以太坊虛擬機介紹3-算術運算指令

以太坊虛擬機算術運算指令
EVM總共定義了11條算術運算指令，見下表：

這些指令從棧頂彈出兩到三個元素，進行相應計算，而後把結果推入棧頂。參與計算的元素和結果均被解釋爲按二的補碼編碼的整數。若是計算結果（假設爲x）溢出（超出2^256），則最終的結果x’取值x % 2^256（%表示取模運算，^表示指數運算）。

下面是算術運算指令的操做碼分佈圖：

 

ADD、MUL、SUB、DIV、SDIV、MOD、SMOD、EXP
這8條指令操做方式比較相似，從棧頂彈出兩個元素，進行計算，而後把計算結果推入棧頂。因爲採用二的補碼錶示整數時，加法、減法和乘法運算不用考慮符號位，因此加法、減法和乘法運算都只有一條指令。整除和取模運算須要考慮符號位，因此各有兩條指令。指數運算只操做無符號整數。以ADD指令爲例，下面是它的操做示意圖：

 

ADDMOD和MULMOD
MULMOD指令依次從棧頂彈出x、y、z三個數，先計算x和y的乘積（不受溢出限制），再計算乘積和z的模，最後把結果推入棧頂。假定乘積不會溢出，那麼MULMOD(x, y, z)等價於x * y % z，下面是MULMOD指令的操做示意圖：

 

ADDMOD指令和MULMOD指令相似，只不過把乘法換成了加法。下面是ADDMOD指令的操做示意圖：

 

SIGNEXTEND
SIGNEXTEND指令從棧頂依次彈出k和x，並把x解釋爲k+1（0 <= k <= 31）字節有符號整數，而後把x符號擴展至32字節。好比x是二進制10000000，k是0，則符號擴展以後，結果爲二進制1111…10000000（共249個1）。下面是SIGNEXTEND指令的操做示意圖：

 

實例分析
ADD、MUL、SUB、DIV、SDIV、MOD、SMOD、EXP指令與Solidity語言裏的+、*、-、/、%、** 運算符直接對應。ADDMOD指令對應addmod()函數，MULMOD指令對應mulmod()函數。暫時尚未搞清楚SIGNEXTEND指令的用法，等之後再補充。下面的Solidity代碼演示了EVM算術運算指令的具體應用：

// arith_demo.sol
pragma solidity ^0.4.24;

contract C {

function test() public view {
int s1; int s2; int s3;
uint u1; uint u2; uint u3;
uint k;

u3 = u1 + u2; // ADD
u3 = u1 * u2; // MUL
u3 = u1 - u2; // SUB
u3 = u1 / u2; // DIV
s3 = s1 / s2; // SDIV
u3 = u1 % u2; // MOD
s3 = s1 % s2; // SMOD
u3 = u1 ** u2; // EXP
u3 = addmod(u1, u2, k); // ADDMOD
u3 = mulmod(u1, u2, k); // MULMOD
}

}
讀者能夠運行solc --asm --opcodes arith_demo.sol命令觀察編譯器生成的字節碼。

總結本文介紹了EVM算術運算指令，下一篇文章將介紹EVM按位運算指令。