文本格式 WAT

WebAssembly 文本格式（WebAssembly Text Format，简称 WAT）是 WebAssembly 的可读表示形式，使用 S 表达式语法。本章将详细介绍 WAT 语法和使用方法。

S 表达式基础

WAT 使用 S 表达式（S-expressions）表示 WebAssembly 模块结构。S 表达式是一种简单的树形结构表示方法，每个节点用括号包围：

(node-type child1 child2 ...)

最简单的模块

一个空的 WebAssembly 模块：

(module)

编译后的二进制只包含 8 字节的头部：

00 61 73 6d  ; 魔数 "\0asm"
01 00 00 00  ; 版本号 1

函数定义

基本函数结构

函数包含签名、局部变量和函数体：

(func <函数名>
  (param <类型> ...)    ;; 参数
  (result <类型>)       ;; 返回值
  (local <类型>)        ;; 局部变量
  <指令> ...            ;; 函数体
)

参数和返回值

;; 无参数无返回值
(func $nop)

;; 有参数无返回值
(func $print (param $msg i32)
  ;; ...
)

;; 有参数有返回值
(func $add (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
  local.get $a
  local.get $b
  i32.add)

;; 多返回值（需要 multi-value 支持）
(func $swap (param $a i32) (param $b i32) (result i32 i32)
  local.get $b
  local.get $a)

命名和索引

函数可以通过名称或索引引用：

(module
  ;; 使用名称
  (func $first (result i32) i32.const 1)
  (func $second (result i32) i32.const 2)
  
  ;; 使用索引调用（$first 是索引 0，$second 是索引 1）
  (func $call_first (result i32)
    call 0)
  
  ;; 使用名称调用
  (func $call_second (result i32)
    call $second))

数据类型

数值类型

类型	说明	字面量示例
i32	32位整数	i32.const 42
i64	64位整数	i64.const 100
f32	32位浮点	f32.const 3.14
f64	64位浮点	f64.const 2.718

整数字面量

;; 十进制
i32.const 42
i32.const -17

;; 十六进制
i32.const 0x2a

;; 二进制
i32.const 0b101010

;; 使用下划线分隔
i32.const 1_000_000

浮点字面量

;; 小数形式
f64.const 3.14159
f64.const -0.5

;; 科学计数法
f64.const 1e10
f64.const 1.5e-3

;; 十六进制浮点
f64.const 0x1.5p3

;; 特殊值
f64.const inf
f64.const -inf
f64.const nan

引用类型

;; 函数引用
(func $my_func)
(ref.func $my_func)  ;; 创建函数引用

;; 外部引用（externref）
(global $ext (mut externref) (ref.null extern))

变量操作

局部变量

(func $example (param $x i32) (result i32)
  (local $temp i32)    ;; 声明局部变量
  
  local.get $x         ;; 获取参数值
  local.set $temp      ;; 设置局部变量
  
  local.get $temp
  i32.const 1
  i32.add
  local.tee $temp      ;; 设置并保留栈顶值
)

全局变量

(module
  ;; 不可变全局变量
  (global $PI f64 (f64.const 3.14159))
  
  ;; 可变全局变量
  (global $counter (mut i32) (i32.const 0))
  
  (func $increment (result i32)
    global.get $counter
    i32.const 1
    i32.add
    global.set $counter
    global.get $counter)
  
  (export "increment" (func $increment)))

控制流

块（block）

块创建一个新的作用域，可以带标签：

(func $example (result i32)
  (block $done (result i32)
    i32.const 1
    br $done            ;; 跳转到块末尾
    i32.const 2         ;; 不会执行
  )
)

循环（loop）

循环与块类似，但 br 跳转到循环开始：

(func $sum_to_n (param $n i32) (result i32)
  (local $i i32)
  (local $sum i32)
  
  (block $break
    (loop $continue
      local.get $i
      local.get $n
      i32.ge_s
      br_if $break      ;; 如果 i >= n，跳出循环
      
      local.get $sum
      local.get $i
      i32.add
      local.set $sum
      
      local.get $i
      i32.const 1
      i32.add
      local.set $i
      
      br $continue      ;; 继续循环
    )
  )
  
  local.get $sum)

条件分支（if-else）

(func $abs (param $x i32) (result i32)
  local.get $x
  i32.const 0
  i32.lt_s             ;; x < 0 ?
  (if (result i32)
    (then
      i32.const 0
      local.get $x
      i32.sub)         ;; 返回 -x
    (else
      local.get $x))   ;; 返回 x
  )
)

简写形式：

(func $abs (param $x i32) (result i32)
  local.get $x
  i32.const 0
  i32.lt_s
  if (result i32)
    i32.const 0
    local.get $x
    i32.sub
  else
    local.get $x
  end)

分支指令

指令	说明
br $label	无条件跳转
br_if $label	条件跳转（栈顶为真时跳转）
br_table $l1 $l2 ... $default	跳转表

跳转表示例：

(func $switch (param $i i32) (result i32)
  (block $default (result i32)
    (block $case2 (result i32)
      (block $case1 (result i32)
        local.get $i
        br_table $case1 $case2 $default
      )
      i32.const 1
      br $default
    )
    i32.const 2
    br $default
  )
)

算术运算

整数运算

;; 加减乘除
i32.add      ;; a + b
i32.sub      ;; a - b
i32.mul      ;; a * b
i32.div_s    ;; 有符号除法
i32.div_u    ;; 无符号除法

;; 取余
i32.rem_s    ;; 有符号取余
i32.rem_u    ;; 无符号取余

;; 位运算
i32.and      ;; 按位与
i32.or       ;; 按位或
i32.xor      ;; 按位异或
i32.shl      ;; 左移
i32.shr_s    ;; 有符号右移
i32.shr_u    ;; 无符号右移
i32.rotl     ;; 循环左移
i32.rotr     ;; 循环右移

;; 一元运算
i32.eqz      ;; 等于零
i32.clz      ;; 前导零计数
i32.ctz      ;; 尾随零计数
i32.popcnt   ;; 1的位数计数

浮点运算

;; 基本运算
f32.add
f32.sub
f32.mul
f32.div
f32.sqrt     ;; 平方根

;; 取整
f32.ceil     ;; 向上取整
f32.floor    ;; 向下取整
f32.trunc    ;; 截断
f32.nearest  ;; 四舍五入

;; 其他
f32.abs      ;; 绝对值
f32.neg      ;; 取反
f32.copysign ;; 复制符号
f32.min
f32.max

比较运算

;; 整数比较
i32.eq       ;; 相等
i32.ne       ;; 不相等
i32.lt_s     ;; 有符号小于
i32.lt_u     ;; 无符号小于
i32.gt_s     ;; 有符号大于
i32.gt_u     ;; 无符号大于
i32.le_s     ;; 有符号小于等于
i32.le_u     ;; 无符号小于等于
i32.ge_s     ;; 有符号大于等于
i32.ge_u     ;; 无符号大于等于

;; 浮点比较
f32.eq
f32.ne
f32.lt
f32.gt
f32.le
f32.ge

类型转换

整数转换

;; 扩展
i32.extend8_s   ;; 8位有符号扩展到32位
i32.extend16_s  ;; 16位有符号扩展到32位
i64.extend32_s  ;; 32位有符号扩展到64位

;; 包装
i32.wrap_i64    ;; 64位包装到32位

浮点转换

;; 整数转浮点
f32.convert_i32_s  ;; 有符号整数转浮点
f32.convert_i32_u  ;; 无符号整数转浮点
f64.convert_i64_s

;; 浮点转整数
i32.trunc_f32_s    ;; 浮点截断为有符号整数
i32.trunc_f32_u    ;; 浮点截断为无符号整数

;; 浮点精度转换
f32.demote_f64     ;; 64位浮点降为32位
f64.promote_f32    ;; 32位浮点升为64位

;; 位重解释
i32.reinterpret_f32  ;; 浮点位模式解释为整数
f32.reinterpret_i32  ;; 整数位模式解释为浮点

内存操作

加载指令

;; 基本加载
i32.load       ;; 加载 32 位整数
i64.load       ;; 加载 64 位整数
f32.load       ;; 加载 32 位浮点
f64.load       ;; 加载 64 位浮点

;; 指定偏移和对齐
i32.load offset=4 align=4

;; 部分加载
i32.load8_s    ;; 加载 8 位有符号
i32.load8_u    ;; 加载 8 位无符号
i32.load16_s   ;; 加载 16 位有符号
i32.load16_u   ;; 加载 16 位无符号
i64.load8_s
i64.load8_u
i64.load16_s
i64.load16_u
i64.load32_s
i64.load32_u

存储指令

;; 基本存储
i32.store      ;; 存储 32 位整数
i64.store      ;; 存储 64 位整数
f32.store      ;; 存储 32 位浮点
f64.store      ;; 存储 64 位浮点

;; 指定偏移和对齐
i32.store offset=8 align=4

;; 部分存储
i32.store8     ;; 存储 8 位
i32.store16    ;; 存储 16 位
i64.store8
i64.store16
i64.store32

内存大小和增长

;; 获取内存大小（以页为单位）
memory.size

;; 增长内存
memory.grow    ;; 栈顶是要增加的页数

表操作

;; 获取表元素
table.get

;; 设置表元素
table.set

;; 表大小
table.size

;; 增长表
table.grow

;; 填充表
table.fill

完整示例

斐波那契数列

(module
  (func $fib (param $n i32) (result i32)
    (local $a i32)
    (local $b i32)
    (local $temp i32)
    (local $i i32)
    
    ;; 初始化
    i32.const 0
    local.set $a
    i32.const 1
    local.set $b
    i32.const 0
    local.set $i
    
    ;; 循环
    (block $break
      (loop $continue
        local.get $i
        local.get $n
        i32.ge_s
        br_if $break
        
        ;; temp = a + b
        local.get $a
        local.get $b
        i32.add
        local.set $temp
        
        ;; a = b
        local.get $b
        local.set $a
        
        ;; b = temp
        local.get $temp
        local.set $b
        
        ;; i++
        local.get $i
        i32.const 1
        i32.add
        local.set $i
        
        br $continue
      )
    )
    
    local.get $a)
  
  (export "fib" (func $fib)))

字符串处理

(module
  (memory 1)
  
  ;; 计算字符串长度
  (func $strlen (param $ptr i32) (result i32)
    (local $len i32)
    i32.const 0
    local.set $len
    
    (block $break
      (loop $continue
        local.get $ptr
        local.get $len
        i32.add
        i32.load8_u
        i32.eqz
        br_if $break
        
        local.get $len
        i32.const 1
        i32.add
        local.set $len
        
        br $continue
      )
    )
    
    local.get $len)
  
  (export "strlen" (func $strlen))
  (export "memory" (memory 0)))

调试技巧

使用注释

;; 单行注释

(; 
  多行注释
  可以跨越多行
;)

使用打印调试

(module
  (import "env" "log" (func $log (param i32)))
  
  (func $debug_example (param $x i32) (result i32)
    local.get $x
    call $log    ;; 打印调试信息
    
    local.get $x
    i32.const 1
    i32.add)
  
  (export "debug_example" (func $debug_example)))

JavaScript 端：

const importObject = {
  env: {
    log: (value) => console.log('Debug:', value)
  }
};

工具使用

wat2wasm

将 WAT 编译为 WASM：

wat2wasm input.wat -o output.wasm

# 显示详细信息
wat2wasm -v input.wat

# 启用多内存支持
wat2wasm --enable-multi-memory input.wat

wasm2wat

将 WASM 反编译为 WAT：

wasm2wat input.wasm -o output.wat

wasm-validate

验证 WASM 文件：

wasm-validate input.wasm

下一步

掌握 WAT 语法后，你可以继续学习：

• JavaScript 交互 - JavaScript 与 WebAssembly 互操作
• Rust 编译 Wasm - 使用 Rust 开发 WebAssembly
• 内存管理 - 深入理解内存模型