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来源:CoinEx公链Talk
WebAssembly(简称Wasm)控制指令一共有11条,其中unreachable
指令(操作码0x00
)和nop
指令(操作码0x01
)比较简单,不介绍。call
指令(操作码0x10
)已经在上一篇文章里介绍,call_indirect
指令(操作码0x11
)将在下一篇文章里介绍。本文重点讨论block
(操作码0x02
)、loop
(操作码0x03
)、if
(操作码0x04
)、br
(操作码0x0C
)、br_if
(操作码0x0D
)、br_table
(操作码0x0E
)和return
(操作码0x0F
)这7条指令。
block
指令相当于一个无参的内联(inline)函数调用。函数的返回值类型,也就是block
指令的结果类型(Result Type,在后面的示意图中简称rt
)编码后存储在指令的第一个立即数参数里。函数的指令(可能有很多条)编码后存储在第二个立即数参数里。block
指令必须以end
指令(操作码0x0B
)结尾。由于end
指令和后面将要介绍的else
指令(操作码0x05
)只起到标记作用,没有任何执行效果,所以没有把这两条指令计入控制指令。
Wasm1.0规范规定block
指令的结果不能超过一个,所以rt
可以用一个字节表示:0x40
表示没有结果、0x7F
表示i32
类型、0x7E
表示i64
类型、0x7D
表示f32
类型、0x7C
表示f64
类型。根据讨论可知,block
指令在执行时不会使用栈上已经存在的任何操作数,执行完毕后可能会在栈顶留下一个操作数,下面是它的示意图:
bytecode:
...][ block ][ rt ][ instrs ][ end ][...
stack:
| | | |
| | ➘| ?(rt) | # exec(instrs)
| d | | d |
| c | | c |
| b | | b |
| a | | a |
└───────────┘ └───────────┘
下面是一个非常简单的WAT例子,展示了block
指令的用法:
(module
(func (result i32)
;; ... other instructions
(block (result i32)
(i32.const 100)
)
)
)
loop
指令和block
指令非常相似,区别仅在于如何跳出控制块。后文介绍br
指令时会进一步讨论这个区别,下面先给出一个跳转示意图:
...][ block ][ rt ]...[ br ]...[ end ][...
| ↑
└────────┘
...][ loop ][ rt ]...[ br ]...[ end ][...
↑ |
└───────────────┘
和block
指令类似,if
指令也类似于一个内联函数。区别主要有两点。第一,if
内联函数带一个i32
类型的参数。第二,if
内联函数带有两份代码(两条分支),中间用else
指令隔开。if
指令执行时,会先从栈顶弹出这个i32
类型的参数,如果参数值不等于0,则执行分支1代码,否则执行分支2代码。下面是if
指令的示意图:
bytecode:
...][ if ][ rt ][ instrs1 ][ else ][ instrs2 ][ end ][...
stack:
| | | |
| e(i32) |➚ ➘| ?(rt) | # exec(e!=0?instrs1:instrs2)
| d | | d |
| c | | c |
| b | | b |
| a | | a |
└───────────┘ └───────────┘
也可以把if
指令的else
分支省略,但是这种情况下if
指令不能有任何结果。下面是省略else
分支时if
指令的示意图:
bytecode:
...][ if ][ 0x40 ][ instrs1 ][ end ][...
stack:
| | | |
| e(i32) |➚ | | # e==1?exec(instrs1)
| d | | d |
| c | | c |
| b | | b |
| a | | a |
└───────────┘ └───────────┘
下面这个WAT例子展示了如何用if
指令实现max
函数:
(module
(func $max (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
(i32.gt_s (local.get $a) (local.get $b))
(if (result i32)
(then (local.get $a))
(else (local.get $b))
)
)
)
br
指令(可以理解为break,或者branch)可以进行无条件跳转。和传统汇编语言里的JUMP
指令不同,br
指令并不能跳转到任意位置,而只能跳出(相对于block
和if
指令而言是跳出,相对于loop
指令而言是重新开始,后面不再强调)其他控制指令产生的控制块。br
指令带有一个u32
类型(32位无符号整数)的立即数参数,指定跳转的层数:0表示跳出当前循环,1代表跳出2层循环,以此类推。下面是一个WAT例子,展示了嵌套的block
,以及br
指令的用法:
(module
(func (export "main") (result i32)
(i32.const 100) (block (result i32)
(i32.const 200) (block (result i32)
(i32.const 300) (block (result i32)
(i32.const 123) (br n)
) (i32.add)
) (i32.add)
) (i32.add)
)
)
假设上面例子中的main
函数已经执行到了br
指令这里,下图展示了跳转层数分别为0、1、2、3时操作数栈的变化情况:
bytecode:
...][ br ][ depth ][...
stack:
| | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |
| 123 | | 123 | | | | | | |
| 300 | | 300 | | 123 | | | | |
| 200 | | 200 | | 200 | | 123 | | |
| 100 | | 100 | | 100 | | 100 | | 123 |
└───────────┘ └───────────┘ └───────────┘ └───────────┘ └───────────┘
(before br) n==0 n==1 n==2 n==3
br_if
指令从栈顶弹出一个i32
类型的操作数,如果操作数的值为0,则不跳转,否则执行br
逻辑。下面是br_if
指令的示意图:
bytecode:
...][ br_if ][ depth ][...
stack:
| | | |
| e(i32) |➚ | |
| d | | ? | # e!=0?br(depth)
| c | | |
| b | | |
| a | | |
└───────────┘ └───────────┘
下面是一个稍微复杂一些的WAT例子,展示了如何用loop
和br_if
指令实现sum
函数:
(module
(func $sum (param $from i32) (param $to i32) (result i32)
(local $n i32)
(loop $l
;; $n = $from
(local.set $n (i32.add (local.get $n) (local.get $from)))
;; $from
(local.set $from (i32.add (local.get $from) (i32.const 1)))
;; if $from
请注意loop
指令并不会自动循环,必须和br
等跳转指令配合使用。
不管是br
还是br_if
指令,都只有一个立即数参数,能指定一个跳转深度。br_table
指令打破了这种限制,可以带N 1个立即数参数,指定N 1个跳转深度。br_table
指令执行时,会从栈顶弹出一个i32
类型的操作数n
。如果n
小于或等于N,则按第n
个深度跳转,否则按照最后一个深度跳转。下面是br_table
指令的示意图:
bytecode:
...][ br_table ][ labels... ][ default ][...
stack:
| | | |
| n(i32) |➚ | |
| d | | ? | # d
return
指令可以认为是br
指令的特殊形式:直接跳出最外层循环(也就是整个函数)。return
指令没有立即数参数,不画示意图了。下面的WAT例子展示了如何用block
、br_table
和return
指令实现Go等高级语言中的switch-case
语句:
(module
(func $select3 (param $n i32) (param i32 i32 i32) (result i32)
(block
(block
(block
(local.get $n)
(br_table 0 1 2)
)
(return (local.get 1))
)
(return (local.get 2))
)
(return (local.get 3))
)
)
如果把上面例子中定义的select3
函数翻译成Go语言代码的话,应该是下面这样:
func select3(n, a, b, c int32) int32 {
switch n {
case 0 : return a
case 1 : return b
default: return c
}
}
*本文由CoinEx Chain开发团队成员Chase撰写。CoinEx Chain是全球首条基于Tendermint共识协议和Cosmos SDK开发的DEX专用公链,借助IBC来实现DEX公链、智能合约链、隐私链三条链合一的方式去解决可扩展性(Scalability)、去中心化(Decentralization)、安全性(security)区块链不可能三角的问题,能够高性能的支持数字资产的交易以及基于智能合约的Defi应用。
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