在用Solidity開發(fā)以太坊智能合約時，使用匯編可以直接與EVM交互，降低 gas開銷成本，更精細(xì)的控制智能合約的行為，因此值得Solidity開發(fā)者學(xué)習(xí) 并加以利用。本文是Solidity匯編開發(fā)的簡明教程，旨在幫助你快速熟悉 如何在Solidity智能合約代碼中嵌入?yún)R編代碼。

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2、以太坊虛擬機和堆棧結(jié)構(gòu)機器

以太坊虛擬機EVM有自己的指令集，該指令集中目前包含了 144個操作碼，詳情參考Geth源代碼

這些指令是Solidity抽象出來的，可以在Solidity內(nèi)聯(lián)使用。例如：

contract Assembler { function do_something_cpu() public { assembly { // start writing evm assembler language } }}

EVM是一個棧虛擬機，棧這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只允許兩個操作：壓入(PUSH)或彈出(POP)數(shù)據(jù)。 最后壓入的數(shù)據(jù)位于棧頂，因此將被第一個彈出，這被稱為后進(jìn)先出 (LIFO：Last In, First Out)：

棧虛擬機將所有的操作數(shù)保存在棧上，關(guān)于棧虛擬機的詳細(xì)信息 可以參考stack machine 基礎(chǔ)

3、堆棧結(jié)構(gòu)機器的操作碼

為了能夠解決實際問題，棧結(jié)構(gòu)機器需要實現(xiàn)一些額外的指令，例如 ADD、SUBSTRACT等等。指令執(zhí)行時通常會先從堆棧彈出一個或多個值作為參數(shù)， 再將執(zhí)行結(jié)果壓回堆棧。這通常被稱為逆波蘭表示法(RPN：Reverse Polish Notation)：

a + b // 標(biāo)準(zhǔn)表示法Infixa b add // 逆波蘭表示法RPN

4、在Solidity合約中使用內(nèi)聯(lián)匯編

可以在Solidity中使用assembly{}來嵌入?yún)R編代碼段，這被稱為內(nèi)聯(lián)匯編：

assembly { // some assembly code here}

在assembly塊內(nèi)的代碼開發(fā)語言被稱為Yul，為了簡化我們稱其為 匯編或EVM匯編。

另一個需要注意的問題時，匯編代碼塊之間不能通信，也就是說在 一個匯編代碼塊里定義的變量，在另一個匯編代碼塊中不可以訪問。 例如：

assembly { let x := 2} assembly { let y := x // Error}

上面的代碼編譯時會報如下錯誤：

// DeclarationError: identifier not found// let y := x// ^

下面的代碼使用內(nèi)聯(lián)匯編代碼計算函數(shù)的兩個參數(shù)的和并返回結(jié)果：

function addition(uint x, uint y) public pure returns (uint) { assembly { let result := add(x, y) // x + y mstore(0x0, result) // 在內(nèi)存中保存結(jié)果 return(0x0, 32) // 從內(nèi)存中返回32字節(jié) } }

讓我們重寫上面的代碼，補充一些更詳細(xì)的注釋，以便說明每個指令 在EVM內(nèi)部的運行原理。

function addition(uint x, uint y) public pure returns (uint) { assembly { // 創(chuàng)建一個新的變量result // -> 使用add操作碼計算x+y // -> 將計算結(jié)果賦值給變量result let result := add(x, y) // x + y // 使用mstore操作碼 // -> 將result變量的值存入內(nèi)存 // -> 指定內(nèi)存地址 0x0 mstore(0x0, result) // 將結(jié)果存入內(nèi)存 // 從內(nèi)存地址0x返回32字節(jié) return(0x0, 32) }}

5、Solidity匯編中的變量定義與賦值

在Yul中，使用let關(guān)鍵字定義變量。使用:=操作符給變量賦值：

assembly { let x := 2}

如果沒有使用:=操作符給變量賦值，那么該變量自動初始化為0值：

assembly { let x // 自動初始化為 x = 0 x := 5 // x 現(xiàn)在的值是5}

你可以使用復(fù)雜的表達(dá)式為變量賦值，例如：

assembly { let x := 7 let y := add(x, 3) let z := add(keccak256(0x0, 0x20), div(slength, 32)) let n }

6、Solidity匯編中l(wèi)et指令的運行機制

在EVM的內(nèi)部，let指令執(zhí)行如下任務(wù)：

• 創(chuàng)建一個新的堆棧槽位
• 為變量保留該槽位
• 當(dāng)?shù)竭_(dá)代碼塊結(jié)束時自動銷毀該槽位

因此，使用let指令在匯編代碼塊中定義的變量，在該代碼塊 外部是無法訪問的。

7、Solidity匯編中的注釋

在Yul匯編中注釋的寫法和Solidity一樣，可以使用單行注釋// 或多行注釋/* */。例如：

assembly { // single line comment /* Multi line comment */}

8、Solidity匯編中的字面量

在Solidity匯編中字面量的寫法與Solidity一致。不過，字符串字面量 最多可以包含32個字符。

assembly { let a := 0x123 // 16進(jìn)制 let b := 42 // 10進(jìn)制 let c := "hello world" // 字符串 let d := "very long string more than 32 bytes" // 超長字符串，錯誤！}

9、Solidity匯編中的塊和作用范圍

在Solidity匯編中，變量的作用范圍遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則。一個塊的范圍使用 一對大括號標(biāo)識。

在下面的示例中，y和z僅在定義所在塊范圍內(nèi)有效。因此y變量的作用 范圍是scope 1，z變量的作用范圍是scope 2。

assembly { let x := 3 // x在各處可見 // Scope 1 { let y := x // ok } // 到此處會銷毀y // Scope 2 { let z := y // Error } // 到此處會銷毀z}// DeclarationError: identifier not found// let z := y// ^

作用范圍的唯一例外是函數(shù)和for循環(huán)，我們將在下面解釋。

10、在Solidity匯編中使用函數(shù)的局部變量

在Solidity匯編中，只需要使用變量名就可以訪問局部變量， 無論該變量是定義在匯編塊中，還是Solidity代碼中，不過 變量必須是函數(shù)的局部變量：

function assembly_local_var_access() public pure { uint b = 5; assembly { // defined inside an assembly block let x := add(2, 3) let y := 10 z := add(x, y) } assembly { // defined outside an assembly block let x := add(2, 3) let y := mul(x, b) }}

11、在Solidity匯編中使用for循環(huán)

先看一下Solidity中循環(huán)的使用。下面的Solidity函數(shù)代碼中 計算變量的倍數(shù)n次，其中value和n是函數(shù)的參數(shù)：

function for_loop_solidity(uint n, uint value) public pure returns(uint) { for ( uint i = 0; i < n; i++ ) { value = 2 * value; } return value;}

等效的Solidity匯編代碼如下：

function for_loop_assembly(uint n, uint value) public pure returns (uint) { assembly { for { let i := 0 } lt(i, n) { i := add(i, 1) } { value := mul(2, value) } mstore(0x0, value) return(0x0, 32) } }

類似于其他開發(fā)語言中的for循環(huán)，在Solidity匯編中，for循環(huán)也包含 3個元素：

• 初始化：let i := 0
• 執(zhí)行條件：lt(i, n) ，必須是函數(shù)風(fēng)格表達(dá)式
• 迭代后續(xù)步驟：add(i, 1)

注意：for循環(huán)中變量的作用范圍略有不同。在初始化部分定義的變量 在循環(huán)的其他部分都有效。

12、在Solidity匯編中使用while循環(huán)

在Solidity匯編中實際上是沒有while循環(huán)關(guān)鍵字的，但是可以使用 for循環(huán)實現(xiàn)同樣的功能：只要留空for循環(huán)的初始化部分和迭代后續(xù)步驟即可。

assembly { let x := 0 let i := 0 for { } lt(i, 0x100) { } { // 等價于：while(i < 0x100) x := add(x, mload(i)) i := add(i, 0x20) }}

13、在Solidity匯編中使用if語句

Solidity內(nèi)聯(lián)匯編支持使用if語句來設(shè)置代碼執(zhí)行的條件，但是 沒有其他語言中的else部分。

assembly { if slt(x, 0) { x := sub(0, x) } // Ok if eq(value, 0) revert(0, 0) // Error, 需要大括號}

if語句強制要求代碼塊使用大括號，即使需要保護(hù)的代碼只有一行， 也需要使用大括號。這和solidity不同。

如果需要在Solidity內(nèi)聯(lián)匯編中檢查多種條件，可以考慮使用 switch語句。

14、在Solidity匯編中使用switch語句

EVM匯編中也有switch語句，它將一個表達(dá)式的值于多個常量 進(jìn)行對比，并選擇相應(yīng)的代碼分支來執(zhí)行。switch語句支持 一個默認(rèn)分支default，當(dāng)表達(dá)式的值不匹配任何其他分支條件時，將 執(zhí)行默認(rèn)分支的代碼。

assembly { let x := 0 switch calldataload(4) case 0 { x := calldataload(0x24) } default { x := calldataload(0x44) } sstore(0, div(x, 2))}

switch語句有一些限制：

• 分支列表不需要大括號，但是分支的代碼塊需要大括號
• 所有的分支條件值必須：1)具有相同的類型 2)具有不同的值
• 如果分支條件已經(jīng)涵蓋所有可能的值，那么不允許再出現(xiàn)default條件

assembly { let x := 34 switch lt(x, 30) case true { // do something } case false { // do something els } default { // 不允許 } }

15、在Solidity匯編中使用函數(shù)

也可以在Solidity內(nèi)聯(lián)匯編中定義底層函數(shù)。調(diào)用這些自定義的函數(shù) 和使用內(nèi)置的操作碼一樣。

下面的匯編函數(shù)用來分配指定長度的內(nèi)存，并返回內(nèi)存指針pos：

assembly { function allocate(length) -> pos { pos := mload(0x40) mstore(0x40, add(pos, length)) } let free_memory_pointer := allocate(64)}

匯編函數(shù)的運行機制如下：

• 從堆棧提取參數(shù)
• 將結(jié)果壓入堆棧

和Solidity函數(shù)不同，不需要指定匯編函數(shù)的可見性，例如public或private， 因為匯編函數(shù)僅在定義所在的匯編代碼塊內(nèi)有效。

16、Solidity匯編中的操作碼

EVM操作碼可以分為以下幾類：

• 算數(shù)和比較操作
• 位操作
• 密碼學(xué)操作，目前僅包含keccak256
• 環(huán)境操作，主要指與區(qū)塊鏈相關(guān)的全局信息，例如blockhash或coinbase收款賬號
• 存儲、內(nèi)存和棧操作
• 交易與合約調(diào)用操作
• 停機操作
• 日志操作

詳細(xì)的操作碼可以查看Solidity文檔。

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原文鏈接：http://blog.hubwiz.com/2020/02/15/solidity-assembly-tutorial/

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的汇编 div_Solidity汇编开发简明教程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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