EVM Opcodes(2)
原文章：https://www.wtf.academy/evm-opcodes-101
控制流指令
EVM 中的控制流
EVM 的控制流是由跳转指令（JUMP、JUMPI、JUMPDEST）控制 PC （程序计数器）指向新的指令位置而实现的，这允许合约进行条件执行和循环执行。
STOP（停止）
- 操作码：
0x00 - gas 消耗：
0
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
将STOP操作码设置为0x00有一个好处：当一个调用被执行到一个没有代码的地址（EOA），并且 EVM 尝试读取代码数据时，系统会返回一个默认值 0，这个默认值对应的指令就是STOP指令，程序就会停止执行
JUMPDEST（跳转目标）
- 操作码：
0x5b - gas 消耗：
1
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。
但是0x5b有时候会作为PUSH的参数（详情可看黄皮书中的9.4.3. Jump Destination Validity），所以需要在运行代码前，筛选字节码中有效的JUMPDEST指令，使用ValidJumpDest来存储有效的JUMPDEST指令所在位置。
JUMP（跳转）
- 操作码:
0x56 - gas 消耗：
8
JUMP指令用于无条件跳转到一个新的程序计数器位置。他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。
举例：
0x600456005B（PUSH1 4 JUMP STOP JUMPDEST）。这段字节码将4推入堆栈，然后进行JUMP，跳转到pc = 4的位置，该位置正好是JUMPDEST指令，跳转成功，程序没有被STOP指令中断。
JUMPI（条件跳转）
- 操作码：
0x57 - gas 消耗：
10
JUMPI指令用于条件跳转，他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）设定位新的pc值
举例：
0x6001600657005B（PUSH1 1 PUSH1 6 JUMPI STOP JUMPDEST）。这个字节码将1和6推入堆栈，然后进行JUMPI，由于条件不为0。执行跳转到pc = 6的位置，该位置正好是JUMPDEST指令，跳转成功，程序没有被STOP指令中断。
PC（程序计数器）
- 操作码：
0x58 - gas 消耗：
2
PC指令将当前的程序计数器（PC）的值压入到堆栈。
区块信息指令
区块信息
在编写智能合约时，经常会用到区块链信息，比如生成伪随机数时常用的blockhash，block.number，block.timestamp。
EVM 提供了一系列指令让智能合约访问当前或历史区块信息，包括区块哈希、时间戳、coinbase等。
区块信息指令
BLOCKHASH：- 操作码：
0x40 - gas 消耗：
20
查询特定区块（最近的 256 个区块，不包括当前区块）的 hash。他从堆栈中弹出一个值作为区块高度（block number），然后将该区块的 hash 压入堆栈。（如果不属于最近的 256 个区块，则返回 0。）（可用使用
NUMBER指令来查询当前区块高度）- 操作码：
COINBASE：- 操作码：
0x41 - gas 消耗：
2
将当前区块的coinbase（矿工/受益人）地址压入堆栈。
- 操作码：
TIMESTAMP：- 操作码：
0x42 - gas 消耗：
2
将当前区块的时间戳压入堆栈
- 操作码：
NUMBER：- 操作码：
0x43 - gas 消耗：
2
将当前区块高度压入堆栈
- 操作码：
PREVRANDAO：- 操作码：
0x44 - gas 消耗：
2
替代了原先的
DIFFICULTY(0x44)操作码，其返回值为 beacon 链随机性信标的输出。此变更允许智能合约在以太坊转向权益证明（PoS）后继续从原本的DIFFICULTY操作码处获得随机性。- 操作码：
GASLIMIT：- 操作码：
0x45 - gas 消耗：
2
将当前区块的 gas 限制压入堆栈。
- 操作码：
CHAINID：- 操作码：
0x46 - gas 消耗：
2
将当前的链ID压入堆栈
- 操作码：
SELFBALANCE：- 操作码：
0x47 - gas 消耗：
2
将合约的当前余额压入堆栈
- 操作码：
BASEFEE：- 操作码：
0x48 - gas 消耗：
2
将当前区块的基础费（base fee）压入堆栈。
- 操作码：
SHA3 指令
- 操作码：
0x20 - gas 消耗：
30 + 6 * 数据的字节长度 + 拓展内存成本
SHA3(offset, size)指令从堆栈中取出两个参数，起始位置offset和长度size（以字节为单位），然后它从内存中读取起始位置offset开始的size长度的数据，计算这段数据的Keccak-256哈希，并将结果（一个32字节的值）压入堆栈。
示例：
0x5F5F20 (PUSH0 PUSH0 SHA3)。这个字节码将两个0推入堆栈，然后用SHA3指令计算0的哈希。
账户指令
以太坊账户结构
以太坊上的账户分为两类：
- 外部账户（Externally Owned Accounts，EOA）
- 以太坊网络上的代表，他们可以拥有ETH，发送交易并与合约互动
- 合约账户（Contract Account）
- 存储和执行智能合约代码的实体，它们也可以拥有和发送 ETH，但不能主动发起交易
以太坊上的账户结构非常简单，可以理解为地址到账户状态的映射。 账户地址是 20 字节（160 位）的数据，可以用 40 位的 16 进制表示，比如0x9bbfed6889322e016e0a02ee459d306fc19545d8。而账户的状态（State）具有 4 中属性：
- Balance：这是账户持有的原生代币（Native Token）数量，用 Wei 表示（1 ETH = 10 ^ 18 Wei）
- Nonce：对于 EOA 账户，这是该账户发送的交易数。对于合约账户，它是该账户创建的合约数量。
- Storage：每个合约账户都有与之关联的存储空间，其中包含状态变量的值
- Code：合约账户的字节码
也就是说，只有合约账户拥有Storage和Code，EOA 没有。
BALANCE
- 操作码：
0x31 - gas 消耗：
2600（cold address）或100（warm address）
BALANCE指令用于返回某个账户的余额。他从堆栈中弹出一个地址，然后查询该地址的余额并压入堆栈。
示例：
739bbfed6889322e016e0a02ee459d306fc19545d831（PUSH20 9bbfed6889322e016e0a02ee459d306fc19545d8 BALANCE）。这个字节码使用PUSH20将一个地址推入堆栈，然后使用BALANCE指令查询该地址的余额。
EXTCODESIZE
- 操作码：
0x3B - gas 消耗：
2600(cold address) 或100(warm address)
EXTCODESIZE指令用于返回某个账户的代码长度（以字节为单位）。他从堆栈弹出一个地址，然后查询该地址的代码长度并压入堆栈。如果该账户不存在或者没有代码，则返回 0 。
示例：
739bbfed6889322e016e0a02ee459d306fc19545d83B（PUSH20 9bbfed6889322e016e0a02ee459d306fc19545d8 EXTCODESIZE）。这个字节码使用PUSH20将一个地址压入堆栈，然后使用EXTCODESIZE指令查询该地址的代码长度。
EXTCODECOPY
- 操作码：
0x3C - gas 消耗：由读取代码长度、内存拓展成本、地址是否为 cold 三部分决定
EXTCODECOPY指令用于将某个账户的代码部分复制到 EVM 内存中。他从堆栈中弹出 4 个参数（addr, mem_offset, code_offset, length），分别对应要查询的地址，写到内存的偏移量，读取代码的偏移量和长度。
示例：
60045F5F739bbfed6889322e016e0a02ee459d306fc19545d83C（PUSH1 4 PUSH0 PUSH0 PUSH20 9bbfed6889322e016e0a02ee459d306fc19545d8 EXTCODECOPY）。这个字节码将 4 (length)，0(code_offset)，0(mem_offset)，地址(addr)分别推入堆栈，然后使用EXTCODECOPY指令将代码复制到内存中。
EXTCODEHASH
- 操作码：
0x3F - gas 消耗：
2600(cold address) or100(warm address)
EXTCODEHASH指令返回某个账户的代码的 Keccak256 哈希值。他从堆栈中弹出一个地址，然后查询该地址代码的哈希并压入堆栈。
示例：
739bbfed6889322e016e0a02ee459d306fc19545d83F（PUSH20 9bbfed6889322e016e0a02ee459d306fc19545d8 EXTCODEHASH）。这个字节码使用PUSH20将一个地址推入堆栈，然后使用EXTCODEHASH指令查询该地址的代码哈希。
交易指令
交易的基本结构
再深入学习这些指令之前，我们先了解以太坊交易的基本结构。每一笔以太坊交易都包含以下属性：
nonce：一个与发送者账户相关的数字，表示该账户已发送的交易数gasPrice：交易发送者愿意支付的单位 gas 价格。gaslimit：交易发送者为这次交易分配的最大 gas 数量to：交易的接收者地址。当交易为合约创建时，这一字段为空value：以 wei 为单位的发送金额data：附带的数据，通常为合约调用的输入数据（calldata）和新合约的初始代码（initcode）。
v, r, s：与交易签名相关的三个值
交易指令
ADDRESS
- 操作码：
0x30 - gas 消耗：
2 - 功能：将当前执行合约的地址压入堆栈。
- 使用场景：当合约需要知道自己的地址时使用
ORIGIN
- 操作码：
0x32 - gas 消耗：
2 - 功能：将交易的原始发送者（即签名者）地址压入堆栈。
- 使用场景：区分合约调用者与交易发起者
CALLER
- 操作码：
0x33 - gas 消耗：
2 - 功能：将直接调用当前合约的地址压入堆栈
- 使用场景：当合约需要知道是谁调用了它的时候
CALLVALUE
- 操作码：
0x34 - gas 消耗：
2 - 功能：将发送给合约的 ether 的数量（以 wei 为单位）压入堆栈
- 使用场景：当合约需要知道有多少以太币被发送时使用
CALLDATALOAD
- 操作码：
0x35 - gas 消耗：
3 - 功能：从交易或合约调用的
data字段加载数据。他从堆栈中弹出 calldata 的偏移量（offset），然后从 calldata 的offset位置读取 32 字节的数据并压入堆栈。如果 calldata 剩余不足 32 字节，则补 0。 - 使用场景：读取传入的数据。
CALLDATASIZE
- 操作码：
0x36 - gas 消耗：
2 - 功能：获取交易的合约调用的
data字段的字节长度，并压入堆栈。 - 使用场景：在读取数据之前检查大小
CALLDATACOPY
- 操作码：
0x37 - gas 消耗：
3 + 3 * 数据长度 + 内存拓展成本 - 功能：将
data中的数据复制到内存中。他会从堆栈中弹出三个参数（mem_offset, calldata_offset, length），分别对应写到内存的偏移量，读取 calldata 的偏移量和长度。 - 使用场景：将输入数据复制到内存
CODESIZE
- 操作码：
0x38 - gas 消耗：
2 - 功能：获取当前合约代码的字节长度，然后压入堆栈
- 使用场景：当合约需要访问自己的字节码时使用
CODECOPY
- 操作码：
0x39 - gas 消耗：
3 + 3 * 数据长度 + 内存拓展成本 - 功能：复制合约的代码到 EVM 的内存中。他从堆栈中弹出三个参数：目标内存的开始偏移量（
mem_offset）、代码的开始偏移量（code_offset）以及要复制的长度（length） - 使用场景：当合约需要读取自己的部分字节码时使用
GASPRICE
- 操作码：
0x4A - gas 消耗：
2 - 功能：获取交易的 gas 价格，并压入堆栈。
- 使用场景：当合约需要知道当前的 gas 价格时使用
Log 指令
EVM 中的日志和事件
在 Solidity 中，我们常常使用event来定义和触发事件。当这些事件被触发时，他们会生成日志，将数据永远存储在区块链上。日志分为主题（topic）和数据（data）。第一个主题通常是事件签名的哈希值，后面的主题是由indexed修饰的事件参数。
EVM 中的LOG指令用于创建这些日志。指令从LOG0到LOG4的区别在于它们包含的主题数量。例如，LOG0没有主题，而LOG4有四个主题。
LOG 指令
- 操作码：
A0到A4 - gas 消耗：
gas = 375 + 375 * topic 数量 + 内存拓展成本
EVM 中有五个 LOG 指令：LOG0 、LOG1、LOG2、LOG3、LOG4。他们的主要区别在于携带的主题数（topics）：LOG0没有主题，LOG4有四个主题。
LOG指令从堆栈中弹出 2 + n 个元素。其中前两个参数是内存开始位置（mem_offset）和数据长度length，n 是主题的数量（取决于具体的LOG指令）。所有对于LOG1，我们会从堆栈中弹出 3 个元素：内存开始位置，数据长度，和一个主题。需要mem_offset的原因是日志的数据（data）数据存储在内存中，gas 消耗低，而主题（topic）部分直接存储在堆栈上。
示例：
**测试
LOG0**：运行一个包含LOG0的字节码：60aa6000526001601fa0（PUSH1 aa PUSH1 0 MSTORE PUSH1 1 PUSH1 1f LOG0）。这个字节码将aa存在内存中，然后使用LOG0指令将aa输出到日志的数据部分。
测试
LOG1：运行一个包含LOG1指令的字节码：60aa60005260116001601fa1（PUSH1 aa PUSH1 0 MSTORE PUSH 11 PUSH1 1 PUSH1 1f LOG1）。这个字节码将aa存在内存，然后将11压入堆栈，最后使用LOG1指令将aa输出到日志的数据部分，将11输出到日志的主题部分。