WebAssembly Multi-Value: našumo ir lankstumo galimybės

WebAssembly (Wasm) sukėlė revoliuciją interneto svetainių kūrime, suteikdama nešiojamą, efektyvią ir saugią kodo vykdymo aplinką. Viena iš pagrindinių jos savybių, turinčių didelę įtaką našumui ir kodo struktūrai, yra multi-value, kuri leidžia funkcijoms tiesiogiai grąžinti kelias reikšmes. Šiame tinklaraščio įraše gilinamasi į multi-value koncepciją WebAssembly, nagrinėjami jos privalumai, įgyvendinimo detalės ir poveikis bendram našumui. Išnagrinėsime, kaip ji skiriasi nuo tradicinių vienos grąžinamos reikšmės metodų ir kaip ji atveria naujas galimybes efektyviam kodo generavimui bei sąveikai su kitomis kalbomis.

Kas yra WebAssembly Multi-Value?

Daugelyje programavimo kalbų funkcijos gali grąžinti tik vieną reikšmę. Norėdami grąžinti kelias informacijos dalis, programuotojai dažnai griebiasi sprendimų, tokių kaip struktūros, tuple (korto) grąžinimas arba argumentų, perduotų pagal nuorodą, modifikavimas. WebAssembly multi-value keičia šią paradigmą, leisdama funkcijoms deklaruoti ir tiesiogiai grąžinti kelias reikšmes. Tai pašalina tarpinių duomenų struktūrų poreikį ir supaprastina duomenų apdorojimą, prisidedant prie efektyvesnio kodo. Įsivaizduokite tai kaip funkciją, galinčią natūraliai Jums pateikti kelis skirtingus rezultatus iš karto, užuot privertus juos išpakuoti iš vieno konteinerio.

Pavyzdžiui, apsvarstykite funkciją, kuri apskaičiuoja dalijimo operacijos dalmenį ir liekaną. Be multi-value, Jūs galėtumėte grąžinti vieną struktūrą, kurioje būtų abu rezultatai. Su multi-value, funkcija gali tiesiogiai grąžinti dalmenį ir liekaną kaip dvi atskiras reikšmes.

Multi-Value privalumai

Geresnis našumas

Multi-value funkcijos gali žymiai pagerinti našumą WebAssembly dėl kelių veiksnių:

• Sumažintas atminties paskirstymas: Grąžinant kelias reikšmes naudojant struktūras ar tuple, reikia paskirstyti atmintį bendriems duomenims laikyti. Multi-value pašalina šias pridėtines išlaidas, sumažindama atminties apkrovą ir pagerindama vykdymo greitį. Sutaupoma ypač dažnai kviečiamose funkcijose.
• Supaprastintas duomenų apdorojimas: Duomenų struktūrų perdavimas ir išpakavimas gali įvesti papildomų instrukcijų ir sudėtingumo. Multi-value supaprastina duomenų srautą, leisdama kompiliatoriui efektyviau optimizuoti kodą.
• Geresnis kodo generavimas: Kompiliatoriai gali generuoti efektyvesnį WebAssembly kodą, kai dirba su multi-value funkcijomis. Jie gali tiesiogiai susieti grąžintas reikšmes su registrais, sumažindami poreikį kreiptis į atmintį.

Apskritai, vengiant laikinų duomenų struktūrų kūrimo ir manipuliavimo, multi-value funkcijos prisideda prie liesesnės ir greitesnės vykdymo aplinkos.

Pagerintas kodo aiškumas

Multi-value funkcijos gali palengvinti kodo skaitymą ir supratimą. Tiesiogiai grąžinant kelias reikšmes, funkcijos tikslas tampa aiškesnis. Tai lemia lengviau prižiūrimą ir mažiau klaidų turintį kodą.

• Pagerintas skaitomumas: Kodas, kuris tiesiogiai išreiškia numatytą rezultatą, paprastai yra lengviau skaitomas ir suprantamas. Multi-value pašalina poreikį aiškintis, kaip kelios reikšmės yra supakuotos ir išpakuotos iš vienos grąžinamos reikšmės.
• Sumažintas standartinio kodo kiekis: Kodas, reikalingas laikinoms duomenų struktūroms kurti, pasiekti ir valdyti, gali būti nemažas. Multi-value sumažina šį standartinio kodo kiekį, todėl kodas tampa glaustesnis.
• Supaprastintas derinimas: Derinant kodą, kuris naudoja multi-value funkcijas, reikšmės yra lengvai prieinamos, nereikia naršyti po sudėtingas duomenų struktūras.

Pagerintas sąveikumas

Multi-value funkcijos gali pagerinti WebAssembly ir kitų kalbų sąveikumą. Daugelis kalbų, tokių kaip Rust, turi įgimtą palaikymą kelių reikšmių grąžinimui. Naudojant multi-value WebAssembly, tampa lengviau sąveikauti su šiomis kalbomis, neįvedant nereikalingų konvertavimo žingsnių.

• Sklandi integracija: Kalbos, kurios natūraliai palaiko kelių reikšmių grąžinimą, gali tiesiogiai susieti su WebAssembly multi-value funkcija, sukurdamos sklandesnę integracijos patirtį.
• Sumažintos duomenų konvertavimo sąnaudos: Kertant kalbų ribas, duomenis reikia konvertuoti (maršaluoti) tarp skirtingų duomenų vaizdavimų. Multi-value sumažina reikalingo konvertavimo kiekį, pagerindama našumą ir supaprastindama integracijos procesą.
• Švaresnės API: Multi-value leidžia kurti švaresnes ir išraiškingesnes API sąveikaujant su kitomis kalbomis. Funkcijų parašai gali tiesiogiai atspindėti grąžinamas kelias reikšmes.

Kaip Multi-Value veikia WebAssembly

WebAssembly tipų sistema yra sukurta palaikyti multi-value funkcijas. Funkcijos parašas nurodo jos parametrų tipus ir grąžinamų reikšmių tipus. Su multi-value, parašo grąžinamos reikšmės dalis gali apimti kelis tipus.

Pavyzdžiui, funkcija, kuri grąžina sveikąjį ir slankiojo kablelio skaičių, turėtų tokį parašą (supaprastintu vaizdavimu):

(param i32) (result i32 f32)

Tai rodo, kad funkcija priima vieną 32 bitų sveikąjį skaičių kaip įvestį ir grąžina 32 bitų sveikąjį skaičių bei 32 bitų slankiojo kablelio skaičių kaip išvestį.

WebAssembly instrukcijų rinkinys suteikia instrukcijas darbui su multi-value funkcijomis. Pavyzdžiui, instrukcija return gali būti naudojama grąžinti kelias reikšmes, o instrukcijos local.get ir local.set gali būti naudojamos pasiekti ir modifikuoti vietinius kintamuosius, kurie laiko kelias reikšmes.

Multi-Value naudojimo pavyzdžiai

1 pavyzdys: dalijimas su liekana

Kaip minėta anksčiau, funkcija, kuri apskaičiuoja dalijimo operacijos dalmenį ir liekaną, yra klasikinis pavyzdys, kur multi-value gali būti naudinga. Be multi-value, Jums gali tekti grąžinti struktūrą ar tuple. Su multi-value, galite tiesiogiai grąžinti dalmenį ir liekaną kaip dvi atskiras reikšmes.

Štai supaprastinta iliustracija (tai nėra tikras Wasm kodas, bet perteikia idėją): function divide(numerator: i32, denominator: i32) -> (quotient: i32, remainder: i32) { quotient = numerator / denominator; remainder = numerator % denominator; return quotient, remainder; }

2 pavyzdys: klaidų apdorojimas

Multi-value taip pat galima naudoti efektyvesniam klaidų apdorojimui. Užuot išmetus išimtį ar grąžinus specialų klaidos kodą, funkcija gali grąžinti sėkmės vėliavėlę kartu su faktiniu rezultatu. Tai leidžia kviečiančiajai pusei lengvai patikrinti klaidas ir tinkamai jas apdoroti.

Supaprastinta iliustracija: function readFile(filename: string) -> (success: bool, content: string) { try { content = read_file_from_disk(filename); return true, content; } catch (error) { return false, ""; // Arba numatytoji reikšmė } }

Šiame pavyzdyje, funkcija readFile grąžina loginę reikšmę, nurodančią, ar failas buvo sėkmingai perskaitytas, kartu su failo turiniu. Kviečiančioji pusė gali patikrinti loginę reikšmę, kad nustatytų, ar operacija buvo sėkminga.

3 pavyzdys: kompleksinių skaičių operacijos

Operacijos su kompleksiniais skaičiais dažnai apima ir realiosios, ir menamosios dalies grąžinimą. Multi-value leidžia jas grąžinti tiesiogiai.

Supaprastinta iliustracija: function complexMultiply(a_real: f64, a_imag: f64, b_real: f64, b_imag: f64) -> (real: f64, imag: f64) { real = a_real * b_real - a_imag * b_imag; imag = a_real * b_imag + a_imag * b_real; return real, imag; }

Kompiliatorių palaikymas Multi-Value funkcijai

Norint pasinaudoti multi-value WebAssembly aplinkoje, jums reikia kompiliatoriaus, kuris tai palaiko. Laimei, daugelis populiarių kompiliatorių, tokių kaip Rust, C++ ir AssemblyScript, pridėjo palaikymą multi-value. Tai reiškia, kad galite rašyti kodą šiomis kalbomis ir kompiliuoti jį į WebAssembly su multi-value funkcijomis.

Rust

Rust puikiai palaiko multi-value per savo natūralų tuple grąžinimo tipą. Rust funkcijos gali lengvai grąžinti tuple, kurie vėliau gali būti sukompiliuoti į WebAssembly multi-value funkcijas. Tai palengvina efektyvaus ir išraiškingo kodo, kuris naudoja multi-value, rašymą.

Pavyzdys:

fn divide(numerator: i32, denominator: i32) -> (i32, i32) { (numerator / denominator, numerator % denominator) }

C++

C++ gali palaikyti multi-value naudojant struktūras arba tuple. Tačiau, norint tiesiogiai pasinaudoti WebAssembly multi-value funkcija, kompiliatorius reikia sukonfigūruoti taip, kad jie generuotų atitinkamas WebAssembly instrukcijas. Modernūs C++ kompiliatoriai, ypač skirti WebAssembly, vis dažniau sugeba optimizuoti tuple grąžinimus į tikrus multi-value grąžinimus sukompiliuotame Wasm.

AssemblyScript

AssemblyScript, TypeScript panaši kalba, kuri tiesiogiai kompiliuojama į WebAssembly, taip pat palaiko multi-value funkcijas. Dėl to tai yra geras pasirinkimas rašant WebAssembly kodą, kuris turi būti ir efektyvus, ir lengvai skaitomas.

Našumo aspektai

Nors multi-value gali suteikti didelį našumo pagerėjimą, svarbu žinoti apie galimus našumo spąstus. Kai kuriais atvejais kompiliatorius gali nesugebėti optimizuoti multi-value funkcijų taip efektyviai kaip vienos reikšmės funkcijų. Visada gera idėja yra išbandyti savo kodą, kad įsitikintumėte, jog gaunate laukiamus našumo privalumus.

• Kompiliatoriaus optimizavimas: Multi-value efektyvumas labai priklauso nuo kompiliatoriaus gebėjimo optimizuoti sugeneruotą kodą. Įsitikinkite, kad naudojate kompiliatorių su patikimu WebAssembly palaikymu ir optimizavimo strategijomis.
• Funkcijos iškvietimo pridėtinės išlaidos: Nors multi-value sumažina atminties paskirstymą, funkcijos iškvietimo pridėtinės išlaidos vis dar gali būti veiksnys. Apsvarstykite galimybę įterpti (inline) dažnai kviečiamas multi-value funkcijas, kad sumažintumėte šias išlaidas.
• Duomenų lokalumas: Jei grąžintos reikšmės nenaudojamos kartu, multi-value našumo privalumai gali sumažėti. Užtikrinkite, kad grąžintos reikšmės būtų naudojamos taip, kad būtų skatinamas duomenų lokalumas.

Multi-Value ateitis

Multi-value yra palyginti nauja WebAssembly funkcija, tačiau ji turi potencialą žymiai pagerinti WebAssembly kodo našumą ir išraiškingumą. Tobulėjant kompiliatoriams ir įrankiams, galime tikėtis dar platesnio multi-value pritaikymo.

Viena iš perspektyvių krypčių yra multi-value integracija su kitomis WebAssembly funkcijomis, tokiomis kaip WebAssembly sistemos sąsaja (WASI). Tai leistų WebAssembly programoms efektyviau ir saugiau sąveikauti su išoriniu pasauliu.

Išvada

WebAssembly multi-value yra galinga funkcija, galinti pagerinti WebAssembly kodo našumą, aiškumą ir sąveikumą. Leisdama funkcijoms tiesiogiai grąžinti kelias reikšmes, ji pašalina tarpinių duomenų struktūrų poreikį ir supaprastina duomenų apdorojimą. Jei rašote WebAssembly kodą, tikrai turėtumėte apsvarstyti galimybę pasinaudoti multi-value, kad pagerintumėte savo kodo efektyvumą ir prižiūrimumą.

Bręstant WebAssembly ekosistemai, galime tikėtis dar daugiau inovatyvių multi-value panaudojimo būdų. Suprasdami multi-value privalumus ir apribojimus, galite efektyviai ją panaudoti kurdami didelio našumo ir prižiūrimas WebAssembly programas, skirtas įvairioms platformoms ir aplinkoms visame pasaulyje.

Papildomi ištekliai

• Oficiali WebAssembly svetainė
• WebAssembly Multi-Value pasiūlymas