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Yul (先前被也被称为 JULIA 或 IULIA)是一种可以编译到各种不同后端的中间语言( 以太坊虚拟机Ethereum Virtual Machine(EVM) 1.0,以太坊虚拟机Ethereum Virtual Machine(EVM) 1.5,而 eWASM 也在计划中)。 正因为如此,它被设计成为这三种平台的可用的共同标准。 它已经可以用于 Solidity 内部的“内联汇编”,并且未来版本的 Solidity 编译器甚至会将 Yul 用作中间语言。 为 Yul 构建高级的优化器阶段也将会很容易。
Yul 的核心组件是函数,代码块,变量,字面量,for 循环,if 条件语句,switch 条件语句,表达式和变量赋值。
Yul 是强类型的,变量和字面量都需要通过前缀符号来指明类型。支持的类型有:bool, u8, s8, u32, s32, u64, s64, u128, s128, u256 和 s256。
Yul 本身甚至不提供操作符。如果目标平台是 以太坊虚拟机Ethereum Virtual Machine(EVM),则操作码将作为内置函数提供,但如果后端平台发生了变化,则可以重新实现它们。 有关强制性的内置函数的列表,请参阅下面的章节。
以下示例程序假定 以太坊虚拟机Ethereum Virtual Machine(EVM) 操作码 mul,div 和 mo 是原生支持或可以作为函数用以计算指数的。
{ function power(base:u256, exponent:u256) -> result:u256 { switch exponent case 0:u256 { result := 1:u256 } case 1:u256 { result := base } default: { result := power(mul(base, base), div(exponent, 2:u256)) switch mod(exponent, 2:u256) case 1:u256 { result := mul(base, result) } } } } 也可用 for 循环代替递归来实现相同的功能。这里,我们需要 以太坊虚拟机Ethereum Virtual Machine(EVM) 操作码 lt(小于)和 add 可用。 { function power(base:u256, exponent:u256) -> result:u256 { result := 1:u256 for { let i := 0:u256 } lt(i, exponent) { i := add(i, 1:u256) } { result := mul(result, base) } } }
本章介绍 Yul 代码。Yul 代码通常放置在一个 Yul 对象中,它将在下一节中介绍。
语法:
代码块 = '{' 语句* '}' 语句 = 代码块 | 函数定义 | 变量声明 | 赋值 | 表达式 | Switch | For 循环 | 循环中断 函数定义 = 'function' 标识符 '(' 带类型的标识符列表? ')' ( '->' 带类型的标识符列表 )? 代码块 变量声明 = 'let' 带类型的标识符列表 ( ':=' 表达式 )? 赋值 = 标识符列表 ':=' 表达式 表达式 = 函数调用 | 标识符 | 字面量 If 条件语句 = 'if' 表达式 代码块 Switch 条件语句 = 'switch' 表达式 Case* ( 'default' 代码块 )? Case = 'case' 字面量 代码块 For 循环 = 'for' 代码块 表达式 代码块 代码块 循环中断 = 'break' | 'continue' 函数调用 = 标识符 '(' ( 表达式 ( ',' 表达式 )* )? ')' 标识符 = [a-zA-Z_$] [a-zA-Z_0-9]* 标识符列表 = 标识符 ( ',' 标识符)* 类型名 = 标识符 | 内置的类型名 内置的类型名 = 'bool' | [us] ( '8' | '32' | '64' | '128' | '256' ) 带类型的标识符列表 = 标识符 ':' 类型名 ( ',' 标识符 ':' 类型名 )* 字面量 = (数字字面量 | 字符串字面量 | 十六进制字面量 | True字面量 | False字面量) ':' 类型名 数字字面量 = 十六进制数字 | 十进制数字 十六进制字面量 = 'hex' ('"' ([0-9a-fA-F]{2})* '"' | '\'' ([0-9a-fA-F]{2})* '\'')字符串字面量 = '"' ([^"\r\n\\] | '\\' .)* '"' True字面量 = 'true' False字面量 = 'false' 十六进制数字 = '0x' [0-9a-fA-F]+ 十进制数字 = [0-9]+
语法层面的限制
Switches 必须至少有一个 case(包括 default )。 如果表达式的所有可能值都被覆盖了,那么不应该允许使用 default (即带 bool 表达式的 switch 语句同时具有 true case 和 false case 的情况下不应再有 default 语句)。
每个表达式都求值为零个或多个值。 标识符和字面量求值为一个值,函数调用求值为所调用函数的返回值。
在变量声明和赋值中,右侧表达式(如果存在)求值后,必须得出与左侧变量数量相等的值。 这是唯一允许求值出多个值的表达式。
那种同时又是语句的表达式(即在代码块的层次)求值结果必须只有零个值。
在其他所有情况中,表达式求值后必须仅有一个值。
continue 和 break 语句只能用在循环体中,并且必须与循环处于同一个函数中(或者两者都必须在顶层)。
for 循环的条件部分的求值结果只能为一个值。
字面量不可以大于它们本身的类型。已定义的最大类型宽度为 256 比特。
作用域规则
Yul 中的作用域是与块(除了函数和 for 循环,如下所述)和所有引入新的标识符到作用域中的声明 ( FunctionDefinition ,VariableDeclaration )紧密绑定的。
标识符在将其定义的块中可见(包括所有子节点和子块)。 作为例外,for 循环的 “init” 部分中(第一个块)定义的标识符在 for 循环的所有其他部分(但不在循环之外)中都是可见的。 在 for 循环的其他部分声明的标识符遵守常规的作用域语法规则。 函数的参数和返回参数在函数体中可见,并且它们的名称不能相同。
变量只能在声明后引用。 尤其是,变量不能在它们自己的变量声明的右边被引用。 函数可以在声明之前被引用(如果它们是可见的)。
Shadowing 是不被允许的,即是说,你不能在同名标识符已经可见的情况下又定义该标识符,即使它是不可访问的。
在函数内,不可能访问声明在函数外的变量。
形式规范
我们通过在 AST 的各个节点上提供重载的求值函数 E 来正式指定 Yul。 任何函数都可能有副作用,所以 E 接受两个状态对象和 AST 节点作为它的参数,并返回两个新的状态对象和数量可变的其他值。
这两个状态对象是全局状态对象(在 以太坊虚拟机Ethereum Virtual Machine(EVM) 的上下文中是 内存memory,存储storage 和区块链的状态)和本地状态对象(局部变量的状态,即 以太坊虚拟机Ethereum Virtual Machine(EVM) 中堆栈的某个段)。 如果 AST 节点是一个语句,E 将返回两个状态对象和一个用于 break 和 continue 语句的 “mode”。 如果 AST 节点是表达式,则 E 返回两个状态对象,并返回与表达式求值结果相同数量的值。
在这份高层次的描述中,并没有对全局状态的确切本质进行说明。 本地状态 L 是标识符 i 到值 v 的映射,表示为 L[i] = v。 对于标识符 v, 我们用 $v 作为标识符的名字。
我们将为 AST 节点使用解构符号。
E(G, L, <{St1, ..., Stn}>: Block) = let G1, L1, mode = E(G, L, St1, ..., Stn) let L2 be a restriction of L1 to the identifiers of L G1, L2, modeE(G, L, St1, ..., Stn: Statement) = if n is zero: G, L, regular else: let G1, L1, mode = E(G, L, St1) if mode is regular then E(G1, L1, St2, ..., Stn) otherwise G1, L1, modeE(G, L, FunctionDefinition) = G, L, regularE(G, L,: VariableDeclaration) = E(G, L, : Assignment)E(G, L, : VariableDeclaration) = let L1 be a copy of L where L1[$vari] = 0 for i = 1, ..., n G, L1, regularE(G, L, : Assignment) = let G1, L1, v1, ..., vn = E(G, L, rhs) let L2 be a copy of L1 where L2[$vari] = vi for i = 1, ..., n G, L2, regularE(G, L, : ForLoop) = if n >= 1: let G1, L1, mode = E(G, L, i1, ..., in) // 由于语法限制,mode 必须是规则的 let G2, L2, mode = E(G1, L1, for {} condition post body) // 由于语法限制,mode 必须是规则的 let L3 be the restriction of L2 to only variables of L G2, L3, regular else: let G1, L1, v = E(G, L, condition) if v is false: G1, L1, regular else: let G2, L2, mode = E(G1, L, body) if mode is break: G2, L2, regular else: G3, L3, mode = E(G2, L2, post) E(G3, L3, for {} condition post body)E(G, L, break: BreakContinue) = G, L, breakE(G, L, continue: BreakContinue) = G, L, continueE(G, L, : If) = let G0, L0, v = E(G, L, condition) if v is true: E(G0, L0, body) else: G0, L0, regularE(G, L, : Switch) = E(G, L, switch condition case l1:t1 st1 ... case ln:tn stn default {})E(G, L, : Switch) = let G0, L0, v = E(G, L, condition) // i = 1 .. n // 对字面量求值,上下文无关 let _, _, v1 = E(G0, L0, l1) ... let _, _, vn = E(G0, L0, ln) if there exists smallest i such that vi = v: E(G0, L0, sti) else: E(G0, L0, st')E(G, L, : Identifier) = G, L, L[$name]E(G, L, : FunctionCall) = G1, L1, vn = E(G, L, argn) ... G(n-1), L(n-1), v2 = E(G(n-2), L(n-2), arg2) Gn, Ln, v1 = E(G(n-1), L(n-1), arg1) Let ret1, ..., retm block> be the function of name $fname visible at the point of the call. Let L' be a new local state such that L'[$parami] = vi and L'[$reti] = 0 for all i. Let G'', L'', mode = E(Gn, L', block) G'', Ln, L''[$ret1], ..., L''[$retm]E(G, L, l: HexLiteral) = G, L, hexString(l), where hexString decodes l from hex and left-aligns it into 32 bytesE(G, L, l: StringLiteral) = G, L, utf8EncodeLeftAligned(l), where utf8EncodeLeftAligned performs a utf8 encoding of l and aligns it left into 32 bytesE(G, L, n: HexNumber) = G, L, hex(n) where hex is the hexadecimal decoding functionE(G, L, n: DecimalNumber) = G, L, dec(n), where dec is the decimal decoding function
类型转换函数
Yul 不支持隐式类型转换,因此存在提供显式转换的函数。 在将较大类型转换为较短类型时,如果发生溢出,则可能会发生运行时异常。
下列类型的“截取式”转换是允许的:
bool
u32
u64
u256
s256
低级函数
以下函数必须可用:
后端
后端或目标负责将 Yul 翻译到特定字节码。 每个后端都可以暴露以后端名称为前缀的函数。 我们为两个建议的后端保留 evm_ 和 ewasm_ 前缀。
后端: EVM
目标 以太坊虚拟机Ethereum Virtual Machine(EVM) 将具有所有用 evm_ 前缀暴露的 以太坊虚拟机Ethereum Virtual Machine(EVM) 底层操作码。
后端: "EVM 1.5"
TBD
后端: eWASM
TBD
语法:
顶层对象 = 'object' '{' 代码? ( 对象 | 数据 )* '}' 对象 = 'object' 字符串字面量 '{' 代码? ( 对象 | 数据 )* '}' 代码 = 'code' 代码块 数据 = 'data' 字符串字面量 十六进制字面量 十六进制字面量 = 'hex' ('"' ([0-9a-fA-F]{2})* '"' | '\'' ([0-9a-fA-F]{2})* '\'') 字符串字面量 = '"' ([^"\r\n\\] | '\\' .)* '"'
在上面,代码块 指的是前一章中解释的 Yul 代码语法中的 代码块。
Yul 对象示例如下:
..code: // 代码由单个对象组成。 单个 “code” 节点是对象的代码。// 每个(其他)命名的对象或数据部分都被序列化// 并可供特殊内置函数:datacopy / dataoffset / datasize 用于访问object { code { let size = datasize("runtime") let offset = allocate(size) // 这里,对于 eWASM 变为一个内存到内存的拷贝,对于 EVM 则相当于 codecopy datacopy(dataoffset("runtime"), offset, size) // 这是一个构造函数,并且运行时代码会被返回 return(offset, size) } data "Table2" hex"4123" object "runtime" { code { // 运行时代码 let size = datasize("Contract2") let offset = allocate(size) // 这里,对于 eWASM 变为一个内存到内存的拷贝,对于 EVM 则相当于 codecopy datacopy(dataoffset("Contract2"), offset, size) // 构造函数参数是一个数字 0x1234 mstore(add(offset, size), 0x1234) create(offset, add(size, 32)) } // 内嵌对象。使用场景是,外层是一个工厂合约,而 Contract2 将是由工厂生成的代码 object "Contract2" { code { // 代码在这 ... } object "runtime" { code { // 代码在这 ... } } data "Table1" hex"4123" } } }
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