Python – WebAssembly のメソッドを呼び出す

WebAssembly というのは、WebAP のフロントエンド開発において高速さと堅牢さを実現するために生み出された技術です。
これを利用して、WebAP 以外でも WebAssembly を利用してポータビリティを向上させるための技術が WASI (WebAssembly System Interface) です。

WASI の参照実装として wasmtime が公開されています。
wasmtime を用いて、Python から WebAssembly のメソッドを呼び出します。

動作環境

• Windows 11
• WSL Ubuntu 20.04
• Python 3.10.6
• wasmtime 11.0.0

事前準備

事前準備として、各種パッケージをインストールします。

Ubuntu パッケージ更新

$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade

pip をインストール

$ sudo apt install python3-pip

wasmtime のインストール

$ pip install wasmtime

WebAssembly サンプルコード

今回使用する WebAssembly のサンプルコードです。
sample.wat のファイル名で保存しておきます。

wat は、WebAssembly のテキストフォーマットに対する拡張子です。
バイトコードフォーマットの拡張子は wasm になります。

(module
  (func (export "add_int")
    (param $value_1 i32) (param $value_2 i32)
    (result i32)
    local.get $value_1
    local.get $value_2
    i32.add
  )
)

２つの整数を足し合わせる add_int メソッドを定義しています。
３行目の param 句が引数を定義しています。
４行目の result で戻り値の型を指定しています。

５～６行目の local.get では、それぞれの引数の値をスタックに積んでいます。
７行目の i32.add でスタックから整数を２つポップして足し算し、この結果を再度スタックに積んでいます。
最終的にスタックに残った整数値が result として返却されます。

Python から WebAssembly 呼び出し

Python コードから wasmtime を利用して WebAssembly を呼び出すには、2つの手法があります。

• wasm ファイルを直接インポートする
• wasmtime API で wasm ファイルをロードする

特に弊害がなければ、前者の方がシンプルで直観的で良いと思います。

それぞれの手法を以下に紹介します。

① wasm ファイルを直接インポートする

wasmtime.loader をインポートすることで、wat ファイル（または wasm ファイル）を直接インポートすることができます。

import wasmtime.loader
import sample

print(sample.add_int(3, 5))

２行目で WebAssembly をインポートしています。
今回は sample.wat としてファイルを保存しており、ここから拡張子を除いた sample をインポートします。

メインのコードは４行目のみです。
sample.add_int を呼び出し、3 + 5 の演算をさせます。

$ python3 main_directly.py 
8

② wasmtime API で wasm ファイルをロードする

次に wasmtime の API を利用したサンプルコードです。
カスタマイズが必要なケースでは、こちらの手法を用いることになります。

from wasmtime import Store, Module, Instance

store = Store()
module = Module.from_file(store.engine, "sample.wat")
instance = Instance(store, module, [])
add_int = instance.exports(store)["add_int"]
print(add_int(store, 3, 5))

実行結果はシンプルな呼び出し方法と同じです。
3 + 5 の結果が返却されます。

$ python3 main_api.py 
8