Neo 虚拟机

上一篇《Neo 编译器》中说明了Neo编译器是怎么把CIL转成neo虚拟机的opcode，那么vm虚拟机又是怎么处理这些代码的，这篇文章我们看一下虚拟机的代码。

框架

虚拟机所处的位置

在框架图中，我们可以看出Virtual Machine有以下作用

1. 读取Opcode（smart contract），在Execution Engine中执行
2. Execution Engine可以进行逻辑运算
3. Interop Service可以调用External Data
4. 系统调用（OP_SYSCALL）可以访问区块链账本的信息

下面我们先看一下虚拟机如何读取Opcode。

VM对象关系

下面展示的图不是UML, UML太麻烦，还是脑图比较符合思维逻辑的发展。

关键的几个对象

1. Execution Engine：执行引擎
2. Execution Context：执行上下文
3. Stack Item：堆栈的一条数据
4. Crypto：C#的加密库

执行引擎

执行引擎

1. IScriptTable里面存贮了AppCall命令可以调用的其他contract的代码，这一块需要研究一下区块链的实现，这个以后再仔细研究。
2. InteropService专门用来响应SYSCALL，具体有哪些是系统调用，用来干什么的，后面通过例子再来说明。
3. InvocationStack是调用栈，传入参数，调用其他合约都会有一个新的调用栈
4. EvaluationStack是计算栈，用来执行操作
5. AltStack是备用栈，计算栈算出的中间结果可以保存在备用栈

执行上下文

执行上下文

每个变量都蛮好理解的，重点是下面看看怎么用的。

vm执行流程

vm代码执行流程

1. 构造，此时可以传入script container，script table，后面我们看看在区块链上这些都是从哪里来的，这里只专注于vm的执行流程，暂且不深究了。
   2.加载.avm，avm是编译器编译出来的一串数字，通过engine.LoadScript可以加载。
2. execute开始执行, 下面看一下代码

   public void Execute()
        {
            State &= ~VMState.BREAK;
            while (!State.HasFlag(VMState.HALT) && !State.HasFlag(VMState.FAULT) && !State.HasFlag(VMState.BREAK))
                StepInto();
        }

 public void StepInto()
        {
            if (InvocationStack.Count == 0) State |= VMState.HALT;
            if (State.HasFlag(VMState.HALT) || State.HasFlag(VMState.FAULT)) return;
            OpCode opcode = CurrentContext.InstructionPointer >= CurrentContext.Script.Length ? OpCode.RET : (OpCode)CurrentContext.OpReader.ReadByte();
            try
            {
                ExecuteOp(opcode, CurrentContext);
            }
            catch
            {
                State |= VMState.FAULT;
            }
        }

看一下这行代码，OpCode opcode = CurrentContext.InstructionPointer >= CurrentContext.Script.Length ? OpCode.RET : (OpCode)CurrentContext.OpReader.ReadByte();

1. 代码执行完了以后，插入OpCode.RET
2. 如果不是RET，则read一个字节的opcode

ExecuteOp函数就是具体的执行OpCode的语义，我们通过一个例子来说明

具体的一个例子

还是上次的那个代码

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;
    }
}

测试虚拟机的代码

using System;
using System.IO;
using System.Linq;
using Neo;
using Neo.VM;
using Neo.Cryptography;

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var engine = new ExecutionEngine(null, Crypto.Default);
            engine.LoadScript(File.ReadAllBytes(@"C:\……\Test1.avm")); 

            using (ScriptBuilder sb = new ScriptBuilder())
            {
                sb.EmitPush(4); // 对应形参 b
                sb.EmitPush(3); // 对应形参 a
                engine.LoadScript(sb.ToArray());
            }

            engine.Execute(); // 开始执行

            var result = engine.EvaluationStack.Peek().GetBigInteger(); // 在这里设置返回值
            Console.WriteLine($"执行结果 {result}");
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

执行的具体过程

生成的代码太长了，需要有点耐心才能看完，如果图片不清晰，可以去代码仓库下载pdf

具体的执行过程

总结

文章只是过了一下一个简单的代码，后面我们需要研究一下系统调用和访问外部存贮，智能合约之间互相调用的情况。