[{"data":1,"prerenderedAt":-1},["ShallowReactive",2],{"article-deep-evm-1-evm-ruhe-zhixing-daima-caozuoma-zhan-gas":3},{"article":4,"author":54},{"id":5,"category_id":6,"title":7,"slug":8,"excerpt":9,"content_md":10,"content_html":11,"locale":12,"author_id":13,"published":14,"published_at":15,"meta_title":7,"meta_description":16,"focus_keyword":17,"og_image":18,"canonical_url":18,"robots_meta":19,"created_at":15,"updated_at":15,"tags":20,"category_name":34,"related_articles":35},"d3000000-0000-0000-0000-000000000101","a0000000-0000-0000-0000-000000000032","Deep EVM #1：EVM如何执行你的代码——操作码、栈和Gas","deep-evm-1-evm-ruhe-zhixing-daima-caozuoma-zhan-gas","以太坊虚拟机的底层解析：操作码如何操纵栈、Gas计量如何工作，以及你的交易执行时到底发生了什么。","## EVM是一台栈机器\n\n以太坊虚拟机不像你笔记本电脑中的x86处理器。它没有寄存器。相反，它是一台**栈机器**——每次计算都从一个1024元素的栈中推入或弹出，每个元素是一个256位（32字节）的字。\n\n当你调用智能合约时，EVM接收合约的字节码——一个扁平的单字节操作码序列——并从字节0开始执行。没有函数表，没有ELF头，没有链接步骤。字节码就是程序。\n\n```\n\u002F\u002F Solidity:\n\u002F\u002F uint256 result = 2 + 3;\n\n\u002F\u002F 编译为字节码：\n\u002F\u002F PUSH1 0x02  PUSH1 0x03  ADD\n\n\u002F\u002F 栈追踪：\n\u002F\u002F []           -> PUSH1 0x02 -> [2]\n\u002F\u002F [2]          -> PUSH1 0x03 -> [2, 3]\n\u002F\u002F [2, 3]       -> ADD        -> [5]\n```\n\n每个操作码从栈顶消费其操作数并将结果推回。ADD操作码弹出两个值，将它们相加，并推入总和。这与基于寄存器的架构有根本性的不同。\n\n## 操作码分类\n\nEVM定义了大约140个操作码，按功能分组：\n\n### 算术和比较\n- **ADD、SUB、MUL、DIV、MOD** — 基本256位整数算术。全部消耗3 gas（G_verylow级别）。\n- **SDIV、SMOD** — 使用二进制补码的有符号除法和取模。\n- **ADDMOD、MULMOD** — 模运算：单个操作码中的`(a + b) % N`和`(a * b) % N`。对椭圆曲线运算至关重要，消耗8 gas。\n- **EXP** — 指数运算。消耗10 gas + 指数中每字节50 gas。\n- **LT、GT、SLT、SGT、EQ、ISZERO** — 比较操作码，推入1（真）或0（假）。\n\n### 位运算\n- **AND、OR、XOR、NOT** — 位逻辑，每个3 gas。\n- **SHL、SHR、SAR** — 左移、逻辑右移、算术右移（Constantinople升级中添加，EIP-145）。\n- **BYTE** — 从32字节字中提取单个字节。\n\n### 栈操作\n- **POP** — 丢弃栈顶元素。\n- **PUSH1到PUSH32** — 将1到32字节的立即数推入栈。\n- **DUP1到DUP16** — 复制第N个栈元素到栈顶。\n- **SWAP1到SWAP16** — 将栈顶元素与其下方第N个元素交换。\n\n### 环境和区块信息\n- **CALLER**（msg.sender）、**CALLVALUE**（msg.value）、**CALLDATALOAD**、**CALLDATASIZE**、**CALLDATACOPY** — 访问交易上下文。\n- **NUMBER**、**TIMESTAMP**、**BASEFEE**、**CHAINID** — 区块级信息。\n- **BALANCE**、**EXTCODESIZE**、**EXTCODECOPY** — 查询其他账户。\n\n## Gas计费表\n\n每个操作码都有gas成本。Gas服务于两个目的：防止无限循环（停机问题）和公平定价计算资源。\n\n| 级别 | Gas | 示例 |\n|------|-----|------|\n| 零 | 0 | STOP、RETURN、REVERT |\n| 基础 | 2 | ADDRESS、ORIGIN、CALLER |\n| 极低 | 3 | ADD、SUB、LT、GT、AND、OR、POP |\n| 低 | 5 | MUL、DIV、MOD |\n| 中 | 8 | ADDMOD、MULMOD、JUMP |\n| 高 | 10 | JUMPI |\n| 特殊 | 可变 | SLOAD、SSTORE、CALL、CREATE |\n\n## 冷访问与热访问（EIP-2929）\n\nEIP-2929（Berlin升级，2021年4月）引入了**访问列表**的概念——每笔交易中被访问过的地址和存储槽的集合。\n\n在交易中首次访问存储槽或外部地址时，它是\"冷\"的，需要支付额外gas。后续访问是\"热\"的，比较便宜。\n\n## 交易执行流程\n\n当你发送调用合约的交易时，完整的执行序列如下：\n\n1. **交易验证** — Nonce检查、余额检查、签名验证\n2. **固有Gas扣除** — 交易本身21000 gas，加上每非零calldata字节16 gas和每零字节4 gas\n3. **上下文设置** — EVM创建执行上下文：代码、calldata、调用者、值、剩余gas\n4. **程序计数器从0开始** — EVM读取位置0处的操作码并执行\n5. **顺序执行** — 每个操作码被执行，gas被扣除。JUMP和JUMPI允许非线性控制流\n6. **终止** — 执行以STOP、RETURN、REVERT或Gas耗尽结束\n7. **状态提交或回滚** — 成功时提交所有状态变更，回滚时撤销所有变更\n\n## 对MEV的实际影响\n\n如果你在构建MEV机器人，在操作码级别理解EVM不是可选的——而是竞争必备。节省的每一单位gas都是利润空间。\n\n## 总结\n\nEVM的简洁性体现了它的优雅：一台使用256位字的栈机器、扁平的字节码格式，以及为每个操作定价的Gas计量系统。理解这个基础——操作码、栈和Gas——是本系列后续内容的前提。","\u003Ch2 id=\"evm\">EVM是一台栈机器\u003C\u002Fh2>\n\u003Cp>以太坊虚拟机不像你笔记本电脑中的x86处理器。它没有寄存器。相反，它是一台\u003Cstrong>栈机器\u003C\u002Fstrong>——每次计算都从一个1024元素的栈中推入或弹出，每个元素是一个256位（32字节）的字。\u003C\u002Fp>\n\u003Cp>当你调用智能合约时，EVM接收合约的字节码——一个扁平的单字节操作码序列——并从字节0开始执行。没有函数表，没有ELF头，没有链接步骤。字节码就是程序。\u003C\u002Fp>\n\u003Cpre>\u003Ccode>\u002F\u002F Solidity:\n\u002F\u002F uint256 result = 2 + 3;\n\n\u002F\u002F 编译为字节码：\n\u002F\u002F PUSH1 0x02  PUSH1 0x03  ADD\n\n\u002F\u002F 栈追踪：\n\u002F\u002F []           -> PUSH1 0x02 -> [2]\n\u002F\u002F [2]          -> PUSH1 0x03 -> [2, 3]\n\u002F\u002F [2, 3]       -> ADD        -> [5]\n\u003C\u002Fcode>\u003C\u002Fpre>\n\u003Cp>每个操作码从栈顶消费其操作数并将结果推回。ADD操作码弹出两个值，将它们相加，并推入总和。这与基于寄存器的架构有根本性的不同。\u003C\u002Fp>\n\u003Ch2 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