javascript调用C语言,在 JavaScript 中使用 C 程序

原标题&＃xff1a;在 Javascript 中使用 C 程序

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Java 是个灵活的脚本语言&＃xff0c;能方便的处理业务逻辑。当需要传输通信时&＃xff0c;我们大多选择 JSON 或 XML 格式。

但在数据长度非常苛刻的情况下&＃xff0c;文本协议的效率就非常低了&＃xff0c;这时不得不使用二进制格式。

去年的今天&＃xff0c;在折腾一个 前后端结合的 WAF 时&＃xff0c;就遇到了这个麻烦。因为前端脚本需要采集不少数据&＃xff0c;而最终是隐写在某个 COOKIE 里的&＃xff0c;因此可用的长度非常有限&＃xff0c;只有几十个字节。

如果不假思索就用 JSON 的话&＃xff0c;光一个标记字段 {"enableXX": true} 就占去了一半长度。然而在二进制里&＃xff0c;标记 true 或 false 不过是 1 个比特的事&＃xff0c;可以节省上百倍的空间。

同时&＃xff0c;数据还要经过校验、加密等环节&＃xff0c;只有使用二进制格式&＃xff0c;才能方便的调用这些算法。

1优雅实现

不过&＃xff0c;Java 并不支持二进制。

这里的「不支持」不是说「无法实现」&＃xff0c;而是无法「优雅实现」。语言的发明&＃xff0c;就是用来优雅解决问题的。即使没有语言&＃xff0c;人类也可以用机器指令来编写程序。

如果非要用 Java 操作二进制&＃xff0c;最终就类似这样&＃xff1a;

var flags &＃61; &＃43;enableXX1 <<16 | &＃43;enableXX2 <<15 | ...

虽然能实现&＃xff0c;但很丑陋。各种硬编码、各种位运算。

然而&＃xff0c;对于先天支持二进制的语言&＃xff0c;看起来就十分优雅&＃xff1a;

union {

struct {

int enableXX1: 1;

int enableXX2: 1;

...

};

int16_t value;

} flags;

flags.enableXX1 &＃61; enableXX1;

flags.enableXX2 &＃61; enableXX2;

开发者只需定义一个描述即可。使用时&＃xff0c;字段偏移多少、如何读写&＃xff0c;这些细节完全不用关心。

为了能达到类似效果&＃xff0c;起先封装了一个 JS 版的结构体&＃xff1a;

// 最初方案&＃xff1a;封装一个 JS 结构体

var s &＃61; new Struct([

{name: &＃39;month&＃39;, bit: 4, signed: false},

...

]);

s.set(&＃39;month&＃39;, 12);

s.get(&＃39;month&＃39;);

将细节进行了隐藏&＃xff0c;看起来就优雅多了。

2优雅但不完美

但是&＃xff0c;这总感觉不是最完美的。结构体这种东西&＃xff0c;本该由语言提供&＃xff0c;如今却要用额外的代码实现&＃xff0c;而且还是在运行期间。

另外&＃xff0c;后端解码是用 C 实现的&＃xff0c;所以得维护两套代码。一旦数据结构或者算法变了&＃xff0c;得同时更新 JS 和 C&＃xff0c;很麻烦。

于是琢磨&＃xff0c;能否共用一套 C 代码&＃xff0c;同时用于前端和后端&＃xff1f;

也就是说&＃xff0c;需要能将 C 编译成 JS 来运行。

3认识 emen

能将 C 编译成 JS 的工具有不少&＃xff0c;最专业的要数 emen。

emen 的使用方式很简单&＃xff0c;和传统 C 编译器差不多&＃xff0c;只不过生成的是 JS 代码。

emcc hello.c -o hello.html

// hello.c

#include

#include

int main() {

time_t now;

time(&now);

printf("Hello World: %s", ctime(&now));

return 0;

}

编译之后即可运行&＃xff1a;

很有趣吧~ 大家可以尝试下&＃xff0c;这里就不多介绍了。

4实用缺陷

然而我们关心的不是有趣&＃xff0c;而是实用。

事实上&＃xff0c;即使一个 Hello World 编译出来的 JS 也过万行&＃xff0c;多达数百 KB。就算压缩再 GZIP&＃xff0c;仍有几十 KB。同时 emen 使用了 asm.js 规范&＃xff0c;内存访问是通过 TypedArray 实现的。

这意味着 IE10 以下的用户都无法运行。这也是不可接受的。因此&＃xff0c;我们得做如下改进&＃xff1a;

减少体积

增加兼容

首先寄托 emen 本身&＃xff0c;看看能不能通过设置参数&＃xff0c;来达到我们的目的。不过一番尝试之后&＃xff0c;并没有成功。那只能自己动手实现了。

5减少体积

为什么最终脚本会那么大&＃xff0c;里面都放了些什么&＃xff1f;分析了下内容&＃xff0c;大致有这几个部分&＃xff1a;

辅助功能

接口模拟

初始化操作

运行时函数

程序逻辑

辅助功能

比如字符串和二进制转换、提供回调包装等。这些基本都是用不着的&＃xff0c;我们可以给自己写个特殊的回调函数。

接口模拟

提供文件、终端、网络、渲染等接口。之前见过用 emen 移植的客户端游戏&＃xff0c;看来模拟了不少接口。

初始化操作

全局内存、运行时、各种模块的初始化。

运行时函数

纯粹的 C 只能做简单的计算&＃xff0c;很多功能都依靠运行时函数。

不过&＃xff0c;有些常用的函数&＃xff0c;其背后的实现是及其复杂的。例如 malloc 和 free&＃xff0c;对应的 JS 有近 2000 行&＃xff01;

程序逻辑

这才是 C 程序真正对应的 JS 代码。因为编译时经过 LLVM 的优化&＃xff0c;逻辑可能变得面目全非了。

这部分代码量不大&＃xff0c;是我们真正想要的。

事实上&＃xff0c;如果程序没有用到一些特殊功能的话&＃xff0c;把逻辑函数单独抠出来&＃xff0c;仍然是可以运行的&＃xff01;

考虑到我们的 C 程序非常简单&＃xff0c;所以简单粗暴的提取出来&＃xff0c;也是没问题的。

C 程序对应的 JS 逻辑位于 // EMEN_START_FUNCS 和 // EMEN_END_FUNCS 之间。过滤掉运行时函数&＃xff0c;剩下的就是 100% 的逻辑代码了。

6增加兼容

接着解决内存访问的兼容性问题。

在很老版本的 emen 里&＃xff0c;是可以选择是否使用 TypedArray 的。如果不用&＃xff0c;则通过 JS Array 来实现。但如今早已去除了这个参数&＃xff0c;只能使用 TypedArray。

首先了解下&＃xff0c;为何要用 TypedArray。

emen 申请了一大块 ArrayBuffer 来模拟内存&＃xff0c;然后关联了一些 HEAP 开头的变量。

这些不同类型的 HEAP 共享同一块内存&＃xff0c;这样就能高效的指针操作。

然而不支持 TypedArray 的浏览器&＃xff0c;显然无法运行。所以得提供个 polyfill 兼容下。

但经分析&＃xff0c;这几乎不可能实现 —— 因为 TypedArray 和数组一样&＃xff0c;是通过索引来访问的&＃xff1a;

var buf &＃61; new Uint8Array(100);

buf[0] &＃61; 123; // set

alert(buf[0]); // get

然而 [] 操作符在 JS 里是无法重写的&＃xff0c;因此难以将其变成 setter 和 getter。况且不支持 TypedArray 的都是低版本 IE&＃xff0c;更不用考虑 ES6 的那些特征。

于是琢磨 IE 的私有接口。比如用 onpropertychange 事件来模拟 setter。不过这样做效率极低&＃xff0c;而且 getter 仍不易实现。

经过一番考虑&＃xff0c;决定不用钩子的方式&＃xff0c;而是直接从源头上解决 —— 修改语法&＃xff01;

我们用正则&＃xff0c;找出源码中的赋值操作:

HEAP[index] &＃61; val;

替换成:

HEAP_SET(index, val);

类似的&＃xff0c;将读取操作:

HEAP[index]

替换成:

HEAP_GET(index)

这样&＃xff0c;原先的索引操作&＃xff0c;就变成函数调用了。我们就能接管内存的读写&＃xff0c;并且没有任何兼容性问题&＃xff01;

然后实现 8、16、32 位有无符号的版本。通过 JS 的 Array 来模拟&＃xff0c;非常简单。麻烦的是模拟 Float 类型&＃xff0c;不过 C 程序中未用到浮点&＃xff0c;所以就没实现。

如果支持 TypedArray&＃xff0c;则使用原生的接口&＃xff1b;否则&＃xff0c;用 Array 模拟版本。

这样&＃xff0c; 既保障了高版本浏览器的性能&＃xff0c;又兼顾了老浏览器的功能。

7大功告成

解决了这些缺陷&＃xff0c;我们就可以愉快的在 JS 中使用 C 逻辑了。

脚本&＃xff0c;只关心业务逻辑。例如采集哪些数据&＃xff0c;这样代码就非常的优雅&＃xff1a;

数据的储存、加密、编码&＃xff0c;这些二进制操作&＃xff0c;则通过 C 实现。

编译时使用 -Os 参数优化体积&＃xff0c;最终的 JS 精简压缩之后&＃xff0c;还不到 2 KB&＃xff0c;十分小巧精炼。

于是&＃xff0c;这个「前后端 WAF」开发就容易多了。我们只需维护一份代码&＃xff0c;即可同时编译出前后端两个版本&＃xff01;

所有的数据结构和算法&＃xff0c;都由 C 实现。前端编译成 JS 代码&＃xff0c;后端编译成 lua 模块&＃xff0c;供 nginx-lua 使用。

前后端的脚本&＃xff0c;都只需关注业务功能即可&＃xff0c;完全不用涉及数据层面的细节。

测试版

事实上&＃xff0c;还有第三个版本 —— 本地版。

因为所有的 C 代码都在一起&＃xff0c;因此可以方便的编写测试程序。

这样就无需启动 WebServer、打开浏览器来测试了。只需模拟一些数据&＃xff0c;直接运行程序即可测试&＃xff0c;非常轻量。

同时借助 IDE&＃xff0c;调试起来更容易。

8小结

每一门语言都有各自的优缺点。将不同语言的优势相互结合&＃xff0c;可以让程序变得更优雅、更完美。

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原文&＃xff1a;http://www.cnblogs.com/index-html/p/using_c_in_java.html

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