凹语言凹语言Native后端达到C语言性能
- 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
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 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。