将Python编译为WebAssembly

Question

我已经了解到可以将Python2.7代码转换为Web程序集，但是我找不到关于如何这样做的明确指南。

到目前为止，我已经使用Emscripten及其所有必需的组件编译了一个C程序到Web程序集，因此我知道它正在工作（使用的指南：http://webassembly.org/getting-started/developers-guide/）

为了在Ubuntu机器上完成这项工作，我必须采取哪些步骤？我需要将python代码转换为LLVM位代码，然后使用Emscripten编译它吗？如果是这样，我该如何实现？

Answer 1

WebAssembly与asm.js

首先，让我们看看，原则上，WebAssembly与asm.js有何不同，以及是否有可能重用现有的知识和工具。以下是很好的概述：

• Why create a new standard when there is already asm.js?
• What is the difference between asm.js and web assembly?
• Why WebAssembly is Faster Than asm.js

让我们概括一下，WebAssembly（MVP，因为有更多关于its roadmap的内容，大致如下）：

• 是具有静态类型的AST二进制格式，可以由现有的JavaScript引擎执行（因此可以使用JIT或编译AOT）
• 它比JavaScript紧凑10-20%（gzip比较），解析速度快一个数量级
• 它可以表示更多不符合JavaScript语法的低级操作，读取asm.js（例如64位整数、特殊CPU指令、SIMD等）
• 可以（在某种程度上）转换到/从asm.js。

因此，目前WebAssembly是As.js上的迭代，而目标仅是C/C++。

网络上的Python

看起来GC并不是阻止Python代码瞄准WebAssembly/asm.js的唯一方法。两者都表示低级静态类型的代码，其中Python代码不能（实际地）表示。由于当前WebAssembly/asm.js的工具链是基于LLVM的，因此可以将一种易于编译为LLVM-IR的语言转换为WebAssembly/asm.js。但遗憾的是，Python的动态性太强，无法容纳它，PyPy的Unladen Swallow和several attempts证明了这一点。

这个asm.js演示文稿有slides about the state of dynamic languages。它的意思是，目前只有将VM（语言实现在C/C++中）编译成WebSasMals/as.js，并用可能的JIT解释原始源。对于Python，有几个现有项目：

1. PyPy:PyPy.js（作者的talk at PyCon）。这是release repo。JS主文件pypyjs.vm.js是13mb（在gzip -6之后是2MB）+Python stdlib+其他东西。
2. CPython:pyodide，EmPython，CPython-Emscripten，EmCPython等，empython.js是5.8mb（在gzip -6之后是2.1MB），没有stdlib。

3. 微蟒：this fork。

   那里没有生成的JS文件，所以我可以用^{}来生成它，这是一个现成的Emscripten工具链。类似于：

   git clone https://github.com/matthewelse/micropython.git
   cd micropython
   docker run --rm -it -v $(pwd):/src trzeci/emscripten bash
   apt-get update && apt-get install -y python3
   cd emscripten
   make -j
   # to run REPL: npm install && nodejs server.js 
   

   它产生1.1 MB的micropython.js（在gzip -d之后225 KB）。如果您只需要非常兼容的实现而不需要stdlib，那么后者已经是需要考虑的了。

   要生成WebAssembly构建，可以将Makefile的第13行更改为

   CC = emcc -s RESERVED_FUNCTION_POINTERS=20 -s WASM=1
   

   然后make -j产生：

   113 KB micropython.js
   240 KB micropython.wasm
   

   您可以查看emcc hello.c -s WASM=1 -o hello.html的HTML输出，了解如何使用这些文件。

   这样，您还可以在WebAssembly中构建PyPy和CPython，以便在兼容的浏览器中解释Python应用程序。

另一个潜在有趣的事情是Nuitka，一个Python到C++编译器。潜在地，可以将您的Python应用程序构建到C++，然后与Emscripten一起使用CPython编译它。但实际上我不知道该怎么做。

解决方案

目前，如果您正在构建一个传统的web站点或web应用程序，而下载几个兆字节的JS文件几乎不是一个选项，那么看看Python到JavaScript的transpiler（例如Transcrypt）或JavaScript-Python实现（例如Brython）。或者和list of languages that compile to JavaScript的其他人碰碰运气。

否则，如果下载大小不是问题，并且您已经准备好处理许多粗糙的边，请在以上三者之间进行选择。

Answer 2

简而言之：您不能将任意的Python转换为Web程序集，我怀疑您在未来很长一段时间内是否能够。解决方法可能是Python-to-C-to-Web程序集，但这通常也行不通，因为Python-to-C是脆弱的（见下文）。

WebAssembly是专门针对C类语言的，您可以在http://webassembly.org/docs/high-level-goals/中看到

从Python到C的转换可以使用PyPy这样的工具来完成，PyPy已经开发了很长时间，但是对于任意的Python代码仍然不起作用。这有几个原因：

1. Python有一些非常方便、抽象和漂亮的数据结构，但是它们很难转换成静态代码。
2. Python依赖于动态垃圾收集。
3. 大多数Python代码在很大程度上依赖于不同的库，每个库都有自己的特点和问题（比如用C编写，甚至是用汇编语言编写）。

如果你仔细研究为什么Python to C（或者Python to C++）如此棘手，你可以看到这个简洁答案背后的详细原因，但我认为这超出了你的问题范围。

Answer 3

在web程序集实现垃圾回收之前，这是不可能的。你可以在这里跟踪进度：https://github.com/WebAssembly/proposals/issues/16