上一篇區塊鏈研究方案

先整理一下Neo編譯器的知識吧。

項目鏈接

  1. Neo本身是開源的，在github搜索就可以拿到源碼，我為了方便調試，把所有代碼都放在一起。https://github.com/benhaben/neo-compiler.git
  2. Neo是C#開發的，大部分代碼可以跨平台，但是也有不能再mac上運行的代碼，比如改裝後的leveldb的代碼，所以最好還是用Visual Studio在windows上調試研究較好。
  3. 本文檔主要是總結自己所研究的東西，現在不太規範，主要考慮好理解，並不完善，後面也可以進一步規範化提交到neo項目中。

主框架

大家可以看到Compiler所處的位置

Compiler作用

  1. 在Neo區塊鏈系統中，智能合約是一段代碼，可以完成一定的邏輯，最後算出合約的結果。現在已經有很多具體的應用了，感興趣的可以看一下基於Neo做的項目。
  2. 如果對比特幣或者智能合約不了解，不知道為什麼需要有這些代碼，可以看一下比特幣的白皮書。這裡簡單說一下，在比特幣系統中，當一個「人」（可以看成一個公鑰）需要和另一個「人」產生交易的時候，這段代碼用來檢查身份，分配比特幣。具體的了解可以看一下普林斯頓的公開課
  3. 下面進入到Neo compiler的介紹了，前面所需的基礎知識本文不在關注。

Compiler的框架

下面的圖主要顯示代碼的主要流程：

  1. Neo可以用各種語言寫，不過現在主要是C#。
  2. Neo的編譯器主要是一個翻譯器
  3. C#代碼被C#編譯器編譯成MSIL，對MSIL的理解可以查看Standard ECMA-335 Common Language Infrastructure (CLI)
  4. Neo compiler使用Mono.Cecil讀取IL
  5. Neo編譯器只關注C#中的static function，所以只是C#語言的一個超級閹割版
  6. Neo的編譯器遍歷IL，根據語義轉成Neo虛擬機的opcode
  7. 至於MSIL向neo.vm的opcode怎麼轉，需要仔細研究neo.vm的opcode的設計

Compiler工作一個具體事例

先看一段智能合約代碼

這段代碼沒有什麼實際的作用，就是返回a+b，但是main可以接受參數。

using Neo.SmartContract.Framework;
using Neo.SmartContract.Framework.Services.Neo;

public class Sum : SmartContract
{
public static int Main(int a, int b)
{
return a + b;
}
}

MSIL

main function IL code

IL_0000 Nop
IL_0001 Ldarg_0
IL_0002 Ldarg_1
IL_0003 Add
IL_0004 Stloc_0
IL_0005 Br_S
IL_0007 Ldloc_0
IL_0008 Ret

這段代碼很簡單，就是讀取參數Ldarg_0，Add，返回。可以看到CLR的虛擬機也是堆棧虛擬機。

關於基於棧的虛擬機和基於寄存器的虛擬機可以看一下這些文章：棧式虛擬機和寄存器式虛擬機？

另外還有一篇概念講解的很詳細的文章虛擬機隨談（一）：解釋器，樹遍歷解釋器，基於棧與基於寄存器，大雜燴

neo.compiler

為了感性的認識neo編譯器做了什麼，我們可以看一下上面的只能合約被翻譯成了什麼

hex:53-C5-6B-6C-76-6B-00-52-7A-C4-6C-76-6B-51-52-7A-C4-61-6C-76-6B-00-C3-6C-76-6B-51-C3-93-6C-76-6B-52-52-7A-C4-62-03-00-6C-76-6B-52-C3-61-6C-75-66

實際上是一串數字了，每個數字對應一個vm的操作碼或者是數值，為了更好理解，把彙編代碼放出來

PUSH4
PUSH3
RET
PUSH3
NEWARRAY
TOTALSTACK
FROMALSTACK
DUP
TOALTSTACK
PUSH0
PUSH2
ROLL
SETITEM
FROMALSTACK
DUP
TOTALSTACK
PUSH1
PUSH2
ROLL
SETITEM
NOP
FROMALSTACK
DUP
TOTALSTACK
PUSH0
PICKITEM
FROMALSTACK
DUP
TOTALSTACK
PUSH1
PICKITEM
ADD
FROMALSTACK
DUP
TOTALSTACK
PUSH2
PUSH2
ROLL
SETITEM
JMP
FROMALSTACK
DUP
TOTALSTACK
PUSH2
PICKITEM
NOP
FROMALSTACK
DROP
ret

neo彙編的說明，可以查看這個文檔

我們可以發現如下情況：

  1. MSIL的代碼很短，Neo.VM的代碼很長，這是由於虛擬機的指令和能力不同造成的。我們只需要關注，彙編代碼處理了局部變數的存貯獲取，參數的傳遞，程序的退出，還有add指令。
  2. 彙編代碼和compiler的生成演算法相關，需要我們去同時研究neo的編譯器和虛擬機，才能明白具體的細節。
  3. 具體每一行的含義，怎麼執行的，可以查看這個文檔
  4. 後面還會有一個講解虛擬機的文章，到那個時候在仔細說明

neo.compiler代碼閱讀指南

代碼閱讀還是很頭痛的，所以做了兩個腦圖：

  1. compiler執行腦圖
  2. compiler對象關係

  1. ILModule是對MSIL的一個映射，包含模塊，類型，函數，欄位，函數中又包含返回值，參數，函數體，可以點開腦圖一層一層查看。
  2. Mono.Cecil是使用來讀取MSIL的，他也是對MSIL的一個映射，由於沒有文檔，只能看代碼知道他的類結構了，這一部分在腦圖中沒有顯示，不過沒關係，compiler會把感興趣的代碼轉成ILModule
  3. ModuleConverter用來遍歷ILModule，把裡面的MSIL轉成Neo.VM的代碼，存貯在NeoModule
  4. 具體兩邊的指令如何對應，真是需要一個一個理解的，非常繁瑣，兩邊都有很多的指令。可以看看這個代碼

總結

看完這個文章，並不能了解到具體的細節，具體的細節已經在代碼中，這篇文章的主要目的是提供很多資料，提供大的框架，幫助對Neo.Compiler感興趣的程序員加速閱讀代碼的速度。

作者：沈寅

原文鏈接：jianshu.com/p/6461b4e18


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