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solidity基础 -- 内联汇编

article 2025/1/23 1:44:28

Solidity 是以太坊智能合约开发的主流语言，而内联汇编（Inline Assembly）则为开发者提供了一种直接操作 EVM（以太坊虚拟机）的低级方式。通过内联汇编，开发者可以实现一些在 Solidity 中难以实现或效率较低的功能，例如直接操作内存、存储或优化 gas 消耗。本文将详细介绍 Solidity 内联汇编的语法、应用场景以及具体实例。

一、内联汇编简介

性能优化：在某些对性能要求极高的场景下，Solidity 高级代码的抽象可能会带来一定的性能损耗。内联汇编可以让开发者直接编写针对 EVM 的指令，减少不必要的开销，提升合约执行效率。

访问底层功能：EVM 有许多底层功能，在 Solidity 高级语言中没有直接的接口。通过内联汇编，开发者能够访问这些底层功能，实现一些特殊的业务逻辑。

Solidity 的内联汇编使用 Yul 语言编写，它是一种接近 EVM 的低级语言，允许开发者直接与 EVM 交互。内联汇编代码块由 assembly { ... } 包裹，代码块内的变量和函数作用域独立，不能跨块访问。

优点

节省 gas：通过直接操作 EVM，内联汇编可以避免 Solidity 的某些高级抽象带来的额外开销。
实现复杂功能：某些低级操作（如直接访问存储或内存）在 Solidity 中难以实现，但可以通过内联汇编完成。
优化性能：在某些场景下，内联汇编可以优化代码的执行效率。

风险

内联汇编绕过了 Solidity 的许多安全检查，因此更容易引入错误或漏洞。开发者需要对 EVM 有深入理解，才能安全地使用内联汇编。

二、内联汇编的基本语法

内联汇编代码块中可以使用多种 EVM 操作码（opcode），例如 add、sub、mload、sstore 等。以下是一些常见的操作码及其用途：

操作码	用途
`add(x, y)`	计算 `x + y`
`sub(x, y)`	计算 `x - y`
`mload(p)`	加载内存地址 `p` 的值
`mstore(p, v)`	将值 `v` 存储到内存地址 `p`
`sload(p)`	加载存储槽 `p` 的值
`sstore(p, v)`	将值 `v` 存储到存储槽 `p`
`extcodesize(a)`	获取地址 `a` 的代码大小
`extcodecopy(a, t, f, s)`	从地址 `a` 复制代码到内存

三、内联汇编的应用场景与实例

1. 简单计算优化

以下是一个简单的加法函数，展示了如何使用内联汇编优化计算：

// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract AssemblyExample {
    function addAssembly(uint x, uint y) public pure returns (uint) {
        uint result;
        assembly {
            result := add(x, y)   // 使用 EVM 的 add 操作码
            mstore(0x0, result)  // 将结果存储到内存地址 0x0
        }
        return result;
    }
}

2. 存储与内存操作

内联汇编可以高效地操作存储和内存。以下是一个将数据存储到存储槽并读取的示例：

// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract StorageDataExample {
    function setData(uint256 newValue) public {
        assembly {
            sstore(0, newValue)   // 将 newValue 存储到存储槽 0
        }
    }

    function getData() public view returns (uint256) {
        uint256 v;
        assembly {
            v := sload(0)         // 从存储槽 0 加载数据
            mstore(0x80, v)       // 将数据存储到内存地址 0x80
        }
        return v;
    }
}

3. 获取合约代码

内联汇编可以用于获取其他合约的代码。以下是一个库合约，用于获取目标地址的合约代码：

// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

library GetCode {
    function at(address addr) public view returns (bytes memory code) {
        assembly {
            let size := extcodesize(addr)  // 获取目标地址的代码大小
            code := mload(0x40)            // 分配内存
            mstore(0x40, add(code, and(add(add(size, 0x20), 0x1f), not(0x1f))))
            mstore(code, size)             // 存储代码长度
            extcodecopy(addr, add(code, 0x20), 0, size)  // 复制代码到内存
        }
    }
}

4. 数组操作优化

内联汇编可以优化数组操作，避免 Solidity 的边界检查。以下是一个计算数组和的示例：

// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

library VectorSum {
    function sumPureAsm(uint[] memory data) public pure returns (uint sum) {
        assembly {
            let len := mload(data)  // 加载数组长度
            let dataElementLocation := add(data, 0x20)  // 跳过长度字段
            for { let end := add(dataElementLocation, mul(len, 0x20)) }
                lt(dataElementLocation, end)
                { dataElementLocation := add(dataElementLocation, 0x20) }
            {
                sum := add(sum, mload(dataElementLocation))  // 累加数组元素
            }
        }
    }
}