学习智能合约基础语言：深入理解Solidity内联汇编技巧

☞概念

☞语法

☞操作码

☞字面量

☞函数风格

☞访问外部函数与变量

☞标签

☞定义局部变量

☞赋值

☞Switch

☞循环

☞函数

☞内联汇编中注意事项

☞Solidity中的惯例

通常我们通过库代码，来增强语言，实现一些精细化的控制，Solidity为我们提供了一种接近于EVM底层的语言，内联汇编，允许与Solidity结合使用。由于EVM是栈式的，所以有时定位栈比较麻烦，Solidty的内联汇编为我们提供了下述的特性，来解决手写底层代码带来的各种问题：

• 允许函数风格的操作码：mul(1, add(2, 3))等同于push1 3 push1 2 add push1 1 mul

• 内联局部变量：let x := add(2, 3) let y := mload(0x40) x := add(x, y)

• 可访问外部变量：function f(uint x) { assembly { x := sub(x, 1) } }

• 标签：let x := 10 repeat: x := sub(x, 1) jumpi(repeat, eq(x, 0))

• 循环：for { let i := 0 } lt(i, x) { i := add(i, 1) } { y := mul(2, y) }

• switch语句：switch x case 0 { y := mul(x, 2) } default { y := 0 }

• 函数调用：function f(x) -> y { switch x case 0 { y := 1 } default { y := mul(x, f(sub(x, 1))) } }

需要注意的是内联汇编是一种非常底层的方式来访问EVM虚拟机。他没有Solidity提供的多种安全机制。

2.1 示例

下面的例子提供了一个库函数来访问另一个合约，并把它写入到一个bytes变量中。有一些不能通过常规的Solidity语言完成，内联库可以用来在某些方面增强语言的能力。

内联汇编在当编译器没办法得到有效率的代码时非常有用。但需要留意的是内联汇编语言写起来是比较难的，因为编译器不会进行一些检查，所以你应该只在复杂的，且你知道你在做什么的事情上使用它。

内联汇编语言也会像Solidity一样解析注释，字面量和标识符。所以你可以使用//和/**/的方式注释。内联汇编的在Solidity中的语法是包裹在assembly { ... }，下面是可用的语法，更详细的语法请参考官方API https://solidity.readthedocs.io/en/v0.4.21/assembly.html。

• 字面量。如0x123，42或abc（字符串最多是32个字符）

• 操作码（指令的方式），如mload sload dup1 sstore，后面有可• 支持的指令列表

• 函数风格的操作码，如add(1, mlod(0))

• 标签，如name:

• 变量定义，如let x := 7 或 let x := add(y, 3)

• 标识符（标签或内联局部变量或外部），如jump(name)，3 x add

• 赋值（指令风格），如，3 =: x。

• 函数风格的赋值，如x := add(y, 3)

• 支持块级的局部变量，如{ let x := 3 { let y := add(x, 1) } }

如果一个操作码有参数（通过在栈顶），那么他们会放在括号。需要注意的是参数的顺序可以颠倒（非函数风格，后面会详细说明）。用-标记的操作码不会将一个参数推到栈顶，而标记为*的是非常特殊的，所有其它的将且只将一个推到栈顶。

在后面的例子中，mem[a...b)表示成位置a到位置b（不包含）的memory字节内容，storage[p]表示在位置p的strorage内容。

操作码pushi和jumpdest不能被直接使用。在语法中，操作码被表示为预先定义的标识符。

你可以直接键入十进制或十六进制符号来作为整型常量使用，这会自动生成相应的 PUSHi 指令。 下面的代码将计算 2 加 3（等于 5），然后计算其与字符串 “abc” 的按位与。字符串在存储时为左对齐，且长度不能超过 32 字节。

你可以像使用字节码那样在操作码之后键入操作码。例如，把 3 与内存位置 0x80 处的数据相加就是：

由于通常很难看到某些操作码的实际参数是什么，所以 Solidity 内联汇编还提供了一种“函数风格”表示法，同样功能的代码可以写做：

函数风格表达式内不能使用指令风格的写法，即 1 2 mstore(0x80, add) 是无效汇编语句， 它必须写成 mstore(0x80, add(2, 1)) 这种形式。对于不带参数的操作码，括号可以省略。

注意，在函数风格写法中参数的顺序与指令风格相反。如果使用函数风格写法，第一个参数将会位于栈顶。

通过简单使用它们名称就可以访问 Solidity 变量和其他标识符。对于内存变量，这会将地址而不是值压入栈中。 存储变量是不同的，因为存储变量的值可能不占用完整的存储槽，因此其“地址”由存储槽和槽内的字节偏移量组成。 为了获取变量 x 所使用的存储槽，你可以使用 x_slot，并用的 x_offset 获取其字节偏移量。

在赋值语句中（见下文），我们甚至可以使用 Solidity 局部变量来赋值。

对于内联汇编而言的外部函数也可以被访问：汇编会将它们的入口标签（带有虚拟函数解析）压入栈中。Solidity 中的调用语义为：

• 调用者压入 return label、arg1、arg2、...、argn

• 被调用方返回 ret1、ret2、...、retm

这个特性使用起来还是有点麻烦，因为在调用过程中堆栈偏移量发生了根本变化，因此对局部变量的引用将会出错。

EVM 汇编的另一个问题是 jump 和 jumpi 函数使用绝对地址，这些绝对地址很容易改变。 Solidity 内联汇编提供了标签，以便更容易地使用 jump。注意，标签具有底层特征，使用循环、if 和 switch 指令（参见下文）而不使用标签也能写出高效汇编代码。 以下代码用来计算斐波那契数列中的一个元素。

请注意：只有汇编程序知道当前栈高度时，才能自动访问堆栈变量。如果 jump 源和目标的栈高度不同，访问将失败。 虽然我们可以这么使用 jump，但在这种情况下，你不应该去访问任何栈里的变量（即使是汇编变量）。

此外，栈高度分析器还可以通过操作码（而不是根据控制流）检查代码操作码，因此在下面的情况下，汇编程序对标签 two 处的堆栈高度会产生错误的印象：

你可以使用 let 关键字来声明只在内联汇编中可见的变量，实际上只在当前的 {...} 块中可见。 下面发生的事情应该是：let 指令将创建一个为变量保留的新数据槽，并在到达块末尾时自动删除。 你需要为变量提供一个初始值，它可以只是 0，但它也可以是一个复杂的函数风格表达式。

可以给汇编局部变量和函数局部变量赋值。请注意：当给指向内存或存储的变量赋值时，你只是更改指针而不是数据。

有两种赋值方式：函数风格和指令风格。对于函数风格赋值（变量 := 值），你需要在函数风格表达式中提供一个值，它恰好可以产生一个栈里的值； 对于指令风格赋值（=: 变量），则仅从栈顶部获取数据。对于这两种方式，冒号均指向变量名称。赋值则是通过用新值替换栈中的变量值来实现的。

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If

if 语句可以用于有条件地执行代码，且没有“else”部分；如果需要多种选择，你可以考虑使用“switch”（见下文）。

作为“if/else”的非常初级的版本，你可以使用 switch 语句。它计算表达式的值并与几个常量进行比较。选出与匹配常数对应的分支。 与某些编程语言容易出错的情况不同，控制流不会从一种情形继续执行到下一种情形。我们可以设定一个 fallback 或称为 default 的默认情况。

汇编语言支持一个简单的 for-style 循环。For-style 循环有一个头，它包含初始化部分、条件和迭代后处理部分。 条件必须是函数风格表达式，而另外两个部分都是语句块。如果起始部分声明了某个变量，这些变量的作用域将扩展到循环体中（包括条件和迭代后处理部分）。

下面例子是计算某个内存区域中的数值总和。

For 循环也可以写成像 while 循环一样：只需将初始化部分和迭代后处理两部分留空。

汇编语言允许定义底层函数。底层函数需要从栈中取得它们的参数（和返回 PC），并将结果放入栈中。调用函数的方式与执行函数风格操作码相同。

函数可以在任何地方定义，并且在声明它们的语句块中可见。函数内部不能访问在函数之外定义的局部变量。这里没有严格的 return 语句。

如果调用会返回多个值的函数，则必须使用 a，b：= f(x) 或 let a，b：= f(x) 的方式把它们赋值到一个元组。

下面例子通过平方和乘法实现了幂运算函数。

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