为 WebAssembly 构建

我目前正在为 Memphis（我的 Rust 中的 Python 解释器）探索两个有趣的主题：构建 WebAssembly 和嵌入 CPython。由于本周没有重大里程碑要报告，我想分享一些正在进行的想法。对我来说，孟菲斯是一个通过实际实验扩展我的概念理解的项目 - 希望这篇文章可以为您做同样的事情，因为我们正在探索我正在探索的一些设计决策。

浏览器中的 Python

将 Memphis 编译为 WebAssembly 目标已经在我脑海中浮现了一段时间，两个星期六前，我终于尝试了一下。在杯垫上放了一杯温热的滴滤咖啡，我掰响指关节开始了。

WebAssembly 是现代 Web 浏览器内的沙盒执行环境，它补充了传统的 JavaScript 环境。 Wasm 环境更接近本机代码，可用于受益于更高性能的 CPU 上下文的任务；想想数字运算或愚蠢的繁忙循环。我对它的兴趣不是从性能的角度来看，而是因为它完全是可能的。 Rust 的卖点之一（实际上有无数卖点）是它可以针对 Wasm。有人可能会问，怎么办？这是可能的，因为 Rust 使用 LLVM 作为其编译器后端。 Rust 编译器前端生成 LLVM 中间表示 (IR) 代码，LLVM 可以将其编译为数十个目标的本机代码。

这是一个相当巨大的好处，我很好奇它是否只适用于孟菲斯。我之前对在浏览器中运行 Python 的想法几乎为零，所以这似乎是测试 Wasm 学习曲线的绝佳机会。

设置 wasm-pack 并构建 WebAssembly

我启动了人工智能助手并询问启动顺序。发出嘟嘟嘟嘟嘟的声音。以下是我一路上学到的注释的步骤。

# wasm-pack helps compile our Rust code to WebAssembly and bundle it
# with JavaScript bindings we can call from our HTML/JavaScript page.
cargo install wasm-pack

# wasm-pack also downloads the wasm32-unknown-unknown target via
# rustup for us. If for whatever reason it does not, you can use this: 
# rustup target add wasm32-unknown-unknown
# We must specify a feature flag because our wasm_bindgen interface is
# behind the wasm feature flag.
wasm-pack build --target web --out-dir wasm_ui/pkg -- --features wasm

我第一次尝试就构建成功了！然而，因为我们没有将 Rust 二进制文件中的任何函数标记为可从 WebAssembly 调用，所以它没有做太多事情。

我们可以安装 wasm-bindgen 箱来执行此操作，我将其放在功能标志后面。我将其添加到我的 Cargo.toml 中。

[dependencies]
wasm-bindgen = { version = "0.2", optional = true }

[features]
wasm = ["wasm-bindgen"]

这是我添加到 src/lib.rs 文件中的一小段代码，位于 wasm 功能标志后面。 greet 函数用 #[wasm_bindgen] 修饰，使该符号在 JavaScript 中可用。

# wasm-pack helps compile our Rust code to WebAssembly and bundle it
# with JavaScript bindings we can call from our HTML/JavaScript page.
cargo install wasm-pack

# wasm-pack also downloads the wasm32-unknown-unknown target via
# rustup for us. If for whatever reason it does not, you can use this: 
# rustup target add wasm32-unknown-unknown
# We must specify a feature flag because our wasm_bindgen interface is
# behind the wasm feature flag.
wasm-pack build --target web --out-dir wasm_ui/pkg -- --features wasm

创建 JavaScript 界面

我还向我的人工智能助手询问了我可以用来测试我的 Wasm 界面的尽可能小的 JavaScript 片段。当我们调用 init() 时，浏览器会加载 .wasm 文件，执行 JIT 编译步骤以将可移植的 WebAssembly 二进制文件转换为本机代码，并初始化 WebAssembly 运行时的内存。

[dependencies]
wasm-bindgen = { version = "0.2", optional = true }

[features]
wasm = ["wasm-bindgen"]

就像奇迹中的奇迹一样，它确实有效。诚然，我没有在浏览器中运行任何 Python 代码，但与我的二进制文件交互是一个巨大的步骤，年轻人不能低估它的价值。

下一步是给它一个用 JavaScript 定义的 Python 表达式，并让 Wasm 二进制文件处理数字。正如我在 REPL 文章中提到的，软件项目中的每个入口点都是改进我的抽象的机会，这里肯定会再次出现这种情况。当我翻阅我的 Memphis 存储库时，我意识到哇，我真的应该有一个更好的接口来传递字符串并将其作为 Python 进行评估。就像我说的，我喜欢新的入口点。

目前，我会使用我的交叉检查适配器。 Crosscheck 是我正在进行的测试框架，用于验证 Treewalk 解释器和字节码 VM 对于给定的 Python 输入产生相同的行为。它以空姐所做的事情命名。

这是我更新的 Rust 代码。

#[cfg(feature = "wasm")]
mod wasm {
    use wasm_bindgen::prelude::wasm_bindgen;

    // Export a function to JavaScript
    #[wasm_bindgen]
    pub fn greet() -> String {
        "Hello from WebAssembly!".to_string()
    }
}

这是我更新的 JavaScript 代码，它调用新的 Rust 评估函数。

    <meta charset="UTF-8">
    <title>Wasm Test</title>


    <script type="module">
        import init, { greet } from './pkg/memphis.js';

        async function run() {
            await init();
            console.log(greet());
        }

        run();
    </script>

调试 WebAssembly 错误

现在，当我运行它时，我得到了……控制台错误。它因未实现的错误而崩溃。

我查了一下，并不清楚是什么原因造成的。您可以单击源代码，但对于 Wasm 构建来说，它只是一个汇编块，没有引用原始 Rust 函数。

我进行了一些人工智能聊天/谷歌搜索，发现了两种有用的方法。一种是用于 Wasm 构建的 console_log，它在浏览器控制台中显示来自 Rust 代码的日志语句。这对一些人有帮助，但我真正想要的是堆栈跟踪。输入console_error_panic_hook。它立即给了我 Rust 堆栈跟踪，即 CLUTCH。如果您正在构建自己的 Wasm，请立即停止阅读并添加此箱子。我什至不介意你永远读不完这篇文章。费里斯希望你使用这个箱子？以下是我将其添加到我的 Wasm 界面的方法。

#[cfg(feature = "wasm")]
mod wasm {
    use wasm_bindgen::prelude::wasm_bindgen;

    use crosscheck::{InterpreterTest, TreewalkAdapter};

    // Export a function to JavaScript
    #[wasm_bindgen]
    pub fn greet() -> String {
        "Hello from WebAssembly!".to_string()
    }

    #[wasm_bindgen]
    pub fn evaluate(code: String) -> String {
        let result = TreewalkAdapter.execute(&code);
        format!("{}", result)
    }
}

我的堆栈跟踪指出了罪魁祸首：我使用 std::env 来请求一些操作系统资源，这在 Wasm 运行时（即沙盒部分）中是不允许的。我将这些调用放在功能标志后面（它们与我如何随意确定 Python 标准库在主机上的位置有关）并再次启动我的构建。在与正确显示我的返回类型相关的一些小失败之后......

它成功了。这是我现在在浏览器控制台中看到的内容。

# wasm-pack helps compile our Rust code to WebAssembly and bundle it
# with JavaScript bindings we can call from our HTML/JavaScript page.
cargo install wasm-pack

# wasm-pack also downloads the wasm32-unknown-unknown target via
# rustup for us. If for whatever reason it does not, you can use this: 
# rustup target add wasm32-unknown-unknown
# We must specify a feature flag because our wasm_bindgen interface is
# behind the wasm feature flag.
wasm-pack build --target web --out-dir wasm_ui/pkg -- --features wasm

tldr 我可以在浏览器中运行Python。 （值得赞扬的是，RustPython 也这样做了：https://rustpython.github.io/demo/。我没有深入研究他们的项目，但它似乎很全面。）Python 列表理解是在 JavaScript 中以字符串形式定义的，响应列表由编译为 Wasm 的 Rust 代码评估，并转换回可由 JavaScript 显示的字符串。

此设置目前仅支持表达式。为了评估语句（并稍后读回其结果），我需要在 Rust 端保留状态。我也梦想构建一个 JavaScript REPL。这听起来像是未来的我的一个问题（而且是一个无聊的梦）。

结局

我已经聊得够久了，所以我打算推迟到下周一再讨论嵌入式 Python。

对诱饵和开关表示歉意。内容日历不等人。

需要明确的是，通过嵌入式 Python，我的意思是在孟菲斯内部嵌入 CPython 解释器，而不是在“嵌入式​​系统”环境中运行 Python。那会毫无理由地困难。与孟菲斯不同，孟菲斯很难好玩。

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别处

除了指导软件工程师之外，我还写了我作为一名成人诊断自闭症患者的经历。更少的代码和相同数量的笑话。

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