• 以太坊虚拟机介绍2-栈操作指令


    上一篇文章对EVM和它的指令集进行了简单介绍,本文将介绍POP指令、PUSHx系列指令、DUPx系列指令、SWAPx系列指令。这些指令只对EVM栈进行单纯的操作,它们的操作码分布如下图所示:


    POP指令
    POP指令(操作码0x50)从栈顶弹出一个元素。下面是POP指令的操作示意图(白色表示元素即将发生变动):

     

    PUSHx指令
    PUSH系列指令把紧跟在指令后面的N(1 ~ 32)字节元素推入栈顶。PUSH系列指令一共有32条,从PUSH1(操作码0x60)一直到PUSH32(操作码0x7A)。EVM是大端机器,以PUSH2指令为例,下面是该指令的操作示意图(不完整的灰色纸带表示字节码):

     

    DUPx指令
    DUP系列指令复制从栈顶开始数的第N(1 ~ 16)个元素,并把复制后的元素推入栈顶。DUP系列指令一共有16条,从DUP1(操作码0x80)一直到DUP16(操作码0x8A)。比如PUSH1指令复制栈顶元素,如下图所示:

     

    下面是DUP2指令的操作示意图:

     

    SWAPx指令
    SWAP系列指令把栈顶元素和从栈顶开始数的第N(1 ~ 16)+ 1 个元素进行交换。SWAP系列指令一共有16条,从SWAP1(操作码0x90)一直到SWAP16(操作码0x9A)。比如SWAP1指令交换位于栈顶的两个元素,如下图所示:

     

    下面是SWAP2指令的操作示意图:

     

    实例分析
    我们用Solidity语言编写一个简单的智能合约,看看以上这些指令是如何应用的:

    // stack_demo.sol
    pragma solidity ^0.4.24;

    contract C {
    function foo() public view {
    uint32 x = 3;
    uint32 y = 4;
    uint32 z = x + y;
    }
    }
    用solc --asm stack_demo.sol命令编译上面的智能合约,观察编译器生产的汇编代码(下面仅给出部分输出):

    ASM

    tag_5:
    /* "stack_demo.sol":80:88 uint32 x */
    0x0
    /* "stack_demo.sol":102:110 uint32 y */
    dup1
    /* "stack_demo.sol":124:132 uint32 z */
    0x0
    /* "stack_demo.sol":91:92 3 */
    0x3
    /* "stack_demo.sol":80:92 uint32 x = 3 */
    swap3
    pop
    /* "stack_demo.sol":113:114 4 */
    0x4
    /* "stack_demo.sol":102:114 uint32 y = 4 */
    swap2
    pop
    /* "stack_demo.sol":139:140 y */
    dup2
    /* "stack_demo.sol":135:136 x */
    dup4
    /* "stack_demo.sol":135:140 x + y */
    add
    /* "stack_demo.sol":124:140 uint32 z = x + y */
    swap1
    pop
    /* "stack_demo.sol":43:147 function foo() public view {... */
    pop
    pop
    pop
    jump // out
    我们暂时忽略ADD指令和JUMP指令,下面是指令操作示意图(指令从左到右执行,指令上面是指令操作之后的栈状态):

     

    总结
    本文介绍了EVM栈操作指令,下一篇文章将介绍EVM算术运算指令。

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