EVM Opcodes(3)
原文章：https://www.wtf.academy/evm-opcodes-102
在接下来的部分将引入一些较为复杂的操作码。
Return 指令
这一部分会介绍与返回数据（return）相关的 3 个指令：RETURN、RETURNDATASIZE和RETURNDATACOPY。他们是 Solidity 中return关键字的基础。
返回数据
EVM的返回数据，通常称为returnDara，本质上是一个字节数组。他不遵循固定的数据结构，而是简单地表示为连续的字节。当合约函数需要返回复杂数据类型（如结构体或数组）时，这些数据将按照 ABI 规范被编码为字节，并存储在returnData中，供其他函数或合约访问。
RETURN
- 操作码：
0xF3 - gas 消耗：内存拓展成本
- 功能：从指定的内存位置提取数据。存储在
returnData中，并终止当前的操作。此指令需要从堆栈中取出两个参数：内存的起始位置mem_offset和数据的长度length。 - 使用场景：当需要将数据返回给外部函数或交易时
示例：
60a26000526001601ff3（PUSH1 a2 PUSH1 00 MSTORE PUSH1 1 PUSH1 1f RETURN）。这个字节码将a2存在内存中，然后使用RETURN指令将a2复制到returnData中。
RETURNDATASIZE
- 操作码：
0x3D - gas 消耗：
2 - 功能：将
returnData的大小推入堆栈。 - 使用场景：使用上一个调用返回的数据
RETURNDATACOPY
- 操作码：
0x3E - gas 消耗：
3 + 3 * 数据长度 + 内存拓展成本 - 功能：将
returnData中的某段数据复制到内存中。此指令需要从堆栈中取出三个参数：内存的起始位置mem_offset，返回数据的起始位置return_offset，和数据的长度length。 - 使用场景：使用上一个调用返回的部分数据
Revert 指令
REVERT
- 操作码：
0xFD - gas 消耗：内存拓展消耗
当合约运行出错，或者达到了某种条件需要终止执行并返回错误信息时，可以使用REVERT指令。**REVERT指令会终止交易的执行，返回一个错误信息，并且所有状态更改都不会生效**。他从堆栈中弹出两个参数：内存中错误信息的起始位置mem_offset和错误信息的长度length。
示例：
60aa6000526001601ffd（PUSH1 aa PUSH1 0 MSTORE PUSH1 1 PUSH1 1f REVERT），这个字节码将aa存在内存中，然后使用REVERT指令进行回滚，并将aa复制到returnData中。
INVALID
- 操作码：
0xFE - gas 消耗：所有剩余的 gas
INVALID是 EVM 中用来表示无效操作的指令。当 EVM 遇到无法识别的操作码时，或者在故意触发异常的情境下，会执行INVALID指令，导致所有状态更改都不会生效，并且消耗掉所有的 gas。他确保了当合约试图执行未定义的操作时，不会无所作为或产生不可预期的行为，而是会安全地停止执行，对 EVM 的安全至关重要。
调用系列指令
CALL
- 操作码：
0xF1 - gas 消耗：比较复杂，包含内存拓展和代码执行等成本
CALL指令会创建一个子环境来执行其他合约的部分代码，发送ETH，并返回数据。返回数据可以使用RETURNDATASIZE和RETURNDATACOPY获取。若执行成功，会将1压入堆栈；否则，则压入0。如果目标合约没有代码，仍将1压入堆栈（视为成功）。如果账户ETH余额小于要发送的ETH数量，调用失败，但当前交易不会回滚。
它从堆栈中弹出7个参数，依次为：
gas：为这次调用分配的gas量。to：被调用合约的地址。value：要发送的以太币数量，单位为wei。mem_in_start：输入数据（calldata）在内存的起始位置。mem_in_size：输入数据的长度。mem_out_start：返回数据（returnData）在内存的起始位置。mem_out_size：返回数据的长度。
关于 CALL 的例子，参考原文章。
DELEGATECALL
- 操作码：
0xF4 - gas 消耗：比较复杂，包含内存拓展和代码执行等成本
DELEGATECALL指令与CALL有许多相似之处，但关键的区别在于调用的上下文不同，它在代理合约和可升级合约中被广泛应用。它的设计目的是允许一个合约借用其他合约的代码，但代码是在原始合约的上下文中执行。这使得一份代码可以被多个合约重复使用，而无需重新部署。使用DELEGATECALL时msg.sender和msg.value保持不变，修改的存储变量也是原始合约的。
它从堆栈中弹出6个参数，与CALL不同，它不包括value，因为ETH不会被发送：
gas：为这次调用分配的gas量。to：被调用合约的地址。mem_in_start：输入数据（calldata）在内存的起始位置。mem_in_size：输入数据的长度。mem_out_start：返回数据（returnData）在内存的起始位置。mem_out_size：返回数据的长度。
有两个关键点需要注意：
DELEGATECALL不会更改msg.sender和msg.value。DELEGATECALL改变的存储（storage）是原始合约的存储。- 与
CALL不同，DELEGATECALL不会传递ETH值，因此少一个value参数。
CALLCODE
- 操作码：
0xF2
CALLCODE与DELEGATECALL非常相似，但当修改状态变量时，它会更改调用者的合约状态而不是被调用者的合约状态。由于这个原因，CALLCODE在某些情况下可能会引起意料之外的行为，目前被视为已弃用。建议大家使用DELEGATECALL，而不是CALLCODE。
我们根据EIP-2488，将CALLCODE视为已弃用：每次调用在堆栈中压入0（视为调用失败）。
STATICCALL
- 操作码：
0xFA - gas 消耗：内存拓展成本 + 地址操作成本
STATICCALL指令会创建一个子环境来执行其他合约的部分代码，并返回数据。返回数据可以使用RETURNDATASIZE和RETURNDATACOPY获取。若执行成功，会将1压入堆栈；否则，则压入0。如果目标合约没有代码，仍将1压入堆栈（视为成功）。
和CALL指令的不同，**STATICCALL不能发送ETH，也不能改变合约的状态。它不允许子环境执行的代码中包含以下指令**：
CREATE,CREATE2,SELFDESTRUCTLOG0-LOG4SSTOREvalue不为0的CALL
它从堆栈中弹出6个参数，依次为：
gas：为这次调用分配的gas量。to：被调用合约的地址。mem_in_start：输入数据（calldata）在内存的起始位置。mem_in_size：输入数据的长度。mem_out_start：返回数据（returnData）在内存的起始位置。mem_out_size：返回数据的长度。
CREATE 指令
initcode（初始代码）
以太坊有两种交易，一种是合约调用，一种是合约创建。在合约创建的交易中，to字段设为空，而data字段应填写为合约的初始代码（initcode）。initcode也是字节码，但他只在合约创建时执行一次，目的是为新合约设置必要的状态和返回最终的合约字节码（contract code）。
下面，我么来看一个简单的initcode：63ffffffff6000526004601cf3。它的指令形式为：
1 | PUSH4 ffffffff |
它先用MSTORE指令把ffffffff拷贝到内存中，然后用RETURN指令将它们拷贝到返回数据中。这段initcode会把新合约的字节码设置为ffffffff。
CREATE
- 操作码：
F0 - gas 消耗：内存扩展成本 + 部署代码执行成本 + 代码存款成本
在EVM中，当一个合约想要创建一个新的合约时，会使用CREATE指令。它的简化流程：
从堆栈中弹出
value（向新合约发送的ETH）、mem_offset和length（新合约的initcode在内存中的初始位置和长度）。计算新合约的地址，计算方法为:
1
address = keccak256(rlp([sender_address,sender_nonce]))[12:]
更新ETH余额。
初始化新的EVM上下文
evm_create，用于执行initcode。在
evm_create中执行initcode。如果执行成功，则更新创建的账户状态：更新
balance，将nonce初始化为0，将code字段设为evm_create的返回数据，将storage字段设置为evm_create的storage。如果成功，则将新合约地址推入堆栈；若失败，将
0推入堆栈。
CREATE2 指令
CREATE vs CREATE2
传统的CREATE指令通过调用者的地址和nonce来确定新合约的地址，而CREATE2则提供了一种新的计算方法，使我们可以在合约部署之前预知它的地址。
与CREATE不同，**CREATE2使用调用者地址、盐（一个自定义的256位的值）以及initcode的哈希来确定新合约的地址**，计算方法如下：
1 | address = keccak256( 0xff + sender_address + salt + keccak256(init_code))[12:] |
这样的好处是，只要你知道initcode，盐值和发送者的地址，就可以预先知道新合约的地址，而不需要现在部署它。而CREATE计算的地址取决于部署账户的nonce，也就是说，在nonce不确定的情况下（合约还未部署，nonce可能会增加），没法确定新合约的地址。
CREATE2
- 操作码：
F5 - gas 消耗：十分复杂。。详见EVMCODE
在EVM中，CREATE2指令的简化流程如下：
- 从堆栈中弹出
value（向新合约发送的ETH）、mem_offset、length（新合约的initcode在内存中的初始位置和长度）以及salt。 - 使用上面的公式计算新合约的地址。
- 之后的步骤同
CREATE指令：初始化新的EVM上下文、执行initcode、更新创建的账户状态、返回新合约地址或0（如果失败）。
Selfdestruct 指令
它可以让合约自毁。这个指令可能在未来会被弃用，见EIP-4758和EIP-6049。
基本概念
EVM中的SELFDESTRUCT指令可以让合约自行销毁，并将账户中的ETH余额发送到指定地址。这个指令一些特殊的地方：
- 使用
SELFDESTRUCT指令时，当前合约会被标记为待销毁。但实际的销毁操作会在整个交易完成后进行。 - 合约的
ETH余额会被发送到指定的地址，并且这一过程保证会成功的。 - 如果指定的地址是一个合约，那么该合约的代码不会被执行，即不会像平常的
ETH转账执行目标地址的fallback方法。 - 如果指定的地址不存在，则会为其创建一个新的账户，并存储这些ETH。
- 一旦合约被销毁，其代码和数据都会永久地从链上删除，无法恢复。销毁合约可能会影响到与它互动的其他合约或服务。
SELFDESTRUCT 指令
- 操作码：
0xFF - gas 消耗：静态气体为5000。如果将正余额发送到空帐户，则动态气体为25000。如果一个账户的余额为0，其nonce为0且没有代码，则该账户为空。此外，如果地址是冷钱包，则还有额外的动态费用2600。请参阅访问集部分。否则没有其他附加费用。
SELFDESTRUCT指令的工作流程如下：
- 从堆栈中弹出接收
ETH的指定地址。 - 将当前合约的余额转移到指定地址。
- 销毁合约。
Gas 指令
什么是 Gas
在EVM中，交易和执行智能合约需要消耗计算资源。为了防止用户恶意的滥用网络资源和补偿验证者所消耗的计算能源，以太坊引入了一种称为Gas的计费机制，使每一笔交易都有一个关联的成本。
在发起交易时，用户设定一个最大Gas数量（gasLimit）和每单位Gas的价格（gasPrice）。如果交易执行超出了gasLimit，交易会回滚，但已消耗的Gas不会退还。
Gas 规则
以太坊上的Gas用gwei衡量，它是ETH的子单位，1 ETH = 10^9 gwei。一笔交易的Gas成本等于每单位gas价格乘以交易的gas消耗，即gasPrice * gasUsed。gas价格会随着时间的推移而变化，具体取决于当前对区块空间的需求。gas消耗由很多因素决定，并且每个以太坊版本都会有所改动，下面总结下：
calldata大小：calldata中的每个字节都需要花费gas，交易数据的大小越大，gas消耗就越高。calldata每个零字节花费4Gas，每个非零字节花费16Gas（伊斯坦布尔硬分叉之前为 64 个）。- 内在gas：每笔交易的内在成本为21000 Gas。除了交易成本之外，创建合约还需要 32000 Gas。该成本是在任何操作码执行之前从交易中支付的。
opcode固定成本：每个操作码在执行时都有固定的成本，以Gas为单位。对于所有执行，该成本都是相同的。比如每个ADD指令消耗3Gas。opcode动态成本：一些指令消耗更多的计算资源取决于其参数。因此，除了固定成本之外，这些指令还具有动态成本。比如SHA3指令消耗的Gas随参数长度增长。- 内存拓展成本：在EVM中，合约可以使用操作码访问内存。当首次访问特定偏移量的内存（读取或写入）时，内存可能会触发扩展，产生gas消耗。比如
MLOAD或RETURN。 - 访问集成本：对于每个外部交易，EVM会定义一个访问集，记录交易过程中访问过的合约地址和存储槽（slot）。访问成本根据数据是否已经被访问过（热）或是首次被访问（冷）而有所不同。
- Gas退款：
SSTORE的一些操作（比如清除存储）可以触发Gas退款。退款会在交易结束时执行，上限为总Gas消耗的20%（从伦敦硬分叉开始）。
更详细的Gas消耗信息可以参考evm.codes。
GAS 指令
- 操作码：
0x5A - gas 消耗：
2
通过GAS指令，智能合约可以实时地查询还剩下多少Gas，从而做出相应的决策。