WebAssemblyインタプリタを書く ～Component Modelを添えて～ るっちょ @ruccho_vector 

作ったもの ● Unity (.NET) 上で動く、C#製WebAssembly?インタプリタ ● Component Model?に対応 ● ゲームにおける会話イベントやカットシーンなどをWasmで動かす 

ゲーム開発における「スクリプト」 ● ゲーム開発はエンジンの上に軽量なスクリプト環境を作りがち ● アプリケーション寄りのロジックを書く ● 動的なロードや実行、ホットリロードなどをサポート ● 非エンジニアが書けるようにする目的も エンジン (C++) スクリプト (C#, Lua, …) 

Unityの場合 ● エンジンはC++、ユーザーコードとしてC#がサポートされている ● しかし、C#はスクリプトとして難点あり ○ 一部プラットフォームではAOT制約がある (JITができない) ○ ホットリロード機能はあるが、 よく壊れるので実質機能していない ○ コンパイル時間が長い ● 新たなスクリプトレイヤーが欲しい！ C++ C# スクリプト (WebAssembly) 

WebAssembly (Wasm) ● 特定のOSやCPUに依存しない仮想の命令セットとバイナリ形式 ● Rust, C/C++, Java, Go, C#など様々な言語をWasmにコンパイルできる 👉言語非依存なスクリプト環境をUnity上に作れるのではないか 

余談：ほかの選択肢 ● Lua ○ 組み込みが容易で、昔からゲーム向けスクリプト環境として人気 ○ 動的型付け、エディタ補完の弱さから敬遠 ● ビジュアルスクリプティング ○ これを作る前に3回ビジュアルスクリプティング環境を自作した 結論、なんだかんだでテキストは強い 

WebAssemblyインタプリタを書く 

① モジュールのデコード ● ヘッダ+セクションのシンプルな構成 ● LEB128 (整数の可変長バイナリ表現) が多用される ● 仕様見ながら地道に書く ヘッダ Type Section Import Section Function Section Table Section Memory Section Global Section Export Section Start Section Code Section Data Section 

② 命令のデコード・挙動の実装 ● 数が多いのでデコーダは自動生成で実装 ● とりあえずWasm 1.0まで実装 ○ 2.0にはSIMDなど含まれる https://pengowray.github.io/wasm-ops/ 

③ VM ● ハーバードアーキテクチャ ○ 関数にはインデックスベースで飛ぶ ● スタックマシン ● ブロック単位の遷移 ● 型はi32, i64, f32, f64の4種類 ○ ※Wasm 1.0の場合 ● 独自機能としてプリエンプティブなグリーンスレッドをサポート ○ C#側の非同期関数をWasmから同期的に呼べる ○ 会話イベントなど作るうえで便利 

④テスト ● 公式テストスイートがある 

動いた！しかし…… ● 素のWebAssemblyはFFIがたいへんやりにくい！ ● FFIでの引数・戻り値の型はi32, i64, f32, f64の4種類のみ ○ それ以外のデータは線形メモリを介して渡す必要がある ● 線形メモリを介した任意長データの渡し方が十分に定義されていない ○ 線形メモリ上のデータレイアウト、確保・解放の方法やタイミングなど ○ つまり標準的なABIがない ● 実用的には、FFI用のグルーコード生成が必要になる 

その悩み、 WebAssembly Component Modelが 解決します 

WebAssembly Component Model ● Wasmのハイレベルなinteroperabilityを実現するための仕様 ● 文字列、配列、構造体など複雑な値を扱うためのCanonical ABIがある ○ 引数や戻り値はCanonical ABIに従ってやりとりされる ● WASI preview 2以降はComponent Modelに則って定義される ● 将来的にはWasmコンポーネントをレジストリに公開して依存解決する、 みたいなのも目指している ○ wa.devというパッケージレジストリが既にあったりする 

利用者から見たComponent Model ● WITという専用のDSLを使う ○ Wasmコンポーネントが公開する関数のシグネチャや、そこで使われる データ型を定義するもの 

利用者から見たComponent Model ● WITから各言語向けのバインディングを自動生成する ● コンパイルしたWasmモジュールにメタデータを付与してコンポーネントに 変換する WIT ゲストソース （Rust, Go, …） バインディング 素のWasm Wasm Component 

ランタイムから見たComponent Model ● Wasmコンポーネントは独自のバイナリ仕様を定義している ○ 素のWasmバイナリに様々なメタデータを付与する ○ つまり、新たにデコーダが必要 ● FFIでCanonical ABIを実装する必要がある ○ 配列や構造体、複雑な値をWasmの線形メモリにシリアライズしたり、 逆にデシリアライズしたり 

Component Modelに対応できた！ ● 文字列とかカジュアルに渡せるようになった ○ ゲームの会話イベントで必須なメッセージ本文の受け渡しなど活用範囲は広い ● Component Model 対応の詳しい話は記事に書いています ○ Component Model な Wasm ランタイムを作った https://zenn.dev/ruccho/articles/7aad0b660377ae 

👈 Unity (C++) の上で動く C# の上で 動く Rust (Wasm) 

Component Modelの普及状況 ● ゲスト言語向けのツーリングは充実しつつある ○ Rust, Go, C/C++, C#あたりは動く ○ moonbit (Wasmをメインターゲットとした新興言語) も注目 ● 実行環境のサポートはまだまだ ○ wasmtime ○ ブラウザはまだ非対応 

WebAssemblyインタプリタを書く ～Component Modelを添えて～ るっちょ @ruccho_vector