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。