wasm-emscripten

使用 Emscripten 编译 WebAssembly

用途

指导 Agent 使用 Emscripten 将 C/C++ 编译为 WebAssembly：选择 emcc 标志、导出函数、配置内存模型、使用 Asyncify 处理异步 C 代码、调试 WASM 二进制文件，以及选择 WASI 或浏览器目标。

触发条件

• “如何使用 Emscripten 将 C 编译为 WebAssembly？”
• “如何将 C 函数导出到 JavaScript？”
• “Emscripten 中的 WebAssembly 内存如何工作？”
• “如何调试 .wasm 文件？”
• “如何使用 Asyncify 让同步 C 代码支持异步？”
• “WASI 与 Emscripten 浏览器目标有什么区别？”

工作流

1. 设置和首次构建

# Install Emscripten SDK
git clone https://github.com/emscripten-core/emsdk.git
cd emsdk
./emsdk install latest
./emsdk activate latest
source ./emsdk_env.sh    # add emcc to PATH

# Verify
emcc --version

# Compile C to WASM (browser target)
emcc hello.c -o hello.html          # generates hello.html + hello.js + hello.wasm
emcc hello.c -o hello.js            # just JS + WASM (no HTML shell)

# Serve locally (WASM requires HTTP, not file://)
python3 -m http.server 8080
# Open: http://localhost:8080/hello.html

2. 将函数导出到 JavaScript

// math.c
#include <emscripten.h>

// EMSCRIPTEN_KEEPALIVE prevents dead-code elimination
EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
double sqrt_approx(double x) {
    return x * 0.5 + 1.0;
}

# Export specific functions
emcc math.c -o math.js \
  -s EXPORTED_FUNCTIONS='["_add","_sqrt_approx"]' \
  -s EXPORTED_RUNTIME_METHODS='["ccall","cwrap"]' \
  -s MODULARIZE=1 \
  -s EXPORT_NAME=MathModule

# The leading underscore is required for C functions

// Using exported functions in JS
const Module = await MathModule();

// Direct call
const result = Module._add(3, 4);

// Via ccall (type-safe)
const result2 = Module.ccall('add', 'number', ['number', 'number'], [3, 4]);

// Via cwrap (creates a callable JS function)
const add = Module.cwrap('add', 'number', ['number', 'number']);
console.log(add(3, 4));  // 7

3. 内存模型

Emscripten 提供线性内存堆，C 和 JS 均可访问：

# Configure initial and maximum heap
emcc prog.c -o prog.js \
  -s INITIAL_MEMORY=16MB \
  -s MAXIMUM_MEMORY=256MB \
  -s ALLOW_MEMORY_GROWTH=1    # allow dynamic growth

# Stack size (default 64KB)
emcc prog.c -o prog.js -s STACK_SIZE=1MB

# Shared memory (for SharedArrayBuffer / threads)
emcc prog.c -o prog.js -s SHARED_MEMORY=1 -s USE_PTHREADS=1

// Accessing C memory from JS
const ptr = Module._malloc(1024);     // allocate
Module.HEAPU8.set([1, 2, 3], ptr);   // write bytes
Module._free(ptr);                     // free

// Read a C string
const strPtr = Module.ccall('get_message', 'number', [], []);
const str = Module.UTF8ToString(strPtr);

// Write a string to C
const jsStr = "hello";
const cStr = Module.stringToNewUTF8(jsStr);  // malloc + copy
Module._process_string(cStr);
Module._free(cStr);

4. Asyncify——在异步环境中运行同步 C 代码

Asyncify 允许同步 C 代码在进行异步操作（如 fetch()、睡眠等）时暂停和恢复：

// async.c
#include <emscripten.h>

// Synchronous sleep in C (blocks C, but yields to JS event loop)
EM_JS(void, do_fetch, (const char *url), {
    // Emscripten generates wrappers to suspend C while JS runs
    Asyncify.handleAsync(async () => {
        const resp = await fetch(UTF8ToString(url));
        const text = await resp.text();
        console.log(text);
    });
});

void process_url(const char *url) {
    do_fetch(url);     // looks synchronous in C
    printf("fetch complete\n");
}

# Enable Asyncify
emcc async.c -o async.js \
  -s ASYNCIFY \
  -s ASYNCIFY_STACK_SIZE=16384 \
  -O2   # Asyncify works better with optimization

5. 优化和 wasm-opt

# Optimization levels
emcc prog.c -O0 -o prog.js    # no optimization (fastest build)
emcc prog.c -O2 -o prog.js    # balanced
emcc prog.c -O3 -o prog.js    # aggressive
emcc prog.c -Os -o prog.js    # optimize for size
emcc prog.c -Oz -o prog.js    # aggressive size (Emscripten's smallest)

# Post-process with wasm-opt (Binaryen)
wasm-opt -Oz -o prog.opt.wasm prog.wasm    # optimize for size
wasm-opt -O4 -o prog.opt.wasm prog.wasm    # optimize for speed

# Compare sizes
ls -lh prog.wasm prog.opt.wasm

6. 调试 WASM

# Build with debug info
emcc prog.c -g -O0 -o prog.html \
  -s ASSERTIONS=1 \
  -s SAFE_HEAP=1      # catch misaligned accesses

# In Chrome DevTools:
# Sources → prog.wasm → line-by-line C source debugging
# (requires -g and browser with WASM debugging support)

# LLDB with WASM (wasmtime)
# See skills/runtimes/wasm-wasmtime for CLI WASM debugging

# Emscripten debug helpers
emcc prog.c -o prog.js \
  -s ASSERTIONS=2       # extensive runtime checks
  -s SAFE_HEAP=1        # sanitize heap accesses
  -s STACK_OVERFLOW_CHECK=1

# Print generated JS
emcc prog.c -o prog.js && cat prog.js | head -100

7. WASI 与浏览器目标

特性	浏览器（Emscripten）	WASI
宿主 API	Web API（fetch、WebGL 等）	POSIX 子集（文件、stdin/stdout）
运行时	浏览器 JS 引擎	wasmtime、wasmer、WAMR、Node.js
线程	SharedArrayBuffer + pthreads	wasi-threads（有限支持）
网络	fetch()、WebSocket	wasi-http（preview2）
使用场景	Web 应用	服务端、CLI 工具、边缘计算

# Build for WASI (no browser JS, pure WASM)
emcc prog.c -o prog.wasm --target=wasi

# Or use wasi-sdk (better WASI support than Emscripten)
/opt/wasi-sdk/bin/clang --sysroot=/opt/wasi-sdk/share/wasi-sysroot \
  prog.c -o prog.wasm
wasmtime prog.wasm

有关 Emscripten 链接器标志参考，请参阅 references/emscripten-linker-flags.md。

相关技能

• 服务端 WASM（使用 wasmtime CLI 和 Rust 嵌入）请使用 skills/runtimes/wasm-wasmtime
• 基于 Clang 并使用 WASI SDK 编译 WASM，请使用 skills/compilers/clang
• 检查 WASM 二进制结构，请使用 skills/binaries/elf-inspection