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Author: chai2010

docs/smalltalk/index.md

@@ -6,6 +6,7 @@ title: 碎碎念
 
 “碎碎念”是本站发布日常随笔的栏目，内容包括项目进展、小点子、有趣的讨论等。
 
+- 2024-10-06: [凹语言支持Native的工作进展](st0055.md)
 - 2024-09-28: [凹语言支持Chrome内置AI](st0054.md)
 - 2024-09-25: [凹语言开发WebAssembly应用3分钟入门](st0053.md)
 - 2024-09-22: [凹语言再次点亮 Arduino nano 33](st0052.md)

docs/smalltalk/st0055.md

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+# 凹语言支持Native的工作进展
+
+- 时间：2024-10-06
+- 撰稿：凹语言开发组
+- 转载请注明原文链接：[https://wa-lang.org/smalltalk/st0055.html](https://wa-lang.org/smalltalk/st0055.html)
+
+---
+
+凹语言是国内首个面向WebAssembly设计工业级通用编程语言，也是目前被 [CNCF基金会wasm全景图](https://landscape.cncf.io/?item=wasm--languages--wa-lang) 收录的的唯一一个来自中国的开源编程语言项目。凹语言项目开发组最近针对用户反馈开始支持到Native的编译，这是`wat2c`翻译wat代码到C代码的最新进展。
+
+凹语言最初立项时有一个凹语言直接到C语言的后端，但是后来因为开发资源等诸多限制并没有继续推进。这里采用的是凹语言先到wasm后端的文本格式，然后再翻译到C语言，是采用`wa wat2c`命令实现。wasm后端部分的wat文本解析，wasm模块的优化和到C语言的翻译全部自研。
+
+## 1. fib测试样例
+
+先构造C语言版本fib例子：
+
+```c
+int64_t fn_fib(int64_t n) {
+  if (n <= 2) { return 1; }
+  return fn_fib(n - 1) + fn_fib(n - 2);
+}
+
+int main() {
+  int64_t v = fn_fib(46);
+  printf("fib(%d) = %lld\n", 46, v);
+  return 0;
+}
+```
+
+然后是Go语言的fib例子：
+
+```go
+package main
+
+func main() {
+	println(fib(46))
+}
+func fib(n int) int {
+	if n <= 2 { return 1 }
+	return fib(n-1) + fib(n-2)
+}
+```
+
+再构造wat版本的fib等价实现：
+
+```wasm
+(module
+  (func $fib (export "fib") (param $n i64) (result i64)
+    local.get $n
+    i64.const 2
+    i64.le_u
+    if
+      i64.const 1
+      return
+    end
+    local.get $n
+    i64.const 1
+    i64.sub
+    call $fib
+    local.get $n
+    i64.const 2
+    i64.sub
+    call $fib
+    i64.add
+  )
+)
+```
+
+## 2. 性能对比
+
+wat实现的fib纯函数，需要配置一个C语言的main:
+
+```c
+int main() {
+  val_t $args[1];
+  $args[0].i64 = 46;
+  fn_fib_ret_t $result = fn_fib($args[0]);
+  printf("fib(%d) = %lld\n", 46, $result.$R0.i64);
+  return 0;
+}
+```
+
+所有的测试数据在主仓库的`tests/bench/wat2c`目录下。测试结果如下：
+
+```
+$ make wat2c
+go build -o fib_go_native.exe fib_go_native.go
+clang -O1 -o fib_c_native.exe _fib_c_native.c
+wa wat2c -o fib_wat2c_native.c fib_wat.txt && clang -O1 -o fib_wat2c_native.exe fib_wat2c_main.c
+
+time ./fib_go_native.exe
+1836311903
+        8.81 real         8.00 user         0.06 sys
+
+time ./fib_c_native.exe
+fib(46) = 1836311903
+        6.50 real         5.24 user         0.05 sys
+
+time ./fib_wat2c_native.exe
+fib(46) = 1836311903
+        6.79 real         5.11 user         0.05 sys
+```
+
+可以发现，在`-O1`优化下wat2c输出的C代码最终性能和本地C代码实现持平，比Go语言的Native快20-30%。
+
+## 3. wat2c的输出结果
+
+可以看下 wat2c 输出的 C 代码：
+
+```c
+typedef union val_t {
+  i64_t i64;
+  f64_t f64;
+  i32_t i32;
+  f32_t f32;
+} val_t;
+
+// func $fib (param $n i64) (result i64)
+typedef struct { val_t $R0; } fn_fib_ret_t;
+
+// func fib (param $n i64) (result i64)
+static fn_fib_ret_t fn_fib(val_t n) {
+  fn_fib_ret_t $result;
+  u32_t $R_u32;
+  u16_t $R_u16;
+  u8_t  $R_u8;
+  val_t $R0, $R1, $R2;
+
+  $R0 = n;
+  $R1.i64 = 2;
+  $R0.i32 = ((u64_t)($R0.i64)<=(u64_t)($R1.i64))? 1: 0;
+  if($R0.i32) {
+    $R0.i64 = 1;
+    $result.$R0 = $R0;
+    return $result;
+  }
+  $R0 = n;
+  $R1.i64 = 1;
+  $R0.i64 -= $R1.i64;
+  {
+    fn_fib_ret_t $ret = fn_fib($R0);
+    $R0 = $ret.$R0;
+  }
+  $R1 = n;
+  $R2.i64 = 2;
+  $R1.i64 -= $R2.i64;
+  {
+    fn_fib_ret_t $ret = fn_fib($R1);
+    $R1 = $ret.$R0;
+  }
+  $R0.i64 += $R1.i64;
+  $result.$R0 = $R0;
+  return $result;
+}
+```
+
+目前的实现基本是是朴实的直译处理，每个wasm指令均通过C语言代码模拟。
+
+## 4. 小结
+
+wat2c 的真正工作从10.1国庆节开始，大约一周的时间实现的wat版本的fib到C的翻译，并且做到了和C在`-O1`相同的性能。这是一个很不错的结果，后续计划将C语言作为凹语言一个新的目标平台支持Native的编译需求。也欢迎对该技术方向感兴趣的同学一起共建。
+