 тип. Когда block инструкция выполняется, она не использует операнд, который уже существует в стеке. После завершения выполнения операнд может остаться на вершине стека.

loop. loop инструкции очень похожи на block инструкции. Единственное отличие в том, как выпрыгнуть из блока управления, что будет обсуждаться далее во введении к br инструкциям.

if. Как и block инструкции, if инструкции похожи на встроенную функцию. Есть два основных отличия. Во-первых, if «встроенная функция» принимает i32 параметр типа. Во-вторых, if «встроенная функция» имеет два фрагмента кода (две ветви), разделенные инструкцией else. Когда if инструкция выполняется, i32 параметр типа сначала извлекается из вершины стека. Если значение параметра не равно 0, выполняется код первой ветви; в противном случае выполняется код второй ветви. Вы также можете опустить else ветвь инструкции if, но в этом случае if инструкция не может иметь никаких результатов.

br. br инструкции (которые можно понимать как break или br anch) могут выполнять безусловный переход. В отличие от JUMP инструкции на традиционном языке ассемблера, br инструкция не может перейти в произвольную позицию, а может только выпрыгнуть ( инструкции break for block и и continue for , на чем не будет акцентироваться далее.) из блоков управления, сгенерированных другими инструкциями управления. инструкции принимают непосредственный аргумент типа (32-битное целое число без знака), который указывает количество слоев для перехода: 0 означает выход из текущего блока, 1 означает выход из блока "выше" и т. д.

br_if. Инструкция br_if выталкивает операнд типа i32 из вершины стека. Если значение операнда равно 0, переход не выполняется; в противном случае выполняется br логика.

br_table. Будь то инструкция br или br_if, есть только один немедленный аргумент, который может указывать глубину перехода. br_table нарушает это ограничение. Она может принимать N + 1 немедленных аргументов и указывать N + 1 глубин перехода. Когда инструкция br_table выполняется, операнд n типа i32 извлекается из вершины стека. Если n меньше или равно N, он переходит на n-ную глубину; в противном случае он переходит на последнюю глубину.

return. Инструкцию return можно считать особой формой инструкции br: она напрямую выскакивает из самого внешнего цикла (то есть всей функции) и не имеет непосредственного аргумента.

Глобальные переменные

Модули Wasm могут определять или импортировать глобальные переменные. При импорте или определении вы можете ограничить тип и изменчивость глобальных переменных. В определении вы также можете указать начальные значения. Существует пять переменных инструкций, две из которых связаны с глобальными переменными.

global.get. global.get инструкция (opcode 0x23) помещает значение глобальной переменной на вершину стека. Индекс глобальной переменной задается непосредственным аргументом (32-битным целым числом без знака) инструкции.

local. Область действия глобальных переменных — весь модуль Wasm, а область действия локальных переменных — вся функция. Параметры функции по сути являются локальными переменными.

local.get. local.get инструкция (opcode 0x20) похожа на global.get инструкцию, за исключением того, что первая считывает локальные переменные.

local.set. local.set инструкция (opcode 0x21) похожа на global.set инструкцию, за исключением того, что первая записывает локальные переменные.

local.tee. local.tee инструкция (opcode 0x22) похожа на local.set инструкцию, за исключением того, что первая оставляет операнд на вершине стека.

Вызов функции

Инструкции по вызову функций относятся к инструкциям по управлению . Существует две инструкции по вызову функций: call и call_indirect.

call. call инструкция (opcode 0x10) вызывает функцию, а индекс функции указывается непосредственным аргументом (32-битным целым числом без знака) инструкции. Перед выполнением этой инструкции параметры функции должны быть подготовлены и помещены на вершину стека по порядку (самый левый параметр находится внизу). После выполнения инструкции параметры извлекаются из вершины стека и заменяются возвращаемым значением функции (если таковое имеется). Спецификация Wasm l.0 определяет, что возвращаемое значение функции не должно превышать единицу, что может быть смягчено в последующих версиях.

Каждый модуль Wasm может определять или импортировать одну память. Единицей памяти является страница, а размер страницы составляет 64 Кб . При определении памяти необходимо указать нижний предел количества страниц памяти. Максимальное количество страниц является необязательным и может быть указано или нет. Начальные данные памяти могут быть указаны в разделах данных.

Существует 25 инструкций, связанных с памятью:

Инструкция memory.size (opcode 0x3F) помещает текущий номер страницы памяти на вершину стека как i32. memory.size инструкция принимает 1-байтовый непосредственный аргумент, который указывает, какая память обрабатывается. Поскольку спецификация Wasm l.0 предусматривает, что может быть не более одной памяти, непосредственный аргумент в настоящее время может быть только 0.

Инструкция memory.grow (opcode 0x40) увеличивает память на nстраницы, где n— целое число типа i32 и выталкивается из вершины стека. Если операция выполнена успешно, поместить число страниц до роста на вершину стека как i32 тип; в противном случае поместить -1на вершину стека. Как и memory.sizeинструкция, memory. growинструкция также несет 1-байтовый непосредственный аргумент, который должен быть равен 0.

Инструкции load считывают данные из памяти и помещают их на вершину стека. Сколько байт данных считывается и какие типы данных интерпретируются, зависит от инструкции. Wasm использует метод адресации памяти «непосредственные аргументы + операнды». Все инструкции загрузки содержат два непосредственных аргумента в u32 типе (32-битные беззнаковые целые числа в кодировке LEB28 i32), один для выравнивания, а другой для смещения памяти. Инструкции загрузки также должны извлечь операнд -type из вершины стека. Непосредственный аргумент и операнд добавляются для получения фактического начального адреса памяти для считывания. Выравнивание служит только подсказкой и не влияет на фактическую операцию. Существует 14 инструкций загрузки.

Инструкции store извлекают операнд из вершины стека и записывают его в память. То, как интерпретировать операнд и сколько байтов записывается, варьируется от инструкции к инструкции. Все инструкции сохранения также содержат два непосредственных аргумента, которые имеют то же значение, что и инструкции загрузки. В отличие от инструкций загрузки, инструкции сохранения извлекают два операнда из вершины стека. Один из них вычисляет адрес памяти, а другой — данные для записи. Всего имеется 9 инструкций сохранения.

Числовые инструкции можно разделить на четыре группы i32, i64, f32, и f64 в соответствии с типом операнда. Каждая группа инструкций может быть далее разделена на группы в соответствии с операцией.

• Постоянные инструкции
• Инструкции по тестированию
• Инструкции по сравнению
• Арифметические инструкции
• Унарные арифметические инструкции
• Двоичные арифметические инструкции
• Инструкции по конвертации

За исключением константных (постоянныйх) инструкций, все остальные числовые инструкции не имеют непосредственных аргументов.

Постоянные инструкции. Константная инструкция помещает аргумент на вершину стека. Существует четыре константных инструкции, а остальные три: i64.const (opcode x42), f32.const (opcode x43) и f64.const (opcode 0x44). Нетрудно найти правило именования мнемоники опкода Wasm: если тип верхнего элемента стека после выполнения инструкции — t, то мнемоника начинается с t.

Инструкции по тестированию. Тестовая инструкция извлекает операнд из вершины стека и проверяет, равен ли он 0. Если это так, она помещает 1 (как i32) в стек; в противном случае она помещает 0 (как i32) в стек. Существует всего две тестовых инструкции: i32.eqz (opcode 0x45) и i64.eqz (opcode 0x50). Результатом тестовой инструкции на самом деле является логическое значение, но Wasm не определяет bool тип и вместо этого использует i32 тип для его представления (1 означает истина, а 0 означает ложь).

Инструкции по сравнению. Инструкция сравнения выталкивает два операнда одного типа из вершины стека, сравнивает их, а затем помещает результат в стек. Как и инструкция теста, результат инструкции сравнения также является логическим значением (т.е. i32 типом). В дополнение к «меньше чем» (le) существуют инструкции для таких сравнений, как «равно» (eq), «не равно» (ne), «больше чем» (gt), «меньше или равно» (le) и «больше или равно» (ge). Инструкции здесь не вводятся по одной. Следует отметить, что для некоторых инструкций, работающих с целыми числами, необходимо четко указать, как интерпретировать операнды: является ли это числом со знаком (мнемоника заканчивается на _s) или числом без знака (мнемоника заканчивается на _u). Эти инструкции обычно появляются парами.

Унарные арифметические инструкции. Унарные арифметические инструкции выталкивают операнд из вершины стека, выполняют вычисления, а затем помещают результат на вершину стека.

Двоичные арифметические инструкции. Двоичные арифметические инструкции выталкивают два операнда из вершины стека, выполняют вычисления, а затем помещают результат на вершину стека.

Инструкция по конвертации. Инструкция преобразования выталкивает операнд из вершины стека, выполняет преобразование типа, а затем помещает результат на вершину стека. Если тип операнда до преобразования — t, тип после преобразования — t', а операция преобразования — conv, то мнемоника инструкции — t'.conv_t.

Существует две параметрические инструкции: drop (чей код операции 0x1A) и select (чей код операции 0x1B).

Инструкция drop выталкивает операнд любого типа из вершины стека. Для инструкции нет непосредственных аргументов drop.

Инструкция select последовательно выталкивает 3 операнда из вершины стека. Если первый выталкиваемый операнд равен нулю, то в стек помещается второй выталкиваемый операнд, в противном случае в стек помещается третий выталкиваемый операнд. Инструкция select не имеет непосредственных аргументов.

Операнд наверху стека должен иметь тип i32, а оставшиеся два операнда должны иметь одинаковый тип. Когда нам нужно подчеркнуть конкретный тип операнда, мы отметим тип скобками на схеме. drop и select являются двумя специальными инструкциями, поскольку только эти две инструкции не ограничивают полностью тип операндов. Для других инструкций все типы операндов полностью квалифицированы.