Wasm 介绍（三）：内存

上一篇文章介绍了WebAssembly（简称Wasm）指令集以及指令的操作码（Opcode）、立即数（Immediate Arguments）、操作数（Operands）、操作数栈（Operand Stack，简称栈）等概念，并且详细介绍了参数指令和数值指令。
这篇文章将介绍Wasm内存和相关指令。

内存

每个Wasm模块都可以定义或者导入一个内存，内存大小以页为单位，每一页是64K。
定义内存时，需要指定内存的页数下限。
页数上限可选，可以指定也可以不指定。
内存的初始数据则可以在数据段中指定。
下面是一个WAT例子，展示了内存和数据段的定义：

(module

  (memory 1 8) ;; { min: 1, max: 8 }

  (data 0 (offset (i32.const 100)) "hello")

  ;; ...

)

和内存相关的指令共有25条，下面分别介绍。

memory.size

memory.size
指令（操作码 0x3F
）把内存的当前页数按 i32
类型推入栈顶。 memory.size
指令带有一个1字节立即数，可以指定操作的是哪个内存。由于Wasm1.0规范规定最多只能有一个内存，所以目前这个立即数只能是0。下面是 memory.size
指令的示意图：

bytecode:

...][ memory.size ][ 0 ][...




stack:

|           |          |           | 

|           |         ➘|   p(i32)  | # page count

|     d     |          |     d     |

|     c     |          |     c     | 

|     b     |          |     b     |  

|     a     |          |     a     | 

└───────────┘          └───────────┘

memory.grow

memory.grow
指令（操作码 0x40
）将内存增长 n
页，其中 n
是一个 i32
类型的整数，从栈顶弹出。如果操作成功，将 增长前
的页数按 i32
类型推入栈顶，否则将 -1
推入栈顶。和 memory.size
指令一样， memory.grow
指令也带有一个1字节立即数，且取值必须为0。下面是 memory.grow
指令的示意图：

bytecode:

...][ memory.grow ][ 0 ][...




stack:

|           |          |           | 

|   n(i32)  |➚        ➘|   p(i32)  | # grow n pages

|     d     |          |     d     |

|     c     |          |     c     | 

|     b     |          |     b     |  

|     a     |          |     a     | 

└───────────┘          └───────────┘

load

load
指令从内存读取数据，然后推入栈顶。具体读取多少字节的数据，以及将数据解释为何种类型的数，因指令而异。Wasm采用了“立即数+操作数”的内存寻址方式，所有 load
指令都带有两个 u32
类型（LEB28编码的32位无符号整数）的立即数，一个表示对齐方式，另一个表示内存偏移量。 load
指令还需要从栈顶弹出一个 i32
类型的操作数，立即数和操作数相加即可得到实际要读取的内存起始地址。对齐方式仅起提示作用，不影响实际操作，本文不做介绍，具体请参考Wasm规范。以 i64.load
指令（操作码 0x29
）为例，下面是它的示意图：

bytecode:

...][ i64.load ][ align ][ offset ][...




stack:

|           |          |           | 

|           |          |           | 

|   d(i32)  |➚        ➘|m[offset+d]| # i64

|     c     |          |     c     | 

|     b     |          |     b     |  

|     a     |          |     a     | 

└───────────┘          └───────────┘

load
指令一共有14条，为了统一说明这些指令，我们假设指令执行时计算出的内存地址是 a
，此处存放的数据是 0xABCDEF1234567890
。由于Wasm使用小端在前的方式存放数据，因此内存数据看起来是下面这样：

mem:

...[ 0x90 ][ 0x78 ][ 0x56 ][ 0x34 ][ 0x12 ][ 0xEF ][ 0xCD ][ 0xAB ]...

下表给出这14条 load
指令的操作码、实际读取到的字节，以及如何解释这些字节：

store

store
指令从栈顶弹出操作数，然后写入内存。具体如何解释操作数，以及写入多少字节，因指令而异。所有的 store
指令也都带有两个立即数，含义和  load
指令一样。和 load
指令不同的是， store
指令要从栈顶弹出两个操作数，一个用于计算内存地址，另一个是要写入的数据。以 i64.store
指令（操作码 0x37
）为例，下面是它的示意图：

bytecode:

...][ i64.store ][ align ][ offset ][...




stack:

|           |          |           | 

|   e(i64)  |➚         |           | 

|   d(i32)  |➚         |           | # m[offset+d]=e

|     c     |          |     c     | 

|     b     |          |     b     |  

|     a     |          |     a     | 

└───────────┘          └───────────┘

store
指令一共有9条，为了统一说明这些指令，我们也假设指令执行时计算出的内存地址是 a
。下表给出这9条指令的操作码、栈顶操作数以及实际执行效果（Go伪代码， mem
表示内存， LE
表示小端编码后的字节数组）：

*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。