EVM基本信息1
编程语言虚拟机一般有两种类型，基于栈，或者基于寄存器。大部分我们所熟知的语言都采用基于栈的虚拟机，比如最著名的Java虚拟机。在游戏领域非常流行的Lua语言则采用了基于寄存器的虚拟机。和JVM一样，EVM也是基于栈的虚拟机。
既然是支持栈的虚拟机，那么EVM肯定首先得有个栈。为了方便进行密码学计算，EVM采用了32字节（256比特）的字长。EVM栈以字（Word）为单位进行操作，最多可以容纳1024个字。这就是我们在这篇文章里需要了解的EVM信息，在后面的文章里，我们会逐步介绍更多的EVM细节。下面是EVM栈的示意图：
EVM指令集
和JVM一样，EVM执行的也是字节码。由于操作码被限制在一个字节以内，所以EVM指令集最多只能容纳256条指令。目前EVM已经定义了约142条指令，还有100多条指令可供以后扩展。这142条指令包括算术运算指令，比较操作指令，按位运算指令，密码学计算指令，栈、memory、storage操作指令，跳转指令，区块、智能合约相关指令等。我们会在后面的文章里逐步讨论这些指令，下面是已经定义的EVM操作码分布图（灰色区域是目前还没有定义的操作码）：
EVM栈操作指令2
本文将介绍POP指令、PUSHx系列指令、DUPx系列指令、SWAPx系列指令。这些指令只对EVM栈进行单纯的操作，它们的操作码分布如下图所示：
POP指令
POP指令（操作码0x50）从栈顶弹出一个元素。下面是POP指令的操作示意图（白色表示元素即将发生变动）：
PUSHx指令
PUSH系列指令把紧跟在指令后面的N（1 ～ 32）字节元素推入栈顶。PUSH系列指令一共有32条，从PUSH1（操作码0x60）一直到PUSH32（操作码0x7A）。EVM是大端机器，以PUSH2指令为例，下面是该指令的操作示意图（不完整的灰色纸带表示字节码）：
DUPx指令
DUP系列指令复制从栈顶开始数的第N（1 ～ 16）个元素，并把复制后的元素推入栈顶。DUP系列指令一共有16条，从DUP1（操作码0x80）一直到DUP16（操作码0x8A）。比如DUP1指令复制栈顶元素，如下图所示：
下面是DUP2指令的操作示意图：
SWAPx指令
SWAP系列指令把栈顶元素和从栈顶开始数的第N（1 ～ 16）+ 1 个元素进行交换。SWAP系列指令一共有16条，从SWAP1（操作码0x90）一直到SWAP16（操作码0x9A）。比如SWAP1指令交换位于栈顶的两个元素，如下图所示：
下面是SWAP2指令的操作示意图：
SSTORE和SLOAD
存储storage是一个键值存储，可将256位字映射到256位字。使用SSTORE / SLOAD指令访问。存储中的所有位置最初都定义为零。
SSTORE
我们用[]符号来标识栈：
// 空栈
stack: []
// 有3个数据的栈，栈顶项为3，栈底项为1(左侧为栈顶)
stack: [3 2 1]
用{}符号来标识合约存储器：
// 空存储
store: {}
// 数值0x1被保存在0x0的位置上
store: { 0x0 => 0x1 }
汇编代码:
0x1
0x0
sstore
可以模拟上面的3条指令，然后会发现他们的机器状态结果都是一样的：
stack: []
store: { 0x0 => 0x1 }
sstore指令：出栈两个元素，0x0出栈，接着0x0出栈，保存合约存储器中。0x0为键，0x0为值，即store: { 0x0 => 0x1 }。
SLOAD
// 有3个数据的栈，栈顶项为3，栈底项为1(左侧为栈顶)
stack: [0x2]
// 数值0x1被保存在0x0的位置上
store: { 0x0 => 0x1 }
汇编代码:
0x5
0x0
SLOAD
模拟上面的3条指令，执行结果如下：
stack: [0x5 0x2] (左侧为栈顶)
stack: [0x0 0x5 0x2] (左侧为栈顶)
SLOAD store: { 0x0 => 0x1 }
stack: [0x1 0x5 0x2] (左侧为栈顶)
SLOAD指令：先取出栈顶元素x，然后在storage中取以x为键的值（storage[x]）存入栈顶。
EVM算术运算指令3
EVM总共定义了11条算术运算指令，见下表：
这些指令从栈顶弹出两到三个元素，进行相应计算，然后把结果推入栈顶。参与计算的元素和结果均被解释为按二的补码编码的整数。如果计算结果（假设为x）溢出（超出2^256），则最终的结果x’取值x % 2^256（%表示取模运算，^表示指数运算）。
下面是算术运算指令的操作码分布图：
ADD、MUL、SUB、DIV、SDIV、MOD、SMOD、EXP
这8条指令操作方式比较类似，从栈顶弹出两个元素，进行计算，然后把计算结果推入栈顶。由于采用二的补码表示整数时，加法、减法和乘法运算不用考虑符号位，所以加法、减法和乘法运算都只有一条指令。整除和取模运算需要考虑符号位，所以各有两条指令。指数运算只操作无符号整数。以ADD指令为例，下面是它的操作示意图：
ADDMOD和MULMOD
MULMOD指令依次从栈顶弹出x、y、z三个数，先计算x和y的乘积（不受溢出限制），再计算乘积和z的模，最后把结果推入栈顶。假定乘积不会溢出，那么MULMOD(x, y, z)等价于x * y % z，下面是MULMOD指令的操作示意图：
ADDMOD指令和MULMOD指令类似，只不过把乘法换成了加法。下面是ADDMOD指令的操作示意图：
SIGNEXTEND
SIGNEXTEND指令从栈顶依次弹出k和x，并把x解释为k+1（0 <= k <= 31）字节有符号整数，然后把x符号扩展至32字节。比如x是二进制10000000，k是0，则符号扩展之后，结果为二进制1111…10000000（共249个1）。下面是SIGNEXTEND指令的操作示意图：
EVM按位运算指令4
EVM定义了8条按位运算指令，见下表：
下面是按位运算指令的操作码分布图：
AND、OR、XOR、NOT
AND、OR、XOR指令从栈顶弹出两个元素，进行按位运算，然后把结果推入栈顶。以AND指令为例，下面是它的操作示意图：
NOT指令将栈元素按位取反，下面是它的操作示意图：
BYTE
BYTE指令先后从栈顶弹出n和x，取x的第n个字节并推入栈顶。由于EVM的字长是32个字节，所以n在[0, 31]区间内才有意义，否则BYTE的运算结果就是0。另外，字节是从左到右数的，因此第0个字节占据字的最高位8个比特。以n=1为例，下面是BYTE指令操作示意图：
SHL、SHR、SAR
这三条指令都是先后从栈顶弹出两个数n和x，其中x是要进行位移操作顶数，n是位移比特数，然后把结果推入栈顶。以左移指令SHL为例，下面是它的操作示意图：
SHR和SAR的区别在于，前者执行逻辑右移（空缺补0），后者执行算术右移（空缺补符号位）。下表总结了这三条位移指令对于操作数的解释，以及计算结果（这里^表示指数运算）：
Solidity语言提供了<<和>>运算符，下表总结了这两个运算符的含义（这里**表示指数运算）：
| 运算符 | 解释 |
|---|---|
| x << n | x * 2**n |
| x >> n | x / 2**n |
EVM比较操作指令5
VM定义了6条比较操作指令，见下表：
下面是比较操作指令的操作码分布图：
LT、GT、SLT、SGT、EQ
这5条指令都是从栈顶弹出两个元素，进行比较，然后把结果（1表示true，0表示false）推入栈顶。其中LT和GT把弹出的元素解释为无符号整数进行比较，SLT和SGT把弹出的元素解释为有符号数进行比较，EQ不关心符号。以LT指令为例，下面是它的操作示意图：
ISZERO
SZERO指令从栈顶弹出一个元素，判断它是否为0，如果是，则把1推入栈顶，否则把0推入栈顶。下面是ISZERO指令的操作示意图：
