EVM OPCodes 解析 - Contract Creation
這篇文章是為了介紹 Solidity 背後的操作碼 (Operation Code) 實際上在 EVM 裡面是怎麼運作的。我們在寫一份合約的時候雖然是使用 Solidity 這個人類看得懂的程式語言，不過 Solidity 可不是給機器看的，所以我們需要 Compiler 的介入來幫助我們把人類的自然語言轉換成能與機器溝通的機器碼。
Compiler 做了什麼？
當我們用 Solidity 寫好了一份合約，準備發出交易送到鏈上創造合約的時候，我們送出的交易內容會長這樣：
{
"from": "0xd3ea1bfe3d1f99278c2ac7b6429e2e2ac32564e3",
"value": "0x0",
"input":"0x608060405234801561001057600080fd5b5061042480610020600...",
"nonce": "0x16",
"chainId": "0xaa36a7"
...
} 創建合約的交易中， to 的值會是空的，EVM 也是以此來判斷一筆交易是不是創造合約的交易，而合約被編譯後的機器碼 Bytecode 會跟著被放到這筆交易的 input data (calldata)內，你可以用 這筆交易 作為參考。
Opcode 是什麼？
Evm Opcode Bytecode 是一連串的 16 進制 ( Hexadecimal ) 數字，例如以下這份合約和所對應的 Bytecode 如下：
contract Counter {
uint256 public number;
constructor() {
number = 0;
}
}0x608060405234801561001057600080fd5b506000808190555060b3806100266000396000f3fe6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c80638381f58a14602d575b600080fd5b60336047565b604051603e91906064565b60405180910390f35b60005481565b6000819050919050565b605e81604d565b82525050565b6000602082019050607760008301846057565b9291505056fea26469706673582212202330b5c2a9b4fcbeb35a369dde8d746f76c57572fac897fed104ddef9f31da6364736f6c63430008130033而這一串 Hex 數字就是用來讓 EVM 知道該執行什麼動作，或是要把資料用什麼方式儲存在哪裡。說到這裡，那麼 Opcode 又是什麼呢，Opcode 又稱「操作碼」，可以理解為「指令」。
Between Solidity & Bytecode 因為每個 Opcode 都對應著一組 Bytecode ，而這組 Bytecode 是 EVM 實際執行的機器語言，但是如果這些機械語言都是 Bytecode ，對人類來說是難以閱讀及理解的，所以才有不同的 Opcode 來對應不同的機器語言，讓人類更方便能夠與機器溝通。
你可以在 Evm.codes 查詢到不同的 Opcode。 舉例來說：PUSH1 這個 Opcode ，它對應的機器碼是 0x60 ，而他所實際執行的動作是把 1 byte 的資料放到 Stack 上。（ Stack 是 EVM 用來運算資料的儲存空間，如果不知道 Stack 是什麼的話，請參考我之前寫的文章：
An Overview of the Ethereum Virtual Machine (EVM) ）
Contract 被創造時究竟發生了什麼事情？
這邊會接著說明當 EVM 收到合約創造交易裡面的 calldata 之後，會怎麼用裡面的 Bytecode 來執行。要分析這些 Bytecode 的執行順序，我們可以把上面那份簡單的合約放到 Evm Playground 來看看。
Evm Opcode 合約創造大致上可分為以下幾個部分，我會一個一個解釋裡面的 Opcode 做的行為，不過為了不讓文章篇幅過長，我也許會省略一些細節：
- 設定 Free Memory Pointer
- Non Payable Check
- Constructor 邏輯
- Copy Runtime Code To Memory
1. 設定 Free Memory Pointer
這段 Opcode 就在上圖的前三行，內容是：
[00] PUSH1 80
[02] PUSH1 40
[04] MSTORE 上述 Opcode 裡面，最前面的數字代表 Bytecode 的偏移位置，所以它是從 0 開始增加的，但這不是這裡的重點。 PUSH1 80 表示把 0x80 這個 Byte 推到 Stack 裡面，PUSH1 40 也是一樣的行為，而 MSTORE 呢？
Evm Opcode - MSTORE 根據 evm.codes 的描述，這個 Opcode 會從 Stack 取出兩筆資料作為 Input，並且存到 Memory 裡面。所以這段 Opcode 的意思是：
把 0x80 儲存在 0x40 這個 Memory 的位置
而為什麼要怎麼做是因為在 EVM 裡的慣例是會把 0x40 作為 Free Memory Pointer，
也就是說，0x40 這個記憶體位置是一個 Pointer，他永遠指向下一個可用的記憶體位置，讓 EVM 知道新的資料要儲存到哪裡。
那麼，為什麼一開始 Free Memory Pointer 的值就是 0x80 ? 這是因為 EVM 保留了在 0x80 之前的記憶體空間，用來做特定的事情 ( 參考 文件 ）。
Solidity reserves four 32-byte slots, with specific byte ranges (inclusive of endpoints) being used as follows:
-
0x00-0x3f(64 bytes): scratch space for hashing methods -
0x40-0x5f(32 bytes): currently allocated memory size (aka. free memory pointer) -
0x60-0x7f(32 bytes): zero slot
2. Non Payable Check
接下來的一段 Opcde 是用來確認這個用來創造合約的交易有沒有 ETH Value ，也就是有沒有任何 Ether 作為交易的 value 一起被送出。創造合約時預設是不能接收 ETH 的，除非你在 Constructor 上加上 payable modifier。
[05] CALLVALUE
[06] DUP1
[07] ISZERO
[08] PUSH1 0f
[0a] JUMPI
[0b] PUSH1 00
[0d] DUP1
[0e] REVERT CALLVALUE 會從交易裡面的 value 欄位取出值，這段 Opcode 則是用來檢查這個值是不是為 0 ， 如果不是的話就 revert 。
3. Constructor 邏輯
接下來會有一段 Opcode 用來取得 constructor 的內容，如果你的 constructor 有參數的話那麼就會先把參數讀取到 Memory 之後再執行 constructor 。這段 Opcode 會根據 constructor 的不一樣而有不同的內容 ，所以就先不詳細列出每個步驟。
4. Copy Runtime Code To Memory
[18] PUSH1 b3
[1a] DUP1
[1b] PUSH1 24
[1d] PUSH1 00
[1f] CODECOPY
[20] PUSH1 00
[22] RETURN接下來比較重要的是用來複製合約 Runtime 程式碼的這一段 Opcode。因為在 創造合約的交易裡面，最後的 return 值必須是合約的 Runtime 程式碼，這樣一來才能讓合約順利地被儲存在鏈上。
複製程式碼這個動作主要是透過 CODECOPY 這個 Opcode 來完成， 這個 Opcode 會從 Stack 拿出三個參數 destOffset、offset、 size 三筆資料作為 input ，他們分別代表：
-
destOffset(0x00) : 複製程式碼在 Memory 的起始位置 -
offset(0x24) : 要複製的 Bytecode 的起始位置，起始位置並不是0x00， 這是因為上一段提到的 constructor 的邏輯必須要被排除在外，不會被包含在 Runtime Code 內 -
size: (0xb3) 從 offset 開始，要複製的 byte 數量
這段 Opcode 執行時，對應的 Stack 狀態如下圖，而因為 CODECOPY 會拿最上面三筆資料作為 Input 來執行複製的動作，所以在執行這個 Opcode 之後，Stack 的最上面三筆資料會消失，而這時合約的 Runtime Code 就已經存到記憶體裡面了。
最後一行的 RETURN code 就是用來 return 被複製的這段程式碼，之後這份合約的 Runtime Bytecode 就會被儲存到鏈上（ Account Storage 裡面）這樣就完成了一次合約的部署。
Evm Opcode