以太坊合约 ABI 和 EVM 字节码
本文作者：影无双[1]
本文从理论和命令行实践解释以太坊合约 ABI 和 EVM 字节码
介绍
本文解释以太坊中的合约 ABI[2] 和 EVM[3] 字节码。由于以太坊使用 EVM（Ethereum Virtual Machine - 以太坊虚拟机）作为系统的核心，因此用高级语言编写的智能合约代码需要编译成 EVM 字节码和合约 ABI 才能运行。在与智能合约交互时，有必要先了解它们。
你将了解到
- 了解合约 ABI 和 EVM 字节码是什么，以及它们的关系。
- 如何使用
solc命令行生成合约 ABI 和 EVM 字节码
不包括：
- 合约 ABI 规范的详细信息（编码/解码）。
- 如何编写智能合约
- 以太坊和区块链的基本解释
希望读者已经具备以太坊和区块链的基本知识。
字节码和 ABI
由于以太坊使用 EVM 作为网络的核心组件，因此用高级语言编写的智能合约代码需要编译成 EVM 字节码才能运行。EVM 字节码是 EVM 上的可执行代码，合约 ABI 是与 EVM 字节码交互的接口。例如，如果你想用你的 JavaScript 代码调用智能合约中的函数，ABI 扮演着你的 JavaScript 代码和 EVM 字节码彼此交互的中介角色。下图显示了合约 ABI、EVM 字节码和外部组件（dApp 和网络）的架构 。左边是编译过程，右边是交互。
Ethernaut Lvl 0 Walkthrough: ABIs, Web3, and how to abuse them[4]
EVM 字节码(Bytecode)
EVM 字节码是一种低级编程语言，它是从高级编程语言（如 solidity）编译而来的。EVM 是虚拟机，介于操作系统和应用层之间，以减少对操作系统的依赖。多亏了 EVM，以太坊智能合约几乎可以在任何计算机上运行。如果你是 Java 开发者，可以把它类比为 JVM（Java 虚拟机），它们有相同的机制。EVM 字节码如下所示。它不是人类可读的，而是机器可读的。
6080604052348015600f57600080fd5b5060878061001e6000396000f3fe6080604052348015600f57600080fd5b50600436
1060285760003560e01c8063037a417c14602d575b600080fd5b60336049565b6040518082815260200191505060405180910
390f35b6000600190509056fea265627a7a7230582050d33093e20eb388eec760ca84ba30ec42dadbdeb8edf5cd8b261e89b8
d4279264736f6c634300050a0032
在 Remix IDE 上编译时，你会看到如下四个字段。它们代表了字节码的更多细节，例如linkReference、opcodes和source Map。object是一个 EVM 字节码。
linkReference: 当前智能合约有依赖的其他智能合约地址object: 当前智能合约字节码opcodes: 操作码，是人类可读的低级指令sourceMap: 源映射，用于将每个合约指令与生成它的源码部分相对应
合约 ABI
在计算机科学中，ABI（Application Binary Interface）是两个程序模块之间的接口；通常是在操作系统和用户程序之间。在以太坊中，合约 ABI 是一个接口，它定义了如何调用智能合约中的函数并取回数据的标准方案。合约 ABI 为外部使用而设计，实现应用程序到合约和合约到合约的交互。例如，如果你想从 dApp 调用智能合约函数，就可以通过合约 ABI 调用。合约 ABI 用如下的 JSON 格式表示：
[
{
"constant":true,
"inputs":[
],
"name":"testFunc",
"outputs":[
{
"name":"",
"type":"int256"
}
],
"payable":false,
"stateMutability":"pure",
"type":"function"
}
]
合约 ABI 定义函数名称和参数数据类型，用于对 EVM 的合约调用进行编码并从交易中读取数据。关于如何编码和解码合约 ABI 有一个明确的规范。下面是一个用函数来描述编码的例子：
function withdraw(uint withdraw_amount) public {}
首先，withdraw函数将用 keccak256 编码，前 4 个字节会用作选择器。选择器用来标识调用哪个函数。
// Encode function with keccak256.
> web3.utils.sha3(“withdraw(uint256)”)
0x2e1a7d4d13322e7b96f9a57413e1525c250fb7a9021cf91d1540d5b69f16a49f
// Extract first 4 bytes.
0x2c1a7d4d
接下来，参数将以十六进制编码，并附加到有 32 字节填充的已编码的withdraw函数。
// Convert from ETH to Wei.
> withdraw_amount = web3.utils.toWei(“0.01", “ether”);
10000000000000000
// Convert Wei with hexdecimal.
> withdraw_amount_hex = web3.toHex(withdraw_mount);
0x2386f26fc10000
// Left padding.
> withdraw_amount_padleft = web3.utils.leftPad(withdraw_amount_hex, 32);
0x0000000000000000002386f26fc10000
// Append to selector(encoded function).
“0x2c1a7d4d” + withdraw_amount_padleft
// Final encoded ABI.
0x2c1a7d4d0x0000000000000000002386f26fc10000
数据调用withdraw函数并请求0.01作为参数。如果您想了解 ABI 编码/解码规范的详细信息，请参阅合约 ABI 规范[5]。
实际上，与合约交互，你可以像下面这样使用 web3.js。首先是与合约 ABI 签订合约，接下来是用 EVM 字节码创建一个实例。这个代码是 Solidity REMIX 在编译成功时生成的。
var samplecontractContract = web3.eth.contract([{"constant":true,"inputs":[],"name":"testFunc","outputs":[{"name":"","type":"int256"}],"payable":false,"stateMutability":"pure","type":"function"}]);
var samplecontract = samplecontractContract.new(
{
from: web3.eth.accounts[0],
data: '0x6080604052348015600f57600080fd5b50607e8061001e6000396000f3fe6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063037a417c14602d575b600080fd5b60336049565b6040518082815260200191505060405180910390f35b6000600190509056fea165627a7a72305820e710d7394e9965c17ead6bb53757a23caee28d75a0a02b483638015a49dac6070029',
gas: '4700000'
}, function (e, contract){
console.log(e, contract);
if (typeof contract.address !== 'undefined') {
console.log('Contract mined! address: ' + contract.address + ' transactionHash: ' + contract.transactionHash);
}
})
solc命令
我们看看如何用solc命令生成合约 ABI 和 EVM 字节码。solc命令是最常用的编译器之一。用 npm 包管理器安装它:
安装
$ npm install -g solc
下面是示例源代码，文件名为SampleToken.sol：
pragma solidity ^0.5.8;
contract SampleContract {
function testFunc() public pure returns (int) {
return 1;
}
}
输出 EVM 字节码
$ solc --bin SampleToken.sol
> ======= SampleContract.sol:SampleContract =======
Binary:
6080604052348015600f57600080fd5b5060878061001e6000396000f3fe6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063037a417c14602d575b600080fd5b60336049565b6040518082815260200191505060405180910390f35b6000600190509056fea265627a7a7230582050d33093e20eb388eec760ca84ba30ec42dadbdeb8edf5cd8b261e89b8d4279264736f6c634300050a0032
输出合约 ABI
$ sold —abi SampleToken.sol
> ======= SampleContract.sol:SampleContract =======
Contract JSON ABI
[{"constant":true,"inputs":[],"name":"testFunc","outputs":[{"name":"","type":"int256"}],"payable":false,"stateMutability":"pure","type":"function"}]
如果要输出到特定目录，可以使用-o选项进行设置（不能设置输出文件名）。
$ mkdir build
$ solc --abi -o build SampleToken.sol
重新编译时，设置--overwrite选项。
$ solc --abi -o build —overwrite SampleToken.sol
帮助
$ solc --help
结论
本文解释了合约 ABI 和 EVM 字节码。EVM 字节码是从高级编程语言编译来的源代码，合约 ABI 是与 EVM 字节码交互的接口。它们都可以用solc命令行编译，solc命令行主要用于以太坊开发。希望这篇文章能帮助你实际理解合约 ABI 和 EVM 字节码。如果您有任何问题或意见，随时欢迎。谢谢。
参考
Solidity 字节码和操作码基础知识[6]
什么是 ABI，为什么需要用它与合约交互？[7]
calldata 关键字作为 solidity v0.5.0 函数中的参数？[8]
Solidity 源映射[9]
原文链接：https://medium.com/@eiki1212/explaining-ethereum-contract-abi-evm-bytecode-6afa6e917c3b
参考资料
[1]
影无双: https://learnblockchain.cn/people/58
[2]
ABI: https://learnblockchain.cn/2018/08/09/understand-abi
[3]
EVM: https://learnblockchain.cn/2019/10/05/evm-data
[4]
Ethernaut Lvl 0 Walkthrough: ABIs, Web3, and how to abuse them: https://hackernoon.com/ethernaut-lvl-0-walkthrough-abis-web3-and-how-to-abuse-them-d92a8842d71b
[5]
合约 ABI 规范: https://solidity.readthedocs.io/en/latest/abi-spec.html
[6]
Solidity 字节码和操作码基础知识: /@blockchain101/solidity-bytecode-and-opcode-basics-672e9b1a88c2
[7]
什么是 ABI，为什么需要用它与合约交互？: https://ethereum.stackexchange.com/questions/234/what-is-an-abi-and-why-is-it-needed-to-interact-with-contracts
[8]
calldata 关键字作为 solidity v0.5.0 函数中的参数？: https://ethereum.stackexchange.com/questions/63247/calldata-keyword-as-parameter-in-solidity-v0-5-0-function
[9]
Solidity 源映射: https://blog.diatomic.software/solidity-source-mapping/
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