WebAssembly kelių reikšmių funkcijos sąsaja: kelių grąžinamų reikšmių optimizavimas

WebAssembly (Wasm) sukėlė revoliuciją saityno kūrime ir už jo ribų, siūlydamas beveik natyvų našumą programoms, veikiančioms naršyklėje ir kitose aplinkose. Viena iš pagrindinių savybių, didinančių Wasm efektyvumą ir išraiškingumą, yra kelių reikšmių funkcijos sąsaja. Ji leidžia funkcijoms tiesiogiai grąžinti kelias reikšmes, pašalinant aplinkinių sprendimų poreikį ir gerinant bendrą kodo vykdymą. Šiame straipsnyje gilinamasi į WebAssembly kelių reikšmių funkcijos sąsajos detales, nagrinėjami jos privalumai ir pateikiami praktiniai pavyzdžiai, kaip ją galima panaudoti optimizuojant jūsų kodą.

Kas yra WebAssembly kelių reikšmių funkcijos sąsaja?

Tradiciškai, funkcijos daugelyje programavimo kalbų, įskaitant ankstyvąsias JavaScript versijas, galėjo grąžinti tik vieną reikšmę. Šis apribojimas dažnai priversdavo programuotojus griebtis netiesioginių metodų, norint grąžinti kelis duomenų vienetus, pavyzdžiui, naudojant objektus ar masyvus. Šie aplinkiniai sprendimai sukeldavo našumo praradimus dėl atminties paskirstymo ir duomenų manipuliavimo. Kelių reikšmių funkcijos sąsaja, standartizuota WebAssembly, tiesiogiai sprendžia šį apribojimą.

Kelių reikšmių funkcija leidžia WebAssembly funkcijoms vienu metu grąžinti kelias reikšmes. Tai supaprastina kodą, sumažina atminties paskirstymą ir pagerina našumą, leisdama kompiliatoriui ir virtualiai mašinai optimizuoti šių reikšmių tvarkymą. Užuot supakavus reikšmes į vieną objektą ar masyvą, funkcija gali tiesiog deklaruoti kelis grąžinamus tipus savo signatūroje.

Kelių reikšmių grąžinimo privalumai

Našumo optimizavimas

Pagrindinis kelių reikšmių grąžinimo privalumas yra našumas. Apsvarstykite funkciją, kuri turi grąžinti ir rezultatą, ir klaidos kodą. Be kelių reikšmių grąžinimo, tikriausiai sukurtumėte objektą ar masyvą, kad laikytumėte abi reikšmes. Tam reikia skirti atmintį objektui, priskirti reikšmes jo savybėms, o po funkcijos iškvietimo šias reikšmes gauti. Visi šie veiksmai naudoja procesoriaus ciklus. Su kelių reikšmių grąžinimu, kompiliatorius gali tiesiogiai valdyti šias reikšmes registruose arba steke, išvengiant atminties paskirstymo sąnaudų. Tai lemia greitesnį vykdymo laiką ir mažesnį atminties naudojimą, ypač našumui kritinėse kodo dalyse.

Pavyzdys: be kelių reikšmių grąžinimo (iliustracinis JavaScript panašus pavyzdys)

function processData(input) {
  // ... some processing logic ...
  return { result: resultValue, error: errorCode };
}

const outcome = processData(data);
if (outcome.error) {
  // Handle error
}
const result = outcome.result;

Pavyzdys: su kelių reikšmių grąžinimu (iliustracinis WebAssembly panašus pavyzdys)

(func $processData (param $input i32) (result i32 i32)
  ;; ... some processing logic ...
  (return $resultValue $errorCode)
)

(local $result i32)
(local $error i32)
(call $processData $data)
(local.tee $error)
(local.set $result)

(if (local.get $error) (then ;; Handle error))

WebAssembly pavyzdyje funkcija $processData grąžina dvi i32 reikšmes, kurios tiesiogiai priskiriamos vietiniams kintamiesiems $result ir $error. Nėra jokio tarpinio objekto paskirstymo, todėl tai yra žymiai efektyviau.

Pagerintas kodo skaitomumas ir palaikomumas

Kelių reikšmių grąžinimas daro kodą švaresnį ir lengviau suprantamą. Užuot reikėjus išpakuoti reikšmes iš objekto ar masyvo, grąžinamos reikšmės yra aiškiai deklaruojamos funkcijos signatūroje ir gali būti tiesiogiai priskiriamos kintamiesiems. Tai pagerina kodo aiškumą ir sumažina klaidų tikimybę. Programuotojai gali greitai nustatyti, ką funkcija grąžina, nereikės gilintis į įgyvendinimo detales.

Pavyzdys: pagerintas klaidų tvarkymas

Vertės ir klaidos kodo arba sėkmės/nesėkmės žymės grąžinimas yra įprastas modelis. Kelių reikšmių grąžinimas šį modelį daro daug elegantiškesnį. Užuot mėčius išimtis (kurios gali būti brangios) ar pasikliaujant globalia klaidos būsena, funkcija gali grąžinti rezultatą ir klaidos indikatorių kaip atskiras reikšmes. Iškviečiantysis gali nedelsdamas patikrinti klaidos indikatorių ir tvarkyti visas būtinas klaidų sąlygas.

Patobulintas kompiliatoriaus optimizavimas

Kompiliatoriai gali atlikti geresnes optimizacijas dirbdami su kelių reikšmių grąžinimais. Žinodamas, kad funkcija grąžina kelias, nepriklausomas reikšmes, kompiliatorius gali efektyviau paskirstyti registrus ir atlikti kitas optimizacijas, kurios nebūtų įmanomos su viena, sudėtine grąžinama reikšme. Kompiliatorius gali išvengti laikinų objektų ar masyvų kūrimo grąžinamoms reikšmėms saugoti, o tai lemia efektyvesnį kodo generavimą.

Supaprastintas sąveikumas

Kelių reikšmių grąžinimas supaprastina sąveiką tarp WebAssembly ir kitų kalbų. Pavyzdžiui, kviečiant WebAssembly funkciją iš JavaScript, kelių reikšmių grąžinimai gali būti tiesiogiai susieti su JavaScript dekonstrukcijos priskyrimo funkcija. Tai leidžia programuotojams lengvai pasiekti grąžinamas reikšmes, nereikia rašyti sudėtingo kodo joms išpakuoti. Panašiai, kitų kalbų sąsajos gali būti supaprastintos naudojant kelių reikšmių grąžinimą.

Panaudojimo atvejai ir pavyzdžiai

Matematikos ir fizikos simuliacijos

Daugelis matematinių ir fizikos simuliacijų apima funkcijas, kurios natūraliai grąžina kelias reikšmes. Pavyzdžiui, funkcija, kuri apskaičiuoja dviejų linijų susikirtimą, gali grąžinti susikirtimo taško x ir y koordinates. Funkcija, sprendžianti lygčių sistemą, gali grąžinti kelias sprendinių reikšmes. Kelių reikšmių grąžinimas idealiai tinka šiems scenarijams, nes leidžia funkcijai tiesiogiai grąžinti visas sprendinių reikšmes, nereikia kurti tarpinių duomenų struktūrų.

Pavyzdys: tiesinių lygčių sistemos sprendimas

Apsvarstykite supaprastintą pavyzdį, kai sprendžiama dviejų tiesinių lygčių su dviem nežinomaisiais sistema. Galima parašyti funkciją, kuri grąžintų x ir y sprendinius.

(func $solveLinearSystem (param $a i32 $b i32 $c i32 $d i32 $e i32 $f i32) (result i32 i32)
  ;; Sprendžiama sistema:
  ;; a*x + b*y = c
  ;; d*x + e*y = f
  ;; (supaprastintas pavyzdys, be klaidų tvarkymo dalybai iš nulio)
  (local $det i32)
  (local $x i32)
  (local $y i32)

  (local.set $det (i32.sub (i32.mul (local.get $a) (local.get $e)) (i32.mul (local.get $b) (local.get $d))))

  (local.set $x (i32.div_s (i32.sub (i32.mul (local.get $c) (local.get $e)) (i32.mul (local.get $b) (local.get $f))) (local.get $det)))
  (local.set $y (i32.div_s (i32.sub (i32.mul (local.get $a) (local.get $f)) (i32.mul (local.get $c) (local.get $d))) (local.get $det)))

  (return (local.get $x) (local.get $y))
)

Vaizdų ir signalų apdorojimas

Vaizdų ir signalų apdorojimo algoritmai dažnai apima funkcijas, kurios grąžina kelis komponentus ar statistiką. Pavyzdžiui, funkcija, kuri apskaičiuoja vaizdo spalvų histogramą, gali grąžinti raudono, žalio ir mėlyno kanalų dažnių skaičių. Funkcija, atliekanti Furjė analizę, gali grąžinti realias ir menamas transformacijos komponentes. Kelių reikšmių grąžinimas leidžia šioms funkcijoms efektyviai grąžinti visus reikiamus duomenis, nereikia jų pakuoti į vieną objektą ar masyvą.

Žaidimų kūrimas

Žaidimų kūrime funkcijos dažnai turi grąžinti kelias reikšmes, susijusias su žaidimo būsena, fizika ar dirbtiniu intelektu. Pavyzdžiui, funkcija, kuri apskaičiuoja susidūrimo atsaką tarp dviejų objektų, gali grąžinti abiejų objektų naujas pozicijas ir greičius. Funkcija, kuri nustato optimalų DI agento ėjimą, gali grąžinti veiksmą ir pasitikėjimo balą. Kelių reikšmių grąžinimas gali padėti supaprastinti šias operacijas, pagerinti našumą ir kodą.

Pavyzdys: fizikos simuliacija – susidūrimų aptikimas

Susidūrimų aptikimo funkcija gali grąžinti atnaujintą poziciją ir greitį dviem susiduriantiems objektams.

(func $collideObjects (param $x1 f32 $y1 f32 $vx1 f32 $vy1 f32 $x2 f32 $y2 f32 $vx2 f32 $vy2 f32)
  (result f32 f32 f32 f32 f32 f32 f32 f32)
  ;; Supaprastintas susidūrimo skaičiavimas (tik pavyzdys)
  (local $newX1 f32)
  (local $newY1 f32)
  (local $newVX1 f32)
  (local $newVY1 f32)
  (local $newX2 f32)
  (local $newY2 f32)
  (local $newVX2 f32)
  (local $newVY2 f32)

  ;; ... susidūrimo logika čia, atnaujinanti vietinius kintamuosius ...

  (return (local.get $newX1) (local.get $newY1) (local.get $newVX1) (local.get $newVY1)
          (local.get $newX2) (local.get $newY2) (local.get $newVX2) (local.get $newVY2))
)

Duomenų bazių ir duomenų apdorojimas

Duomenų bazių operacijos ir duomenų apdorojimo užduotys dažnai reikalauja, kad funkcijos grąžintų kelis informacijos vienetus. Pavyzdžiui, funkcija, kuri gauna įrašą iš duomenų bazės, gali grąžinti kelių įrašo laukų reikšmes. Funkcija, kuri apibendrina duomenis, gali grąžinti kelias suvestines statistikas, tokias kaip suma, vidurkis ir standartinis nuokrypis. Kelių reikšmių grąžinimas gali supaprastinti šias operacijas ir pagerinti našumą, pašalindamas poreikį kurti laikinas duomenų struktūras rezultatams saugoti.

Įgyvendinimo detalės

WebAssembly tekstinis formatas (WAT)

WebAssembly tekstiniame formate (WAT) kelių reikšmių grąžinimai deklaruojami funkcijos signatūroje naudojant raktinį žodį (result ...), po kurio eina grąžinamų tipų sąrašas. Pavyzdžiui, funkcija, grąžinanti du 32 bitų sveikuosius skaičius, būtų deklaruojama taip:

(func $myFunction (param $input i32) (result i32 i32)
  ;; ... funkcijos kūnas ...
)

Kviečiant funkciją su keliomis grąžinamomis reikšmėmis, iškviečiantysis turi priskirti vietinius kintamuosius rezultatams saugoti. Instrukcija call tada užpildys šiuos vietinius kintamuosius grąžinamomis reikšmėmis ta tvarka, kuria jos deklaruotos funkcijos signatūroje.

JavaScript API

Sąveikaujant su WebAssembly moduliais iš JavaScript, kelių reikšmių grąžinimai automatiškai konvertuojami į JavaScript masyvą. Programuotojai tada gali naudoti masyvo dekonstrukciją, kad lengvai pasiektų atskiras grąžinamas reikšmes.

const wasmModule = await WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('module.wasm'));
const { myFunction } = wasmModule.instance.exports;

const [result1, result2] = myFunction(input);

console.log(result1, result2);

Kompiliatorių palaikymas

Dauguma šiuolaikinių kompiliatorių, skirtų WebAssembly, tokių kaip Emscripten, Rust ir AssemblyScript, palaiko kelių reikšmių grąžinimą. Šie kompiliatoriai automatiškai generuoja reikiamą WebAssembly kodą kelių reikšmių grąžinimams tvarkyti, leisdami programuotojams pasinaudoti šia funkcija, nereikia rašyti žemo lygio WebAssembly kodo tiesiogiai.

Geriausios praktikos naudojant kelių reikšmių grąžinimą

• Naudokite kelių reikšmių grąžinimą, kai tai tinkama: Nesistenkite visko paversti kelių reikšmių grąžinimu, bet apsvarstykite šią galimybę, kai funkcija natūraliai sukuria kelias nepriklausomas reikšmes.
• Aiškiai apibrėžkite grąžinamus tipus: Visada aiškiai deklaruokite grąžinamus tipus funkcijos signatūroje, kad pagerintumėte kodo skaitomumą ir palaikomumą.
• Apsvarstykite klaidų tvarkymą: Naudokite kelių reikšmių grąžinimą, kad efektyviai grąžintumėte ir rezultatą, ir klaidos kodą ar būsenos indikatorių.
• Optimizuokite našumą: Naudokite kelių reikšmių grąžinimą našumui kritinėse kodo dalyse, kad sumažintumėte atminties paskirstymą ir pagerintumėte vykdymo greitį.
• Dokumentuokite savo kodą: Aiškiai dokumentuokite kiekvienos grąžinamos reikšmės prasmę, kad kitiems programuotojams būtų lengviau suprasti ir naudoti jūsų kodą.

Apribojimai ir svarstymai

Nors kelių reikšmių grąžinimas siūlo didelių privalumų, yra keletas apribojimų ir svarstymų, kuriuos reikia turėti omenyje:

• Derinimas: Derinimas gali būti sudėtingesnis. Įrankiai turi tinkamai rodyti ir tvarkyti kelias grąžinamas reikšmes.
• Versijų suderinamumas: Užtikrinkite, kad jūsų naudojama WebAssembly vykdymo aplinka ir įrankiai visiškai palaiko kelių reikšmių funkciją. Senesnės vykdymo aplinkos gali jos nepalaikyti, o tai sukels suderinamumo problemų.

WebAssembly ir kelių reikšmių grąžinimo ateitis

Kelių reikšmių funkcijos sąsaja yra esminis žingsnis WebAssembly evoliucijoje. Kadangi WebAssembly toliau bręsta ir plačiau pritaikomas, galime tikėtis tolesnių patobulinimų ir optimizacijų tvarkant kelių reikšmių grąžinimus. Ateities plėtra gali apimti sudėtingesnes kompiliatoriaus optimizacijas, geresnius derinimo įrankius ir patobulintą integraciją su kitomis programavimo kalbomis.

WebAssembly ir toliau plečia ribas. Ekosistemai bręstant, programuotojai gauna prieigą prie daugiau įrankių, geresnio kompiliatoriaus optimizavimo ir gilesnės integracijos su kitomis ekosistemomis (pvz., Node.js ir serverless platformomis). Tai reiškia, kad matysime dar platesnį kelių reikšmių grąžinimo ir kitų pažangių WebAssembly funkcijų pritaikymą.

Išvada

WebAssembly kelių reikšmių funkcijos sąsaja yra galinga funkcija, leidžianti programuotojams rašyti efektyvesnį, skaitomesnį ir lengviau palaikomą kodą. Leisdama funkcijoms tiesiogiai grąžinti kelias reikšmes, ji pašalina aplinkinių sprendimų poreikį ir gerina bendrą našumą. Nesvarbu, ar kuriate saityno programas, žaidimus, simuliacijas ar bet kokio kito tipo programinę įrangą, apsvarstykite galimybę naudoti kelių reikšmių grąžinimą, kad optimizuotumėte savo kodą ir išnaudotumėte visas WebAssembly galimybes. Teisingas pritaikymas dramatiškai pagerins jūsų programų efektyvumą ir išraiškingumą, o tai savo ruožtu bus naudinga galutiniams vartotojams visame pasaulyje, suteikiant greitesnę ir jautresnę patirtį.