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    WebAssembly 尝试研究报告(二)

    在上一篇报告中,我们尝试着通过对比 JS 端原生的排序方法和 Wasm 端使用 C/C++ 编写的排序方法两者对同一大小数组的排序结果,让我们对 Wasm 的运行效率有了一个初步的印象。为了进一步优化 Wasm 的排序方法,接下来我们将优化递归版本的快排,并且尝试通过 Emscripten 在本地编译我们的代码。

    非递归版快排的具体原理这里我们不细讲,为了实现非递归版快排我们需要使用一个“栈”来作数据的中转。这里先上 C++ 部分的实现代码:

    
    #include <emscripten/emscripten.h>
    #include <stack>
    
    // 定义数组大小
    #define N 100
    
    // 防止 C++ 函数名被 Mangling
    #ifdef __cplusplus
    extern "C" {
    #endif
        // 预置函数,暴露给 JS 进行处理
        extern void printStr(char* offset, int length);
        extern void printInt(int number);
        extern void printArr(int* offset, int length);
    
        int array[N];
        // 返回数组在内存中的偏移地址
        int* EMSCRIPTEN_KEEPALIVE getArrayOffset() {
            return array;
        }
    
        void push2(std::stack &stack, int left, int right) {
            stack.push(right);
            stack.push(left);
        }
    
        void quicksort(int sortArray[], int leftPart, int rightPart) {
            std::stack stack;
            push2(stack, leftPart, rightPart);
            int lwalker, rwalker, mid;
    
            while(!stack.empty()) {
                int left = stack.top(); stack.pop();
                int right = stack.top(); stack.pop();
                lwalker = left;
                rwalker = right;
                mid = sortArray[(lwalker + rwalker) / 2];
    
                while(lwalker < rwalker) {
                    while(sortArray[lwalker] < mid) lwalker++;
                    while(sortArray[rwalker] > mid) rwalker--;
    
                    if(lwalker <= rwalker) {
                        int tmp = sortArray[lwalker];
                        sortArray[lwalker] = sortArray[rwalker];
                        sortArray[rwalker] = tmp;
                        lwalker++;
                        rwalker--;
                    }
                }
    
                if(lwalker < right) push2(stack, lwalker, right);
                if(rwalker > left) push2(stack, left, rwalker);
            }
        }
    
        void EMSCRIPTEN_KEEPALIVE sort () {
            quicksort(array, 0, N - 1);
            // printArr(array, N);
        }
    
        void EMSCRIPTEN_KEEPALIVE test_printInt () {
            printInt(N);
        }
    
        void EMSCRIPTEN_KEEPALIVE test_printStr () {
             char str[] = "test_printStr";
             printStr(str, 13);
        }
    #ifdef __cplusplus
    }
    #endif
    

    跟直接使用 WasmFiddle 不同,使用 Emscripten 来编译 C++ 到 Wasm 需要配合 Emscripten 对编译器的特殊优化和对应的宏来使用。为了实现非递归版本的快排算法,我们在这里使用了 C++ STL 库中提供的 <stack> 来作为栈容器。代码中的 EMSCRIPTEN_KEEPALIVE 用来强制 LLVM 不对该方法使用 DCE,防止代码在编译期间被清除。由于我们采用了 C++ 来编写此次实验的源码,因此在主体函数部分加上了 extern "C" 防止 Mangling 带来的函数名不一致问题。

    由于现在的 Emscripten 还不支持 Standalone 版本的 WebAssembly,因此我们无法像之前一样使用浏览器提供的原生 Wasm API。前端的 JS 代码主要包含两个文件分别对应两个主要功能:1、加载 Wasm 模块,并解析成字节码用于 Emscripten 前端全局 Module 对象的加载。2、初始化一个 JS-Library,用于为 C++ 内的预置函数提供函数实现。其中主要加载页面的代码如下:

    
    <!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title></title>
    </head>
    <body>
    
    <script>
      // 初始化全局 Module,Emscripten 会自动为我们初始化
      var Module = {};
    
      fetch('program.wasm').then(response => response.arrayBuffer()).then((bytes) => {
        // 填充主要数据
        Module.wasmBinary = bytes;
        // 异步载入初始化脚本(该脚本是编译后自动生成的)
        var script = document.createElement('script');
        script.src = "program.js";
        document.body.appendChild(script);
      });
    
      window.onload = function () {
          // Module.ccall('test_printInt');
          // Module.ccall('test_printStr');
          // 获取数组偏移地址
          var arrayOffset = Module.ccall('getArrayOffset', 'number');
    
          console.time("WASM-NO-RECURSION");
          var arr = [];
          for (var j = 0; j < 1000000; j++) {
              for (var i = 0; i < 100; i++) {
                  var number = Math.round(Math.random() * 100);
                  // arr.push(number); 
                  // 在对应地址填充数据
                  Module.setValue(arrayOffset + 4 * i, number, 'i32');
              }
              /*
              console.log(arr);
              for (var i = 0; i < 100; i++) {
                  console.log(Module.getValue(arrayOffset + 4 * i, 'i32'));
              }
              */
              // 调用排序函数
              Module.ccall('sort');
          }
          console.timeEnd("WASM-NO-RECURSION");
    
      }
    </script>
    </body>
    </html>
    

    相对于之前使用浏览器提供的原生 Wasm API,这里我们需要使用 Emscripten 提供的 Module 全局对象提供的方法来实现 C++ 函数的调用。同样的,对于指针的传递和内存数据的填充也是如此。下面给出 JS-Library 的代码,JS-Library 的代码需要单独放在一个 JS 文件里,文件名会在编译阶段以参数的形式传递给编译器。

    
    mergeInto(LibraryManager.library, {
        printStr: function (offset, length) {
            var str = '';
            var arr = [];
            for (var i = 0; i < length; i++) {
                arr.push(Module.getValue(offset + i, 'i8'));
            }
            console.log(new TextDecoder().decode(new Uint8Array(arr)));
        },
        printArr: function (offset, length) {
            var str = '';
            var arr = [];
            for (var i = 0; i < length; i++) {
                arr.push(Module.getValue(offset + 4 * i, 'i32'));
            }
            console.log(arr);
        },
        printInt: function (int) {
            console.log(int);
        }
    });
    

    这里需要注意在 Module.getValue 方法中需要指定的偏移为当前填充内存指针的偏移,需要根据填充的数据类型来决定偏移的单位大小(比如 int 类型一般为 4 比特,double 一般为 8 比特等)。同时需要在最后一个参数中指定读取或者存储数据的长度,指针的偏移需要与数据长度匹配。

    在所有代码编写完毕之后,使用以下命令来编译代码:

    
    emcc -s WASM=1 -O3 -o program.js program.cpp --js-library library.js
    

    这里需要注意加入 WASM=1 参数来确保最后生成的代码是基于 Wasm 而不是 ASM.js 的。-03 代表编译器的优化程度,如果不使用该参数会导致 Wasm 在浏览器中运行时的内存溢出问题,原因暂时未知。

    在编译完成后 Emscripten 会自动生成一个 JS 文件和一个 Wasm 文件,JS 文件会自动初始化全局 Module,我们需要做的只是在初始化前获得 Wasm 的字节码并填充给 Module 对象,然后 Emscripten 会帮我们完成后续的加载工作。

    最后的测试结果,相比之前文章的实验数据并没有提高,反而效率更低、速度更慢了。具体原因还有待研究。Emscripten 工具链提供的功能远不止这么多,各种灵活的编译器参数和方法还需要进一步的实践。

    BTW:本地测试主要使用了 BrowserSync 作为本地服务器进行测试。可以直接通过 NPM 进行安装,开箱即用。

    发布时间 : 2017-06-10 12:30:35 作者 : YHSPY 类别 : WEB前端 Miscellaneous
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    一语浏览 Detail

    语言 C/C++
    
    // 智能指针的错误用法;
    shared_ptr<int> p(new int(42));
    int *q = p.get();
    {
      shared_ptr<int> p(q);
    }
    int foo = *p // 未定义行为,动态内存已被释放;
    
    
    服务器 Linux

    修改用户所属组:

    sudo usermod -G <group> <username>

    语言 C/C++

    inline functions

    优点:

    1、通过避免函数调用开销来加速程序。

    2、当函数调用发生时,它可以节省堆栈上变量调用的开销。

    3、它节省了函数返回的开销。

    4、它利用指令缓存增加了引用的局部性。

    5、通过将其标记为内联,可以将函数定义放在头文件中。

    缺点:

    1、由于代码扩展,它增加了可执行文件的大小。

    2、C++ 内联在编译时解决。这意味着如果更改内联函数的代码,则需要使用它重新编译所有代码以确保它将更新

    3、在头文件中使用时,会使头文件体积增大,进而应用体积增大。

    4、在某些嵌入式系统中无效。因为存储器限制,编译器不希望增大可执行文件大小。

    何时使用:

    1、需要性能时使用内联函数。

    2、在宏上使用内联函数。

    3、喜欢在类外部使用带有函数定义的内联关键字来隐藏实现细节。

    关键点:

    1、是否内联完全取决于编译器的判断。

    2、内联基于编译器控制,这与宏完全不同:宏将被强制内联,将污染所有命名空间和代码,将不容易调试。

    3、默认情况下,在类中声明和定义的所有成员函数都是内联的。所以不需要明确指定。

    4、虚函数不应该是被内联的。有时候,当编译器可以确切地知道对象的类型时,甚至虚函数也会被内联,因为编译器确切地知道了对象的类型。

    5、模板方法并不总是内联的。

    语言 C/C++
    
    // 拷贝构造函数与赋值运算符重载函数;
    #include 
    
    using namespace std;
    
    struct T {
        int x;
    
        T() = default;
    
        T (int x) : x(x) {};
    
        T (const T& t) {
            this->x = t.x;
            cout << "Copy Constructors: " << this->x << endl;
        }
    
        T& operator=(T& t) {
            if (this != &t) {
                this->x = t.x;
                cout << "Overload Function: " << this->x << endl;
            }
            return *this;
        }
    };
    
    int main (int argc, char **argv) {
        T x(10), t3;
        T* t = new T(20);
    
        /*************************/
        // Copy Constructors: 10 //
        /*************************/
        T t1(x); 
        T t2 = x;
    
        /*************************/
        // Overload Function: 10 //
        /*************************/
        t3 = x; 
        
        delete(t);
        return 0;
    }
    
    
    语言 C/C++

    dynamic_cast 可以用于沿继承层级向上、向下及侧向转换到类的指针和引用。但在确保待转换指针的子类型时,可以使用 static_cast 来进行,以避免检查时的开销(可能不安全,但高效)。

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    数据结构:

    交互模式:

    前端 Javascript

    this 实例:

    1、非 ES5 严格模式下,函数调用的默认 this 指向 window,严格模式下指向 undefined

    2、对象中函数的 this 指向调用方;

    
    var person = {  
      name: "Jason",
      say: function(thing) {
        console.log(this.name + " says hello " + thing);
      }
    }
    person.say("world"); // "Jason says hello world"
    
    var iSay = person.say;
    iSay("world"); // "undefined says hello world"
    

    3、使用 bind 来固化 this

    
    var boundSay = person.say.bind(person);  
    boundSay("world") // "Jason says hello world"
    
    前端工程化

    GitFlow 工作流:

    1、主分支只用于 Hotfix 和发布后的发布分支合并;

    2、专门的 Develop 分支用于 Feature 分支的合并;

    3、从 Develop 分支拷贝的发布分支,发布分支只有 Hotfix 合并,发布后合并回主分支和 Develop 分支;

    4、Hotfix 分支合并回主分支和 Develop 分支;

    5、每一次到主分支的合并都需要打 Tag 以便追踪记录;

    前端 HTTP

    HTTPS 通信流程:

    前端 HTTP

    浏览器常用缓存策略流程:

    代码库 Code Depot

    React 实例 - 单一数据源原则
    
    const scaleNames = {
      c: 'Celsius',
      f: 'Fahrenheit'
    };
    
    function toCelsius(fahrenheit) {
      return (fahrenheit - 32) * 5 / 9;
    }
    
    function toFahrenheit(celsius) {
      return (celsius * 9 / 5) + 32;
    }
    
    function tryConvert(temperature, convert) {
      const input = parseFloat(temperature);
      if (Number.isNaN(input)) {
        return '';
      }
      const output = convert(input);
      const rounded = Math.round(output * 1000) / 1000;
      return rounded.toString();
    }
    
    function BoilingVerdict(props) {
      if (props.celsius >= 100) {
        return <p>The water would boil.</p>;
      }
      return <p>The water would not boil.</p>;
    }
    
    class TemperatureInput extends React.Component {
      constructor(props) {
        super(props);
        this.handleChange = this.handleChange.bind(this);
      }
    
      handleChange(e) {
        this.props.onTemperatureChange(e.target.value);
      }
    
      render() {
        const temperature = this.props.temperature;
        const scale = this.props.scale;
        return (
          <fieldset>
            <legend>Enter temperature in {scaleNames[scale]}:</legend>
            <input value={temperature}
                   onChange={this.handleChange} />
          </fieldset>
        );
      }
    }
    
    class Calculator extends React.Component {
      constructor(props) {
        super(props);
        this.handleCelsiusChange = this.handleCelsiusChange.bind(this);
        this.handleFahrenheitChange = this.handleFahrenheitChange.bind(this);
        this.state = {temperature: '', scale: 'c'};
      }
    
      handleCelsiusChange(temperature) {
        this.setState({scale: 'c', temperature});
      }
    
      handleFahrenheitChange(temperature) {
        this.setState({scale: 'f', temperature});
      }
    
      render() {
        const scale = this.state.scale;
        const temperature = this.state.temperature;
        const celsius = scale === 'f' ? tryConvert(temperature, toCelsius) : temperature;
        const fahrenheit = scale === 'c' ? tryConvert(temperature, toFahrenheit) : temperature;
    
        return (
          <div>
            <TemperatureInput
              scale="c"
              temperature={celsius}
              onTemperatureChange={this.handleCelsiusChange} />
            <TemperatureInput
              scale="f"
              temperature={fahrenheit}
              onTemperatureChange={this.handleFahrenheitChange} />
            <BoilingVerdict
              celsius={parseFloat(celsius)} />
          </div>
        );
      }
    }
    
    ReactDOM.render(
      <Calculator />,
      document.getElementById('root')
    );
    

    使用方法:浏览器。

    代码说明:完整的 Reactjs 代码片段。

    一个完整的 React 实例
    
    // sub-component
    function ListItem(props) {
      // Correct! There is no need to specify the key here:
      return <li>{props.value}</li>;
    }
    
    function NumberList(props) {
      const numbers = props.numbers;
      const listItems = numbers.map((number) =>
        // Correct! Key should be specified inside the array.
        <ListItem key={number.toString()}
                  value={number} />
    
      );
      return (
        <ul>
          {listItems}
        </ul>
      );
    }
    
    class Clock extends React.Component {
      constructor(props) {
        // 确保 props 能够正确传入;
        super(props);
        // Bind this
        this.handler = this.handler.bind(this);
        this.state = {
          date: new Date(),
          counter: 0,
          showWarning: true
        };
      }
      // 生命周期 Hook 函数;
      componentDidMount() {
        // 不需要在 View 中显示的属性不需要放到 State 中;
        this.timerID = setInterval(
          () => this.tick(),
          1000
        );
      }
    
      componentWillUnmount() {
        clearInterval(this.timerID);
      }
    
      tick() {
        this.setState({
          date: new Date()
        });
      }
      
      handler() {
        this.setState({
          counter: this.state.counter + 1
        });
      }
    
      render() {
        const numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
        // JSX 中的 Callback 函数需要在构造函数中绑定 this 指针;
        return (
          <div>
            <NumberList numbers={numbers} />
            <h1 onClick={this.handler}>Hello, {this.props.user.toString()}!</h1>
            <h2>It is {this.state.date.toLocaleTimeString()}.</h2>
            <h2>Counter: {this.state.counter}</h2>
            <p>{this.state.counter > 2 && <WarningBanner warn={this.state.counter} />}

    </div> ); } } ReactDOM.render( <Clock user="YHSPY"/>, document.getElementById('root') );

    使用方法:浏览器。

    代码说明:完整的 Reactjs 代码片段。

    Node8 之 Util.promisify 常见用法
    
    var util = require('util')
    
    const wait = (delay, callback) => {
      const id = setInterval(() => {
        const rand = Math.random()
        if (rand > 0.95) {
          callback('Got data successfully!', null)
          clearInterval(id)
        } else if (rand < 0.1) {
          callback(null, 'Sorry, something wrong!') 
          clearInterval(id)
        } else {
          console.log("Waiting...")
        }
      }, Number(delay))
    }
    
    /*
      wait(1000, (data, err) => {
        if (err) {
          throw new Error(err)
        }
        console.log(data)
      })
    */
    
    // Use util.promisify
    util.promisify(wait)(1000).then(data => {
      console.log(data);
    }).catch(err => {
      console.error(err);
    })
    
    // Use async/await instead
    waitAsync = util.promisify(wait)
    let asyncFunc = async () => {
      let result;
      try {
        result = await waitAsync(1000);
      } catch (err) {
        return console.error(err);
      }
      return console.log(result);
    };
    asyncFunc().then(data => {
      // undefined
      console.log(data)
    })
    

    使用方法:Node8 命令行下直接运行。

    代码说明:Node8 新增的函数可以直接 Promise 化一个特定格式的函数,函数的回调函数需要符合 Node 的标准回调函数格式 。

    Leetcode - 169.Majority Element HashMap基础解法
    
    public static int majorityElement(int[] nums) {
        if (nums.length == 0)  // 如果数组长度为0则返回-1
        	return -1;
        
        int arrLen = nums.length;
        Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
        for (int i = 0;i < arrLen; i ++) {
        	int currentVal = 0;
        	if (map.containsKey(nums[i]))  // 如果HashMap中存在该值对应的元素则使用该值
        		currentVal = map.get(nums[i]);
    
        	if (currentVal > arrLen / 2) {  // 如果满足条件则返回该元素
        		return nums[i];
        	} else {
        		map.put(nums[i], currentVal + 1);  // 否则对应元素值加一
        	}
        }
        
        return -1;
    }
    

    使用方法:Eclipse新建工程,直接复制到主类里,通过类名静态调用即可。

    代码说明:本段代码为Leetcode题目“169.Majority Element”的实现代码,算法类代码建议先做题,再参考。题目详情请参考文章《Leetcode每日一题 - 169.Majority Element》。

    Leetcode - 219.Contains Duplicate II 窗口检测解法代码片段
    
    public static boolean containsDuplicateOptimizeFurther(int[] nums) {
        Set<Integer> set = new HashSet<Integer>();  
        int start = 0, end = 0;  // 定义窗口的首尾指针
        for(int i = 0; i < nums.length; i++) {   // 开始遍历
            if(!set.contains(nums[i])) {    
                set.add(nums[i]);   
                end++;   // 如果Set中没有此元素则加入,尾指针后移
            } else { 
                return true;   // 有则返回True
            }
            
            if(end - start  > k) {  // 保持首尾指针距离不大于k  
                set.remove(nums[start]);    //如果大于则移除首指针元素
                start++;   // 移除后首指针后移
            }  
        }  
        return false;
    }
    

    使用方法:Eclipse新建工程,直接复制到主类里,通过类名静态调用即可。

    代码说明:本段代码为Leetcode题目“219.Contains Duplicate II”的实现代码,算法类代码建议先做题,再参考。题目详情请参考文章《Leetcode每日一题 - 219.Contains Duplicate II》。