理解六种 EVM 说话：优异的说话要怎样计算

以太坊假造机 (EVM) 是一个 256 位、基于客栈、寰球可拜候的图灵机。因为架构与其他假造机以及物理机的分明分歧，EVM 须要范畴一定语言 DSL（注：范畴一定语言指的是埋头于某个利用法式范畴的算计机语言）。

正在本文中，咱们将争论 EVM DSL 妄图的最新本领，先容六种语言 Solidity、Vyper、Fe、Huff、Yul 以及 ETK。

语言版本

Solidity: 0.8.19

Vyper: 0.3.7

Fe: 0.21.0

Huff: 0.3.1

ETK: 0.2.1

Yul: 0.8.19

赏玩本文，须要你对于 EVM、客栈以及编程有根底的领会。

以太坊假造机总结

EVM 是一个基于 256 位客栈的图灵机。然而，正在深切争论它的编译器以前，应该先容一些功能个性。

因为 EVM 是「图灵齐备」的，它会受到「停机课题」的搅扰。简而言之，正在法式施行以前，没有方法决定它他日是否会停止。EVM 束缚这个课题的方式是经过「Gas」计量算计单元，普通来讲，这与施行指令所需的物理资源成比率。每个买卖的 Gas 量是有限制的，买卖的提议者必需支拨与买卖消费的 Gas 成比率的 ETH。这个政策的作用之一是，假设有两个功能上不异的智能合约，消费更少 Gas 的合约将被更多选择。这导致协议合作极其的 Gas 效用，工程师尽力最小化一定义务的 Gas 消费。

其余，当挪用一个合约时，它会建立一个施行左右文。正在这个左右文中，合约有一个客栈用于操作以及处置，一个线性内存实例用于读写，一个要地长久性保存用于合约读写，并且附带到挪用的数据「calldata」也许被读取但没有能被写入。

对于内存的一个主要阐明是，虽然它的巨细没有决定的「下限」，但仍然是有限的。扩充内存的 Gas 老本是动静：一旦到达阈值，扩充内存的老本将呈二次方增添，也便是说 Gas 老本与极度内存分配的平方成正比。

合约也也许利用一些分歧的指令来挪用其他合约。 「call」指令将数据以及可选的 ETH 发送到目的合约，然后建立自身的施行左右文，直到目的合约的施行休止。 「staticcall」指令与 「call」不异，但推广了一个反省，即正在静态挪用告竣以前，断言全部状态的一切全体都未被更新。最终， 「delegatecall」指令的动作一致于 「call」，仅仅它会保全先前左右文的一些境况信息。这常常用于外部库以及代办合约。

为甚么语言妄图很主要

正在与非规范架构交互时，一定范畴语言（DSL）是须要的。虽然生存诸如 LLVM 之类的编译器器械链，不过依附它们来处置智能合约，正在法式正确性以及算计效用相当主要的状况下，没有太巴望。

法式正确性很是主要，由于智能合约默认是弗成变的，并且鉴于区块链假造机（VM）的属性，智能合约是金融利用法式的热点挑选。虽然生存针对于 EVM 的进级性束缚规划，但它充其量仅仅一个补钉，最坏的状况是随便代码施行马脚。

算计效用也很是枢纽，由于最小化算计拥有经济劣势，但没有能以安全为价值。

简而言之，EVM DSL 必需平定法式正确性以及 Gas 效用，正在没有埋葬太多精巧性的状况下经过做出分歧的选择来完结个中之一。

语言概览

对付每种语言，咱们将形容它们的显着个性以及妄图挑选，并席卷一个简捷的计数功能智能合约。谈话盛行度是根据 Defi Llama 上的总锁定价值 (TVL) 数据决定的。

Solidity

Solidity 是一种高等语言，其语法一致于 C、Java 以及 Javascript。它是按 TVL 算计最受接待的语言，其 TVL 是第二名的十倍。为了代码重用，它利用面向工具模式，智能合约被视为类工具，运用了多重承继。编译器选择 C++ 编写，讨论正在将来迁徙到 Rust。

可变的合约字段保存正在长久性保存中，除非它们的值正在编译时（常量）或摆设时（弗成变）已知。合约内证实的方式也许证实为 pure、view、payable，或默认状况下是 non-payable 但状态可改动。pure 方式没有会从施行境况中读取数据，也没有能读取或写入长久性保存；也便是说，给定不异的输入，pure 方式将始终前往不异的输出，它们没有会孕育副影响。view 方式也许从长久性保存或施行境况中读取数据，但它们没有能写入长久性保存，也没有能建立副影响，比如附带事情日志。payable 方式也许读写长久性保存，从施行境况中读取数据，孕育副影响，并且也许领受附带正在挪用中的 ETH。non-payable 方式与 payable 方式不异，但拥有运行时反省，以断言现在施行左右文中没有附带 ETH。

留神：将 ETH 附带到买卖中与支拨 Gas 用度是脱节的，附带的 ETH 由合约领受，也许经过恢复左右文挑选采用或推辞它。

正在合约的范围内证实时，方式也许指定以下四种可见性化装符：private、internal、public 或 external。private 方式也许经过现在合约内的「jump」指令正在内部拜候。一切承继的合约都没有能直接拜候 private 方式。internal 方式也也许经过「jump」指令正在内部拜候，但承继的合约也许直接利用内部方式。public 方式也许经过「call」指令由外部合约拜候，建立一个新的施行左右文，并正在直接挪用方式时经过跳转施行内部拜候。public 方式也也许经过正在方式挪用前加上「this.」来正在新的施行左右文中从统一合约中拜候。external 方式只可经过「call」指令拜候，不管是来自分歧的合约依然正在统一合约内，都须要正在方式挪用前加上「this.」。

留神：「jump」指令操作法式计数器，「call」指令为目的合约的施行时期建立一个新的施行左右文。正在大概的状况下，利用「jump」而没有是「call」尤其俭朴 Gas。

Solidity 还供给了三种定义库的办法。第一种是外部库，它是一个无状态的合约，零丁摆设到链上，正在挪用合约时动静链接，并经过「delegatecall」指令拜候。这是最没有常见的方式，由于外部库的器械支柱没有足，「delegatecall」很低廉，它必需从长久保存中加载极度的代码，并且须要多个事情施行摆设。内部库的定义办法与外部库不异，仅仅每个方式必需定义为内部方式。正在编译时，内部库被嵌入到最终合约中，并且正在去世代码分解阶段，库中未利用的方式将被节略。第三种办法与内部库一致，但没有是正在库内定义数据组织以及功能，而是正在文件级别定义，并且也许直接导入以及正在最终合约中利用。第三种方式供给了更好的人机交互性，也许利用自定义数据组织，将函数利用于全部影响域中，并特定限水准大将别号运算符利用于某些函数。

编译器供给两个优化通道。第一个是指令级优化器，对于最终的字节码施行优化操作。第二个是短期推广利用 Yul 语言（稍后精细先容）算作编译历程币安官网登录中的中间示意（IR），然后对于天生的 Yul 代码施行优化操作。

为了与合约中的众人以及外部方式交互，Solidity 规矩了一种利用法式二进制接口（ABI）规范来与其合约交互。今朝，Solidity ABI 被视为 EVM DSL 的真相规范。指定外部接口的以太坊 ERC 规范都根据 Solidity 的 ABI 榜样以及作风指南来施行。其他语言也遵守 Solidity 的 ABI 榜样，很少呈现缺点。

Solidity 还供给了内联 Yul 块，禁止对于 EVM 指令集施行庸俗别拜候。Yul 块蕴含 Yul 功能的子集，精细信息请拜见 Yul 全体。这常常用于施行 Gas 优化，运用高等语法没有支柱的功能，并自定义保存、内存以及 calldata。

因为 Solidity 的盛行，开垦人职工具很是幼稚且妄图精良，Foundry 是正在这方面优异的代表。

以下是用 Solidity 编写的一个简捷合约：

Vyper

Vyper 是一种语法一致于 Python 的高等语言。它多少乎是 Python 的一个子集，只要一些小的分歧。它是第二受接待的 EVM DSL。Vyper 针对于安全性、可读性、审计才略以及 Gas 效用施行了优化。它没有选择面向工具模式、内联汇编，并且没有支柱代码重用。它的编译器是用 Python 编写的。

保存正在长久性保存器中的变量是正在文件级别证实的。假设它们的值正在编译时已知，也许将它们证实为「constant（常量）」；假设它们的值正在摆设时已知，则也许将它们证实为「immutable（没有变量）」；假设它们被符号为 public，则最终合约将为该变量秘密一个只读函数。常量以及没有变量的值经过它们的称号正在内部拜候，不过长久性保存器中的可变量也许经过正在称号前方推广「self.」来拜候。这对付避让保存变量、函数参数以及个别变量之间的定名空间辩论很是实用。

以及 Solidity 一致，Vyper 也利用函数属性来示意函数的可见性以及可变性。被符号为「@external」的函数也许经过「call」指令从外部合约拜候。被符号为「@internal」的函数只可正在统一合约中拜候，并且必需以「self.」为前缀。被符号为「@pure」的函数没有能从施行境况或长久保存中读取数据，也没有能写入长久保存或建立一切副影响。被符号为「@view」的函数也许从施行境况或长久保存中读取数据，但没有能写入长久保存或建立副影响。被符号为「@payable」的函数也许读取或写入长久保存，建立副影响，采用收 ETH。没有证实这个可变性属性的函数默以为 non-payable，也便是说，它们以及 payable 函数一律，但没有能领受 ETH。

Vyper 编译器还挑选将个别变量保存正在内存中而没有是客栈上。这使得合约尤其简捷以及高效，并束缚了其他高等语言中常见的「客栈过深」的课题。不过，这也带来了一些和谐。

其它，因为内存结构必需正在编译时分解，所以动静类别的最大容量也必需正在编译时分解，这是一个限制。其余，分配大度内存会导致非线性的 Gas 消费，正如 EVM 总结全体中提到的。不过，对付许多用例来讲，这个 Gas 老本也许轻视没有计。

虽然 Vyper 没有支柱内联汇编，但它供给了更多内置函数，以确保多少乎每个 Solidity 以及 Yul 中的功能正在 Vyper 中也也许完结。经过内置函数也许拜候庸俗位运算、外部挪用以及代办合约操作，经过编译时供给揭开文件也许完结自定义保存结构。

Vyper 没有丰硕的的开垦器械套件，但它有更密切集成的器械，并且也也许插入到 Solidity 开垦器械中。值得存眷的 Vyper 器械席卷 Titanaboa 注释器，它拥有许多与 EVM 以及 Vyper 相干的内置器械，可用于测验以及开垦，和 Dasy，一种基于 Vyper 的 Lisp，拥有编译时期码施行功能。

上面是用 Vyper 编写的一个简捷合约：

Fe

Fe 是一品种似 Rust 的高等语言，今朝在努力开垦中，大全体功能尚未推出。它的编译器主要用 Rust 编写，但利用 Yul 算作个中间示意大局（IR），依附于用 C++ 编写的 Yul 优化器。随着 Rust 原生后端 Sonatina 的参加，这一点有望改革。Fe 利用模块施行代码共享，所以没有利用面向工具的模式，而是经过基于模块的系统重用代码，正在模块内证实变量、类别以及函数，也许以一致于 Rust 的办法施行导入。

长久保存变量正在合约级别证实，假设没有手动定义的 getter 函数则弗成秘密拜候。常量也许正在文件或模块级别证实，并且也许正在合约内部拜候。现在没有支柱弗成变的摆设时变量。

方式也许正在模块级别或合约内证实，默认是 pure 以及 private。要使合约方式秘密，必需正在定义前加上「pub」枢纽字，这使得它也许正在外部拜候。要从长久化保存变量中读取，方式的第一个参数必需是「self」，正在变量名前加上「self.」，使该方式拥有只读拜候要地保存变量的权力。要读取以及写入长久化保存，第一个参数必需是「mut self」。「mut」枢纽字示意合约的保存正在方式施行时期是可变的。拜候境况变量是经过将「Context」参数传播给方式来告竣的，常常定名为「ctx」。

函数以及自定义类别也许正在模块级别证实。默认状况下，模块项都是公有的，除非加上「pub」枢纽字才华拜候。不过，没有要以及合约级其余「pub」枢纽字混合。模块的众人成员只可正在最终合约或其他模块内部拜候。

Fe 永远没有支柱内联汇编，相反，指令由编译器内部函数或正在编译时剖析为指令的寻常函数包装。

Fe 遵守 Rust 的语法以及类别系统，支柱类别别号、带有子类别的列举、性格以及泛型。今朝这方面的支柱还有限，但在施行中。性格也许针对于分歧类别施行定义以及完结，但没有支柱泛型，也没有支柱性格制约。列举支柱子类别，并也许正在其上完结方式，但没有能正在外部函数中对于其施行编码。即使 Fe 的类别系统仍正在繁华中，但它正在为开垦人员编写更安全、编译时反省的代码方面再现出了很大的潜力。

上面是用 Fe 编写的一个简捷的合约：

Huff

Huff 是一种汇编语言，拥有手动客栈掌握以及对于 EVM 指令集的最小化抽象。经过「#include」指令，编译时也许剖析一切蕴含的 Huff 文件，进而完结代码重用。最初由 Aztec 团队编写用于极端优化的椭圆曲线算法，编译器以后被用 TypeScript 誊写，然后又被用 Rust 誊写。

常量必需正在编译时定义，今朝没有支柱弗成变量，并且语言中没有显式定义长久性保存变量。因为定名保存变量是高等抽象，所以正在 Huff 中写入长久性保存是经过操作码 「sstore」 写入以及 「sload」读取。自定义保存结构也许由用户定义，也也许根据常规从零结束并且每个变量递增利用编译器外在的「FREE_STORAGE_POINTER」。使保存变量外部可拜候须要手动定义一个也许读取并前往变量给挪用者的代码途径。

外部函数也是高等语言引入的抽象，所以正在 Huff 中没有外部函数的概念。不过，大普遍项目正在分歧水准上遵守其他高等语言的 ABI 榜样，最常见的是 Solidity。一个常见的模式是定义一个「调剂法式」，加载原始挪用数据并利用它来反省是否匹配函数挑选器。假设匹配，则施行厥后续代码。因为调剂法式是用户定义的，所以它们大概遵守分歧的调剂模式。Solidity 按称号字母秩序对于其调剂法式中的挑选器施行排序，Vyper 按数字秩序排序并正在运行时施行二进制搜寻，大普遍 Huff 调剂法式按预期的函数利用频次排序，很少利用跳转表。今朝，跳转表正在 EVM 中没有被原生支柱，所以须要利用一致「codecopy」的自察指令才华完结。

内部函数利用「#define fn」指令定义，也许采用模板参数以进步精巧性，并指定函数结束以及停止时的预期客栈深度。因为这些函数是内部的，所以没法从外部拜候，正在内部拜候须要利用「jump」指令。

其他掌握过程，比如条件语句以及轮回语句也许利用跳转目的定义。跳转目的是由标识符后跟冒号定义的。也许经过将标识符压入客栈并施行跳转指令来跳转到这些目的。这正在编译时剖析为字节码偏移量。

宏由「#define macro」定义，其他方面与内部函数不异。枢纽区分正在于宏没有会正在编译时天生「jump」指令，而是将宏的主体直接复制到文件中的每个挪用中。

这种妄图衡量了削减随便跳转与运行时 Gas 老本之间的联系，价值是挪用屡次时期码的巨细推广。「MAIN」 宏被视为合约的出口，并且其主体中的第一条指令将成为运行时字节码中的第一条指令。

编译器内置的其他个性还席卷为日志纪录天生事宜哈希、为调剂天生函数挑选器、为正确处置天生正确挑选器和内部函数以及宏的代码巨细反省器等。

留神：「// [count]」之类的客栈解释没有是必须的，它们仅仅用于差遣该行施行停止时的客栈状态。

上面是用 Huff 编写的一个简捷合约：

ETK

EVM 器械包（ETK）是一种拥有手动客栈办理以及最小化抽象的汇编语言。代码也许经过「%include」以及「%import」指令施行重用，编译器是用 Rust 编写的。

Huff 以及 ETK 之间的一个显着区分是，Huff 为 initcode 推广了细微的抽象，也称为组织函数代码，这些代码也许经过定义寻常的「CONSTRUCTOR」宏来揭开。正在 ETK 中，这些没有会被抽象化，initcode 以及运行时期码必需一统定义。

与 Huff 一致，ETK 经过「sload」以及「sstore」指令读写长久性保存。然而，没有常量或弗成变枢纽字，不过也许利用 ETK 中的两种宏之一来摹拟常量，即表达式宏。表达式宏没有会剖析为指令，而是天生可用于其他指令中的数字值。比如，它大概没有会全面天生「push」指令，但大概会天生一个数字以蕴含正在「push」指令中。

如前所述，外部函数是高等语言概念，所以正在外部秘密代码途径须要建立函数挑选器调剂法式。

内部函数没有像其他语言那样也许显式定义，而是也许为跳转目的指定用户定义的别号，并经过其称号跳转到它们。这也禁止其他掌握流，比如轮回以及条件语句。

ETK 支柱两种宏。第一种是表达式宏，也许采用随便数目的参数并前往可用于其他指令的数字值。表达式宏没有天生指令，而是天生马上值或常量。然而，指令宏采用随便数目的参数，并正在编译时天生随便数目的指令。ETK 中的指令宏一致于 Huff 宏。

上面是 ETK 用编写的一个简捷合约：

Yul

Yul 是一种拥有高等掌握流以及大度抽象的汇编语言。它是 Solidity 器械链的一全体，并也许挑选正在 Solidity 编译通道中利用。 Yul 没有支柱代码重用，由于它旨正在成为编译目的而没有是独立语言。它的编译器是用 C++ 编写的，讨论将其与 Solidity 通道的另外全体一统迁徙到 Rust。

正在 Yul 中，代码被分成工具，这些工具也许蕴含代码、数据以及嵌套工具。所以，Yul 中没有常量或外部函数。须要定义函数挑选器调剂法式才华将代码途径秘密到外部。

除了客栈以及掌握流指令外，大普遍指令正在 Yul 中都算作函数秘密。指令也许嵌套以缩小代码长度，也也许分配给且自变量，然后传播给其他指令利用。条件分支也许利用「if」块，假设值为非零，则施行该块，但没有「else」块，所以处置多个代码途径须要利用「switch」处置随便数目的状况以及「default」后备选项。轮回也许利用「for」轮回施行；虽然其语法与其他高等语言分歧，但供给了不异的根底功能。也许利用「function」枢纽字定义内部函数，并且与高等语言的函数定义一致。

Yul 中的大普遍功能正在 Solidity 中利用内联汇编块秘密。这禁止开垦人员冲破抽象，编写自定义功能或正在高等语法中弗成用的功能中利用 Yul。不过，利用此功能须要深切领会 Solidity 正在 calldata、memory 以及 storage 方面的动作。

还有一些特殊的函数。 「datasize」，「dataoffset」以及「datacopy」函数经过其字符串别号操作 Yul 工具。 「setimmutable」以及「loadimmu币安登录地址table」函数禁止正在组织函数中树立以及加载弗成变参数，即使它们的利用受到限制。 「memoryguard」函数示意只分配给定的内存范围，进而使编译器也许利用超越损坏范围的内存施行附带优化。最终，「verbatim」禁止利用 Yul 编译器没有分解的指令。

上面是用 Yul 编写的一个简捷合约：

优厚 EVM DSL 的个性

一个优厚的 EVM DSL 应该从这边列出的每种语言的优误差中练习，还应该席卷多少乎一切今生语言中的根底，如条件语句、模式匹配、轮回、函数等等。代码应该是清爽的，为了代码美妙或可读性而推广起码的隐式抽象。正在高告急、正确性相当主要的境况中，每行代码都应该是清爽可注释的。其余，一个定义优秀的模块系统应该是一切渺小语言的当中。它应该领会地阐明哪些项定义正在哪个影响域中，和哪些也许拜候。默认状况下，模块中的每个项都应该是公有的，只要显式众人项才华正在外部秘密拜候。

正在 EVM 这样的资源受限境况中，效用很主要。效用常常经过供给低老本的抽象来完结，如经过宏施行编译时期码施行，丰硕的类别系统来建立妄图优秀的可重用库和常见的链上交互包装器。宏正在编译时天生代码，这对付削减常见操作的榜样代码很是实用，正在像 Huff 这样的状况下，它可用于正在代码巨细与运行实效率之间施行衡量。丰硕的类别系统禁止更具展现力的代码、更多的编译时反省以正在运行时以前拿获正确，并且当与类别反省的编译器内部函数贯串利用时，大概会清除大全体内联汇编的须要。泛型还禁止可空值（比如外部代码）被包装正在「选项」类别中，大概易堕落的操作（比如外部挪用）被包装正在「了局」类别中。这两品种型是库编写者若何经过定义代码途径或恢复退步了局的事情来逼迫开垦人员处置每个了局的示例。然而，请记着，这些是编译时抽象，会正在运行时剖析为简捷的条件跳转。逼迫开垦人员正在编译时处置每个了局会推广初始开垦时光，但优点是运行时的不料状况要少很多。

精巧性对付开垦人员也很主要，所以，虽然繁复操作的默认状况应该是安全且大概没有那么高效的门路，但有时须要利用更高效的代码途径或没有支柱的功能。为此，应该向开垦人员封闭内联汇编，而且没有护栏。Solidity 的内联汇编为了简捷以及更好的优币安官网入口化器传播树立了一些护栏，不过当开垦人员须要全面掌握施行境况时，他们应该被授与这些权力。

一些大概实用的功能席卷也许正在编译时操作函数以及其他项的属性。比如，「inline」属性也许将简捷函数的主体复制到每个挪用中，而没有是为了效用建立更多的跳转。而「abi」属性也许禁止手动揭开给定外部函数天生的 ABI，以符合分歧代码作风的语言。其余，还也许定义一个可选的函数调剂器，禁止正在高等语言内施行定制，以便对于预期更常用的代码途径施行极度的优化。比如，正在施行「name」以前反省挑选器是否为「transfer」或「transferFrom」。

结论

EVM DSL 妄图任重而道远。每种语言都有自身特殊的妄图决议，我等待看到它们正在他日若何繁华。算作开垦人员，练习尽大概多的语言契合咱们的最大好处。开始，练习多种语言并领会它们的分歧之处以及如同之处将加深咱们对于编程以及下层呆板编制组织的领会。其次，语言拥有深切的收集效应以及弱小的保全个性。毫无疑问，大型到场者都正在构建自身的编程语言，从 C#、Swift 以及 Kotlin 到 Solidity、Sway 以及 Cairo。练习正在这些语言之间无缝切换为软件工程行状供给了无与匹敌的精巧性。最终，主要的是要领会每一种语言面前都须要支出大度的处事。没有人是完善的，但很多有智力的人支出了大度尽力，为像咱们这样的开垦者发觉安全高兴的感受。

起因：DeFi之道