mallocを使えるようにする（libcのコンパイル）

Clang で WebAssembly を作れるようになったので、次は C 標準ライブラリを使えるようにします。Emscripten と decodeIO/WebAssembly を見て、使えるものを Clang でコンパイルしてライブラリ化しました。これで、malloc も使えるようになります。

Clang で WebAssembly を作れるようにはなりましたが、C の標準ライブラリすらないため、正直使い物にはなりません。ということで、まずは C のライブラリを使えるようにしたいと思います。

Emscripten に頼る

別に Emscripten を使うわけではありません。Emscripten SDK には、ちょこちょこいじられた C 標準ライブラリのソースコード（実際には musl）が含まれています。それを作った Clang でコンパイルすれば、きっとうまくいくという発想です。

いくつかコンパイルの通らないコードもありましたが、適宜外し、ポコポココンパイルして .a ファイルに固めます。コンパイルの際には、emscripten の「system/lib/libc/musl」を基準として、

./src/internal
../../../include/libc
./arch/emscripten

にインクルードパスを通しておきます。あとは、musl の src 以下のファイルをコンパイルします。大体うまく行きます。

また、これだけですと __addtf3 などの関数が足りないと言ってきます。そこで、これも Emscripten に含まれている「compiler-rt」をコンパイルして、これもリンクするようにします。（printf などが使うようです） compiler-rt は、割とすんなり行きました。

足りない関数を decodeIO/WebAssembly から持ってくる

Emscripten の musl だけでは、__syscall や malloc が足りません。このあたりは、JavaScript 側を呼ぶ仕様なのでしょう。__syscall はおそらく、JavaScript 側を呼ぶしかないと思いますので、ひとまずダミーの関数群を作って（「lib/libc/musl/arch/emscripte/syscall_arch.h」あたりを見る）リンクしておきます。今後作ります。

malloc なども自分でつくろうかと思っていたのですが、面倒だったので decodeIO/WebAssembly から引っ張ってきました。malloc 自体は dlmalloc のもののようです。（ライセンスは CC0 1.0 Universal のようで、使いやすそうです。）

malloc の実装は、decodeIO/WebAssembly の「lib/musl-wasm32/src/malloc」にあり、これをコンパイルします。この malloc は、sbrk （プログラムの一番最後を拡張するためのシステムコールらしい。要はヒープの拡張）を呼ぶのですが、これもないため、decodeIO/WebAssembly の「lib/musl-wasm32/src/linux/sbrk.c」を引っ張ってきてコンパイルします。が、ちょっとトラブりました…

sbrk.c のコンパイルでトラブル

sbrk.c では、Clang のビルトイン関数「__builtin_wasm_current_memory」と「__builtin_wasm_grow_memory」を呼んでいるのですが、自前で用意した Clang 9.0.0 では、どうやらこれらが見つからないようです。

調べてみると、どうも名前と仕様が変わったようで、以下のようになっていました。増えた第一引数には 0 を渡しておけば良さそうです。

__builtin_wasm_grow_memory(int) → __builtin_wasm_memory_grow(int, int)
__builtin_wasm_current_memory() → __builtin_wasm_memory_size(int)

sbrk.c を上記のように書き換えることで、すんなりコンパイルが通りました。

テストしてみる

malloc で返ってくるアドレスの確認や、確保した領域への読み書きのテストをしてみました。

コード1: test.c

#include <stdlib.h>

#define export __attribute__((used))

struct Vector2
{
	float X;
	float Y;
};

Vector2* vecs[10];

extern "C"{
	export void allocs()
	{
		for(int i = 0; i < 10; i++)
		{
			vecs[i] = (Vector2*)malloc(sizeof(Vector2));
			vecs[i]->X = i;
		}
	}
	
	export float getX(int i)
	{
		return vecs[i]->X;
	}
	
	export int getAddress(int i)
	{
		int address = (int)vecs[i];
		free(vecs[i]);
		return address;
	}
	
	export int testMalloc()
	{
		int* tm = (int*)malloc(16);
		return (int)tm;
	}
}

C 標準ライブラリのインクルードパスと「/arch/emscripten」へのパスを通し、コンパイルした C 標準ライブラリにリンクするようにして、wasm へコンパイルします。ファイルサイズは、11KB とまぁまぁですね。Emscripten を使うと、これだけでかなり巨大になってしまいますので、ちょっとしたライブラリを使う用途としては良さそうです。

作った wasm ファイルを JavaScript から実行します。

コード2: index.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="ja">
<head>
    <meta charset="utf-8">
    <title> WASM Test </title>
</head>
<body>

<script type="text/javascript">
try{
	WebAssembly.instantiateStreaming(fetch("test.wasm"), {})
	.then(function(obj){
		console.log("test");
		try{
			console.log( obj.instance.exports);
			console.log( obj.instance.exports.testMalloc());
			
			obj.instance.exports.allocs();
			for(var i = 0; i < 10; i++)
			{
				console.log(obj.instance.exports.getX(i));
			}
			for(var i = 0; i < 10; i++)
			{
				console.log(obj.instance.exports.getAddress(i));
			}
		}catch(ex)
		{
			console.log(ex);
		}
	}
	);
	;
}catch(ex)
{
	console.log(ex);
}
</script>
</body>
</html>

実行結果は以下のとおりです。

仕組みはよくわかりませんが、__heap_base が 72928 になっているので、まぁ、OK でしょう。

まとめ

今回で、動的メモリ確保と C 標準ライブラリが使えるようになりました。とはいえ、printf などは機能していないはずで、もちろんファイル IO も動きませんが、このあたりはおいおい考えるようにします。

Emscripten と decodeIO/WebAssembly を見たことで、だいぶ勉強になりました。特に、decodeIO/WebAssembly はコードがシンプルなので、勉強になります（dist/webassembly.js がなるほどという感じです）。

次は、C++ を使えるようにしたいと思います。Emscripten に libcxx と libcxxabi が含まれているので、この辺コンパイルすれば行けそうです。

書いていませんでしたが、目標は、Emscripten を使わずに、bullet を使えるようにすることです。

mallocを使えるようにする（libcのコンパイル）

Emscripten に頼る

足りない関数を decodeIO/WebAssembly から持ってくる

sbrk.c のコンパイルでトラブル

テストしてみる

まとめ

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