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WTF Opcodes极简入门: 11. 堆栈指令2

我最近在重新学以太坊opcodes，也写一个“WTF EVM Opcodes极简入门”，供小白们使用。

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之前，我们介绍了堆栈指令中的PUSH和POP，这一讲我们将介绍另外两个指令：DUP和SWAP。

DUP

在EVM中，DUP是一系列的指令，总共有16个，从DUP1到DUP16，操作码范围为0x80到0x8F，gas消耗均为3。这些指令用于复制（Duplicate）堆栈上的指定元素（根据指令的序号）到堆栈顶部。例如，DUP1复制栈顶元素，DUP2复制距离栈顶的第二个元素，以此类推。

我们可以在极简EVM中增加对DUP指令的支持：

DUP1 = 0x80
DUP16 = 0x8F

def dup(self, position):
    if len(self.stack) < position:
        raise Exception('Stack underflow')
    value = self.stack[-position]
    self.stack.append(value)

def run(self):
    while self.pc < len(self.code):
        op = self.next_instruction()

        # ... 其他指令的实现 ...

        elif DUP1 <= op <= DUP16: # 如果是DUP1-DUP16
            position = op - DUP1 + 1
            self.dup(position)

现在，我们可以尝试运行一个包含DUP1指令的字节码：0x6001600280（PUSH1 1 PUSH1 2 DUP1）。这个字节码将1和2推入堆栈，然后进行DUP1复制栈顶元素（2），堆栈最后会变为[1, 2, 2]。

# DUP1
code = b"\x60\x01\x60\x02\x80"
evm = EVM(code)
evm.run()
print(evm.stack)  
# output: [1, 2, 2]

SWAP

SWAP指令用于交换堆栈顶部的两个元素。与DUP类似，SWAP也是一系列的指令，从SWAP1到SWAP16共16个，操作码范围为0x90到0x9F，gas消耗均为3。SWAP1交换堆栈的顶部和次顶部的元素，SWAP2交换顶部和第三个元素，以此类推。

让我们在极简EVM中增加对SWAP指令的支持：

SWAP1 = 0x90
SWAP16 = 0x9F

def swap(self, position):
    if len(self.stack) < position + 1:
        raise Exception('Stack underflow')
    idx1, idx2 = -1, -position - 1
    self.stack[idx1], self.stack[idx2] = self.stack[idx2], self.stack[idx1]

def run(self):
    while self.pc < len(self.code):
        op = self.next_instruction()

        # ... 其他指令的实现 ...

        elif SWAP1 <= op <= SWAP16: # 如果是SWAP1-SWAP16
            position = op - SWAP1 + 1
            self.swap(position)

现在，我们可以尝试运行一个包含SWAP1指令的字节码：0x6001600290（PUSH1 1 PUSH1 2 SWAP1）。这个字节码将1和2推入堆栈，然后进行SWAP1交换这两个元素，堆栈最后会变为[2, 1]。

# SWAP1
code = b"\x60\x01\x60\x02\x90"
evm = EVM(code)
evm.run()
print(evm.stack)  
# output: [2, 1]

总结

这讲过后，我们已经介绍了EVM中最基础的四种堆栈操作：PUSH，POP，DUP，和SWAP，理解它们有助于更深入地理解EVM的工作原理。我们写的极简EVM也已经支持了111/144个操作码。