3.2 控制流指令
3.2 控制流指令
本节摘要：Wasm 没有任意跳转，控制流全部住在 block、loop、if 三种结构块里，由 br 系列指令在块间穿梭。这不是审美偏好，而是可验证性的硬前提。本节从历史动机讲到三件套的组合用法，用阶乘与斐波那契示范循环写法，并把数值运算指令的家族谱系一并归拢——旧版"数值与操作指令"的内容并入本节。
最初设计的字节码格式里，goto 曾是不可撼动的基本盘——直到验证器登场。要让静态检查在每个程序点都算得出栈形状，任意跳转就是天然的敌人：跳进块中间、跳到栈深不一的位置，验证立刻无解。这一节讲的就是 Wasm 用什么替代 goto，以及替代之后溢出来的表达力去哪了。
一、结构化控制流：验证器赢下的历史妥协
Wasm 的控制流原语只有三个结构块与一组受控分支。block 是顺序块，出口在末尾；loop 是循环块，入口在开头；if/else 是分支块，二选一。br 指令能做的只有"跳出 N 层块"或"跳到某层 loop 的开头"，跳转目标必须是语法上可见的块标签，绝不能落到块的缝隙里。
这个约束给验证器送了两份大礼。其一，每个块的入口与出口的栈形状可以静态声明：块的参数与返回值在语法里写明，验证变成局部的形状核对。其二，引擎编译时可以把结构块一对一映射到原生标签与跳转——没有控制流图重构，没有不可达代码的意外，JIT 与 AOT 都省了大力气。高级语言编译器（LLVM 后端）负责把源码里任意复杂的控制流图重写成结构化形式，代价由编译期承担，运行期净赚。
分支深度用数字标注：br 0 跳出最内层块，br 1 跳出向外一层，以此类推。也可以给块起名，用名字代替数字，编译器生成的代码常这么干，手写时更不容易数错层数。
二、循环与分支的实战写法
用阶乘把 loop 与 br_if 的配合走一遍：
(func $fact (param $n i64) (result i64) (local $acc i64) ;; acc 起始为 1 (local.set $acc (i64.const 1)) (block $exit (loop $again ;; n 等于零则跳出整个 block (br_if $exit (i64.eqz (local.get $n))) (local.set $acc (i64.mul (local.get $acc) (local.get $n))) (local.set $n (i64.sub (local.get $n) (i64.const 1))) ;; 无条件跳回 loop 开头 (br $again))) (local.get $acc))
读法要点：br_if 带一个条件操作数（从栈顶弹出），条件为真才跳；br 是无条件跳；loop 的 br 跳到块开头（形成循环），block 的 br 跳到块之后（形成 break）。这个"block 套 loop、出口放 br_if"的骨架是编译器产出的标准形态，见到即应条件反射地翻译回 while 循环。斐波那契可以写成双变量版本，留作练手——结构完全相同，只是每轮同时滚动两个变量。
多路分支用 br_table：一条指令在一张跳转目标表里按索引选路，超出表长则走默认目标。解释器的 opcode 分派、状态机的状态转移，编译后就是它，比一长串 if 高效得多。顺带一提 if 的栈语义：条件操作数弹出后，then 与 else 两条支路的栈形必须与块声明一致——分支块的参数在进入时复制到两条支路，出口处汇合。
br_table 的手写形态一睹为快——按操作码分派到处理例程：
(func $dispatch (param $op i32) (result i32) (block $done (block $add (block $sub (br_table $add $sub $done (local.get $op)))) ;; 索引零落进 $add 出口、索引一落进 $sub 出口 (i32.add (i32.const 1) (i32.const 2))))
索引零命中表首项、索引一命中次项、越界命中默认项（$done）——编译器产出的分派代码正是这个形状的工业级版本，理解了这段，反汇编里成片的 br_table 就不再面目可憎。
图 3-B：阶乘函数的结构化控制流
三、数值指令家族：一张谱系图
控制流之外，把并入本节的数值指令版图收拢成谱系。整数与浮点两大族，各按"算术、比较、位运算、转换"四条线归拢：
| 家族 | 代表指令 | 使用纪律 |
|---|---|---|
| 整数算术 | i32.add、i32.sub、i32.mul | 回绕语义，溢出不陷阱、不报错 |
| 整数除法 | i32.div_s、i32.div_u、i32.rem_s | 除零陷阱；有符号最小值除以 -1 也陷阱 |
| 整数比较 | i32.lt_s、i32.lt_u、i32.eqz | 有无符号看后缀，选错即语义 bug |
| 位运算 | i32.and、i32.or、i32.shl、i32.shr_s、i32.shr_u | 移位量对位宽取模；逻辑右移与算术右移分家 |
| 浮点算术 | f64.add、f64.sqrt、f64.min | 遵循 IEEE 语义，NaN 与无穷大按标准传播 |
| 浮点转换 | i32.trunc_f64_s、f64.convert_i32_u | 截断越界陷阱；这是少数会陷阱的数值指令 |
| 位重解释 | i32.reinterpret_f32 | 位模式原样搬家，密码学与图形常用 |
三条最值得刻进肌肉记忆的纪律：整数溢出是回绕而不是异常，需要防溢出的代码自己写检查；除法与截断是仅有的会陷阱的数值操作，边界值（零、最小值）必须先行防御；比较指令后缀选错（有符号当无符号）不报错、只在结果上撒谎，是真实世界里最难排查的一类数值事故。
本节要点回顾
- 结构化是硬约束：br 只能在语法可见的块标签间跳转，任意 goto 被"验证器算得出栈形"这一要求淘汰；
- block 套 loop 是标准循环骨架：出口条件放 br_if，回头路走 br，读到即翻译回 while；
- br_table 是多路分派：解释器与状态机编译后的标准形态；
- 数值指令四条线：算术、比较、位运算、转换，有无符号语义由指令后缀决定；
- 陷阱边界清单：除零、最小值除负一、截断越界——数值指令里仅有的几处当场熄火点。
指令在栈上的推演已经完整，下一节把推演伸向内存：加载与存储如何安全地触碰那片字节平原。