WebAssembly mitme väärtuse tagastamise optimeerimine: funktsiooni liidese täiustamine

WebAssembly (Wasm) on kiiresti muutunud oluliseks tehnoloogiaks tänapäeva veebis ja mujalgi. Selle võime koodi tõhusalt erinevatel platvormidel täita on avanud uusi võimalusi arendajatele kogu maailmas. Üks Wasm'i arengu võtmeaspekt on funktsiooni liideste optimeerimine ja selle valdkonna oluline edasiminek on mitme väärtuse tagastamise funktsioon. See blogipostitus süveneb sellesse funktsiooni, uurides selle mõju ja eeliseid arendajatele kogu maailmas, keskendudes tõhusamate ja jõudluslikumate rakenduste loomisele.

WebAssembly ja selle rolli mõistmine

WebAssembly on binaarne instruktsiooniformaat, mis on loodud virnapõhise virtuaalmasina jaoks. See on mõeldud kompileerimise kaasaskantavaks sihtmärgiks, võimaldades juurutamist veebis ja muudes keskkondades. Wasm'i eesmärk on pakkuda kiiret, tõhusat ja turvalist täitmiskeskkonda, mis töötab peaaegu natiivse kiirusega. See muudab selle ideaalseks paljude rakenduste jaoks, alates interaktiivsetest veebirakendustest kuni serveripoolsete programmide ja isegi sisseehitatud süsteemideni. Selle laialdane kasutuselevõtt tõstab esile selle kohanemisvõime ja tõhususe.

Wasm'i põhilised projekteerimispõhimõtted hõlmavad järgmist:

• Kaasaskantavus: Töötab erinevatel platvormidel ja brauserites.
• Tõhusus: Pakub natiivsele koodile lähedast jõudlust.
• Turvalisus: Turvaline ja turvaline täitmiskeskkond.
• Avatud standardid: Säilitab kogukond, millel on pidev areng.

Funktsiooni liideste tähtsus Wasm'is

Funktsiooni liidesed on väravad, mis võimaldavad programmi erinevatel osadel suhelda. Need määratlevad, kuidas andmed sisestatakse funktsioonidesse ja neist välja, mis on programmi tõhususe ja disaini seisukohalt kriitiline. Wasm'i kontekstis on funktsiooni liides kriitiline oma otsese mõju tõttu üldisele jõudlusele. Nende liideste optimeerimine on peamine eesmärk jõudluse parandamisel, võimaldades tõhusamat andmevoogu ja lõppkokkuvõttes tundlikumat rakendust.

Mõelge traditsioonilistele piirangutele: enne mitme väärtuse tagastamist tagastasid Wasm'i funktsioonid tavaliselt ühe väärtuse. Kui funktsioon pidi tagastama mitu väärtust, olid programmeerijad sunnitud kasutama möödalaskmisi, näiteks:

• Struktuuri või objekti tagastamine: See hõlmab liitandmestruktuuri loomist mitme tagastusväärtuse hoidmiseks, mis nõuab eraldamise, kopeerimise ja vabastamise toiminguid, lisades üldkulusid.
• Väljaväljundparameetrite kasutamine: Edastades muudetavaid osuteid funktsioonidele, et muuta parameetritena edastatud andmeid. See võib keerulisemaks muuta funktsiooni allkirja ja põhjustada võimalikke mäluhaldusprobleeme.

Mitme väärtuse tagastamine: mängu muutja

Mitme väärtuse tagastamise funktsioon Wasm'is muudab funktsiooni liidesed revolutsiooniliseks. See võimaldab Wasm'i funktsioonil tagastada mitu väärtust otse, ilma möödalaskmiste poole pöördumata. See parandab oluliselt Wasm'i moodulite tõhusust ja jõudlust, eriti siis, kui arvutuse osana tuleb tagastada mitu väärtust. See peegeldab natiivse koodi käitumist, kus mitu väärtust tagastatakse tõhusalt registrite kaudu.

Kuidas see töötab: Mitme väärtuse tagastamisega saab Wasm'i käituskeskkond otse tagastada mitu väärtust, kasutades sageli registreid või tõhusamat virnapõhist mehhanismi. See väldib liitandmestruktuuride loomise ja haldamisega või muudetavate osutite kasutamisega seotud üldkulusid.

Eelised:

• Parem jõudlus: Vähendatud mälueraldamise ja vabastamise toimingud, mis viivad kiirema täitmiseni.
• Lihtsustatud kood: Puhastatud funktsiooni allkirjad ja vähendatud keerukus.
• Parem koostalitlusvõime: Lihtsustab integreerimist hostikeskkondadega, kuna mitut väärtust saab tagasi anda ilma keerukate marssalduse toimingute vajaduseta.
• Optimeeritud kompileerija tugi: Kompileerijad nagu Emscripten ja teised saavad tõhusamalt genereerida optimeeritud koodi mitme väärtuse tagastamise stsenaariumide jaoks.

Süvitsi: tehnilised aspektid ja rakendamine

Rakendamine Wasm'i tasemel: Wasm'i binaarne vorming ja virtuaalmasina disain sisaldavad konkreetseid funktsioone mitme väärtuse tagastamise toetamiseks. Mooduli tüübisektsiooni funktsiooni tüübi allkirjade struktuur võimaldab määratleda mitu tagastustüüpi. See võimaldab Wasm'i interpretaatoril või kompileerijal tagastusväärtusi tõhusalt hallata otse, ilma varasemate kirjeldatud möödalaskmiste vajaduseta.

Kompileerija tugi: Kompileerijad nagu Emscripten (C/C++ kompileerimiseks Wasm'iks), Rust (selle Wasm'i sihtmärgi kaudu) ja AssemblyScript (TypeScript-sarnane keel, mis kompileeritakse Wasm'iks) on integreerinud mitme väärtuse tagastamise toe. Need kompileerijad tõlgivad keelekonstruktsioonid automaatselt optimeeritud Wasm'i juhisteks.

Näide: C/C++ koos Emscripteniga

Mõelge C/C++ funktsioonile kahe arvu summa ja vahe arvutamiseks:

            
#include <stdio.h>

//Function returning multiple values as a struct (before multi-value return)
struct SumDiff {
  int sum;
  int diff;
};

struct SumDiff calculate(int a, int b) {
  struct SumDiff result;
  result.sum = a + b;
  result.diff = a - b;
  return result;
}

//Function returning multiple values (with multi-value return, using Emscripten)
void calculateMV(int a, int b, int* sum, int* diff) {
  *sum = a + b;
  *diff = a - b;
}

// or, directly return from the multi-value function

// Example using multiple return from a function
int add(int a, int b) {
  return a + b;
}

int subtract(int a, int b) {
  return a - b;
}

int main() {
  int a = 10, b = 5;
  int sum = 0, diff = 0;
  calculateMV(a, b, &sum, &diff);
  printf("Sum: %d, Difference: %d\n", sum, diff);

  int result_add = add(a,b);
  int result_sub = subtract(a,b);

  printf("add result: %d, subtract result: %d\n", result_add, result_sub);
  return 0;
}

            

              
                Copy
              
            
          

Kui see on Emscripteniga kompileeritud (kasutades sobivaid lippe mitme väärtuse tagastamise toe lubamiseks), optimeerib kompileerija koodi mitme väärtuse tagastamise mehhanismi kasutamiseks, mille tulemuseks on tõhusam Wasm'i kood.

Praktilised näited ja globaalne rakendus

Mitme väärtuse tagastamine on eriti kasulik stsenaariumides, kus on vaja tagastada mitu seotud väärtust. Mõelge nendele näidetele:

• Pilditöötlus: Funktsioonid, mis tagastavad nii töödeldud pildiandmed kui ka metaandmed (nt pildi laius, kõrgus ja formaat). See on eriti väärtuslik väga tõhusate veebipõhiste pilditöötlusvahendite loomisel.
• Mänguarendus: Füüsikamootoreid hõlmavad arvutused, nagu näiteks mänguobjekti uus positsioon ja kiirus pärast kokkupõrget. See optimeerimine on võtmetähtsusega sujuva ja reageeriva mängimise jaoks platvormidel kogu maailmas.
• Teadusarvutus: Numbrilised algoritmid, mis tagastavad mitu tulemust, näiteks maatriksi faktoriseerimise tulemus või statistilise analüüsi väljund. See parandab jõudlust rakendustes, mida kasutavad teadlased kogu maailmas.
• Parsimine: Teegid, mis parsivad andmevorminguid, vajades sageli parseeritud väärtuse tagastamist koos parseerimise edukuse või ebaõnnestumise näidustusega. See mõjutab arendajaid kõigil kontinentidel.
• Finantsmudel: Samaaegselt nüüdisväärtuse, tulevase väärtuse ja sisemise tulumäära arvutamine finantsmudelites, mida kasutavad spetsialistid finantskeskustes nagu London, New York ja Tokyo.

Näide: pilditöötlus Rusti ja Wasm'iga

Oletame, et Rusti funktsioon peab teostama lihtsa pildifiltri ja tagastama uued pildiandmed ja selle mõõtmed. Mitme väärtuse tagastamisega saab seda tõhusalt käsitseda:

            
// Rust code using the image crate and multi-value return.
// The image crate is a popular choice among rust developers.
use image::{GenericImageView, DynamicImage};

// Define a struct (optional) to return the data
struct ImageResult {
    data: Vec<u8>,
    width: u32,
    height: u32,
}

#[no_mangle]
pub extern "C" fn apply_grayscale(image_data: *const u8, width: u32, height: u32) -> (*mut u8, u32, u32) {
    // Convert raw image data
    let image = image::load_from_memory_with_format(unsafe { std::slice::from_raw_parts(image_data, (width * height * 4) as usize)}, image::ImageFormat::Png).unwrap();

    // Apply grayscale
    let gray_image = image.to_luma8();

    // Get image data as bytes
    let mut data = gray_image.into_raw();

    // Return data as a raw pointer
    let ptr = data.as_mut_ptr();

    (ptr, width, height)
}

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites võtab funktsioon `apply_grayscale` pildiandmed ja mõõtmed sisendina. Seejärel töötleb see pilti, teisendab selle halltoonidesse ja tagastab otse töödeldud andmed, laiuse ja kõrguse, vältides seega eraldi eraldamiste või struktuuride vajadust. See parem jõudlus on märkimisväärne kliendipoolses (brauserid) ja serveripoolses (kui seda kasutatakse veebiserverite jaoks, mis pakuvad pildisisu).

Jõudluse võrdlus ja tegelik mõju

Mitme väärtuse tagastamise eeliseid on kõige parem kvantifitseerida võrdlusnäitajatega. Jõudluse paranemine sõltub rakendusest, kuid testid näitavad tavaliselt järgmisi suundumusi:

• Vähendatud mälueraldamised: Vähem kõnesid `malloc` või sarnastele mälueraldajatele.
• Kiirem täitmisaeg: Olulised kiiruse suurendamised funktsioonides, kus tagastatakse mitu väärtust.
• Parem reageerimisvõime: Kasutajaliidesed, mis saavad kasu kiirematest arvutustest, tunduvad sujuvamad.

Võrdlusnäitajate tehnikad:

• Standardsed võrdlusnäitajate tööriistad: Kasutage tööriistu nagu `wasm-bench` või kohandatud võrdlusnäitajate komplekte täitmisaja mõõtmiseks.
• Implementatsioonide võrdlemine: Võrrelge mitme väärtuse tagastamist kasutava koodi jõudlust koodiga, mis tugineb struktuuride tagastamisele või väljundparameetrite kasutamisele.
• Tegeliku maailma stsenaariumid: Testige rakendust realistlikes kasutusstsenaariumides, et saada optimeerimise täielik mõju.

Tegeliku maailma näited: Ettevõtted nagu Google, Mozilla ja teised on näinud oma veebirakendustes märkimisväärset paranemist, kasutades Wasm'is mitme väärtuse tagastamist. Need jõudluse suurenemised toovad kaasa parema kasutajakogemuse, eriti kasutajate jaoks piirkondades, kus on aeglasemad internetiühendused.

Väljakutsed ja tulevased suundumused

Kuigi mitme väärtuse tagastamine pakub olulisi täiendusi, on veel valdkondi, mis vajavad täiustamist ja tulevast arendust:

• Kompileerija tugi: Kompileerija optimeerimise ja koodi genereerimise parandamine mitme väärtuse tagastamiseks kõigis keeltes, mis kompileeritakse Wasm'iks.
• Silumistööriistad: Silumistööriistade täiustamine mitme väärtuse tagastamiskoodi paremaks toetamiseks. See hõlmab silumise väljundit ja võimalust tagastatud väärtusi hõlpsalt kontrollida.
• Standardimine ja kasutuselevõtt: Käimasolev töö mitme väärtuse tagastamise standardimiseks ja täielikuks rakendamiseks erinevates Wasm'i käituskeskkondades ja brauserites, et tagada ühilduvus kõigis keskkondades kogu maailmas.

Tulevased suundumused:

• Integratsioon teiste Wasm'i funktsioonidega: Mitme väärtuse tagastamise integreerimine teiste Wasm'i jõudlust suurendavate funktsioonidega, nagu SIMD-i juhised, võib pakkuda veelgi suuremat tõhusust.
• WebAssembly System Interface (WASI): Täielik tugi mitme väärtuse tagastamisele WASI ökosüsteemis serveripoolsete rakenduste hõlbustamiseks.
• Tööriistade edusammud: Paremate tööriistade, näiteks keerukamate silurite ja profilerite, arendamine, et aidata arendajatel tõhusalt kasutada ja tõrkeotsingut teha mitme väärtuse tagastamiskoodiga.

Järeldus: Funktsiooni liideste täiustamine globaalsele publikule

WebAssembly mitme väärtuse tagastamise funktsioon on kriitiline samm veebirakenduste jõudluse ja tõhususe suurendamisel. Võimaldades funktsioonidel otse tagastada mitu väärtust, saavad arendajad kirjutada puhtamat, optimeeritumat koodi, mis töötab kiiremini. Eelised hõlmavad vähendatud mälueraldamist, paremat täitmiskiirust ja lihtsustatud koodi. See on eriti kasulik globaalsele publikule, kuna see parandab veebirakenduse reageerimisvõimet ja jõudlust seadmetes ja võrkudes kogu maailmas.

Kompileerija toe, standardimise ja integratsiooni käimasolevate edusammudega teiste Wasm'i funktsioonidega mängib mitme väärtuse tagastamine Wasm'i arengus keskset rolli. Arendajad peaksid seda funktsiooni omaks võtma, kuna see pakub teed kiiremate ja tõhusamate rakenduste loomiseks, mis pakuvad paremat kasutuskogemust globaalsele publikule.

Mitme väärtuse tagastamist mõistes ja kasutusele võttes saavad arendajad avada oma WebAssembly rakenduste uusi jõudlustasemeid, mis toob kaasa parema kasutuskogemuse kogu maailmas.

Seda tehnoloogiat võetakse kasutusele kogu maailmas, näiteks:

• Põhja-Ameerikas, kus sellised ettevõtted nagu Google ja Microsoft on palju investeerinud.
• Euroopas, kus Euroopa Liit toetab Wasm'i kasutavaid algatusi.
• Aasias, kus veebi- ja mobiilirakendustes on kiire kasutuselevõtt Hiinas, Indias ja Jaapanis.
• Lõuna-Ameerikas, kus üha rohkem arendajaid võtab kasutusele Wasm'i.
• Aafrikas, kus Wasm teeb sissepääsu mobiilipõhisesse arendusse.
• Okeaanias, kus Austraalia ja Uus-Meremaa osalevad aktiivselt Wasm'i kogukonnas.

See globaalne kasutuselevõtt näitab WebAssembly olulisust, eriti selle võimet pakkuda suurt jõudlust mitmekesistel seadmetel ja võrkudes.