什么是EVM（以太坊虚拟机）？

了解EVM的核心概念

以太坊虚拟机（EVM）是一种分散的沙盒虚拟机，可在以太坊区块链上执行智能合约。它是每个以太坊节点的运行时环境，确保所有交易和合同执行均在整个网络中均匀处理。 EVM对以太坊的功能至关重要，使开发人员可以在不依赖集中权威的情况下部署和运行自我执行代码。

EVM最引人注目的特征之一是其图灵完整性，这意味着在理论上可以在没有足够的时间和内存的情况下解决任何计算问题。但是，由于诸如气体限制和块大小之类的实际约束，实际执行是有限的。这种平衡允许灵活性，同时保持网络安全性和效率。

EVM如何运作？

EVM处理字节码以其核心 - 低级机器指令衍生自固体或Vyper等高级编程语言。当开发人员用其中一种语言编写智能合约时，将代码汇编为EVM可以解释和执行的字节码。

以太坊网络中的每个节点都运行EVM的实例。当交易发送到网络时：

• 交易由矿工或验证者验证。
• EVM解释关联的字节码。
• 执行会导致以太坊状态的更改，例如更新帐户余额或修改合同存储。

这些操作是确定性的，这意味着无论哪个节点执行它们，结果都是相同的。这种决定性确保节点之间达成共识，并维护以太坊分类帐的完整性。

气体在EVM执行中的作用

气体是EVM生态系统中的一个基本概念。它充当了阻止网络资源滥用的计量机制，并补偿了矿工或验证者的计算工作。 EVM内执行的每个操作都会消耗特定数量的气体，这取决于动作的复杂性和资源强度。

例如：

• 简单的算术操作成本最少。
• 对其他合同的存储修改或外部呼叫会消耗更多的气体。

提交交易时，用户必须指定气体限制和气价。如果交易在执行过程中超过气体限制，则将恢复，但汽油费仍会收取。该系统激励有效的编码实践，并有助于保持网络稳定性。

EVM架构和内存管理

EVM具有三种主要的内存类型：

• 堆栈：用于在计算过程中存储临时值的LIFO（最后一次）结构。每个堆栈项目限制为256位，最大堆栈深度为1024个项目。
• 内存：执行过程中用于数据操作的挥发性字节阵列。它可以根据需要动态扩展，但是这种扩展会产生额外的气体成本。
• 存储：持续的键值商店，其中在交易之间保存合同数据。由于气体的持久性，存储访问量昂贵。

此外，EVM维护程序计数器，跟踪当前执行的上下文，并管理合同之间传递的呼叫数据。这些架构组件可确保跨分布式系统的复杂逻辑的无缝和安全执行。

智能合同部署和互动

部署智能合约涉及发送没有收件人地址的交易并包含合同创建代码。挖掘后，EVM初始化了一个新合同帐户，存储已部署的字节码，并为其分配一个唯一的地址。

与已部署的合同互动通常涉及：

• 通过编码功能调用和参数将事务发送到合同的地址。
• 根据合同的逻辑触发内部EVM操作。
• 返回输出数据或相应地修改区块链状态。

每种互动都必须遵守EVM执行的规则，包括适当的签名验证，足够的气体可用性和正确的数据格式。开发人员经常使用混音IDE ， TRUFFLE或HARDHAT等工具在部署前编写，编译和测试智能合约。

EVM兼容的区块链和叉子

由于EVM的受欢迎程度和鲁棒性，许多其他区块链采用EVM兼容性来实现跨平台的开发和DAPP的迁移。 Binance Smart Chain ， Polygon和Avalanche C链等网络实施EVM规范，使开发人员可以重用现有的以太坊工具和代码库。

一些项目甚至创建EVM的叉子来自定义特定用例的行为。尽管这促进了创新，但它还引入了与网络升级，共识机制和互操作性相关的挑战。了解不同的EVM实施的细微差别对于旨在构建可扩展和便携式分散应用程序的开发人员至关重要。

常见问题

哪些语言可以用来编写EVM兼容的智能合约？流行语言包括坚固， Vyper和Yul 。由于其丰富的功能集和强大的社区支持，坚固性是最广泛采用的。 Vyper强调简单性和安全性，而YUL是一种适合优化开发人员的低级中级语言。

EVM是否仅在以太坊主网上使用？不，存在许多与EVM兼容的连锁店，包括Binance智能链，多边形和仲裁。这些网络允许开发人员在无需重写代码的情况下部署基于以太坊的合同，从而促进更广泛的采用和可扩展性解决方案。

EVM在执行过程中如何处理错误？如果在执行过程中发生错误，例如气体不足或无效的OPODE使用情况，EVM会恢复该交易期间所做的所有状态更改。但是，到目前为止消耗的气体尚未退还，这是对已经花费的计算工作的补偿。

我可以在本地运行EVM以进行测试吗？是的，您可以使用诸如Ganache ， Hardhat网络或Anvil（从Foundry）之类的本地开发环境来模拟EVM环境。这些工具提供了快速的反馈循环和调试功能，而无需部署主网。