WebAssembly规范阅读笔记
WebAssembly
目录
graph LR;
id3 -.-> id3_0;
subgraph 执行;
id3_0(实例化) --> id3_1(调用执行)
end;
subgraph 主流程;
id1(解码) --> id2(验证);
id2 --> id3(执行);
end;
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;
- 整数一元操作指令:
- 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;
\[\frac{premise_1, premise_2, \dots premise_n}{C \vdash A: T1 \rightarrow T2}
\]
类型验证
范围验证
\[\begin{aligned}
& \frac{n \le k \quad (m \le k)^? \quad (n \le m)^?}{\vdash limits: k}
\end{aligned}
\]
块类型验证
\[\begin{aligned}
& \frac{C.types[typeidx] = functype}{C \vdash typeidx: functype}
\end{aligned}
\]
函数类型验证
\[\begin{aligned}
& \frac{}{\vdash [t_1^*] \rightarrow [t_2^*] \ ok}
\end{aligned}
\]
表类型验证
\[\begin{aligned}
& \frac{\vdash limits: k}{\vdash limits \ elemtype \ ok}
\end{aligned}
\]
内存类型验证
\[\begin{aligned}
& \frac{\vdash limits: 2^{16}}{\vdash limits \ ok}
\end{aligned}
\]
全局变量类型验证
\[\begin{aligned}
& \frac{}{\vdash mut \ valtype \ ok}
\end{aligned}
\]
外部类型验证
\[\begin{aligned}
& \frac{\vdash functype \ ok}{\vdash func \ functype \quad ok} \\
& \\
& \frac{\vdash tabletype \ ok}{\vdash table \ tabletype \ ok} \\
& \\
& \frac{\vdash memtype \ ok}{\vdash mem \ memtype \ ok} \\
& \\
& \frac{\vdash globaltype \ ok}{\vdash global \ globaltype \ ok} \\
\end{aligned}
\]
指令验证
数值指令验证
\[\begin{aligned}
& \frac{}{C \vdash t.const \ c: [] \rightarrow [t]} \\
& \frac{}{C \vdash t.unop: [t] \rightarrow [t]} \\
& \frac{}{C \vdash t.binop: [t t] \rightarrow [t]} \\
& \frac{}{C \vdash t.relop: [t t] \rightarrow [i32]} \\
& \frac{}{C \vdash t.testop: [t] \rightarrow [i32]} \\
& \frac{}{C \vdash t.cvtop\_t_1\_sx^?: [t_1] \rightarrow [t_2]} \\
\end{aligned}
\]
参数指令验证
\[\begin{aligned}
& \frac{}{C \vdash drop: [t] \rightarrow []} \\
& \frac{}{C \vdash select: [t t i32] \rightarrow [t]}
\end{aligned}
\]
变量指令验证
\[\begin{aligned}
& \frac{C.locals[x] = t}{C \vdash local.get\ x: [] -> [t]} \\
& \frac{C.locals[x] = t}{C \vdash local.set\ x: [t] -> []} \\
& \frac{C.locals[x] = t}{C \vdash local.tee\ x: [t] -> [t]} \\
& \frac{C.globals[x] = mut\ t}{C \vdash globals.get\ x: [] -> [t]} \\
& \frac{C.globals[x] = var\ t}{C \vdash globals.set\ x: [t] -> []} \\
\end{aligned}
\]
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;
