本篇文章讓你了解以太坊中的幾個(gè)重要概念，有助于您理解智能合約，包括其執(zhí)行過(guò)程，以及Solidity語(yǔ)言在開(kāi)發(fā)智能合約時(shí)的相關(guān)概念

以太坊虛擬機(jī)（EVM）是以太坊中智能合約的運(yùn)行環(huán)境。它不僅被沙箱封裝起來(lái)，事實(shí)上它被完全隔離，也就是說(shuō)運(yùn)行在EVM內(nèi)部的代碼不能接觸到網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)或者其它進(jìn)程。甚至智能合約與其它智能合約只有有限的接觸。

賬戶(hù)

以太坊中有兩類(lèi)賬戶(hù)，它們共用同一個(gè)地址空間。外部賬戶(hù)，該類(lèi)賬戶(hù)被公鑰-私鑰對(duì)控制（人類(lèi)）。合約賬戶(hù)，該類(lèi)賬戶(hù)被存儲(chǔ)在賬戶(hù)中的代碼控制。

外部賬戶(hù)的地址是由公鑰決定的，合約賬戶(hù)的地址是在創(chuàng)建改合約時(shí)確定的（這個(gè)地址由合約創(chuàng)建者的地址和該地址發(fā)出過(guò)的交易數(shù)量計(jì)算得到，地址發(fā)出過(guò)的交易數(shù)量也被稱(chēng)作“nonce”）

合約賬戶(hù)存儲(chǔ)了代碼，外部賬戶(hù)則沒(méi)有，除了這點(diǎn)以外，這兩類(lèi)賬戶(hù)對(duì)于EVM來(lái)說(shuō)是一樣的。

每個(gè)賬戶(hù)有一個(gè)key-value形式的持久化存儲(chǔ)。其中key和value的長(zhǎng)度都是256bit，名字叫做storage.

另外，每個(gè)賬戶(hù)都有一個(gè)以太幣余額（單位是“Wei“），該賬戶(hù)余額可以通過(guò)向它發(fā)送帶有以太幣的交易來(lái)改變。

交易

一筆交易是一條消息，從一個(gè)賬戶(hù)發(fā)送到另一個(gè)賬戶(hù)（可能是相同的賬戶(hù)或者零賬戶(hù)，見(jiàn)下文）。交易可以包含二進(jìn)制數(shù)據(jù)（payload）和以太幣。

如果目標(biāo)賬戶(hù)包含代碼，該代碼會(huì)執(zhí)行，payload就是輸入數(shù)據(jù)。

如果目標(biāo)賬戶(hù)是零賬戶(hù)（賬戶(hù)地址是0），交易將創(chuàng)建一個(gè)新合約。正如上文所講，這個(gè)合約地址不是零地址，而是由合約創(chuàng)建者的地址和該地址發(fā)出過(guò)的交易數(shù)量（被稱(chēng)為nonce）計(jì)算得到。創(chuàng)建合約交易的payload被當(dāng)作EVM字節(jié)碼執(zhí)行。執(zhí)行的輸出做為合約代碼被永久存儲(chǔ)。這意味著，為了創(chuàng)建一個(gè)合約，你不需要向合約發(fā)送真正的合約代碼，而是發(fā)送能夠返回真正代碼的代碼。

Gas

以太坊上的每筆交易都會(huì)被收取一定數(shù)量的gas，gas的目的是限制執(zhí)行交易所需的工作量，同時(shí)為執(zhí)行支付費(fèi)用。當(dāng)EVM執(zhí)行交易時(shí)，gas將按照特定規(guī)則被逐漸消耗。

gas price（gas價(jià)格，以太幣計(jì)）是由交易創(chuàng)建者設(shè)置的，發(fā)送賬戶(hù)需要預(yù)付的交易費(fèi)用 = gas price * gas amount。 如果執(zhí)行結(jié)束還有g(shù)as剩余，這些gas將被返還給發(fā)送賬戶(hù)。

無(wú)論執(zhí)行到什么位置，一旦gas被耗盡（比如降為負(fù)值），將會(huì)觸發(fā)一個(gè)out-of-gas異常。當(dāng)前調(diào)用幀所做的所有狀態(tài)修改都將被回滾。

存儲(chǔ)，主存和棧

每個(gè)賬戶(hù)有一塊持久化內(nèi)存區(qū)域被稱(chēng)為存儲(chǔ)。其形式為key-value，key和value的長(zhǎng)度均為256比特。在合約里，不能遍歷賬戶(hù)的存儲(chǔ)。相對(duì)于另外兩種，存儲(chǔ)的讀操作相對(duì)來(lái)說(shuō)開(kāi)銷(xiāo)較大，修改存儲(chǔ)更甚。一個(gè)合約只能對(duì)它自己的存儲(chǔ)進(jìn)行讀寫(xiě)。

第二個(gè)內(nèi)存區(qū)被稱(chēng)為主存。合約執(zhí)行每次消息調(diào)用時(shí)，都有一塊新的，被清除過(guò)的主存。主存可以以字節(jié)粒度尋址，但是讀寫(xiě)粒度為32字節(jié)（256比特）。操作主存的開(kāi)銷(xiāo)隨著其增長(zhǎng)而變大（平方級(jí)別）。

EVM不是基于寄存器，而是基于棧的虛擬機(jī)。因此所有的計(jì)算都在一個(gè)被稱(chēng)為棧的區(qū)域執(zhí)行。棧最大有1024個(gè)元素，每個(gè)元素256比特。對(duì)棧的訪問(wèn)只限于其頂端，方式為：允許拷貝最頂端的16個(gè)元素中的一個(gè)到棧頂，或者是交換棧頂元素和下面16個(gè)元素中的一個(gè)。所有其他操作都只能取最頂?shù)膬蓚€(gè)（或一個(gè)，或更多，取決于具體的操作）元素，并把結(jié)果壓在棧頂。當(dāng)然可以把棧上的元素放到存儲(chǔ)或者主存中。但是無(wú)法只訪問(wèn)棧上指定深度的那個(gè)元素，在那之前必須要把指定深度之上的所有元素都從棧中移除才行。

指令集

EVM的指令集被刻意保持在最小規(guī)模，以盡可能避免可能導(dǎo)致共識(shí)問(wèn)題的錯(cuò)誤實(shí)現(xiàn)。所有的指令都是針對(duì)256比特這個(gè)基本的數(shù)據(jù)類(lèi)型的操作。具備常用的算術(shù)，位，邏輯和比較操作。也可以做到條件和無(wú)條件跳轉(zhuǎn)。此外，合約可以訪問(wèn)當(dāng)前區(qū)塊的相關(guān)屬性，比如它的編號(hào)和時(shí)間戳。

消息調(diào)用

合約可以通過(guò)消息調(diào)用的方式來(lái)調(diào)用其它合約或者發(fā)送以太幣到非合約賬戶(hù)。消息調(diào)用和交易非常類(lèi)似，它們都有一個(gè)源，一個(gè)目標(biāo)，數(shù)據(jù)負(fù)載，以太幣，gas和返回?cái)?shù)據(jù)。事實(shí)上每個(gè)交易都可以被認(rèn)為是一個(gè)頂層消息調(diào)用，這個(gè)消息調(diào)用會(huì)依次產(chǎn)生更多的消息調(diào)用。

一個(gè)合約可以決定剩余gas的分配。比如內(nèi)部消息調(diào)用時(shí)使用多少gas，或者期望保留多少gas。如果在內(nèi)部消息調(diào)用時(shí)發(fā)生了out-of-gas異常（或者其他異常），合約將會(huì)得到通知，一個(gè)錯(cuò)誤碼被壓在棧上。這種情況只是內(nèi)部消息調(diào)用的gas耗盡。在solidity中，這種情況下發(fā)起調(diào)用的合約默認(rèn)會(huì)觸發(fā)一個(gè)人工異常。這個(gè)異常會(huì)打印出調(diào)用棧。

就像之前說(shuō)過(guò)的，被調(diào)用的合約（發(fā)起調(diào)用的合約也一樣）會(huì)擁有嶄新的主存并能夠訪問(wèn)調(diào)用的負(fù)載。調(diào)用負(fù)載被存儲(chǔ)在一個(gè)單獨(dú)的被稱(chēng)為calldata的區(qū)域。調(diào)用執(zhí)行結(jié)束后，返回?cái)?shù)據(jù)將被存放在調(diào)用方預(yù)先分配好的一塊內(nèi)存中。

調(diào)用層數(shù)被限制為1024，因此對(duì)于更加復(fù)雜的操作，我們應(yīng)該使用循環(huán)而不是遞歸。

代碼調(diào)用和庫(kù)

存在一種特殊類(lèi)型的消息調(diào)用，被稱(chēng)為callcode。它跟消息調(diào)用幾乎完全一樣，只是加載自目標(biāo)地址的代碼將在發(fā)起調(diào)用的合約上下文中運(yùn)行。

這意味著一個(gè)合約可以在運(yùn)行時(shí)從另外一個(gè)地址動(dòng)態(tài)加載代碼。存儲(chǔ)，當(dāng)前地址和余額都指向發(fā)起調(diào)用的合約，只有代碼是從被調(diào)用地址獲取的。

這使得Solidity可以實(shí)現(xiàn)”庫(kù)“。可復(fù)用的庫(kù)代碼可以應(yīng)用在一個(gè)合約的存儲(chǔ)上，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

日志

在區(qū)塊層面，可以用一種特殊的可索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這個(gè)特性被稱(chēng)為日志，Solidity用它來(lái)實(shí)現(xiàn)事件。合約創(chuàng)建之后就無(wú)法訪問(wèn)日志數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)可以從區(qū)塊鏈外高效的訪問(wèn)。因?yàn)椴糠秩罩緮?shù)據(jù)被存儲(chǔ)在布隆過(guò)濾器（Bloom filter） 中，我們可以高效并且安全的搜索日志，所以那些沒(méi)有下載整個(gè)區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（輕客戶(hù)端）也可以找到這些日志。

創(chuàng)建

合約甚至可以通過(guò)一個(gè)特殊的指令來(lái)創(chuàng)建其他合約（不是簡(jiǎn)單的向零地址發(fā)起調(diào)用）。創(chuàng)建合約的調(diào)用跟普通的消息調(diào)用的區(qū)別在于，負(fù)載數(shù)據(jù)執(zhí)行的結(jié)果被當(dāng)作代碼，調(diào)用者/創(chuàng)建者在棧上得到新合約的地址。

自毀

只有在某個(gè)地址上的合約執(zhí)行自毀操作時(shí)，合約代碼才會(huì)從區(qū)塊鏈上移除。合約地址上剩余的以太幣會(huì)發(fā)送給指定的目標(biāo)，然后其存儲(chǔ)和代碼被移除。