技术讲座：WebAssembly 与 JavaScript 的桥接：C++ 对象传递与垃圾回收管理

引言

随着WebAssembly（Wasm）的成熟和普及，越来越多的开发者开始探索如何将C++等高性能语言与JavaScript结合，以实现高性能的Web应用。本文将深入探讨如何将C++对象传递给JavaScript，并在垃圾回收中管理这些对象，旨在为开发者提供一套完整的解决方案。

WebAssembly 简介

WebAssembly（Wasm）是一种新的编程语言，旨在提供高性能的Web应用。它允许开发者将C/C++等语言编译成WebAssembly模块，然后在Web浏览器中运行。Wasm模块具有以下特点：

• 高性能：Wasm模块具有接近原生代码的性能。
• 安全性：Wasm模块在沙箱环境中运行，保证了Web应用的安全性。
• 兼容性：Wasm模块可以在所有主流浏览器中运行。

C++ 对象传递给 JavaScript

要将C++对象传递给JavaScript，我们需要使用Wasm的内存模型和API。以下是一个简单的示例：

#include <emscripten/emscripten.h>
#include <iostream>

using namespace emscripten;

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
struct MyObject {
  int value;
};

MyObject* create_object(int value) {
  MyObject* obj = new MyObject();
  obj->value = value;
  return obj;
}

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
void set_value(MyObject* obj, int value) {
  obj->value = value;
}

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
int get_value(MyObject* obj) {
  return obj->value;
}

在上面的示例中，我们定义了一个MyObject结构体，并提供了创建、设置和获取值的函数。使用EMSCRIPTEN_KEEPALIVE宏可以确保这些函数在编译成Wasm模块后仍然可用。

JavaScript 中的调用

在JavaScript中，我们可以使用Wasm模块提供的API来调用C++函数。以下是一个简单的示例：

const wasmModule = await WebAssembly.compileStreaming(fetch('module.wasm'));
const wasmInstance = await WebAssembly.instantiate(wasmModule);

const createObject = wasmInstance.exports.create_object;
const setObject = wasmInstance.exports.set_value;
const getValue = wasmInstance.exports.get_value;

const obj = createObject(10);
setObject(obj, 20);
console.log(getValue(obj)); // 输出 20

在上面的示例中，我们首先加载Wasm模块，然后使用exports对象调用C++函数。

垃圾回收管理

Wasm模块在JavaScript环境中运行时，需要我们手动管理内存和垃圾回收。以下是一些关键点：

1. 内存分配

在C++中，我们可以使用new和delete操作符来分配和释放内存。然而，在Wasm模块中，我们需要使用Wasm提供的API来分配和释放内存。

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
MyObject* create_object(int value) {
  MyObject* obj = (MyObject*)malloc(sizeof(MyObject));
  if (obj == nullptr) {
    return nullptr;
  }
  obj->value = value;
  return obj;
}

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
void free_object(MyObject* obj) {
  free(obj);
}

在上面的示例中，我们使用malloc和free函数来分配和释放内存。

2. 引用计数

Wasm模块使用引用计数来管理内存。在JavaScript中，我们需要确保释放所有对Wasm模块的引用。

const wasmModule = await WebAssembly.compileStreaming(fetch('module.wasm'));
const wasmInstance = await WebAssembly.instantiate(wasmModule);

// ... 使用Wasm模块 ...

// 释放Wasm模块
wasmInstance.exports.free_object(obj);
wasmModule.release();

在上面的示例中，我们使用free_object函数释放C++对象，并使用release函数释放Wasm模块。

3. 垃圾回收

JavaScript的垃圾回收器会自动回收不再使用的对象。然而，在Wasm模块中，我们需要确保释放所有已分配的内存，以避免内存泄漏。

总结

本文深入探讨了如何将C++对象传递给JavaScript，并在垃圾回收中管理这些对象。通过使用Wasm的内存模型和API，我们可以实现高性能的Web应用。在实际开发中，我们需要注意内存分配、引用计数和垃圾回收等方面，以确保应用的安全性和稳定性。

附录：代码示例

以下是一些代码示例，用于说明如何将C++对象传递给JavaScript：

C++ 代码

#include <emscripten/emscripten.h>
#include <iostream>

using namespace emscripten;

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
struct MyObject {
  int value;
};

MyObject* create_object(int value) {
  MyObject* obj = (MyObject*)malloc(sizeof(MyObject));
  if (obj == nullptr) {
    return nullptr;
  }
  obj->value = value;
  return obj;
}

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
void set_value(MyObject* obj, int value) {
  obj->value = value;
}

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
int get_value(MyObject* obj) {
  return obj->value;
}

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
void free_object(MyObject* obj) {
  free(obj);
}

JavaScript 代码

const wasmModule = await WebAssembly.compileStreaming(fetch('module.wasm'));
const wasmInstance = await WebAssembly.instantiate(wasmModule);

const createObject = wasmInstance.exports.create_object;
const setObject = wasmInstance.exports.set_value;
const getValue = wasmInstance.exports.get_value;
const freeObject = wasmInstance.exports.free_object;

const obj = createObject(10);
setObject(obj, 20);
console.log(getValue(obj)); // 输出 20

freeObject(obj);
wasmModule.release();

以上代码示例展示了如何创建、设置值、获取值和释放C++对象。在实际开发中，请根据具体需求进行调整。