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本篇將嘗使用canvas + wasm畫一個(gè)迷宮，生成算法主要用到連通集算法，使用wasm主要是為了提升運(yùn)行效率。然后再用一個(gè)最短路徑算法找到迷宮的出路，***的效果如下：
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1. 用連通集算法生成迷宮
生成迷宮的算法其實(shí)很簡(jiǎn)單，假設(shè)迷宮的大小是10 * 10，即這個(gè)迷宮有100個(gè)格子，通過不斷地隨機(jī)拆掉這100個(gè)格子中間的墻，直到可以從***個(gè)格子走到***一個(gè)格子，也就是說***個(gè)格子和***一個(gè)格子處于同一個(gè)連通集。具體如下操作：
(1)生成100個(gè)格子，每個(gè)格子都不相通
(2)隨機(jī)選取相鄰的兩個(gè)格子，可以是左右相鄰或者是上下相鄰，判斷這兩個(gè)格子是不是處于同一個(gè)連通集，即能否從其中一個(gè)格子走到另外一個(gè)格子，如果不能，就拆掉它們中間的墻，讓它們相連，處于同一個(gè)連通集。
(3)重復(fù)第二步，直到***個(gè)格子和***一個(gè)格子相連。
那這個(gè)連通集應(yīng)該怎么表示呢?我們用一個(gè)一維數(shù)組來表示不同的已連通的集合，初始化的時(shí)候每個(gè)格子的值都為-1，如下圖所示，假設(shè)迷宮為3 * 3，即有9個(gè)格子：
每個(gè)索引在迷宮的位置：
負(fù)數(shù)表示它們是不同的連通集，因?yàn)槲覀冞€沒開始拆墻，所以一開始它們都是獨(dú)立的。
現(xiàn)在把3、4中間的墻拆掉，也就是說讓3和4連通，把4的值置成3，表示4在3這個(gè)連通集，3是它們的根，如下圖所示：
再把5、8給拆了：
再把4、5給拆了：
這個(gè)時(shí)候3、4、5、8就處于同一個(gè)連通集了，但是0和8依舊是兩個(gè)不同的連通集，這個(gè)時(shí)候再把3和0中間的墻給拆了：
由于0的連通集是3，而8的連通集也是3，即它們處于同一個(gè)連通集，因此這個(gè)時(shí)候從***個(gè)格子到***一個(gè)格子的路是相通的，就生成了一個(gè)迷宮。
我們用UnionSet的類表示連通集，如下代碼所示：
- class UnionSet{
- constructor(size){
- this.set = new Array(size);
- for(var i = this.set.length - 1; i >= 0; i--){
- this.set[i] = -1;
- }
- }
- union(root1, root2){
- this.set[root1] = root2;
- }
- findSet(x){
- while(this.set[x] >= 0){
- x = this.set[x];
- }
- return x;
- }
- sameSet(x, y){
- return this.findSet(x) === this.findSet(y);
- }
- unionElement(x, y){
- this.union(this.findSet(x), this.findSet(y));
- }
- }
我們總共用了22行代碼就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)連通集。上面的代碼應(yīng)該比較好理解，對(duì)照上面的示意圖。如findSet函數(shù)得到某個(gè)元素所在的set的根元素，而根元素存放的是負(fù)數(shù)，只要存放的值是正數(shù)那么它就是指向另一個(gè)結(jié)點(diǎn)，通過while循環(huán)一層層的往上找直到負(fù)數(shù)。unionElement可以連通兩個(gè)元素，先找到它們所在的set，然后把它們的set union一下變成同一個(gè)連通集。
現(xiàn)在寫一個(gè)Maze，用來控制畫迷宮的操作，它組合一個(gè)UnionSet的實(shí)例，如下代碼所示：
- class Maze{
- constructor(columns, rows, cavans){
- this.columns = columns;
- this.rows = rows;
- this.cells = columns * rows;
- //存放是連通的格子，{1: [2, 11]}表示第1個(gè)格子和第2、11個(gè)格子是相通的
- this.linkedMap = {};
- this.unionSets = new UnionSet(this.cells);
- this.canvas = canvas;
- }
- }
Maze構(gòu)造函數(shù)傳三個(gè)參數(shù)，前兩個(gè)是迷宮的列數(shù)和行數(shù)，***一個(gè)是canvas元素。在構(gòu)造函數(shù)里面初始化一個(gè)連通集，作為這個(gè)Maze的核心模型，還初始化了一個(gè)linkedMap，用來存放拆掉的墻，進(jìn)而提供給canvas繪圖。
Maze類再添加一個(gè)生成迷宮的函數(shù)，如下代碼所示：
- //生成迷宮
- generate(){
- //每次任意取兩個(gè)相鄰的格子，如果它們不在同一個(gè)連通集，
- //則拆掉中間的墻，讓它們連在一起成為一個(gè)連通集
- while(!this.firstLastLinked()){
- var cellPairs = this.pickRandomCellPairs();
- if(!this.unionSets.sameSet(cellPairs[0], cellPairs[1])){
- this.unionSets.unionElement(cellPairs[0], cellPairs[1]);
- this.addLinkedMap(cellPairs[0], cellPairs[1]);
- }
- }
- }
生成迷宮的核心邏輯很簡(jiǎn)單，在while循環(huán)里面判斷***個(gè)是否與***一個(gè)格子連通，如果不是的話，則每次隨機(jī)選取兩個(gè)相鄰的格子，如果它們不在同一個(gè)連通集，則把它們連通一下，同時(shí)記錄一下拆掉的墻到linkedMap里面。
怎么隨機(jī)選取兩個(gè)相鄰的格子呢?這個(gè)雖然沒什么技術(shù)難點(diǎn)，但是實(shí)現(xiàn)起來需要?jiǎng)右环X筋，因?yàn)樵谶吷系母褡記]有完整的上下左右四個(gè)相鄰格子，有些只有兩個(gè)，有些有三個(gè)。筆者是這么實(shí)現(xiàn)的，相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單：
- //取出隨機(jī)的兩個(gè)挨著的格子
- pickRandomCellPairs(){
- var cell = (Math.random() * this.cells) >> 0;
- //再取一個(gè)相鄰格子，0 = 上，1 = 右，2 = 下，3 = 左
- var neiborCells = [];
- var row = (cell / this.columns) >> 0,
- column = cell % this.rows;
- //不是***排的有上方的相鄰元素
- if(row !== 0){
- neiborCells.push(cell - this.columns);
- }
- //不是***一排的有下面的相鄰元素
- if(row !== this.rows - 1){
- neiborCells.push(cell + this.columns);
- }
- if(column !== 0){
- neiborCells.push(cell - 1);
- }
- if(column !== this.columns - 1){
- neiborCells.push(cell + 1);
- }
- var index = (Math.random() * neiborCells.length) >> 0;
- return [cell, neiborCells[index]];
- }
首先隨機(jī)選一個(gè)格子，然后得到它的行數(shù)和列數(shù)，接著依次判斷它的邊界情況。如果它不是處于***排，那么它就有上面一排的相鄰格子，如果不是***一排則有下面一排的相鄰格子，同理，如果不是在***列則有左邊的，不是***一列則有右邊的。把符合條件的格子放到一個(gè)數(shù)組里面，然后再隨機(jī)取這個(gè)數(shù)組里的一個(gè)元素。這樣就得到了兩個(gè)隨機(jī)的相鄰元素。
另一個(gè)addLinkedMap函數(shù)的實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，如下代碼所示：
- addLinkedMap(x, y){
- if(!this.linkedMap[x]) this.linkedMap[x] = [];
- if(!this.linkedMap[y]) this.linkedMap[y] = [];
- if(this.linkedMap[x].indexOf(y) < 0){
- this.linkedMap[x].push(y);
- }
- if(this.linkedMap[y].indexOf(x) < 0){
- this.linkedMap[y].push(x);
- }
- }
這樣生成迷宮的核心邏輯基本完成，但是上面連通集的代碼可以優(yōu)化， 一個(gè)是findSet函數(shù)，可以在findSet的時(shí)候把當(dāng)前連通集里的元素的存放值直接改成根元素，這樣就不用形成一條很長(zhǎng)的查找鏈，或者說形成一棵很高的樹，可直接一步到位，如下代碼所示：
- findSet(x){
- if(this.set[x] < 0) return x;
- return this.set[x] = this.findSet(this.set[x]);
- }
這段代碼使用了一個(gè)遞歸，在查找的同時(shí)改變值。
union函數(shù)也可以做一個(gè)優(yōu)化，findSet可以把樹的高度改小，但是在沒有改小前的union操作也可以做優(yōu)化，如下代碼所示：
- union(root1, root2){
- if(this.set[root1] < this.set[root2]){
- this.set[root2] = root1;
- } else {
- if(this.set[root1] === this.set[root2]){
- this.set[root2]--;
- }
- this.set[root1] = root2;
- }
- }
這段代碼的目的也是為了減少查找鏈的長(zhǎng)度或者說減少樹的高度，方法是把一棵比較矮的連通集成為另外一棵比較高的連通集的子樹，這樣兩個(gè)連通集，合并起來的高度還是那棵高的。如果兩個(gè)連通集的高度一樣，則選取其中一個(gè)作為根，另外一棵樹的結(jié)點(diǎn)在查找的時(shí)候無疑這些結(jié)點(diǎn)的查找長(zhǎng)度要加上1 ，因?yàn)槎嗔艘粋€(gè)新的root，也就是說樹的高度要加1，由于存放的是負(fù)數(shù)，所以進(jìn)行減減操作。在判斷樹高度的時(shí)候也是一樣的，越小就說明越高。
經(jīng)驗(yàn)證，這樣改過之后，代碼執(zhí)行效率快了一半以上。
迷宮生成好之后，現(xiàn)在開始來畫。
2. 用Canvas畫迷宮
先寫一個(gè)canvas的html元素，如下代碼所示：
注意canvas的寬高要用width和height的屬性寫，如果用style的話就是拉伸了，會(huì)出現(xiàn)模糊的情況。
怎么用canvas畫線呢?如下代碼所示：
- var canvas = document.getElementById("maze");
- var ctx = canvas.getContext("2d");
- ctx.moveTo(0, 0);
- ctx.lineTo(100, 100);
- ctx.stroke();
這段代碼畫了一條線，從(0, 0)到(100, 100)，這也是本篇將用到的canvas的3個(gè)基礎(chǔ)的api。
上面已經(jīng)得到了一個(gè)linkedMap，對(duì)于一個(gè)3 * 3的表格，把linkedMap打印一下，可得到以下表格。
通過上面的表格可知道，0和3中間是沒有墻，所以在畫的時(shí)候0和3中間就不要畫橫線了，3和4也是相連的，它們中間就不要畫豎線了。對(duì)每個(gè)普通的格子都畫它右邊的豎線和下面的橫線，而對(duì)于被拆掉的就不要畫，所以得到以下代碼：
- draw(){
- var linkedMap = this.linkedMap;
- var cellWidth = this.canvas.width / this.columns,
- cellHeight = this.canvas.height / this.rows;
- var ctx = this.canvas.getContext("2d");
- //translate 0.5個(gè)像素，避免模糊
- ctx.translate(0.5, 0.5);
- for(var i = 0; i < this.cells; i++){
- var row = i / this.columns >> 0,
- column = i % this.columns;
- //畫右邊的豎線
- if(column !== this.columns - 1 && (!linkedMap[i] || linkedMap[i].indexOf(i + 1) < 0)){
- ctx.moveTo((column + 1) * cellWidth >> 0, row * cellHeight >> 0);
- ctx.lineTo((column + 1) * cellWidth >> 0, (row + 1) * cellHeight >> 0);
- }
- //畫下面的橫線
- if(row !== this.rows - 1 && (!linkedMap[i] || linkedMap[i].indexOf(i + this.columns) < 0)){
- ctx.moveTo(column * cellWidth >> 0, (row + 1) * cellHeight >> 0);
- ctx.lineTo((column + 1) * cellWidth >> 0, (row + 1) * cellHeight >> 0);
- }
- }
- //***再一次性stroke，提高性能
- ctx.stroke();
- //畫迷宮的四條邊框
- this.drawBorder(ctx, cellWidth, cellHeight);
- }
上面的代碼也比較好理解，在畫右邊的豎線的時(shí)候，先判斷它和右邊的格子是否相通，即linkMap[i]里面有沒有i + 1元素，如果沒有，并且它不是***一列，就畫右邊的豎線。因?yàn)槊詫m的邊框放到后面再畫，它比較特殊，***一個(gè)格子的豎線是不要畫的，因?yàn)樗敲詫m的出口。每次moveTo和lineTo的位置需要計(jì)算一下。
注意上面的代碼做了兩個(gè)優(yōu)化，一個(gè)是先translate 0.5個(gè)像素，為了讓canvas畫線的位置剛好在像素上面，因?yàn)槲覀兊膌ineWidth是1，如果不translate，那么它畫的位置如下圖中間所示，相鄰兩個(gè)像素占了半個(gè)像素，顯示器顯示的時(shí)候變會(huì)變虛，而translate 0.5個(gè)像素之后，它就會(huì)剛好畫在像在像素點(diǎn)上。詳見：HTML5 Canvas – Crisp lines every time。
第二個(gè)優(yōu)化是所有的moveTo和lineTo都完成之后再stroke，這樣它就是一條線，可以極大地提高畫圖的效率。這個(gè)很重要，剛開始的時(shí)候沒這么做，導(dǎo)致格子數(shù)稍多的時(shí)候就畫不了了，改成這樣之后，繪制的效率提升很多。
我們還可以再做一個(gè)優(yōu)化，就是使用雙緩存技術(shù)，在畫的時(shí)候別直接畫到屏幕上，而是先在內(nèi)存的畫布里面完成繪制，***再一次性地Paint繪制到屏幕上，這樣也可以提高性能。如下代碼所示：
- draw(){
- var canvasBuffer = document.createElement("canvas");
- canvasBuffer.width = this.canvas.width;
- canvasBuffer.height = this.canvas.height;
- var ctx = canvasBuffer.getContext("2d");
- ctx.translate(0.5, 0.5);
- for(var i = 0; i < this.cells; i++){
- }
- ctx.stroke();
- this.drawBorder(ctx, cellWidth, cellHeight);
- console.log("draw");
- this.canvas.getContext("2d").drawImage(canvasBuffer, 0, 0);
- }
先動(dòng)態(tài)創(chuàng)建一個(gè)canvas節(jié)點(diǎn)，獲取它的context，在上面畫圖，畫好之后再用原先的canvas的context的drawImage把它畫到屏幕上去。
然后就可以寫驅(qū)動(dòng)代碼了，如下畫一個(gè)50 * 50的迷宮，并統(tǒng)計(jì)一下時(shí)間：
- const column = 50,
- row = 50;
- var canvas = document.getElementById("maze");
- var maze = new Maze(column, row, canvas);
- console.time("generate maze");
- maze.generate();
- console.timeEnd("generate maze");
- console.time("draw maze");
- maze.draw();
- console.timeEnd("draw maze");
畫出的迷宮：
運(yùn)行時(shí)間：
可以看到畫一個(gè)2500規(guī)模的迷宮，draw的時(shí)間還是很少的，而生成的時(shí)間也不長(zhǎng)，但是我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，就是迷宮的有些格子是封閉的：
這些不能夠進(jìn)去的格子就沒用了，這不太符合迷宮的特點(diǎn)。所以不能存在自我封閉的格子，由于生成的時(shí)候是判斷***個(gè)格子有沒有和***一個(gè)連通，現(xiàn)在改成***個(gè)格子和所有的格子都是連通的，也就是說可以從***個(gè)格子到達(dá)任意一個(gè)格子，這樣迷宮的誤導(dǎo)性才比較強(qiáng)，如下代碼所示：
- linkedToFirstCell(){
- for(var i = 1; i < this.cells; i++){
- if(!this.unionSets.sameSet(0, i))
- return false;
- }
- return true;
- }
把while的判斷也改一下，這樣改完之后，生成的迷宮變成了這樣：
這樣生成的迷宮看起來就正常多了，生成迷宮的時(shí)間也相應(yīng)地變長(zhǎng)：
但是我們發(fā)現(xiàn)還是有一些比較奇怪的格子布局，如下圖所示：
因?yàn)檫@樣布局的其實(shí)沒太大的意義，如果讓你手動(dòng)設(shè)計(jì)一個(gè)迷宮，你肯定也不會(huì)設(shè)計(jì)這樣的布局。所以我們的算法還可以再改進(jìn)，由于上面是隨機(jī)選取兩個(gè)相鄰格子，可以把它改成隨機(jī)選取4個(gè)相鄰的格子，這樣生成的迷宮通道就會(huì)比較長(zhǎng)，像上圖這種比較奇芭的情況就會(huì)比較少。讀者可以親自動(dòng)手試驗(yàn)一下。
3. 用最短路徑算法找到迷宮的出路
這個(gè)模型更為常見的場(chǎng)景是，現(xiàn)在我在A城鎮(zhèn)，準(zhǔn)備去Z城鎮(zhèn)，中間要繞道B、C、D等城鎮(zhèn)，并且有多條路線可選，并且知道每個(gè)城鎮(zhèn)和它連通的城鎮(zhèn)以及兩兩之間距離，現(xiàn)在要求解一條A到Z的最短的路，如下圖所示：
在迷宮的模型里面也是類似的，要求解從***個(gè)格子到***一個(gè)格子的最短路徑，并且已經(jīng)知道格子之間的連通情況。不一樣的是相鄰格子之間的距離是無權(quán)的，都為1，所以這個(gè)處理起來會(huì)更加簡(jiǎn)單。
用一個(gè)貪婪算法可以解決這個(gè)問題，假設(shè)從A到Z的最短路徑為A->C->G->Z，那么這條路徑也是A到G、A到C的最短路徑，因?yàn)槿绻鸄到G還有更短的路徑，那么A到Z的距離就還可以更短了，即這條路徑不是最短的。因此我們從A開始延伸，一步步地確定A到其它地點(diǎn)的最短路徑，直到擴(kuò)散到Z。
在無權(quán)的情況下，如上面任意相鄰城鎮(zhèn)的距離相等，和A直接相連的節(jié)點(diǎn)必定是A到這個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑，如上圖A到B、C、F的最短路徑為A->B、A->C、A->F，這三個(gè)點(diǎn)的最短路徑可標(biāo)記為已知。和C直接相鄰的是G和D，C是最短的，所以A->C-G和A->C->D也是最短的，再往下一層，和G、D直接相連的分別是E和Z，所以A->C->G->Z和A->C->D->E是到Z和E的一條最短路徑，到此就找到了A->Z的最短路線。E也可以到Z，但是由于Z已經(jīng)被標(biāo)為已知最短了，所以通過E的這條路徑就被放棄了。
和A直接相連的做為***層，而和***層直接相連的做為第二層，由***層到第二層一直延伸目標(biāo)結(jié)點(diǎn)，先被找到的節(jié)點(diǎn)就會(huì)被標(biāo)記為已知。這是一個(gè)廣度優(yōu)先搜索。
而在有權(quán)的情況下，剛開始的時(shí)候A被標(biāo)記為已知，由于A和C是最短的，所以C也被標(biāo)記為已知，B和F不會(huì)標(biāo)記，但是它們和A的距離會(huì)受到更新，由初始化的無窮大更新為A->B和A->F的距離。在已查找到但未標(biāo)記的兩個(gè)點(diǎn)里面，A->F的距離是最短的，所以F被標(biāo)記為已知，這是因?yàn)槿绻嬖诹硗庖粭l更短的未知的路到F，它必定得先經(jīng)過已經(jīng)查找到的點(diǎn)(因?yàn)橐呀?jīng)查找過的點(diǎn)是A的必經(jīng)之路)，這里面已經(jīng)是最短的了，所以不可能還有更短的了。F被標(biāo)記為已知之后和F直接相連的E的距離得到更新，同樣地，在已查找到但未標(biāo)記的點(diǎn)里面B的距離最短，所以B被標(biāo)記為已知，然后再更新和B相連的點(diǎn)的距離。重復(fù)這個(gè)過程，直到Z被標(biāo)記為已知。
標(biāo)記起始點(diǎn)為已知，更新表的距離，再標(biāo)記表里最短的距離為已知，再更新表的距離，重復(fù)直到目的點(diǎn)被標(biāo)記，這個(gè)算法也叫Dijkstra算法。
現(xiàn)在來實(shí)現(xiàn)一個(gè)無權(quán)的最短路徑，如下代碼所示：
- calPath(){
- var pathTable = new Array(this.cells);
- for(var i = 0; i < pathTable.length; i++){
- pathTable[i] = {known: false, prevCell: -1};
- }
- pathTable[0].known = true;
- var map = this.linkedMap;
- //用一個(gè)隊(duì)列存儲(chǔ)當(dāng)前層的節(jié)點(diǎn)，先進(jìn)隊(duì)列的結(jié)點(diǎn)優(yōu)先處理
- var unSearchCells = [0];
- var j = 0;
- while(!pathTable[pathTable.length - 1].known){
- while(unSearchCells.length){
- var cell = unSearchCells.pop();
- for(var i = 0; i < map[cell].length; i++){
- if(pathTable[map[cell][i]].known) continue;
- pathTable[map[cell][i]].known = true;
- pathTable[map[cell][i]].prevCell = cell;
- unSearchCells.unshift(map[cell][i]);
- if(pathTable[pathTable.length - 1].known) break;
- }
- }
- }
- var cell = this.cells - 1;
- var path = [cell];
- while(cell !== 0){
- var cell = pathTable[cell].prevCell;
- path.push(cell);
- }
- return path;
- }
這個(gè)算法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于用一個(gè)隊(duì)列存儲(chǔ)未處理的結(jié)點(diǎn)，每處理一個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，就把和這個(gè)結(jié)點(diǎn)相連的點(diǎn)入隊(duì)，這樣新入隊(duì)的結(jié)點(diǎn)就會(huì)排到當(dāng)前層的結(jié)點(diǎn)的后面，當(dāng)把***層的結(jié)點(diǎn)處理完了，就會(huì)把第二層的結(jié)點(diǎn)都push到隊(duì)尾，同理當(dāng)把第二層的結(jié)點(diǎn)都出隊(duì)了，就會(huì)把第三層的結(jié)點(diǎn)推到隊(duì)尾。這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)廣度優(yōu)先搜索。
在處理每個(gè)結(jié)點(diǎn)需要需要先判斷一下當(dāng)前結(jié)點(diǎn)是否已被標(biāo)記為known，如果是的話就不用處理了。
在pathTable表格里面用一個(gè)prevCell記錄到這個(gè)結(jié)點(diǎn)的上一個(gè)結(jié)點(diǎn)是哪個(gè)，為了能夠從目的結(jié)點(diǎn)一直往前找到到達(dá)***個(gè)結(jié)點(diǎn)的路徑。***找到這個(gè)path返回。
只要有這個(gè)path，就能夠計(jì)算位置畫出路徑的圖，如下圖所示：
這個(gè)算法的速度還是很快的，如下圖所示：
當(dāng)把迷宮的規(guī)模提高到200 * 200時(shí)：
生成迷宮的時(shí)間就很耗時(shí)了，花費(fèi)了10秒：
于是想著用WASM提高生成迷宮的效率，看看能提升多少。我在《WebAssembly與程序編譯》這篇里已經(jīng)介紹了WASM的一些基礎(chǔ)知識(shí)，本篇我將用它來生成迷宮。
4. 用WASM生成迷宮
我在《WebAssembly與程序編譯》提過用JS寫很難編譯，所以本篇也直接用C來寫。上面是用的class，但是WASM用C寫沒有class的類型，只支持基本的操作。但是可以用一個(gè)struct存放數(shù)據(jù)，函數(shù)名也相應(yīng)地做修改，如下代碼所示：
- struct Data{
- int *set;
- int columns;
- int rows;
- int cells;
- int **linkedMap;
- } data;
- void Set_union(int root1, int root2){
- int *set = data.set;
- if(set[root1] < set[root2]){
- set[root2] = root1;
- } else {
- if(set[root1] == set[root2]){
- set[root2]--;
- }
- set[root1] = root2;
- }
- }
- int Set_findSet(int x){
- if(data.set[x] < 0) return x;
- else return data.set[x] = Set_findSet(data.set[x]);
- }
數(shù)據(jù)類型都是強(qiáng)類型的，函數(shù)名以類名Set_開頭，類的數(shù)據(jù)放在一個(gè)struct結(jié)構(gòu)里面。主要導(dǎo)出函數(shù)為：
- #include
- EMSCRIPTEN_KEEPALIVE //這個(gè)宏表示這個(gè)函數(shù)要作為導(dǎo)出的函數(shù)
- int **Maze_generate(int columns, int rows){
- Maze_init(columns, rows);
- Maze_doGenerate();
- return data.linkedMap;
- //return Maze_getJSONStr();
- }
傳進(jìn)來列數(shù)和行數(shù)，返回一個(gè)二維數(shù)組。其它代碼相應(yīng)地改成C代碼，這里不再放出來。需要注意的是，由于這里用到了一些C內(nèi)置的庫，如使用隨機(jī)數(shù)函數(shù)rand()，所以不能用上文提到的生成wasm的方法，不然會(huì)報(bào)rand等庫函數(shù)沒有定義。
把生成wasm的命令改成：
emcc maze.c -Os -s WASM=1 -o maze-wasm.html
這樣它會(huì)生成一個(gè)maze-wasm.js和maze-wasm.wasm(生成的html文件不需要用到)，生成的JS文件是用來自動(dòng)加載和導(dǎo)入wasm文件的，在html里面引入這個(gè)JS：
它就會(huì)自動(dòng)去加載maze-wasm.wasm文件，同時(shí)會(huì)定義一個(gè)全局的Module對(duì)象，在wasm文件加載好之后會(huì)觸發(fā)onInit，所以調(diào)它的api添加一個(gè)監(jiān)聽函數(shù)，如下代碼所示：
- var maze = new Maze(column, row, canvas);
- Module.addOnInit(function(){
- var ptr = Module._Maze_generate(column, row);
- maze.linkedMap = readInt32Array(ptr, column * row);
- maze.draw();
- });
有兩種方法可以得到導(dǎo)出的函數(shù)，一種是在函數(shù)名前面加_，如Module._Maze_generate，第二種是使用它提供的ccall或cwrap函數(shù)，如ccall：
- var linkedMapPtr = Module.ccall("Maze_generate", "number",
- ["number", "number"], [column, row]);
***個(gè)參數(shù)表示函數(shù)名，第二個(gè)返回類型，第三個(gè)參數(shù)類型，第四個(gè)傳參，或者用cwrap：
- var mazeGenerate = Module.cwrap("Maze_generate", "number",
- ["number", "number"]);
- var linkedMapPtr = mazeGenerate(column, row);
三種方法都會(huì)返回linkedMap的指針地址，可通過Module.get得到地址里面的值，如下代碼所示：
- function readInt32Array(ptr, length) {
- var linkedMap = new Array(length);
- for(var i = 0; i < length; i++) {
- var subptr = Module.getValue(ptr + (i * 4), 'i32');
- var neiborcells = [];
- for(var j = 0; j < 4; j++){
- var value = Module.getValue(subptr + (j * 4), 'i32');
- if(value !== -1){
- neiborcells.push(value, 'i32');
- }
- }
- linkedMap[i] = neiborcells;
- }
- return linkedMap;
- }
由于它是一個(gè)二維數(shù)組，所以數(shù)組里面存放的是指向數(shù)組的指針，因此需要再對(duì)這些指針再做一次get操作，就可以拿到具體的值了。如果取出的值是-1則表示不是有效的相鄰元素，因?yàn)镃里面數(shù)組的長(zhǎng)度是固定的，無法隨便動(dòng)態(tài)push，因此我在C里面都初始化了4個(gè)，因?yàn)橄噜徳刈疃嘀挥?個(gè)，初始時(shí)用-1填充。取出非-1的值push到JS的數(shù)組里面，得到一個(gè)用WASM計(jì)算的linkedMap. 然后再用同樣的方法去畫地圖。
***再比較一下WASM和JS生成迷宮的時(shí)間。如下代碼所示，運(yùn)行50次：
- var count = 50;
- console.time("JS generate maze");
- for(var i = 0; i < count; i++){
- var maze = new Maze(column, row, canvas);
- maze.generate();
- }
- console.timeEnd("JS generate maze");
- Module.addOnInit(function(){
- console.time("WASM generate maze");
- for(var i = 0; i < count; i++){
- var maze = new Maze(column, row, canvas);
- var ptr = Module._Maze_generate(column, row);
- var linkedMap = readInt32Array(ptr, column * row);
- }
- console.timeEnd("WASM generate maze");
- })
迷宮的規(guī)模為50 * 50，結(jié)果如下：
可以看到，WASM的時(shí)間大概快了25%，并且有時(shí)候會(huì)觀察到WASM的時(shí)間甚至要比JS的時(shí)間要長(zhǎng)，這時(shí)因?yàn)樗惴ㄊ请S機(jī)的，有時(shí)候拆掉的墻可能會(huì)比較多，所以偏差會(huì)比較大。但是大部份情況下的25%還是可信的，因?yàn)槿绻央S機(jī)選取的墻保存起來，然后讓JS和WASM用同樣的數(shù)據(jù)，這個(gè)時(shí)間差就會(huì)固定在25%，如下圖所示：
這個(gè)時(shí)間要比上面的大，因?yàn)楸４媪艘粋€(gè)需要拆的墻比較多的數(shù)組。理論上不用產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，時(shí)間會(huì)更少，不過我們的重點(diǎn)是比較它們的時(shí)間差，結(jié)果是不管運(yùn)行多少次，時(shí)間差都比較穩(wěn)定。
所以在這個(gè)例子里面WASM節(jié)省了25%的時(shí)間，雖然提升不是很明顯，但還是有效果，很多個(gè)25%累積起來還是挺長(zhǎng)的。
綜上，本文用JS和WASM使用連通集算法生成迷宮，并用最短路徑算法求解迷宮的路徑。使用WASM在生成迷宮的例子里面可以提升25%的速度。
雖然迷宮小時(shí)候就已經(jīng)在玩了，不是什么高大上的東西，但是通過這個(gè)例子討論到了一些算法，還用到了很出名的最短路徑算法，還把WASM實(shí)際地應(yīng)用了一遍，作為學(xué)習(xí)的的模型還是挺好的。更多的算法可參考這篇《我接觸過的前端數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》。
【本文是專欄作者“人人網(wǎng)FED”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請(qǐng)通過聯(lián)系原作者獲取授權(quán)】
網(wǎng)站題目：用Canvas+WASM畫一個(gè)迷宮
網(wǎng)站URL：http://www.fisionsoft.com.cn/article/cdcjiis.html
