WebAssembly + C/C++ でもインラインアセンブラ使いたい

はじめに

Cでx86とかarmターゲットだとインラインアセンブラを書けるけれども、WebAssemblyターゲットでもインラインアセンブラ書きたいですよね...? (そんな人はこれまでにいなかったと願っておくのです)

各サンプルに、WebAssemblyStudio での実行用プロジェクトへのリンクを追加しています。ソースファイルの編集はPCブラウザでなければ正常にできませんが、スマホでも実行ができると思います。必要に応じて活用してください。

対象読者

• wasi-sdk または emscripten を使って、C言語ソースファイルから WebAssembly を吐き出したことがある
• WebAssembly テキストフォーマットにすこしでも馴染みがある

目標

• C言語ソースファイル中のインラインアセンブラとして、WebAssembly テキストフォーマットを使いこなせるようになる

注意書き

WebAssemblyターゲットのインラインアセンブラに関する情報は、皆無に等しい状態です。そのため、筆者の手元の環境でコンパイル/実行できるサンプルを掲載しています。

検証環境

• emscripten 2.0.3
• clang 12.0.0

レベル1: 加減乗除

シンプルに 12 + 34 を計算し、その値を main 関数の戻り値としています。

オンラインサンプル: WebAssembly Studio#?zaqqdfn25vo

int main() {
  __asm (
    "i32.const 12\n"
    "i32.const 34\n"
    "i32.add     \n"
    "br 0"
  );
}

スタックに 12, 34 を追加し、スタック上の2数を足してスタックに戻し、スタック上の数値を関数の戻り値にするという、WebAssemblyスタックマシンでの一連の命令です。

レベル2: 変数を読み書きする

変数 val にインラインアセンブラで書き込みを行うものです。

オンラインサンプル: WebAssembly Studio#?81by60h3kr4

int main() {
  int val;

  __asm (
    "i32.const 12\n"
    "i32.const 34\n"
    "i32.add     \n"
    "local.set %0"
    : "=r"(val)
  );

  return 0;
}

変数 val はスタック上に存在しますが、"=r"(val) と指定することで、スタック変数をローカル変数にコピーする処理をコンパイラが追加してくれます。

レベル3: 関数呼び出し

C言語標準関数の puts をインラインアセンブラで呼んでみます。

オンラインサンプル: WebAssembly Studio#?imnemdya3kg

int main(void) {
  const char Hello[] = "Hello World\n";
  
  __asm (
    "local.get %0\n"
    "call %1\n"
    "drop"
    : : "r"(Hello), "i"(puts)
  );
}

call 命令が、スタック上の値を引数の数だけ渡して関数を呼ぶ命令です。

サンプルでの %1 の代わりに関数名を指定することもできます。しかし、C++に持っていった時にマングリング名を指定するか extern "C" をつけたりするよりは、関数を即値として渡してしまった方が楽だったりします。(コンパイル結果も間接呼び出しではなく直接呼び出しになる)