有这样一种技术，可以把用高级语言编写的非 Web 程序转换成为 Web 准备的二进制模块，而无需对 Web 程序的源代码进行任何更改即可完成这种转换。浏览器可以有效地下载新翻译的模块并在沙箱中执行。执行的 Web 模块可以与其他 Web 技术无缝地交互 - 特别是 JavaScript（JS）。欢迎来到WebAssembly。
对于名称中带有 assembly 的语言，WebAssembly 是低级的。但是这种低级角色鼓励优化：浏览器虚拟机的即时（JIT）编译器可以将可移植的 WebAssembly 代码转换为快速的、特定于平台的机器代码。因此，WebAssembly 模块成为适用于计算绑定任务（例如数字运算）的可执行文件。
有很多高级语言都能编译成 WebAssembly，而且这个名单正在增长，但最初的候选是C、C ++ 和 Rust。我们将这三种称为系统语言，因为它们用于系统编程和高性能应用编程。系统语言都具有两个特性，这使它们适合被编译为 WebAssembly。下一节将详细介绍设置完整的代码示例（使用 C 和 TypeScript）以及来自 WebAssembly 自己的文本格式语言的示例。
在编译过程中，C 源被翻译成汇编语言，然后再将其翻译成机器代码。在英特尔汇编语言（AT&T flavor）中，上面的最后一个 C 语句的功能类似以下内容（## 为汇编语言的注释符号）：
％rax 和 ％rdx 是 64 位寄存器，addq 指令意味着 add quadwords，其中 quadword 是 64 位大小，这是 C 语言中 long 类型的标准大小。汇编语言强调可执行机器代码涉及类型，通过指令和参数的混合给出类型（如果有的话）。在这种情况下，add 指令是 addq（64 位加法），而不是例如 addl 这样的指令，它增加了 C 语言典型的 int 的 32 位值。使用的寄存器字长是完整的 64 位（ **％rax 和％rdx **）而不是其 32 位的（例如，％eax 是 ％rax 的低 32 位，％edx 是 ％rdx 的低 32 位）。
汇编语言的效果很好，因为操作数被存储在 CPU 寄存器中，而合理的 C 编译器（即使是默认的优化级别）也会生成与此处所示相同的汇编代码。
这三种系统语言强调显式类型，是编译成 WebAssembly 的理想选择，因为这种语言也有明确的数据类型：i32 表示 32 位的整数值，f64 表示 64 位的浮点值，依此类推。
显式数据类型也鼓励优化函数调用。具有显式数据类型的函数具有 signature，它用于指定参数的数据类型以及从函数返回的值（如果有）。下面是名为 $add 的 WebAssembly 函数的签名，该函数使用下面讨论的 WebAssembly 文本格式语言编写。该函数把两个 32 位的整数作为参数并返回一个 64 位的整数：
浏览器的 JIT 编译器应该具有 32 位的整数参数，并把返回的 64 位值存储在适当大小的寄存器中。
通常，JS 没有显式数据类型，但 JS 中的按位或运算符能够产生一个整数值。这就解释了看上去毫无意义的按位或运算符：
n 和 0 之间的按位或运算得到 n，但这里的目的是表示 n 保持整数值。return 语句重复了这个优化技巧。
在 JS 方言中，TypeScript 在显式数据类型方面脱颖而出，这使得这种语言对于编译成 WebAssembly 很有吸引力。（下面的代码示例说明了这一点。）
三种系统语言都具有的第二个特性是它们在没有垃圾收集器（GC）的情况下执行。对于动态分配的内存，Rust 编译器会自动分配和释放代码；在其他两种系统语言中，动态分配内存的程序员负责显式释放内存。系统语言避免了自动化 GC 的开销和复杂性。
WebAssembly 的概述可以总结如下。几乎所有关于 WebAssembly 语言的文章都提到把近乎原生的速度作为语言的主要目标之一。原生速度是指已编译的系统语言的速度，因此这三种语言也是最初被指定为编译成 WebAssembly 的候选者的原因。
WebAssembly 语言并非为了取代 JS，而是为了通过在计算绑定任务上提供更好的性能来补充 JS。WebAssembly 在下载方面也有优势。浏览器将 JS 模块作为文本提取，这正是 WebAssembly 能够解决的低效率问题之一。WebAssembly 中的模块是紧凑的二进制格式，可加快下载速度。
同样令人感兴趣的是 JS 和 WebAssembly 如何协同工作。JS 旨在读入文档对象模型（DOM），即网页的树形表示。相比之下，WebAssembly 没有为 DOM 提供任何内置功能，但是 WebAssembly 可以导出 JS 根据需要调用的函数。这种关注点分离意味着清晰的分工：
生产级代码案例将使 WebAssembly 代码执行繁重的计算绑定任务，例如生成大型加密密钥对，或进行加密和解密。
考虑函数 hstone（对于hailstone），它以正整数作为参数。该函数定义如下：
例如，hstone(12) 返回 6，而 hstone(11) 返回 34。如果 N 是奇数，则 3N + 1 是偶数；但如果 N 是偶数，则 N/2 可以是偶数（例如，4/2 = 2）或奇数（例如，6/2 = 3）。
hstone 函数可以通过将返回值作为下一个参数传递来进行迭代。结果是一个 hailstone 序列，例如这个序列，以 24 作为原始参数开始，返回值 12 作为下一个参数，依此类推：
请注意，两个幂很快收敛，只需要 N 除以 2 得到 1；例如，32 = 25的收敛长度为5,64 = 26的收敛长度为6。这里感兴趣的是从初始参数到第一个出现的序列长度。我在 C 和 TypeScript 中的代码例子计算了冰雹序列的长度。
Collatz 猜想是一个冰雹序列会收敛到 1，无论初始值 N> 0 恰好是什么。没有人找到 Collatz 猜想的反例，也没有人找到证据将猜想提升到一个定理。这个猜想很简单，就像用程序测试一样，是数学中一个极具挑战性的问题。
下面的 hstoneCL 程序是一个非 Web 应用，可以使用常规 C 语言编译器（例如，GNU 或 Clang）进行编译。程序生成一个随机整数值 N> 0 八次，并计算从 N 开始的冰雹序列的长度。两个程序员定义的函数，main 和 hstone 是有意义的。该应用程序稍后会被编译为 WebAssembly。
示例1. C 中的 hstone 函数
代码可以在任何类 Unix 系统上从命令行编译和运行（％ 是命令行提示符）：
以下是例子运行的输出：
1.将非 Web 程序 hstoneCL 编译到WebAssembly中：
2.使用 Emscription 开发 Web 服务器（或等效的）来托管 Web 化应用：
图1. web化 hstone 程序结果非常显著，因为完整的编译过程只需要一个命令，而且不需要对原始 C 程序进行任何更改。
还有另一个问题：WebAssembly 代码不需要镜像 C 等源程序中的功能边界。例如，C 程序 hstoneCL 有两个用户定义的函数，main 和 hstone。生成的 WebAssembly 模块导出名为 _ main 的函数，但不导出名为 _ hstone 的函数。（值得注意的是，函数 main 是 C 程序中的入口点。）C 语言 hstone 函数的主体可能在某些未导出的函数中，或者只是包含在 _ main 中。导出的 WebAssembly 函数正是 JS glue 可以通过名称调用的函数。但是应在 WebAssembly 代码中按名称导出哪些源语言函数。
示例2. 修订后的 hstone 程序
如上所示，修改后的 hstoneWA 程序没有 main 函数，它不再需要，因为该程序不是作为独立程序运行，而是仅作为具有单个导出函数的 WebAssembly 模块运行。指令 EMSCRIPTEN_KEEPALIVE（在头文件 emscripten.h 中定义）指示编译器在 WebAssembly 模块中导出 _ hstone 函数。命名约定很简单：诸如 hstone 之类的 C 函数保留其名称 —— 但在 WebAssembly 中使用单个下划线作为其第一个字符（在本例中为 _ hstone）。WebAssembly中的其他编译器遵循不同的命名约定。
要确认此方法是否有效，可以简化编译步骤，仅生成 WebAssembly 模块和 JS 粘合剂而不是 HTML：
HTML文件现在可以简化为这个手写的文件：
程序代码可以像以前一样编译，然后使用内置的Web服务器启动：
在浏览器（在本例中为 Chrome）中请求修改后的 HTML 文档后，可以用浏览器的 Web 控制台确认 hstone 函数已导出为 _ hstone。以下是我在 Web 控制台中的会话段，## 为注释符号：
EMSCRIPTEN_KEEPALIVE 指令是使 Emscripten 编译器生成 WebAssembly 模块的简单方法，该模块将所有感兴趣的函数导出到 JS 编程器同样产生的 JS 粘合剂。一个自定义的 HTML 文档，无论手写的 JS 是否合适，都可以调用从 WebAssembly 模块导出的函数。为了这个干净的方法，向 Emscripten 致敬。
函数 hstone 接受一个 i32 类型的参数，并返回相同类型的值。函数的主体与 C 语言示例中的主体基本相同。代码可以编译成 WebAssembly，如下所示：
示例 3. TypeScript 代码的 HTML页面
上面的 HTML 页面中的脚本元素可以逐行说明。第 1 行中的 fetch 调用使用 Fetch 模块从托管 HTML 页面的 Web 服务器获取 WebAssembly 模块。当 HTTP 响应到达时，WebAssembly 模块将把它做作为一个字节序列，它存储在脚本第 2 行的 arrayBuffer 中。这些字节构成了 WebAssembly 模块，它是从 TypeScript 编译的代码。文件。该模块没有导入，如第 4 行末尾所示。
在第 4 行的开头实例化 WebAssembly 模块。WebAssembly 模块类似于非静态类，其中包含面向对象语言（如Java）中的非静态成员。该模块包含变量、函数和各种支持组件；但是与非静态类一样，模块必须实例化为可用，在本例中是在 Web 控制台中，但更常见的是在相应的 JS 粘合代码中。
脚本的第 6 行以相同的名称导出原始的 TypeScript 函数 hstone。此 WebAssembly 功能现在可用于任何 JS 粘合代码，因为在浏览器控制台中的另一个会话将确认。
WebAssembly 具有更简洁的 API，用于获取和实例化模块。新 API 将上面的脚本简化为 fetch 和 instantiate 操作。这里展示的较长版本具有展示细节的好处，特别是将 WebAssembly 模块表示为字节数组，将其实例化为具有导出函数的对象。
计划是让网页以与 JS ES2015 模块相同的方式加载 WebAssembly 模块：
然后，JS 将获取、编译并以其他方式处理 WebAssembly 模块，就像是加载另一个 JS 模块一样。
文本格式语言采用 Lisp 推广的 S 表达式（S for symbolic）语法。S 表达式（简称 sexpr）表示把树作为具有任意多个子列表的列表。例如这段 sexpr 出现在 TypeScript 示例的 WAT 文件末尾附近：
树表示是：
在文本格式中，WebAssembly 模块是一个 sexpr，其第一项是模块，它是树的根。下面是一个定义和导出单个函数的模块的简单例子，该函数不带参数但返回常量 9876：
该函数的定义没有名称（即作为 lambda），并通过引用其索引 0 导出，索引 0 是模块中第一个嵌套的 sexpr 的索引。导出名称以字符串形式给出；在当前情况下其名称为“simpleFunc”。
文本格式的函数具有标准模式，可以如下所示：
签名指定参数（如果有）和返回值（如果有）。例如，这是一个未命名函数的签名，它接受两个 32 位整数参数，返回一个 64 位整数值：
名称可以赋予函数、参数和局部变量。名称以美元符号开头：
WebAssembly 函数的主体反映了该语言的底层栈机器体系结构。栈存储用于暂存器。考虑一个函数的示例，该函数将其整数参数加倍并返回：
当 WebAssembly 代码转换为机器代码时，WebAssembly 栈作为暂存器应尽可能由通用寄存器替换。这是 JIT 编译器的工作，它将 WebAssembly 虚拟栈机器代码转换为实际机器代码。
Web 程序员不太可能以文本格式编写 WebAssembly，因为从某些高级语言编译是一个非常有吸引力的选择。相比之下，编译器编的作者可能会发现在这种细粒度级别上工作是有效的。
WebAssembly 的目标是实现近乎原生的速度。但随着 JS 的 JIT 编译器不断改进，并且随着非常适合优化的方言（例如，TypeScript）的出现和发展，JS 也可能实现接近原生的速度。这是否意味着 WebAssembly 是在浪费精力？我想不是。
WebAssembly 解决了计算中的另一个传统目标：有意义的代码重用。正如本文中的例子所示，使用适当语言（如 C 或 TypeScript）的代码可以轻松转换为 WebAssembly 模块，该模块可以很好地与 JS 代码一起使用 —— 这是连接 Web 中所使用的一系列技术的粘合剂。因此 WebAssembly 是重用遗留代码和扩展新代码使用的一种诱人方式。例如最初作为桌面应用的用于图像处理的高性能程序在 Web 应用中也可能是有用的。然后 WebAssembly 成为重用的有吸引力的途径。（对于计算限制的新 Web 模块，WebAssembly 是一个合理的选择。）我的预感是 WebAssembly 将在重用和性能方面茁壮成长。
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