模組 - 以 WasmVM 向 WebAssembly 說哈囉!

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以 WasmVM 向 WebAssembly 說哈囉!
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模組
終於進入到重頭戲了！前面我們常常提到模組，模組是 WebAssembly 程式發佈、載入和執行的基本單位。依據執行時期的不同，分別有2種不同的結構
一般架構
模組在打包成位元檔，以及剛載入時的架構
在 WasmVM 裡，一個檔案只能包含一個模組
一般架構的模組分成以下幾個部份：
函式型別 (Types)
這邊的函式型別和之前講的 i32、i64.....等等的數值型別不一樣，是表示函式的參數(Parameter)和回傳值種類。在一些程式語言中會被稱為函式簽名 (Function Signature)
(module
    (type (func (param i32) (result i32)))
    (type $void (func))
    (func $a1 (type 0)
        get_local 0
    )
    (func $a2 (param i32) (result i32)
        get_local 0
    )
    (func $a3 (result i32)
        i32.const 5
    )
    (func $main (type $void)
          i32.const 3
        call $a1
          i32.const 4
        call $a2
        call $a3
        unreachable
    )
    (start $main)
)
我們宣告了 2 種函數型別，並且讓下面的 $a1 函數使用第 1 個(0 號)型別。
$a2 雖然沒有用我們宣告的型別，不過因為回傳值的型別，以及參數的型別和種類都與 0 號型別一樣，所以會自動套用 0 號型別
$a3 的函數型別沒有宣告，這個型別會接著有宣告的編號，自動被宣告成 2 號型別
和 memory 或 table 一樣，函式行別也能指定名稱。$main 函式就用了 $void 這個型別
函式 (Functions)
這部份在 函式 章節已經有詳細說明
函式表 (Tables)
這部份在 函式表 章節已經有詳細說明
記憶體 (Memories)
這部份在 記憶體 章節已經有詳細說明
全域變數 (Global Variables)
這部份在 變數 章節已經有詳細說明
函式表元素 (Elements)
這部份在 函式表 章節已經有詳細說明
記憶體資料 (Data)
可以利用這個部份，填入記憶體最初始的資料
(module
    (memory 0)
    (data 0 (i32.const 4) "hahaha")
)
第一個 0 表示第 0 號記憶體，因為在目前的規格中一個模組只能有一塊記憶體，所以這邊只能填 0 ，或是記憶體的名稱
後面的 i32.const 表示要從記憶體的哪個位置開始填，這邊只能用 i32.const，不能用其他指令
接著是初始資料的字串，在 記憶體 章節有詳細的說明
當記憶體的長度不夠時，如果沒超出記憶體最大值，或是記憶體沒有最大值，會自動增加到足夠的長度
起始函式 (Start function)
表示當這個模組作為程式的主要模組時，首先呼叫的函式
這個函式不能有參數，也不能有回傳值
在之前的範例中是指定函數名稱 $main，其實也不一定要叫作 $main，可以用各種名稱，甚至只用編號也行
(module
    (func
    )
    (start 0)
)
引入 (Imports)
這個部份可以從其他檔案載入模組，並從其他模組中引入函式、函式表、記憶體或全域變數
(module
    (import "test2.wasm" "fun" (func))
    (func $main
        call 0
        i32.const 1
        unreachable
    )
    (start $main)
)
第一個字串是要引入的模組名稱(在 WasmVM 裡就是檔案名稱，去掉資料夾路徑)，如果這個檔案沒被載入過，WasmVM 會自動從目前的工作資料夾中尋找這個檔案，並載入其中的模組。已經載入過的模組會直接從載入的資料中提取要引入的部份，不會重複載入。
第二個字串是物件的輸出名稱。在輸出時會指定一個輸出名稱給要輸出的物件，這邊必須要和輸出時指定的輸出名稱相符
後面則是要引入的物件型別:
函式：照函式型別的格式，如果有的話，必須包含 param 和 result，不需要 local 和 裏面的指令
函式表：照 table 的宣告格式，必須包含最小值和 anyfunc，如果有指定的話要包含最大值
記憶體：照 memory 的宣告格式，必須包含最小值，如果有指定的話要包含最大值，不需要 data
全域變數： (global 數值型別)
以上物件都可以指定以 $ 開頭的名稱，加在 table, memory, func 或 global 後面
上面範例中引入的 test2.wasm
(module
    (func
        i32.const 2
        unreachable
    )
    (export "fun" (func 0))
)
輸出結果
Values in the stack:
Type: i32, Value: 2
Values in the stack:
Type: i32, Value: 1
注意事項
1.一個模組最多只能有一個函式表、一個記憶體，所以如果已經引入函式表、記憶體，就不能再引入或宣告函式表或記憶體讓數量超過；如果已經宣告函式表、記憶體，也不能再引入或宣告函式表或記憶體讓數量超過
2.目前的規格中只能引入不可變動的全域變數
輸出 (Exports)
這個部份可以輸出模組中的函式、函式表、記憶體或全域變數，讓其他模組引入
(module
    (func
        i32.const 2
        unreachable
    )
    (export "fun" (func 0))
)
語法上和引入的差別在於 import 換成 ，然後只有輸出名稱的字串，以及物件型別。物件型別的格式和引入一樣
注意事項
只能輸出不可變動的全域變數
執行架構
在模組載入之後，大部分的物件都已經被儲存到儲存空間裡，或是指定初始值用的物件已經功成身退不需要了，所以剩下這些部份:
函式型別 (types)
這部份保留參數和回傳值，作為之後檢查型別用
輸出物件 (Exports)
輸出物件不是儲存在儲存空間，而是儲存在模組，所以這部份完整保留
接下來的位址都是表示這些物件在儲存空間中的位址，因為物件已經載入到儲存空間了，只要留下位址就好
函式位址 (function addresses)
函式表位址 (function addresses)
記憶體位址 (function addresses)
全域變數位址 (function addresses)
函式表
位元格式
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全域變數 (Global Variables)
函式表元素 (Elements)
記憶體資料 (Data)
起始函式 (Start function)
引入 (Imports)
輸出 (Exports)
執行架構