Opcodes基础
Opcodes基础
Opcodes（操作码）是字节码的组成部分，solidity会被编译为操作码，有点像高级语言与汇编的关系。看到这里我就已经有重温计组和汇编的心理准备了。
EVM
写过java会比较熟悉JVM，其实都差不多，EVM是以太坊虚拟机，它的结构是：
学过计组的话会非常熟悉这种图，EVM的栈中，每个元素长度为256位（32字节），最大深度为1024元素，每个操作只能操作堆栈顶的16个元素。
内存部分线性寻址，用来支持交易执行期间的数据存储和读取。交易开始时，所有内存位置的值均为0；交易执行期间，值被更新；交易结束时，内存中的所有数据都会被清除。它支持以8或256 bit写入（MSTORE8/MSTORE），但只支持以256 bit读取（MLOAD）。
存储类似mongoDB，用键值对存数据，键值都是256bits。对存储的读取（SLOAD）和写入（SSTORE）都需要gas，并且比内存操作更昂贵。这样设计可以防止滥用存储资源，因为所有的存储数据都需要在每个以太坊节点上保存。
Gas的基本计算单位就是操作码，不同操作码有不同消耗，最后加总就是一次交易的消耗，例如ADD要3 gas，存储操作SSTORE要20000 gas的天价。
交易的执行过程其实就和一般程序差不多，就是取指并和栈交互，要额外做一个算gas剩余的步骤：
1+1程序
PUSH1 0x01
PUSH1 0x01
ADD
PUSH0
MSTOREPUSH1指令将一个长度为1字节的数据压入堆栈顶部，压两次就是两个1在栈顶。ADD指令会弹出堆栈顶部的两个元素（不用手动弹），计算它们的和，然后将结果压入栈顶。
之后PUSH0指令将0压入堆栈。这里为啥要额外压个0呢？因为MSTORE 属于内存指令，它会弹出堆栈顶的两个数据 [offset, value]，分别是偏移量和值，然后将value（长度为32字节）保存到内存索引（偏移量）为offset的位置。
执行完上述代码，内存0号为应该有个2。
之后我将按网站上的顺序分类记录操作码的学习过程。
堆栈指令
PUSH
用来把东西压入栈。字节码是0x60 - 0x7f，分别对应PUSH1 - PUSH32。比如PUSH1 0x01写成字节码就是0x6001。有个例外是PUSH0，操作码为0x5F（即0x60的前一位），用于将0压入堆栈。
PUSH1 0x01
PUSH1 0x01
// 等价于
0x60016001POP
移除栈顶元素，如果没有元素就抛异常，字节码是0x50。
算数指令
ADD
从栈顶弹出两个元素并相加，结果压回栈顶。不足就抛异常，字节码是0x01：
PUSH1 0x02
PUSH1 0x03
ADD
// 等价于
0x6002600301MUL、SUB、DIV
这三个运算和加法一模一样，不再赘述。不过减法和除法要注意顺序，牢记栈是先进后出的。
SDIV
它能将第一个元素除以第二个元素，结果带有符号。如果第二个元素（除数）为0，结果为0。它的操作码是0x05，EVM字节码中的负数是用补码形式，比如-1表示为0xffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff，它加一等于0。
MOD
取模指令。这个指令会从堆栈中弹出两个元素，然后将第一个元素除以第二个元素的余数推入堆栈。如果第二个元素（除数）为0，结果为0。它的操作码是0x06。
SMOD
带符号取模，规则和上边一样。
ADDMOD
模加法指令。这个指令会从堆栈中弹出三个元素，将前两个元素相加，然后对第三个元素取模，将结果推入堆栈。如果第三个元素（模数）为0，结果为0。它的操作码是0x08。
MULMOD
模乘法指令。这个指令会从堆栈中弹出三个元素，将前两个元素相乘，然后对第三个元素取模，将结果推入堆栈。如果第三个元素（模数）为0，结果为0。它的操作码是0x09。
EXP
指数运算指令。这个指令会从堆栈中弹出两个元素，将第一个元素作为底数，第二个元素作为指数，进行指数运算，然后将结果推入堆栈。它的操作码是0x0A。
SIGNEXTEND
符号位扩展指令，即在保留数字的符号（正负性）及数值的情况下，增加二进制数字位数的操作，比如：
PUSH1 0x03
PUSH1 0x10
SIGNEXTEND就是把0000 0011扩展为0000 0000 0000 0011。它的操作码是0x0B。
比较指令
LT
LT指令从堆栈中弹出两个元素，比较第二个元素是否小于第一个元素。如果是，那么将0推入堆栈，否则将1推入堆栈。如果堆栈元素不足两个，那么会抛出异常。这个指令的操作码是0x10。
PUSH1 0x03
PUSH1 0x10
LT
// 栈顶压入0GT
GT指令和LT指令非常类似，不过它比较的是第二个元素是否大于第一个元素。如果是，那么将0推入堆栈，否则将1推入堆栈。如果堆栈元素不足两个，那么会抛出异常。这个指令的操作码是0x11。
这两个指令比较怪，0真1假。
EQ
EQ指令从堆栈中弹出两个元素，如果两个元素相等，那么将1推入堆栈，否则将0推入堆栈。该指令的操作码是0x14：
PUSH1 0x03
PUSH1 0x10
EQ
// 栈顶压入0这里开始又变成0假1真了。
ISZERO
ISZERO指令从堆栈中弹出一个元素，如果元素为0，那么将1推入堆栈，否则将0推入堆栈。该指令的操作码是0x15。
SLT、SGT
操作码是0x12和0x13，也是比大小，但是返回值带符号。
位级指令
AND、OR、XOR、NOT
这四位老熟人了，操作码是0x16 - 0x19，就是对两个栈顶元素做相应运算。
PUSH1 0x13
PUSH1 0x10
XOR
// 00010011 XOR 00010000 = 00000011 = 0x03NOT只需要取一个栈顶元素按位非回去：
PUSH0
NOT
// ffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffSHL、SHR
SHL指令执行左移位操作，从堆栈中弹出两个元素，将第二个元素左移第一个元素位数，然后将结果推回栈顶。它的操作码是0x1B；SHR指令执行右移位操作，从堆栈中弹出两个元素，将第二个元素右移第一个元素位数，然后将结果推回栈顶。它的操作码是0x1C。
PUSH1 0x11
PUSH1 0x01
SHL
// 00010001 << 1 = 00100010 = 0x22BYTE
BYTE指令从堆栈中弹出两个元素（a和b），将第二个元素（b）看作一个32字节的数组，不够位数补 0，并返回该字节数组中从高位开始的第a个索引的字节，即（b[31-a]），并压入堆栈。如果索引a大于或等于 32，返回0，否则返回b[31-a]。 操作码是0x1a。
PUSH32 0xae4cb089c23657fe9d211114514191981045df0ac4087fffffffffffffffffff
PUSH1 0x12
BYTE
// df, 从左往右数到0x12，也就是18个字节，注意从0开始数SAR
SAR指令执行算术右移位操作，与SHR类似，但考虑符号位：如果我们对一个负数进行算术右移，那么在右移的过程中，最左侧（符号位）会被填充F以保持数字的负值。它从堆栈中弹出两个元素，将第二个元素以符号位填充的方式右移第一个元素位数，然后将结果推回栈顶。它的操作码是0x1D。
// 使用无符号右移
PUSH32 0xffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff
PUSH1 0x01
SHR
// 0x7fffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff
// 使用SAR有符号右移
PUSH32 0xffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff
PUSH1 0x01
SAR
// 0xffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff内存指令
如果首次访问了新的内存位置（内存拓展），则需要付额外的费用（由当前偏移量和历史最大偏移量决定）。
MSTORE
MSTORE指令用于将一个256位（32字节）的值存储到内存中。它从堆栈中弹出两个元素，第一个元素为内存的地址（偏移量 offset），第二个元素为存储的值（value）。操作码是0x52：
PUSH1 0x01
PUSH1 0xac
MSTORE
// 这段代码把32位的1存在0xac开始的32字节上，此时内存中的相应位置变成：
// 0xac: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
// 0xbc: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01MSTORE8
MSTORE8指令用于将一个8位（1字节）的值存储到内存中。与MSTORE类似，但只使用最低8位。操作码是0x53。
还看上边的例子：
PUSH1 0x01
PUSH1 0xac
MSTORE8
// 这个1只会占用0xac单个字节的空间，不会像MSTORE那样一下占32字节
// 0xac: 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
// 0xbc: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00MLOAD
MLOAD指令从内存中加载一个32字节的值并推入堆栈。它从堆栈中弹出一个元素，从该元素表示的内存地址中加载32字节，并将其推入堆栈。操作码是0x51。
PUSH32 0xde
PUSH1 0xac
MSTORE
PUSH1 0xac
MLOAD
// de, 这段代码就是原位存取MSIZE
MSIZE指令将当前的内存大小（以字节为单位）压入堆栈。操作码是0x59。
PUSH32 0xde
PUSH1 0xac
MSTORE
PUSH1 0xac
MLOAD
POP
MSIZE
// 栈顶被压了个e0，说明现在已经分配了0xe0字节的内存注意，EVM一次性分配0x20字节，MSIZE得出的一定是0x20的整数倍。
存储指令
SSTORE
SSTORE指令用于将一个256位（32字节）的值写入到存储。它从堆栈中弹出两个元素，第一个元素为存储的地址（key），第二个元素为存储的值（value）。操作码是0x55。
SLOAD
SLOAD指令从存储中读取一个256位（32字节）的值并推入堆栈。它从堆栈中弹出一个元素，从该元素表示的存储槽中加载值，并将其推入堆栈。操作码是0x54。
控制流
STOP
STOP是EVM的停止指令，它的作用是停止当前上下文的执行，并成功退出。它的操作码是0x00。
JUMPDEST、JUMP
JUMPDEST指令标记一个有效的跳转目标位置，不然无法使用JUMP和JUMPI进行跳转。它的操作码是0x5b。
JUMP指令用于无条件跳转到一个新的程序计数器位置。它从堆栈中弹出一个元素，将这个元素设定为新的程序计数器（pc）的值。操作码是0x56。
其实就是说，JUMP指令在跳转后必须先检查所在位置是不是JUMPDEST，如果不是就要报错，如果是才能继续。
注意，JUMP的参数不是指令的序号，而是JUMPDEST的位置。在下面的例子中，JUMPDEST排在第5条，但是如果往0x05跳就会报错，这涉及到PUSH指令一个非常坑人的地方：
PUSH32 0xde
PUSH1 0xac
MSTORE
PUSH1 0x27
// PUSH1 0x05就错了！！！
JUMP
JUMPDEST
PUSH1 0xac
MLOAD
POP
MSIZEPUSH32这条指令会先占用1字节表示自己，除此之外它的参数也要占去32字节，所以这一条指令实际上占了33字节，即0x20个字节，所以它的下一条指令PUSH1 0xac位于0x21，以此类推，JUMPDEST应该在0x27的位置。
如果用的是这个网站编写操作码，它会帮你算出指令位置：
JUMPI
JUMPI指令用于条件跳转，它从堆栈中弹出两个元素，如果第二个元素（条件，condition）不为0，那么将第一个元素（目标，destination）设定为新的pc的值。操作码是0x57。
PUSH32 0xde
PUSH1 0xac
MSTORE
PUSH1 0x01 // 条件，这里我让它为真
PUSH1 0x29 // 注意刚刚说过的，JUMPDEST之前加了一条PUSH1指令，计数器应该后移2字节
JUMPI
JUMPDEST
PUSH1 0xac
MLOAD
POP
MSIZEPC
PC指令将当前的程序计数器（pc）的值压入堆栈。操作码为0x58。它压的是自己的位置，比如
[2f] PC压进去的就是0x2f。