Wasm介绍之5:控制指令 | 火星技术帖

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首页模拟经营casechase开箱模拟器更新时间:2024-06-21

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来源:CoinEx公链Talk

WebAssembly(简称Wasm)控制指令一共有11条,其中unreachable指令(操作码0x00)和nop指令(操作码0x01)比较简单,不介绍。call指令(操作码0x10)已经在上一篇文章里介绍,call_indirect指令(操作码0x11)将在下一篇文章里介绍。本文重点讨论block(操作码0x02)、loop(操作码0x03)、if(操作码0x04)、br(操作码0x0C)、br_if(操作码0x0D)、br_table(操作码0x0E)和return(操作码0x0F)这7条指令。

block

block指令相当于一个无参的内联(inline)函数调用。函数的返回值类型,也就是block指令的结果类型(Result Type,在后面的示意图中简称rt)编码后存储在指令的第一个立即数参数里。函数的指令(可能有很多条)编码后存储在第二个立即数参数里。block指令必须以end指令(操作码0x0B)结尾。由于end指令和后面将要介绍的else指令(操作码0x05)只起到标记作用,没有任何执行效果,所以没有把这两条指令计入控制指令。

Wasm1.0规范规定block指令的结果不能超过一个,所以rt可以用一个字节表示:0x40表示没有结果、0x7F表示i32类型、0x7E表示i64类型、0x7D表示f32类型、0x7C表示f64类型。根据讨论可知,block指令在执行时不会使用栈上已经存在的任何操作数,执行完毕后可能会在栈顶留下一个操作数,下面是它的示意图:

bytecode: ...][ block ][ rt ][ instrs ][ end ][... stack: | | | | | | ➘| ?(rt) | # exec(instrs) | d | | d | | c | | c | | b | | b | | a | | a | └───────────┘ └───────────┘

下面是一个非常简单的WAT例子,展示了block指令的用法:

(module (func (result i32) ;; ... other instructions (block (result i32) (i32.const 100) ) ) )

loop

loop指令和block指令非常相似,区别仅在于如何跳出控制块。后文介绍br指令时会进一步讨论这个区别,下面先给出一个跳转示意图:

...][ block ][ rt ]...[ br ]...[ end ][... | ↑ └────────┘ ...][ loop ][ rt ]...[ br ]...[ end ][... ↑ | └───────────────┘

if

block指令类似,if指令也类似于一个内联函数。区别主要有两点。第一,if内联函数带一个i32类型的参数。第二,if内联函数带有两份代码(两条分支),中间用else指令隔开。if指令执行时,会先从栈顶弹出这个i32类型的参数,如果参数值不等于0,则执行分支1代码,否则执行分支2代码。下面是if指令的示意图:

bytecode: ...][ if ][ rt ][ instrs1 ][ else ][ instrs2 ][ end ][... stack: | | | | | e(i32) |➚ ➘| ?(rt) | # exec(e!=0?instrs1:instrs2) | d | | d | | c | | c | | b | | b | | a | | a | └───────────┘ └───────────┘

也可以把if指令的else分支省略,但是这种情况下if指令不能有任何结果。下面是省略else分支时if指令的示意图:

bytecode: ...][ if ][ 0x40 ][ instrs1 ][ end ][... stack: | | | | | e(i32) |➚ | | # e==1?exec(instrs1) | d | | d | | c | | c | | b | | b | | a | | a | └───────────┘ └───────────┘

下面这个WAT例子展示了如何用if指令实现max函数:

(module (func $max (param $a i32) (param $b i32) (result i32) (i32.gt_s (local.get $a) (local.get $b)) (if (result i32) (then (local.get $a)) (else (local.get $b)) ) ) )

br

br指令(可以理解为break,或者branch)可以进行无条件跳转。和传统汇编语言里的JUMP指令不同,br指令并不能跳转到任意位置,而只能跳出(相对于blockif指令而言是跳出,相对于loop指令而言是重新开始,后面不再强调)其他控制指令产生的控制块。br指令带有一个u32类型(32位无符号整数)的立即数参数,指定跳转的层数:0表示跳出当前循环,1代表跳出2层循环,以此类推。下面是一个WAT例子,展示了嵌套的block,以及br指令的用法:

(module (func (export "main") (result i32) (i32.const 100) (block (result i32) (i32.const 200) (block (result i32) (i32.const 300) (block (result i32) (i32.const 123) (br n) ) (i32.add) ) (i32.add) ) (i32.add) ) )

假设上面例子中的main函数已经执行到了br指令这里,下图展示了跳转层数分别为0、1、2、3时操作数栈的变化情况:

bytecode: ...][ br ][ depth ][... stack: | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 123 | | 123 | | | | | | | | 300 | | 300 | | 123 | | | | | | 200 | | 200 | | 200 | | 123 | | | | 100 | | 100 | | 100 | | 100 | | 123 | └───────────┘ └───────────┘ └───────────┘ └───────────┘ └───────────┘ (before br) n==0 n==1 n==2 n==3

br_if

br_if指令从栈顶弹出一个i32类型的操作数,如果操作数的值为0,则不跳转,否则执行br逻辑。下面是br_if指令的示意图:

bytecode: ...][ br_if ][ depth ][... stack: | | | | | e(i32) |➚ | | | d | | ? | # e!=0?br(depth) | c | | | | b | | | | a | | | └───────────┘ └───────────┘

下面是一个稍微复杂一些的WAT例子,展示了如何用loopbr_if指令实现sum函数:

(module (func $sum (param $from i32) (param $to i32) (result i32) (local $n i32) (loop $l ;; $n = $from (local.set $n (i32.add (local.get $n) (local.get $from))) ;; $from (local.set $from (i32.add (local.get $from) (i32.const 1))) ;; if $from

请注意loop指令并不会自动循环,必须和br等跳转指令配合使用。

br_table

不管是br还是br_if指令,都只有一个立即数参数,能指定一个跳转深度。br_table指令打破了这种限制,可以带N 1个立即数参数,指定N 1个跳转深度。br_table指令执行时,会从栈顶弹出一个i32类型的操作数n。如果n小于或等于N,则按第n个深度跳转,否则按照最后一个深度跳转。下面是br_table指令的示意图:

bytecode: ...][ br_table ][ labels... ][ default ][... stack: | | | | | n(i32) |➚ | | | d | | ? | # d

return

return指令可以认为是br指令的特殊形式:直接跳出最外层循环(也就是整个函数)。return指令没有立即数参数,不画示意图了。下面的WAT例子展示了如何用blockbr_tablereturn指令实现Go等高级语言中的switch-case语句:

(module (func $select3 (param $n i32) (param i32 i32 i32) (result i32) (block (block (block (local.get $n) (br_table 0 1 2) ) (return (local.get 1)) ) (return (local.get 2)) ) (return (local.get 3)) ) )

如果把上面例子中定义的select3函数翻译成Go语言代码的话,应该是下面这样:

func select3(n, a, b, c int32) int32 { switch n { case 0 : return a case 1 : return b default: return c } }

*本文由CoinEx Chain开发团队成员Chase撰写。CoinEx Chain是全球首条基于Tendermint共识协议和Cosmos SDK开发的DEX专用公链,借助IBC来实现DEX公链、智能合约链、隐私链三条链合一的方式去解决可扩展性(Scalability)、去中心化(Decentralization)、安全性(security)区块链不可能三角的问题,能够高性能的支持数字资产的交易以及基于智能合约的Defi应用。

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