2.3 单向透明的内存模型
2.3.1 Module.buffer
无论编译目标是asm.js还是wasm,C/C代码眼中的内存空间实际上对应的都是Emscripten提供的ArrayBuffer对象:Module.buffer
,C/C内存地址与Module.buffer
数组下标一一对应。
info ArrayBuffer是JavaScript中用于保存二进制数据的一维数组。在本书的语境中,“
Module.buffer
”、“C/C++内存”、“Emscripten堆”三者是等价的。
C/C代码能直接通过地址访问的数据全部在内存中(包括运行时堆、运行时栈),而内存对应Module.buffer
对象,C/C代码能直接访问的数据事实上被限制在Module.buffer
内部,JavaScript环境中的其他对象无法被C/C++直接访问——因此我们称其为单向透明的内存模型。
在当前版本的Emscripten中,指针(既地址)类型为int32,因此单一模块的最大可用内存范围为2GB-1
。未定义的情况下,内存默认容量为16MB,其中栈容量为5MB。
2.3.2 Module.HEAPX
JavaScript中的ArrayBuffer无法直接访问,必须通过某种类型的TypedArray方可对其进行读写。例如下列JavaScript代码创建了一个容量为12字节的ArrayBuffer,并在其上创建了类型为int32的TypedArray,通过该View依次向其中存入了1111111、2222222、3333333三个int32型的数:
var buf = new ArrayBuffer(12);
var i32 = new Int32Array(buf);
i32[0] = 1111111;
i32[1] = 2222222;
i32[2] = 3333333;
tips ArrayBuffer与TypedArray的关系可以简单理解为:ArrayBuffer是实际存储数据的容器,在其上创建的TypedArray则是把该容器当作某种类型的数组来使用。
Emscripten已经为Module.buffer
创建了常用类型的TypedArray,见下表:
对象 | TypedArray | 对应C数据类型 |
---|---|---|
Module.HEAP8 | Int8Array | int8 |
Module.HEAP16 | Int16Array | int16 |
Module.HEAP32 | Int32Array | int32 |
Module.HEAPU8 | Uint8Array | uint8 |
Module.HEAPU16 | Uint16Array | uint16 |
Module.HEAPU32 | Uint32Array | uint32 |
Module.HEAPF32 | Float32Array | float |
Module.HEAPF64 | Float64Array | double |
2.3.3 在JavaScript中访问C/C++内存
我们通过一个简单的例子展示如何在JavaScript中访问C/C++内存。创建C源代码mem.cc
如下:
//mem.cc
#include <stdio.h>
int g_int = 42;
double g_double = 3.1415926;
EM_PORT_API(int*) get_int_ptr() {
return &g_int;
}
EM_PORT_API(double*) get_double_ptr() {
return &g_double;
}
EM_PORT_API(void) print_data() {
printf("C{g_int:%d}n", g_int);
printf("C{g_double:%lf}n", g_double);
}
将其编译为mem.js
及mem.wasm
。
JavaScript部分代码如下:
var int_ptr = Module._get_int_ptr();
var int_value = Module.HEAP32[int_ptr >> 2];
console.log("JS{int_value:" + int_value + "}");
var double_ptr = Module._get_double_ptr();
var double_value = Module.HEAPF64[double_ptr >> 3];
console.log("JS{double_value:" + double_value + "}");
Module.HEAP32[int_ptr >> 2] = 13;
Module.HEAPF64[double_ptr >> 3] = 123456.789
Module._print_data();
我们在JavaScript中调用了C函数get_int_ptr()
,获取了全局变量g_int
的地址,然后通过Module.HEAP32[int_ptr >> 2]
获取了该地址对应的int32值。由于Module.HEAP32
每个元素占用4字节,因此int_ptr
需除以4(既右移2位)方为正确的索引。获取g_double
的方法类似不赘述。
接下来我们修改了int_ptr
及double_ptr
地址对应内存的值,然后调用C函数print_data()
。页面发布通过浏览器访问后,开发者面板控制台输出:
由此可见,在JavaScript中正确读取了C的内存数据;JavaScript中写入的数据,在C中亦能正确获取。
info 通过上述例子可知,在JavaScript中通过各种类型的
HEAP
访问C/C++的内存数据时,地址必须对齐,既:int32/uint32/float型变量地址必须4字节对齐、double型变量地址必须8字节对齐,其他类型类似。关于地址对齐的问题,将在4.2节详细讨论。
本书的后续章节中,在不会引起歧义的情况下,我们将使用“内存”指代“Emscripten为C/C++提供的运行时内存”,以简化描述。