# EIP-663：SWAPN、DUPN 和 EXCHANGE 指令
# 注意事項
本文並沒有經過作者外的其他審查者審核，因此若內容有誤，請到 issue 區提出問題，我會儘速修改，謝謝。
# 1. 摘要（Abstract）
- 以前，EVM 只能使用
SWAP1到SWAP16、DUP1到DUP16，也就是只能操作頂層的 16 個資料。 - 現在要新增三個指令：
SWAPN、DUPN、EXCHANGE，就能存取更深層的資料了。
# 2. 動機（Motivation）
- EVM 的堆疊最多可容納 1024 個資料，但原先只能輕鬆存取最頂層的 16 個項目，對於更深層的資料必須透過寫入記憶體或依賴編譯器最佳化，這會使程式變得複雜且效率降低。
- 在 EVM 上實作函式時，函式的輸入輸出參數數量經常超過 16 個，導致編譯器必須進行複雜的排程工作。
- 某些編譯器在進行堆疊最佳化（相當於變數管理）時，需要交換不同深度位置的資料，目前必須執行三條指令才能完成交換，新增的指令將可一步到位。
# 3. 新增的三個指令（Specification）
1. DUPN （opcode = 0xe6）
2. SWAPN （opcode = 0xe7）
3. EXCHANGE （opcode = 0xe8）
- 在舊的「非 EOF」格式中，遇到這三個指令會直接回傳錯誤並停止執行（維持現有行為）。
- 只有在新格式（EOF1）中才會啟用這三個指令。
# 3.1 立即參數（Immediate）
這三個指令後面都必須跟隨一個 8 位元（0~255）的參數 imm：
- DUPN、SWAPN：
n = imm + 1
- EXCHANGE：
n = (imm >> 4) + 1m = (imm & 0x0F) + 1
# 4. 驗證規則（Validation）
- 禁止使用跳躍指令跳轉到這三個新指令的立即參數位元組。
- 當堆疊深度不足時，不能執行這三個指令：
- DUPN：執行前必須有 ≥ n 個資料，執行後資料數【+1】
- SWAPN：執行前必須有 ≥ n+1 個資料，執行後深度不變
- EXCHANGE：執行前必須有 ≥ n+m+1 個資料，執行後深度不變
# 5. 執行語義（Execution Semantics）
- DUPN：將第 n 個資料（從上往下計算）複製到堆疊頂端
- SWAPN：將第 n+1 個資料和頂端資料交換位置
- EXCHANGE：將第 n+1 個資料和第 n+m+1 個資料交換位置
這三個指令的 Gas 費用皆為 3。
# 6. 範例說明（Examples）
為了更清楚說明，以下提供三個範例並附上 ASCII 圖示，展示各指令執行前後的堆疊狀態。
# 例子 1：DUPN 2（複製第 3 個資料）
- 指令：
DUPN 2 - 計算：
n = 2 + 1 = 3 - 動作：複製第 3 個位置的資料 (C) 到堆疊頂端
初始堆疊（頂端在上）：
│ E │ ← 第 1 個
│ D │ ← 第 2 個
│ C │ ← 第 3 個
│ B │ ← 第 4 個
│ A │ ← 第 5 個
執行後：
│ C │ ← 新的頂端（C 複製到頂端）
│ E │ ← 原第 1 個
│ D │ ← 原第 2 個
│ C │ ← 原第 3 個
│ B │ ← 原第 4 個
│ A │ ← 原第 5 個
# 例子 2：SWAPN 3（交換第 5 個資料與頂端）
- 指令：
SWAPN 3 - 計算：
n = 3 + 1 = 4，要交換第 (n+1)=5 個和頂端 - 動作：交換 E ↔ A
初始堆疊：
│ E │ ← 頂端
│ D │
│ C │
│ B │
│ A │ ← 第 5 個
執行後：
│ A │ ← 原第 5 個
│ D │
│ C │
│ B │
│ E │ ← 原頂端
# 例子 3：EXCHANGE 0x02（交換第 2 個與第 5 個資料）
- 指令：
EXCHANGE 0x02 - 計算：
n = (0x02 >> 4) + 1 = 0 + 1 = 1m = (0x02 & 0x0F) + 1 = 2 + 1 = 3- 要交換第 (n+1)=2 個和第 (n+m+1)=5 個
- 動作：交換 D ↔ A
初始堆疊：
│ E │
│ D │ ← 第 2 個
│ C │
│ B │
│ A │ ← 第 5 個
執行後：
│ E │
│ A │ ← 原第 5 個
│ C │
│ B │
│ D │ ← 原第 2 個
# 7. 設計理念（Rationale）
- 為什麼使用立即參數？ 避免動態參數變化，讓靜態分析更簡單，方便於程式檢查。
- 為什麼限制在 255？ 堆疊最深也只有 1024，256 的深度除了已經比 16 有顯著改善，且以達 1/4 的總深度。在日常使用情境中不容易出現更多的需求，此外，再增加一個位元會將會帶來過大的成本且也沒如此強烈的需求。
- 為什麼要有 EXCHANGE？ 編譯器有時需要一次交換兩個不同深度的位置，EXCHANGE 能夠一條指令完成，不需要使用三條指令。
# 8. 向前相容性（Backwards Compatibility）
- 這三個 opcode 在之前並未被使用，不會影響現有程式碼；只有在 EOFv1 格式中才會生效。