การคำนวณทางคณิตศาสตร์และการเปรียบเทียบ

WebAssembly มีชุดคำสั่งทางคณิตศาสตร์และการเปรียบเทียบที่หลากหลาย แต่ละคำสั่งมีชนิด (typed) — คุณรู้เสมอว่ากำลังทำงานกับจำนวนเต็มหรือ float และสำหรับจำนวนเต็ม operation นั้นเป็นแบบมีเครื่องหมายหรือไม่มีเครื่องหมาย

การคำนวณกับจำนวนเต็ม

Operation พื้นฐานสี่อย่างสำหรับ i32 คือ i32.add, i32.sub, i32.mul และการหาร ทั้งหมด pop ตัวถูกดำเนินการสองตัวและ push ผลลัพธ์หนึ่งตัว:

(module
  (func (export "add") (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
    local.get $a
    local.get $b
    i32.add)
  (func (export "sub") (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
    local.get $a
    local.get $b
    i32.sub)
  (func (export "mul") (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
    local.get $a
    local.get $b
    i32.mul))

คำสั่งเดียวกันนี้มีอยู่สำหรับ i64 เช่นกัน: i64.add, i64.sub, i64.mul

การหารแบบมีเครื่องหมายเทียบกับไม่มีเครื่องหมาย

การหารเป็นจุดที่ชนิดจำนวนเต็มเผยให้เห็นความซับซ้อนของตัวเอง i32 ก็แค่ 32 บิต — ตัวบิตเองไม่ได้พกพาข้อมูลเครื่องหมายใด ๆ คำสั่ง เป็นตัวตัดสินว่าจะตีความบิตเหล่านั้นเป็นจำนวนเต็มแบบมีเครื่องหมายในรูป two’s-complement หรือเป็นจำนวนเต็มแบบไม่มีเครื่องหมาย:

(module
  ;; signed: -7 / 2 = -3 (rounds toward zero)
  (func (export "divSigned") (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
    local.get $a
    local.get $b
    i32.div_s)

  ;; unsigned: the same bit pattern as -7 (0xFFFFFFF9) / 2 = 2147483644
  (func (export "divUnsigned") (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
    local.get $a
    local.get $b
    i32.div_u))

ในทำนองเดียวกัน i32.rem_s และ i32.rem_u ให้เศษเหลือแบบมีเครื่องหมายและไม่มีเครื่องหมาย

การคำนวณกับ float

คำสั่งสำหรับ float สะท้อนคำสั่งของจำนวนเต็ม แต่คำนำหน้าชนิด (type prefix) เปลี่ยนไป:

(module
  (func (export "fadd") (param $a f64) (param $b f64) (result f64)
    local.get $a
    local.get $b
    f64.add))

f64.sub, f64.mul, f64.div, f64.sqrt, f64.floor, f64.ceil, f64.min และ f64.max มีให้ใช้ทั้งหมด ชุดเดียวกันนี้มีอยู่สำหรับ f32 เช่นกัน

คำสั่งเปรียบเทียบ

การเปรียบเทียบจะ pop ค่าสองค่าและ push ผลลัพธ์ i32: 1 หมายถึง true, 0 หมายถึง false ไม่มีชนิดบูลีน — WebAssembly ใช้ i32 เป็นบูลีนเมื่อใดก็ตามที่ต้องการ

(module
  ;; returns 1 if $a equals $b, else 0
  (func (export "eq") (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
    local.get $a
    local.get $b
    i32.eq)

  ;; signed less-than: returns 1 if $a < $b (signed), else 0
  (func (export "ltSigned") (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
    local.get $a
    local.get $b
    i32.lt_s))

ตัวแปรของการเปรียบเทียบเป็นไปตามรูปแบบ signed/unsigned เดียวกัน: i32.lt_s เทียบกับ i32.lt_u, i32.gt_s เทียบกับ i32.gt_u, i32.le_s, i32.ge_u และอื่น ๆ

ลองรันดู

ตัวอย่างด้านล่างคอมไพล์ module ที่มีการลบ การหารแบบมีเครื่องหมาย และการเปรียบเทียบแบบน้อยกว่าชนิดมีเครื่องหมาย

WebAssembly

const wat = `(module
  (func (export "sub") (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
    local.get $a
    local.get $b
    i32.sub)
  (func (export "divS") (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
    local.get $a
    local.get $b
    i32.div_s)
  (func (export "isLess") (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
    local.get $a
    local.get $b
    i32.lt_s))`;
const bytes = await compileWat(wat);
const { instance } = await WebAssembly.instantiate(bytes, {});
console.log('sub(10, 3) =', instance.exports.sub(10, 3));
console.log('divS(-7, 2) =', instance.exports.divS(-7, 2));
console.log('isLess(3, 5) =', instance.exports.isLess(3, 5), '(1 = true)');
console.log('isLess(5, 3) =', instance.exports.isLess(5, 3), '(0 = false)');

🦾 ความมีเครื่องหมายอยู่ในคำสั่ง ไม่ใช่ในชนิด

ชนิดจำนวนเต็มของ WebAssembly (i32, i64) ก็แค่รูปแบบบิต — ไม่ได้พกพาเครื่องหมายในตัวเอง การหารและเศษเหลือมีอยู่สองตัวแปร: div_s / rem_s ตีความบิตเป็นจำนวนเต็มแบบมีเครื่องหมายในรูป two’s-complement; div_u / rem_u ตีความเป็นแบบไม่มีเครื่องหมาย การเปรียบเทียบก็เป็นไปตามกฎเดียวกัน: i32.lt_s เทียบกับ i32.lt_u ชนิดเพียงอย่างเดียวไม่เคยบอกคุณว่าใช้การตีความแบบใด

ข้อแลกเปลี่ยน

ตัวเลือก	Benefit	Cost
เขียน WAT เอง	เห็น operand order และ opcode ตรง ๆ ทำให้เข้าใจว่า `i32.div_s` กับ `i32.div_u` ต่างกันตรงไหนแบบไม่มีอะไรบัง	ต้องนับ stack เองทุกบรรทัด ผิดง่ายเวลาโค้ดยาวขึ้น
ปล่อยให้ compiler สร้าง Wasm (เช่นจาก Rust/C)	เขียนโค้ดระดับสูงตามปกติ ได้ output ที่ optimize แล้ว เหมาะกับงานจริง	มองไม่เห็นว่า compiler เลือก `_s` หรือ `_u` variant ตรงไหน debug ยากกว่าถ้าผลลัพธ์ผิด

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

สลับลำดับ operand ตอน push ขึ้น stack เช่นตั้งใจจะทำ a - b แต่ push $b ก่อน $a ทำให้ i32.sub คำนวณ b - a แทน เพราะ WAT เป็น stack-based ลำดับการ push มีผลโดยตรงต่อผลลัพธ์
ใช้ div_s/div_u หรือ lt_s/lt_u สลับกัน เพราะ i32 ไม่มีเครื่องหมายในตัวเอง ถ้าเลือกคำสั่งผิด ผลลัพธ์จะผิดแบบเงียบ ๆ ไม่มี error ให้เห็น
ลืมว่าค่าที่เหลือบน stack ตอนจบฟังก์ชันต้องตรงกับ result ที่ประกาศไว้พอดี ถ้าคำนวณแล้วเหลือค่าเกินหรือขาดไป module จะ validation ไม่ผ่าน

💡 ตัวอย่างจากของจริง

ทีม WABT (WebAssembly Binary Toolkit) ใช้ไฟล์ .wat ที่เขียนมือจำนวนมากในชุด test spec compliance เพื่อยืนยันว่า opcode อย่าง div_s/div_u ทำงานตรงตาม spec ทุกกรณี รวมถึง edge case อย่างการหารด้วยศูนย์