模块

WebAssembly 程序被组织成模块，它是部署、加载和编译的单位。模块收集了对 类型、函数、表格、内存 和 全局变量 的定义。此外，它可以声明 导入 和 导出，并提供初始化形式的 数据 和 元素 段，或一个 开始函数。

$$\begin{array}{r}\begin{array}{lllll}& \mathit{module}& ::=& \{& \mathsf{types}\mathit{vec}(\mathit{functype}),\\ & & & & \mathsf{funcs}\mathit{vec}(\mathit{func}),\\ & & & & \mathsf{tables}\mathit{vec}(\mathit{table}),\\ & & & & \mathsf{mems}\mathit{vec}(\mathit{mem}),\\ & & & & \mathsf{globals}\mathit{vec}(\mathit{global}),\\ & & & & \mathsf{elems}\mathit{vec}(\mathit{elem}),\\ & & & & \mathsf{datas}\mathit{vec}(\mathit{data}),\\ & & & & \mathsf{start}{\mathit{start}}^{?},\\ & & & & \mathsf{imports}\mathit{vec}(\mathit{import}),\\ & & & & \mathsf{exports}\mathit{vec}(\mathit{export})\}\end{array}\end{array}$$

每个向量（以及整个模块）都可能是空的。

索引

定义用以零为基准的索引来引用。每个定义类别都有自己的索引空间，由以下类别区分。

$$\begin{array}{r}\begin{array}{llll}& \mathit{typeidx}& ::=& \mathit{u}\mathit{32}\\ & \mathit{funcidx}& ::=& \mathit{u}\mathit{32}\\ & \mathit{tableidx}& ::=& \mathit{u}\mathit{32}\\ & \mathit{memidx}& ::=& \mathit{u}\mathit{32}\\ & \mathit{globalidx}& ::=& \mathit{u}\mathit{32}\\ & \mathit{elemidx}& ::=& \mathit{u}\mathit{32}\\ & \mathit{dataidx}& ::=& \mathit{u}\mathit{32}\\ & \mathit{localidx}& ::=& \mathit{u}\mathit{32}\\ & \mathit{labelidx}& ::=& \mathit{u}\mathit{32}\end{array}\end{array}$$

对于 函数、表格、内存 和 全局变量 的索引空间，包括在同一模块中声明的相应 导入。这些导入的索引在同一索引空间中其他定义的索引之前。

元素索引引用 元素段，而数据索引引用 数据段。

对于 局部变量 的索引空间，只能在 函数 内部访问，并包含该函数的参数，它们在局部变量之前。

标签索引引用指令序列中的 结构化控制指令。

约定

• 元变量 $l$ 涵盖标签索引。

• 元变量 $x,y$ 涵盖任何其他索引空间中的索引。

• 符号 $\mathrm{idx}(A)$ 表示在 $A$ 中自由出现的来自索引空间 $\mathit{idx}$ 的索引集。有时这个集合被重新解释为其元素的 向量。

注意

例如，如果 ${\mathit{instr}}^{\ast }$ 是 $(\mathsf{data}\mathsf{.}\mathsf{drop}x)(\mathsf{memory}\mathsf{.}\mathsf{init}y)$，那么 $\mathrm{dataidx}({\mathit{instr}}^{\ast })=\{x,y\}$，或者等效地，向量 $xy$。

类型

模块的 $\mathsf{types}$ 组件定义了一个 函数类型 向量。

模块中使用的所有函数类型都必须在此组件中定义。它们通过 类型索引 来引用。

注意

WebAssembly 的未来版本可能会添加其他形式的类型定义。

函数

模块的 $\mathsf{funcs}$ 组件定义了一个具有以下结构的函数向量

$$\begin{array}{r}\begin{array}{llll}& \mathit{func}& ::=& \{\mathsf{type}\mathit{typeidx},\mathsf{locals}\mathit{vec}(\mathit{valtype}),\mathsf{body}\mathit{expr}\}\end{array}\end{array}$$

函数的 $\mathsf{type}$ 通过引用模块中定义的 类型 来声明其签名。函数的参数通过函数体中的以 0 为基准的 局部变量索引 来引用；它们是可变的。

The $\mathsf{locals}$ 声明一个可变局部变量向量及其类型。这些变量通过函数体中的 局部变量索引 来引用。第一个局部变量的索引是最小的不引用参数的索引。

The $\mathsf{body}$ 是一个 指令 序列，在终止时必须生成与函数类型 结果类型 匹配的堆栈。

函数通过 函数索引 来引用，从最小的不引用函数 导入 的索引开始。

表格

模块的 $\mathsf{tables}$ 组件定义了一个由其 表格类型 描述的表格向量

$$\begin{array}{r}\begin{array}{llll}& \mathit{table}& ::=& \{\mathsf{type}\mathit{tabletype}\}\end{array}\end{array}$$

表格是特定 引用类型 的不透明值的向量。表格类型 限制 中的 $\mathsf{min}$ 大小指定该表格的初始大小，而其 $\mathsf{max}$（如果存在）则限制其以后可以增长到的大小。

表格可以通过 元素段 来初始化。

表格通过 表格索引 来引用，从最小的不引用表格 导入 的索引开始。大多数构造隐式引用表格索引 $0$。

内存

模块的 $\mathsf{mems}$ 组件定义了一个由其 内存类型 描述的线性内存（或简称为内存）向量

$$\begin{array}{r}\begin{array}{llll}& \mathit{mem}& ::=& \{\mathsf{type}\mathit{memtype}\}\end{array}\end{array}$$

内存是原始未解释字节的向量。内存类型 限制 中的 $\mathsf{min}$ 大小指定该内存的初始大小，而其 $\mathsf{max}$（如果存在）则限制其以后可以增长到的大小。两者都以 页面大小 为单位。

内存可以通过 数据段 来初始化。

内存通过 内存索引 来引用，从最小的不引用内存 导入 的索引开始。大多数构造隐式引用内存索引 $0$。

注意

在当前版本的 WebAssembly 中，单个模块最多只能定义或导入一个内存，并且 *所有* 结构都隐式引用此内存 $0$。此限制可能会在未来版本中取消。

全局变量

模块的 $\mathsf{globals}$ 组件定义了一个全局变量（简称全局变量）的向量。

$$\begin{array}{r}\begin{array}{llll}& \mathit{global}& ::=& \{\mathsf{type}\mathit{globaltype},\mathsf{init}\mathit{expr}\}\end{array}\end{array}$$

每个全局变量存储给定 全局类型 的单个值。它的 $\mathsf{type}$ 还指定全局变量是不可变还是可变。此外，每个全局变量都使用 常量 初始化器 表达式 给出的 $\mathsf{init}$ 值进行初始化。

全局变量通过 全局索引 引用，从不引用全局 导入 的最小索引开始。

元素段

表的初始内容未初始化。*元素段* 可用于从静态 向量 中的元素初始化表的子范围。

模块的 $\mathsf{elems}$ 组件定义了一个元素段向量。每个元素段都定义一个 引用类型 和一个相应的 常量 元素 表达式 列表。

元素段具有识别它们是 *被动*、*主动* 还是 *声明式* 的模式。被动元素段的元素可以使用 $\mathsf{table}\mathsf{.}\mathsf{init}$ 指令复制到表中。主动元素段在 实例化 期间将它的元素复制到表中，如 表索引 和定义表中偏移量的 常量 表达式 所指定。声明式元素段在运行时不可用，但仅用于前向声明在使用 $\mathsf{ref}\mathsf{.}\mathsf{func}$ 等指令的代码中形成的引用。

$$\begin{array}{r}\begin{array}{llll}& \mathit{elem}& ::=& \{\mathsf{type}\mathit{reftype},\mathsf{init}\mathit{vec}(\mathit{expr}),\mathsf{mode}\mathit{elemmode}\}\\ & \mathit{elemmode}& ::=& \mathsf{passive}\\ & & |& \mathsf{active}\{\mathsf{table}\mathit{tableidx},\mathsf{offset}\mathit{expr}\}\\ & & |& \mathsf{declarative}\end{array}\end{array}$$

$\mathsf{offset}$ 由 常量 表达式 给出。

元素段通过 元素索引 引用。

数据段

内存 的初始内容为零字节。*数据段* 可用于从静态 向量 中的 字节 初始化内存范围。

模块的 $\mathsf{datas}$ 组件定义了一个数据段向量。

与元素段类似，数据段具有识别它们是 *被动* 还是 *主动* 的模式。被动数据段的内容可以使用 $\mathsf{memory}\mathsf{.}\mathsf{init}$ 指令复制到内存中。主动数据段在 实例化 期间将它的内容复制到内存中，如 内存索引 和定义内存中偏移量的 常量 表达式 所指定。

$$\begin{array}{r}\begin{array}{llll}& \mathit{data}& ::=& \{\mathsf{init}\mathit{vec}(\mathit{byte}),\mathsf{mode}\mathit{datamode}\}\\ & \mathit{datamode}& ::=& \mathsf{passive}\\ & & |& \mathsf{active}\{\mathsf{memory}\mathit{memidx},\mathsf{offset}\mathit{expr}\}\end{array}\end{array}$$

数据段通过 数据索引 引用。

注意

在当前版本的 WebAssembly 中，模块中最多只能允许一个内存。因此，唯一有效的 $\mathit{memidx}$ 是 $0$。

开始函数

模块的 $\mathsf{start}$ 组件声明了 *开始函数* 的 函数索引，该函数在模块 实例化 时自动调用，在 表 和 内存 初始化后。

$$\begin{array}{r}\begin{array}{llll}& \mathit{start}& ::=& \{\mathsf{func}\mathit{funcidx}\}\end{array}\end{array}$$

注意

开始函数旨在初始化模块的状态。在初始化完成之前，模块及其导出不能在外部访问。

导出

模块的 $\mathsf{exports}$ 组件定义了一组 *导出*，这些导出在模块 实例化 后将可供主机环境访问。

$$\begin{array}{r}\begin{array}{llcl}& \mathit{export}& ::=& \{\mathsf{name}\mathit{name},\mathsf{desc}\mathit{exportdesc}\}\\ & \mathit{exportdesc}& ::=& \mathsf{func}\mathit{funcidx}\\ & & |& \mathsf{table}\mathit{tableidx}\\ & & |& \mathsf{mem}\mathit{memidx}\\ & & |& \mathsf{global}\mathit{globalidx}\end{array}\end{array}$$

每个导出都用一个唯一的 名称 进行标记。可导出定义是 函数、表、内存 和 全局变量，它们通过相应的描述符引用。

约定

为导出序列定义以下辅助符号，以保持顺序，过滤掉特定类型的索引。

• $\mathrm{funcs}({\mathit{export}}^{\ast })=[\mathit{funcidx}|\mathsf{func}\mathit{funcidx}\in (\mathit{export}.\mathsf{desc}{)}^{\ast }]$

• $\mathrm{tables}({\mathit{export}}^{\ast })=[\mathit{tableidx}|\mathsf{table}\mathit{tableidx}\in (\mathit{export}.\mathsf{desc}{)}^{\ast }]$

• $\mathrm{mems}({\mathit{export}}^{\ast })=[\mathit{memidx}|\mathsf{mem}\mathit{memidx}\in (\mathit{export}.\mathsf{desc}{)}^{\ast }]$

• $\mathrm{globals}({\mathit{export}}^{\ast })=[\mathit{globalidx}|\mathsf{global}\mathit{globalidx}\in (\mathit{export}.\mathsf{desc}{)}^{\ast }]$

导入

模块的 $\mathsf{imports}$ 组件定义了一组 *导入*，这些导入是 实例化 所必需的。

$$\begin{array}{r}\begin{array}{llll}& \mathit{import}& ::=& \{\mathsf{module}\mathit{name},\mathsf{name}\mathit{name},\mathsf{desc}\mathit{importdesc}\}\\ & \mathit{importdesc}& ::=& \mathsf{func}\mathit{typeidx}\\ & & |& \mathsf{table}\mathit{tabletype}\\ & & |& \mathsf{mem}\mathit{memtype}\\ & & |& \mathsf{global}\mathit{globaltype}\end{array}\end{array}$$

每个导入都由一个两级的 名称 空间标记，包含一个 $\mathrm{模}\mathrm{块}$ 名称和一个 $\mathrm{名}\mathrm{称}$，用于表示该模块中的一个实体。可导入的定义包括 函数、表格、内存 和 全局变量。每个导入都由一个描述符指定，该描述符具有相应的类型，在实例化期间提供的定义必须与该类型匹配。

每个导入在相应的 索引空间 中定义一个索引。在每个索引空间中，导入的索引位于模块本身中包含的任何定义的第一个索引之前。

注意

与导出名称不同，导入名称不一定唯一。可以多次导入同一个 $\mathrm{模}\mathrm{块}$/$\mathrm{名}\mathrm{称}$ 对；这些导入甚至可能具有不同的类型描述，包括不同类型的实体。具有此类导入的模块仍然可以实例化，具体取决于 嵌入器 允许解析和提供导入的方式。但是，嵌入器不需要支持这种重载，而 WebAssembly 模块本身无法实现重载名称。