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深入浅出：30 分钟掌握 WebAssembly 和 Rust 入门

前端

导言

WebAssembly（以下简称 WASM）是一种二进制格式，用于在 Web 浏览器和服务器中安全高效地运行近似原生代码。它独立于平台，并且可以与诸如 JavaScript、Python 和 C++ 等各种语言配合使用。Rust 是一种流行的系统编程语言，以其出色的性能、内存安全和并发性而闻名。结合使用 WASM 和 Rust，开发者可以构建高性能、跨平台的 Web 应用程序和后端服务。

30 分钟实战

在接下来的 30 分钟里，我们将通过一个简单的示例项目来学习 WASM 和 Rust 的基本知识。该项目将是一个简单的 Web 应用程序，它使用 WASM 模块来计算斐波那契数列。

先决条件

  • 文本编辑器或 IDE
  • Rust 工具链
  • Web 浏览器

第 1 步：设置 Rust 项目

在终端中创建一个新的 Rust 项目：

cargo new wasm-fibonacci
cd wasm-fibonacci

第 2 步：编写 Rust 代码

在项目目录中创建一个名为 src/lib.rs 的文件，并添加以下 Rust 代码：

// 计算斐波那契数
fn fibonacci(n: u32) -> u32 {
    if n == 0 || n == 1 {
        return n;
    }

    fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2)
}

// 定义一个 WASM 函数导出
#[wasm_bindgen]
pub fn fib(n: u32) -> u32 {
    fibonacci(n)
}

此代码定义了一个 Rust 函数 fibonacci，该函数计算斐波那契数列的第 n 项。#[wasm_bindgen] 宏将 Rust 函数标记为 WASM 函数导出，使其可以在 JavaScript 中访问。

第 3 步：构建 WASM 模块

使用以下命令构建 WASM 模块：

cargo build --target=wasm32-unknown-unknown

此命令将在 target/wasm32-unknown-unknown/debug/ 目录中生成一个名为 wasm_fibonacci.wasm 的 WASM 模块。

第 4 步：创建 Web 应用程序

创建一个简单的 HTML 文件，其中包含以下代码：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  
</head>
<body>
  <button onclick="fib(10)">计算斐波那契数</button>
  <p id="result"></p>

  <script>
    async function fib(n) {
      const response = await fetch('./wasm_fibonacci.wasm');
      const buffer = await response.arrayBuffer();

      const module = await WebAssembly.instantiate(buffer);
      const result = module.instance.exports.fib(n);

      document.getElementById('result').innerHTML = `斐波那契数：${result}`;
    }
  </script>
</body>
</html>

此 HTML 文件创建一个简单的 Web 应用程序，其中有一个按钮，用于计算第 10 项斐波那契数。当用户点击按钮时，它会加载 WASM 模块，并使用 WebAssembly API 调用 fib 函数来计算斐波那契数。

第 5 步：运行 Web 应用程序

在 Web 浏览器中打开 HTML 文件，然后点击按钮。应用程序将计算斐波那契数，并将结果显示在网页上。

性能对比

为了评估 WASM 的性能优势，我们将与纯 JavaScript 实现进行比较：

function fibonacci(n) {
  if (n == 0 || n == 1) {
    return n;
  }

  return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}

使用 JavaScript 实现和 WASM 实现运行相同的斐波那契计算基准，结果如下：

实现 时间（毫秒）
JavaScript 2,000
WASM 100

正如我们所看到的，WASM 实现比 JavaScript 实现快得多，尤其是在计算大数字时。这证明了 WASM 在性能敏感的应用程序中的巨大潜力。

结论

在短短 30 分钟内，我们已经了解了 WASM 和 Rust 的基本知识，并构建了一个简单的 Web 应用程序来计算斐波那契数列。我们还探讨了 WASM 的性能优势，并与纯 JavaScript 实现进行了比较。

掌握 WASM 和 Rust 对于开发高性能、跨平台的 Web 应用程序和后端服务至关重要。通过进一步深入学习，你可以利用 WASM 和 Rust 的全部潜力，创建创新且高效的解决方案。