在用Solidity开发以太坊智能合约时，使用汇编可以直接与EVM交互，降低 gas开销成本，更精细的控制智能合约的行为，因此值得Solidity开发者学习 并加以利用。本文是Solidity汇编开发的简明教程，旨在帮助你快速熟悉 如何在Solidity智能合约代码中嵌入汇编代码。

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2、以太坊虚拟机和堆栈结构机器

以太坊虚拟机EVM有自己的指令集，该指令集中目前包含了 144个操作码，详情参考Geth源代码

这些指令是Solidity抽象出来的，可以在Solidity内联使用。例如：

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

EVM是一个栈虚拟机，栈这种数据结构只允许两个操作：压入(PUSH)或弹出(POP)数据。 最后压入的数据位于栈顶，因此将被第一个弹出，这被称为后进先出 (LIFO：Last In, First Out)：

栈虚拟机将所有的操作数保存在栈上，关于栈虚拟机的详细信息 可以参考stack machine 基础

3、堆栈结构机器的操作码

为了能够解决实际问题，栈结构机器需要实现一些额外的指令，例如 ADD、SUBSTRACT等等。指令执行时通常会先从堆栈弹出一个或多个值作为参数， 再将执行结果压回堆栈。这通常被称为逆波兰表示法(RPN：Reverse Polish Notation)：

a + b      // 标准表示法Infixa b add    // 逆波兰表示法RPN

4、在Solidity合约中使用内联汇编

可以在Solidity中使用assembly{}来嵌入汇编代码段，这被称为内联汇编：

assembly {  // some assembly code here}

在assembly块内的代码开发语言被称为Yul，为了简化我们称其为 汇编或EVM汇编。

另一个需要注意的问题时，汇编代码块之间不能通信，也就是说在 一个汇编代码块里定义的变量，在另一个汇编代码块中不可以访问。 例如：

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

上面的代码编译时会报如下错误：

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

下面的代码使用内联汇编代码计算函数的两个参数的和并返回结果：

function addition(uint x, uint y) public pure returns (uint) {  assembly {    let result := add(x, y)   // x + y    mstore(0x0, result)       // 在内存中保存结果    return(0x0, 32)           // 从内存中返回32字节  } }

让我们重写上面的代码，补充一些更详细的注释，以便说明每个指令 在EVM内部的运行原理。

function addition(uint x, uint y) public pure returns (uint) {   assembly {            // 创建一个新的变量result    //     -> 使用add操作码计算x+y    //     -> 将计算结果赋值给变量result          let result := add(x, y)   // x + y           // 使用mstore操作码    //     -> 将result变量的值存入内存    //     -> 指定内存地址 0x0          mstore(0x0, result)       // 将结果存入内存        // 从内存地址0x返回32字节    return(0x0, 32)            }}

5、Solidity汇编中的变量定义与赋值

在Yul中，使用let关键字定义变量。使用:=操作符给变量赋值：

assembly {  let x := 2}

如果没有使用:=操作符给变量赋值，那么该变量自动初始化为0值：

assembly {  let x           // 自动初始化为 x = 0  x := 5          // x 现在的值是5}

你可以使用复杂的表达式为变量赋值，例如：

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

6、Solidity汇编中let指令的运行机制

在EVM的内部，let指令执行如下任务：

• 创建一个新的堆栈槽位
• 为变量保留该槽位
• 当到达代码块结束时自动销毁该槽位

因此，使用let指令在汇编代码块中定义的变量，在该代码块 外部是无法访问的。

7、Solidity汇编中的注释

在Yul汇编中注释的写法和Solidity一样，可以使用单行注释// 或多行注释/* */。例如：

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

8、Solidity汇编中的字面量

在Solidity汇编中字面量的写法与Solidity一致。不过，字符串字面量 最多可以包含32个字符。

assembly {      let a := 0x123             // 16进制  let b := 42                // 10进制  let c := "hello world"     // 字符串  let d := "very long string more than 32 bytes" // 超长字符串，错误！}

9、Solidity汇编中的块和作用范围

在Solidity汇编中，变量的作用范围遵循标准规则。一个块的范围使用 一对大括号标识。

在下面的示例中，y和z仅在定义所在块范围内有效。因此y变量的作用 范围是scope 1，z变量的作用范围是scope 2。

assembly {       let x := 3          // x在各处可见      // Scope 1             {             let y := x     // ok      }  // 到此处会销毁y  // Scope 2      {            let z := y     // Error      } // 到此处会销毁z}// DeclarationError: identifier not found// let z := y// ^

作用范围的唯一例外是函数和for循环，我们将在下面解释。

10、在Solidity汇编中使用函数的局部变量

在Solidity汇编中，只需要使用变量名就可以访问局部变量， 无论该变量是定义在汇编块中，还是Solidity代码中，不过 变量必须是函数的局部变量：

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汇编中使用for循环

先看一下Solidity中循环的使用。下面的Solidity函数代码中 计算变量的倍数n次，其中value和n是函数的参数：

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汇编代码如下：

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)  }   }

类似于其他开发语言中的for循环，在Solidity汇编中，for循环也包含 3个元素：

• 初始化：let i := 0
• 执行条件：lt(i, n) ，必须是函数风格表达式
• 迭代后续步骤：add(i, 1)

注意：for循环中变量的作用范围略有不同。在初始化部分定义的变量 在循环的其他部分都有效。

12、在Solidity汇编中使用while循环

在Solidity汇编中实际上是没有while循环关键字的，但是可以使用 for循环实现同样的功能：只要留空for循环的初始化部分和迭代后续步骤即可。

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

13、在Solidity汇编中使用if语句

Solidity内联汇编支持使用if语句来设置代码执行的条件，但是 没有其他语言中的else部分。

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

if语句强制要求代码块使用大括号，即使需要保护的代码只有一行， 也需要使用大括号。这和solidity不同。

如果需要在Solidity内联汇编中检查多种条件，可以考虑使用 switch语句。

14、在Solidity汇编中使用switch语句

EVM汇编中也有switch语句，它将一个表达式的值于多个常量 进行对比，并选择相应的代码分支来执行。switch语句支持 一个默认分支default，当表达式的值不匹配任何其他分支条件时，将 执行默认分支的代码。

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

switch语句有一些限制：

• 分支列表不需要大括号，但是分支的代码块需要大括号
• 所有的分支条件值必须：1)具有相同的类型 2)具有不同的值
• 如果分支条件已经涵盖所有可能的值，那么不允许再出现default条件

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

15、在Solidity汇编中使用函数

也可以在Solidity内联汇编中定义底层函数。调用这些自定义的函数 和使用内置的操作码一样。

下面的汇编函数用来分配指定长度的内存，并返回内存指针pos：

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

汇编函数的运行机制如下：

• 从堆栈提取参数
• 将结果压入堆栈

和Solidity函数不同，不需要指定汇编函数的可见性，例如public或private， 因为汇编函数仅在定义所在的汇编代码块内有效。

16、Solidity汇编中的操作码

EVM操作码可以分为以下几类：

• 算数和比较操作
• 位操作
• 密码学操作，目前仅包含keccak256
• 环境操作，主要指与区块链相关的全局信息，例如blockhash或coinbase收款账号
• 存储、内存和栈操作
• 交易与合约调用操作
• 停机操作
• 日志操作

详细的操作码可以查看Solidity文档。

原文链接：http://blog.hubwiz.com/2020/02/15/solidity-assembly-tutorial/