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今天小編給大家分享一下區(qū)塊鏈以太坊虛擬機(jī)的匯編代碼是什么的相關(guān)知識點(diǎn)，內(nèi)容詳細(xì)，邏輯清晰，相信大部分人都還太了解這方面的知識，所以分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后有所收獲，下面我們一起來了解一下吧。
string, bytes32, byte[], bytes之間的區(qū)別是什么？
該在什么地方使用哪個(gè)類型？
將 string 轉(zhuǎn)換成bytes時(shí)會怎么樣？可以轉(zhuǎn)換成byte[]嗎？
它們的存儲成本是多少？
EVM是如何存儲映射( mappings)的？
為什么不能刪除一個(gè)映射？
可以有映射的映射嗎？(可以，但是怎樣映射？)
為什么存在存儲映射，但是卻沒有內(nèi)存映射？
編譯的合約在EVM看來是什么樣子的？
合約是如何創(chuàng)建的？
到底什么是構(gòu)造器？
什么是 fallback 函數(shù)？
我覺得學(xué)習(xí)在以太坊虛擬機(jī)(EVM)上運(yùn)行的類似Solidity 高級語言是一種很好的投資，有幾個(gè)原因：
Solidity不是最后一種語言。更好的EVM語言正在到來。（拜托？）
EVM是一個(gè)數(shù)據(jù)庫引擎。要理解智能合約是如何以任意EVM語言來工作的，就必須要明白數(shù)據(jù)是如何被組織的，被存儲的，以及如何被操作的。
知道如何成為貢獻(xiàn)者。以太坊的工具鏈還處于早期，理解EVM可以幫助你實(shí)現(xiàn)一個(gè)超棒的工具給自己和其他人使用。
智力的挑戰(zhàn)。EVM可以讓你有個(gè)很好的理由在密碼學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編程語言設(shè)計(jì)的交集之間進(jìn)行翱翔。
在這個(gè)系列的文章中，我會拆開一個(gè)簡單的Solidity合約，來讓大家明白它是如何以EVM字節(jié)碼(bytecode)來運(yùn)行的。
我希望能夠?qū)W習(xí)以及會書寫的文章大綱：
EVM字節(jié)碼的基礎(chǔ)認(rèn)識
不同類型(映射，數(shù)組)是如何表示的
當(dāng)一個(gè)新合約創(chuàng)建之后會發(fā)生什么
當(dāng)一個(gè)方法被調(diào)用時(shí)會發(fā)生什么
ABI如何橋接不同的EVM語言
我的最終目標(biāo)是整體的理解一個(gè)編譯的Solidity合約。讓我們從閱讀一些基本的EVM字節(jié)碼開始。
EVM指令集將是一個(gè)比較有幫助的參考。
我們的第一個(gè)合約有一個(gè)構(gòu)造器和一個(gè)狀態(tài)變量：
// c1.solpragma solidity ^0.4.11;
contract C {
uint256 a; function C() {
a = 1;
}
}用solc來編譯此合約：
$ solc --bin --asm c1.sol
======= c1.sol:C =======
EVM assembly:
/* "c1.sol":26:94 contract C {... */
mstore(0x40, 0x60)
/* "c1.sol":59:92 function C() {... */
jumpi(tag_1, iszero(callvalue))
0x0
dup1
revert
tag_1:
tag_2:
/* "c1.sol":84:85 1 */
0x1
/* "c1.sol":80:81 a */
0x0
/* "c1.sol":80:85 a = 1 */
dup2
swap1
sstore
pop
/* "c1.sol":59:92 function C() {... */
tag_3:
/* "c1.sol":26:94 contract C {... */
tag_4:
dataSize(sub_0)
dup1
dataOffset(sub_0)
0x0
codecopy
0x0
return
stop
sub_0: assembly {
/* "c1.sol":26:94 contract C {... */
mstore(0x40, 0x60)
tag_1:
0x0
dup1
revert
auxdata: 0xa165627a7a72305820af3193f6fd31031a0e0d2de1ad2c27352b1ce081b4f3c92b5650ca4dd542bb770029
} Binary:60606040523415600e57600080fd5b5b60016000819055505b5b60368060266000396000f30060606040525b600080fd00a165627a7a72305820af3193f6fd31031a0e0d2de1ad2c27352b1ce081b4f3c92b5650ca4dd542bb7700296060604052...這串?dāng)?shù)字就是EVM實(shí)際運(yùn)行的字節(jié)碼。
上面一半的編譯匯編是大多數(shù)Solidity程序中都會存在的樣板語句。我們稍后再來看這些。現(xiàn)在，我們來看看合約中獨(dú)特的部分，簡單的存儲變量賦值：
a = 1
代表這個(gè)賦值的字節(jié)碼是6001600081905550。我們把它拆成一行一條指令：
60 01 60 00 81 90 55 50
EVM本質(zhì)上就是一個(gè)循環(huán)，從上到下的執(zhí)行每一條命令。讓我們用相應(yīng)的字節(jié)碼來注釋匯編代碼(縮進(jìn)到標(biāo)簽tag_2下)，來更好的看看他們之間的關(guān)聯(lián)：
tag_2: // 60 01 0x1 // 60 00 0x0 // 81 dup2 // 90 swap1 // 55 sstore // 50 pop
注意0x1在匯編代碼中實(shí)際上是push(0x1)的速記。這條指令將數(shù)值1壓入棧中。
只是盯著它依然很難明白到底發(fā)生了什么，不過不用擔(dān)心，一行一行的模擬EVM是比較簡單的。
EVM是個(gè)堆棧機(jī)器。指令可能會使用棧上的數(shù)值作為參數(shù)，也會將值作為結(jié)果壓入棧中。讓我們來思考一下add操作。
假設(shè)棧上有兩個(gè)值：
[1 2]
當(dāng)EVM看見了add，它會將棧頂?shù)?項(xiàng)相加，然后將答案壓入棧中，結(jié)果是：
[3]
接下來，我們用[]符號來標(biāo)識棧：
// 空棧
stack: []
// 有3個(gè)數(shù)據(jù)的棧，棧頂項(xiàng)為3，棧底項(xiàng)為1
stack: [3 2 1]
用{}符號來標(biāo)識合約存儲器：
// 空存儲
store: {}
// 數(shù)值0x1被保存在0x0的位置上
store: { 0x0 => 0x1 }
現(xiàn)在讓我們來看看真正的字節(jié)碼。我們將會像EVM那樣來模擬6001600081905550字節(jié)序列，并打印出每條指令的機(jī)器狀態(tài)：
// 60 01:將1壓入棧中
0x1
stack: [0x1]
// 60 00: 將0壓入棧中
0x0
stack: [0x0 0x1]
// 81: 復(fù)制棧中的第二項(xiàng)
dup2
stack: [0x1 0x0 0x1]
// 90: 交換棧頂?shù)膬身?xiàng)數(shù)據(jù)
swap1
stack: [0x0 0x1 0x1]
// 55: 將數(shù)值0x01存儲在0x0的位置上
// 這個(gè)操作會消耗棧頂兩項(xiàng)數(shù)據(jù)
sstore
stack: [0x1]
store: { 0x0 => 0x1 }
// 50: pop (丟棄棧頂數(shù)據(jù))
pop
stack: []
store: { 0x0 => 0x1 }最后，棧就為空棧，而存儲器里面有一項(xiàng)數(shù)據(jù)。
值得注意的是Solidity已經(jīng)決定將狀態(tài)變量uint256 a保存在0x0的位置上。其他語言完全可以選擇將狀態(tài)變量存儲在其他的任何位置上。
6001600081905550字節(jié)序列在本質(zhì)上用EVM的操作偽代碼來表示就是：
// a = 1 sstore(0x0, 0x1)
仔細(xì)觀察，你就會發(fā)現(xiàn)dup2，swap1，pop都是多余的，匯編代碼可以更簡單一些：
0x1 0x0 sstore
你可以模擬上面的3條指令，然后會發(fā)現(xiàn)他們的機(jī)器狀態(tài)結(jié)果都是一樣的：
stack: []
store: { 0x0 => 0x1 }讓我們再額外的增加一個(gè)相同類型的存儲變量：
// c2.solpragma solidity ^0.4.11;
contract C {
uint256 a;
uint256 b; function C() {
a = 1;
b = 2;
}
}編譯之后，主要來看tag_2：
$ solc --bin --asm c2.sol //前面的代碼忽略了 tag_2: /* "c2.sol":99:100 1 */ 0x1 /* "c2.sol":95:96 a */ 0x0 /* "c2.sol":95:100 a = 1 */ dup2 swap1 sstore pop /* "c2.sol":112:113 2 */ 0x2 /* "c2.sol":108:109 b */ 0x1 /* "c2.sol":108:113 b = 2 */ dup2 swap1 sstore pop
匯編的偽代碼：
// a = 1 sstore(0x0, 0x1)// b = 2 sstore(0x1, 0x2)
我們可以看到兩個(gè)存儲變量的存儲位置是依次排列的，a在0x0的位置而b在0x1的位置。
每個(gè)存儲槽都可以存儲32個(gè)字節(jié)。如果一個(gè)變量只需要16個(gè)字節(jié)但是使用全部的32個(gè)字節(jié)會很浪費(fèi)。Solidity為了高效存儲，提供了一個(gè)優(yōu)化方案：如果可以的話，就將兩個(gè)小一點(diǎn)的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行打包然后存儲在一個(gè)存儲槽中。
我們將a和b修改成16字節(jié)的變量：
pragma solidity ^0.4.11;
contract C {
uint128 a;
uint128 b; function C() {
a = 1;
b = 2;
}
}編譯此合約：
$ solc --bin --asm c3.sol
產(chǎn)生的匯編代碼現(xiàn)在更加的復(fù)雜一些：
tag_2: // a = 1 0x1 0x0 dup1 0x100 exp dup2 sload dup2 0xffffffffffffffffffffffffffffffff mul not and swap1 dup4 0xffffffffffffffffffffffffffffffff and mul or swap1 sstore pop // b = 2 0x2 0x0 0x10 0x100 exp dup2 sload dup2 0xffffffffffffffffffffffffffffffff mul not and swap1 dup4 0xffffffffffffffffffffffffffffffff and mul or swap1 sstore pop
上面的匯編代碼將這兩個(gè)變量打包放在一個(gè)存儲位置(0x0)上，就像這樣：
[ b ][ a ] [16 bytes / 128 bits][16 bytes / 128 bits]
進(jìn)行打包的原因是因?yàn)槟壳白畎嘿F的操作就是存儲的使用：
sstore指令第一次寫入一個(gè)新位置需要花費(fèi)20000 gas
sstore指令后續(xù)寫入一個(gè)已存在的位置需要花費(fèi)5000 gas
sload指令的成本是500 gas
大多數(shù)的指令成本是3~10 gas
通過使用相同的存儲位置，Solidity為存儲第二個(gè)變量支付5000 gas，而不是20000 gas，節(jié)約了15000 gas。
應(yīng)該可以將兩個(gè)128位的數(shù)打包成一個(gè)數(shù)放入內(nèi)存中，然后使用一個(gè)'sstore'指令進(jìn)行存儲操作，而不是使用兩個(gè)單獨(dú)的sstore命令來存儲變量a和b，這樣就額外的又省了5000 gas。
你可以通過添加optimize選項(xiàng)來讓Solidity實(shí)現(xiàn)上面的優(yōu)化：
$ solc --bin --asm --optimize c3.sol
這樣產(chǎn)生的匯編代碼只有一個(gè)sload指令和一個(gè)sstore指令:
tag_2: /* "c3.sol":95:96 a */ 0x0 /* "c3.sol":95:100 a = 1 */ dup1 sload /* "c3.sol":108:113 b = 2 */ 0x200000000000000000000000000000000 not(sub(exp(0x2, 0x80), 0x1)) /* "c3.sol":95:100 a = 1 */ swap1 swap2 and /* "c3.sol":99:100 1 */ 0x1 /* "c3.sol":95:100 a = 1 */ or sub(exp(0x2, 0x80), 0x1) /* "c3.sol":108:113 b = 2 */ and or swap1 sstore
字節(jié)碼是：
600080547002000000000000000000000000000000006001608060020a03199091166001176001608060020a0316179055 將字節(jié)碼解析成一行一指令： // push 0x0 60 00 // dup1 80 // sload 54 // push27 將下面17個(gè)字節(jié)作為一個(gè)32個(gè)字的數(shù)值壓入棧中 70 02 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 /* not(sub(exp(0x2, 0x80), 0x1)) */ // push 0x1 60 01 // push 0x80 (32) 60 80 // push 0x80 (2) 60 02 // exp 0a // sub 03 // not 19 // swap1 90 // swap2 91 // and 16 // push 0x1 60 01 // or 17 /* sub(exp(0x2, 0x80), 0x1) */ // push 0x1 60 01 // push 0x80 60 80 // push 0x02 60 02 // exp 0a // sub 03 // and 16 // or 17 // swap1 90 // sstore 55
上面的匯編代碼中使用了4個(gè)神奇的數(shù)值：
* 0x1(16字節(jié))，使用低16字節(jié) // 在字節(jié)碼中表示為0x01 16:32 0x00000000000000000000000000000000 00:16 0x00000000000000000000000000000001 * 0x2(16字節(jié))，使用高16字節(jié) //在字節(jié)碼中表示為0x200000000000000000000000000000000 16:32 0x00000000000000000000000000000002 00:16 0x00000000000000000000000000000000 * not(sub(exp(0x2, 0x80), 0x1)) // 高16字節(jié)的掩碼 16:32 0x00000000000000000000000000000000 00:16 0xFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF * sub(exp(0x2, 0x80), 0x1) // 低16字節(jié)的掩碼 16:32 0x00000000000000000000000000000000 00:16 0xFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
代碼將這些數(shù)值進(jìn)行了一些位的轉(zhuǎn)換來達(dá)到想要的結(jié)果：
16:32 0x00000000000000000000000000000002 00:16 0x00000000000000000000000000000001
最后，該32字節(jié)的數(shù)值被保存在了0x0的位置上。
600080547002000000000000000000000000000000006001608060020a03199091166001176001608060020a0316179055
注意0x200000000000000000000000000000000被嵌入到了字節(jié)碼中。但是編譯器也可能選擇使用exp(0x2, 0x81)指令來計(jì)算數(shù)值，這會導(dǎo)致更短的字節(jié)碼序列。
但結(jié)果是0x200000000000000000000000000000000比exp(0x2, 0x81)更便宜。讓我們看看與gas費(fèi)用相關(guān)的信息：
一筆交易的每個(gè)零字節(jié)的數(shù)據(jù)或代碼費(fèi)用為 4 gas
一筆交易的每個(gè)非零字節(jié)的數(shù)據(jù)或代碼的費(fèi)用為 68 gas
來計(jì)算下兩個(gè)表示方式所花費(fèi)的gas成本：
0x200000000000000000000000000000000字節(jié)碼包含了很多的0，更加的便宜。 (1 * 68) + (32 * 4) = 196
608160020a字節(jié)碼更短，但是沒有0。 5 * 68 = 340
更長的字節(jié)碼序列有很多的0，所以實(shí)際上更加的便宜！
以上就是“區(qū)塊鏈以太坊虛擬機(jī)的匯編代碼是什么”這篇文章的所有內(nèi)容，感謝各位的閱讀！相信大家閱讀完這篇文章都有很大的收獲，小編每天都會為大家更新不同的知識，如果還想學(xué)習(xí)更多的知識，請關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。
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