WebAssembly

解码

类型种类

• 基本数值类型: i32 | i64 | f32 | f64;
• 返回值: 执行指令或调用函数的返回值, 基本数值类型序列;
• 函数: 将一组基本数值类型序列映射到另一组基本数值类型序列;
• 内存: 一块线性内存;
• 表: 一些相同类型的元素组成的序列, 当前表元素允许的类型仅有函数引用一种;
• 全局变量: 可修改(var)和不可修改的(const)的基本数据类型;
• 外部类型: 可从其它模块引用/导入到本模块的类型, 包括函数/表/内存/全局变量;

基本数值类型

• 字节;
• 整数: u32 | u64 | s32 | s64 | i8 | i16 | i32 | i64, Boolean和内存地址使用32位的整数表示;
• 浮点数: f32 | f64, IEEE-754-2019标准;

指令

• 数值操作指令:
  • 整数一元操作指令: clz | ctz | popcnt;
  • 整数二元操作指令: add | sub | mul | div_sx | rem_sx | and | or | xor | shl | shr_sx | rotl | rotr;
  • 浮点数一元操作指令: abs | neg | sqrt | ceil | floor | trunc | nearest;
  • 浮点数二元操作指令: add | sub | mul | div | min | max | copysign;
  • 整数测试操作指令: eqz;
  • 整数关系操作指令: eq | ne | lt_sx | gt_sx | le_sx | ge_sx;
  • 浮点数关系操作指令: eq | ne | lt | gt | le | ge;
• 参数操作指令: drop | select;
• 变量操作指令: local.get | local.set | local.tee | global.set | global.get;
• 内存操作指令: memory.grow | memory.size | load | store, 对于多字节的内存的读写是按照小端序解释的;
• 控制指令: nop | unreachable | block | loop | if/else | br | br_if | br_table | return | call | call_indirect;
• 表达式: end;

注: _sx后缀表示可能会存在数值类型转换;

模块

模块按如下形式组织:

module ::= {
  types vec(functype),
  funcs vec(func),
  tables vec(table),
  mems vec(mem),
  globals vec(global),
  elem vec(elem),
  data vec(data),
  start start?,
  imports vec(import),
  exports vec(export),
}

• types: 模块中使用的所有函数类型必须定义在types类型序列中. 该序列中, 从外部导入的函数类型签名放在本模块的签名的签名;
• funcs: 模块中使用的所有函数必须定义在funcs序列中, 有func ::= type typeidx, locals vec{valtype}, body expr:
  • type: 函数类型(签名), 可从types序列中找到;
  • locals: 函数参数和函数使用的局部变量, 参数和局部变量均可修改. 其中, 函数参数在locals序列的头部;
  • body: 函数体的指令序列, 函数最后一个执行的指令的返回类型必须和该函数的返回类型匹配;
• tables: 模块定义或从其他模块导入的表类型序列;
• mems: 模块定义或从其他模块导入的内存类型序列;
• globals: 模块定义或从其他模块导入的全局类型序列;
• elem: tables序列中某个表的元素的初始化组成的序列, elem ::= {table tableidx, offset expr, init vec(funcidx)};
• data: mems序列中某个内存的数据初始化组成的序列, data ::= {data memidx, offset expr, init vec(byte)};
• start: 模块的初始化函数在funcs序列中的索引. 模块初始化函数在模块实例化时调用, 且在tables和mems初始化后调用;
• import: import ::= {module name, name name, desc importdesc}从其他模块导入到本模块中的函数/表/内存全局变量, desc描述了导入的函数在funcs中的索引/表的类型/内存类型/全局变量类型;
• export: export ::= {name name, desc exportdesc}从本模块导出函数/表/内存/全局变量, desc描述了导出的函数/表/内存/全局变量在funcs/tables/mems/globals序列中的的索引;

验证

语境

记有语境C如下:

C ::= {
  types   functype*,
  funcs   functype*,
  tables  tabletype*,
  mems    memtype*,
  globals globaltype*,
  locals  valtype*,
  labels  resulttype*,
  return  resulttype?,
}

• types: 当前模块定义的类型组成的序列;
• funcs: 当前模块声明的函数组成的序列;
• tables: 当前模块声明的表组成的序列;
• mems: 当前模块声明的内存组成的序列;
• globals: 当前模块声明的全局变量组成的序列;
• locals: 当前函数的参数及其中声明的局部变量组成的序列;
• labels: 当前位置可访问的栈标签, 用返回类型表示;
• return: 当前函数的返回类型;

记如下符号为: 若条件\(premise_1, premise_2, \dots, premise_n\)成立, 则在语境C中\(A\)满足从\(T1\)映射\(T2\)的约束;

类型验证

范围验证

块类型验证

函数类型验证

表类型验证

内存类型验证

全局变量类型验证

外部类型验证

指令验证

数值指令验证

参数指令验证

变量指令验证

内存指令验证

控制指令验证

模块验证

执行

运行时结构

• 数值常量: val ::= i32.const | i64.const | f32.const | f64.const;
• 计算结果: result ::= val* | trap;
• store: store ::= {funcs funcinst*, tables tableinst*, mems meminst*, globals globalinst*};
• 地址: 地址是一个i32的整数(u32);
• 模块实例: moduleinst ::= {types functype*, funcaddrs funcaddr*, tableaddrs tableaddr*, memaddrs memaddr*, globaladdrs globaladdr*, exports exportinst*};
• 函数实例: funcinst ::= {type functype, module moduleinst, code func} | {type functype, hostcode hostfunc};
• 表实例: tableinst ::= {elem vec(funcaddr), max u32?};
• 内存实例: meminst ::= {data vec(byte), max u32?};
• 全局变量实例: globalinst ::= {value val, mut mut};
• 导出实例: exportinst ::= {name name, value externval}, externval ::= func funcaddr | table tableaddr | mem memaddr | global globaladdr;
• 栈: 栈元素有如下三种:
  • 指令的操作数;
  • 控制分支结构: label ::= label_n{instr*};
  • 函数调用帧: activation ::= frame_n{local val*, module moduleinst};

实例化

调用执行

参考资料

• WebAssembly Specification Release 1.1;

WebAssembly规范阅读笔记

原文：https://www.cnblogs.com/mengsuenyan/p/12950541.html