EVM详解之memory

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一、memory的结构

EVM中的主要数据存储结构包括Storage、Memeory、Stack、Calldata。本章主要介绍Memory数据结构。Memory可以看作是一个非常长的数组，其最低长度为0，最长长度为2**64字节，而每个存储块都是32字节。其结构如下图所示： <!--StartFragment-->

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通常Memory的前四个存储块(4×32字节)用作保留空间，用于不同的用途，而不用作一般局部变量的存储。从0x80开始以后的空间采用做一般局部变量的存储。

1. 前两个内存块(0x00,0x20)用作哈希对象的临时存储空间：也就是说只有当字节码中出现SHA3字节码时，这两个存储块才会被使用，否则不会被使用，一般来说哈希函数都是以这样的方式在字节码中呈现：SHA3(0,40)。
2. 第三个内存块(0x40)用作空闲内存指针。
3. 第四个内存块(0x60)作为零位插槽，永久为0。 <!--StartFragment-->

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二、memory的特点

EVM内存有4个主要特点：

• 廉价 = 在Gas方面。
• 可变 = 可以被覆盖和改变。
• 相对于交易 = 来自于函数调用，或构造函数 (=合约创建)
• 短期的 = 不持久的和在外部函数调用之间被删除。 EVM内存是一个字节寻址的空间。中的所有字节最初都是空的（定义为零）。它是个可变的数据区，意味着你可以从它那里读取和写入。像calldata一样，内存是通过字节索引来寻址的，在内存中一次只能读32字节的字。

EVM的内存也是易失的。存储在内存中的值在外部调用之间不会持续存在。当一个合约调用另一个合约时，会获得一个新的内存实例。内存并没有被擦除和清空。EVM内存的每个新实例都是特定于一个执行环境，即当前的合约执行。因此，我们应该记住，EVM内存是特定于1）消息调用和2）被调用合约的执行环境的。

三、memory的工作方式

memory是用来存储局部变量的。主要存储的有两种数据： 1.复杂类型的函数参数 2.复杂类型的局部变量。solidity中复杂类型主要是指：指的是诸如结构体、数组、bytes和strings等变量。 一旦函数调用结束，这些用关键字memory定义的变量将消失。这就是我们之前所说的 不持久化 的意思。原因是，memory告诉Solidity在运行时为该变量创建一块空间，保证其大小和结构，以便在函数执行过程中将来用于该函数。

3.1空闲内存指针

要想清楚memory的工作方式，首先要清楚memory中的空闲内存指针。空闲内存指针存放在memory中的第三个存储块(0x40)，它指向下一个存放在memory中的变量应该存放的位置(存储块的序号offset)，你可以发现对于任何一段合约字节码，都是以0x6080604052开始，它代表的含义是： <!--StartFragment-->

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现在我们一步步对其进行解释，第一个push操作将80推入栈中，第二个push将40推入栈中，Mstore()从栈中弹出两个操作数，由于栈的先进后出的特点，所以进行的操作是Mstore(40，80)，也就是将0x80存放到memory中0x40的位置，刚才我们介绍了0x40是空闲内存指针，他其中存放的值即为下一个要存放进memory中的值存放的位置，所以如果EVM要存放下一个值进memory就应该存放在0x80的位置。（为什么第一个就存放在0x80的位置呢，因为刚才已经介绍过了memory的前四个存储块用作特殊用途！）

而且EVM规定，在每次使用空闲内存指针存储的数之前，都会先更新其中的值，拿下面的合约函数为例： <!--StartFragment-->

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在执行完212号指令之后，test变量的信息已经被全部存放到memory中了，string类型有两个信息会被存放在memory中，一是字符串长度0x13，二是字符串本身：

1.存储字符串长度19=0x13 <!--StartFragment-->

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2.更新空闲内存指针 <!--StartFragment-->

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进行完这一步之后，空闲内存指针的值被更新为100。

3.存储字符串本身 <!--StartFragment-->

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3.2了解MSTORE、MSTORE8、MLOAD操作码

MSTORE、MSTORE8、MLOAD这三个操作码，对memory的工作至关重要。

1.MSTORE(arg0,arg1)：该操作码的作用是从栈顶弹出两个元素，第一个为arg0，第二个为arg1，将arg1作为值存放到memory以arg0为序号的内存块。下面的图片描述了MSTORE的工作流程。 <!--StartFragment-->

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2.MLOAD(arg)：该操作码的作用是从栈顶弹出一个元素作为arg，然后从memory中存储块为arg的位置取出其中的值返回栈中。下面的图片描述了MLOAD的工作流程。 <!--StartFragment-->

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3.MSTORE8(arg0,arg1)：该操作码的作用和MSTORE操作码几乎一样，只是MSTORE操作码的存储的值以32字节为单位，即使你的值没有32字节，EVM也会自动为你填充至32字节。而MSTORE8操作码存储的值以1字节为单位。其他工作原理都一样。并且一般来说只有在代码中使用了汇编去指定，字节码中才会出现MSTORE8，否则都是MSTORE。