EIP-4750 EOF 函式功能

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。

前言

想像你在寫一個程式，就像組裝樂高積木一樣。以前我們只能用一整條長長的指令來完成所有工作，但現在我們可以把程式分成很多小塊，每一塊都是一個「函式」（功能），就像把不同的樂高積木組合起來。

引入這樣的特性，代表我們從過往沒有結構的傳統 EVM 程式碼，開始轉變成具備高度結構化的程式碼。透過這樣的改變能讓我們的程式碼更容易進行分析、最佳化、與理解。

這個改進想要解決什麼問題？

以前的程式就像一條長長的跑道，要跳來跳去很麻煩：

• 程式只能用「動態跳躍」，因此跑者無法在最初的時候知道跑道的真正軌跡，需要到正在跑的當下才會得知下一個目的地在哪（像隨便跳到某個地方）
• 這樣很混亂，不只人類在分析與計算有難度，且電腦也很難在最佳化上有很好的做法
• 更多的是我們還需要動態驗證許多的指令，以確保在執行期間不會出現問題，這樣將導致程式碼執行的成本被迫增加

新的解決方案

現在我們引入了兩個新的指令：

1. CALLF（呼叫函式）- 就像打電話給朋友請他幫忙
2. RETF（回傳結果）- 朋友做完事情後回電話告訴你結果

如何運作？

型態區段（Type Section）

每個函式都有一個標籤，告訴我們：

• 需要多少東西作為輸入（像食譜需要多少材料）
• 會產生多少東西作為輸出（像食譜會做出多少個餅乾）
• 最多會用到多少空間（像廚房檯面要多大）

每個函式的資訊包含：
- 輸入數量：0-255
- 輸出數量：0-255  
- 最大堆疊增加：0-65535

函式資料結構

┌─────────────┬─────────────┬────────────────────┐
│  輸入數量   │  輸出數量   │ 最大堆疊增加量     │
│ (0~255)     │ (0~255)     │ (0~65535)          │
└─────────────┴─────────────┴────────────────────┘

新的執行狀態：回傳堆疊（Return Stack）

EVM 現在有第二個堆疊：「回傳堆疊」，用來儲存函式呼叫的返回資訊。

回傳堆疊結構

• 每次 CALLF 會壓入一個回傳項目：

  (code_section_index = 呼叫前的區段,
   offset = CALLF 結束後的 PC)
  

• 若回傳堆疊超過 1024 項目會中止

• 呼叫時也會檢查 operand stack 是否會超過 1024 的限制（加上 callee 的最大堆疊增量）

• RETF 從堆疊中取出該項，跳回呼叫處

  最大容量：1024 個項目
  

回傳堆疊操作示意

初始時：
Return Stack: []

CALLF：
Return Stack: [（MainSection, offset=CALLF+2）]

CALLF（巢狀）：
Return Stack: [（MainSection, offset=CALLF+2), (Func1Section, offset=CALLF+2)]

RETF：
Return Stack: [(MainSection, offset=CALLF+2)]
→ 回到 Func1

RETF：
Return Stack: []
→ 回到 Main

CALLF 指令（呼叫函式）

CALLF(target_section_index: u16)

1. 有一個 16-bit 無號整數參數（big-endian 編碼），代表要呼叫的目標程式區段。

2. 根據 EIP-5450 驗證，保證 operand stack 有足夠輸入供目標函式使用。

3. 如果 operand stack 的目前高度 + type[target_section_index].max_stack_increase 超過 1024，會異常中止。

4. 若回傳堆疊已滿（1024 個項目），則異常中止。

5. 花費 5 單位 gas。

6. 不操作 operand stack。

7. 壓入 return stack：

   (code_section_index = 呼叫前所在區段,
    offset = CALLF 指令後下一個指令位置)
   

8. 將 current_section_index = target_section_index 並將 PC 設為 0，開始執行新函式。

RETF 指令（回傳結果）

RETF

1. 無參數。
2. 根據驗證，保證 operand stack 有正確數量的輸出值。
3. 花費 3 單位 gas。
4. 不操作 operand stack。
5. 從回傳堆疊取出物件 (section, offset)，跳回該位置繼續執行。

根據驗證規則，0 號主程式區段不允許使用 RETF，其主因是在合法程式中執行 RETF 時，回傳堆疊必不為空，但在執行之初， 0 號主程式區段只能是空的回傳堆疊。

CALLF / RETF 執行流程圖

┌────────────┐
│ 執行主程式 │
└─────┬──────┘
      │
      ▼
┌────────────┐
│  執行 CALLF │───┐
└─────┬──────┘   │
      │ 寫入返回位置
      ▼         │
┌────────────┐  │
│  進入函式區 │◀─┘
└─────┬──────┘
      │
      ▼
┌────────────┐
│ 執行 RETF   │────┐
└─────┬──────┘    │
      │ 讀取返回位置
      ▼            │
┌────────────┐   ◀─┘
│ 回主程式繼續 │
└────────────┘

🧪 巢狀呼叫堆疊流程

(0) Main Function
  ↓ CALLF(1)
(1) Function 1
  ↓ CALLF(2)
(2) Function 2
  ↓ RETF → 回到 Function 1
(1) Function 1
  ↓ RETF → 回到 Main Function

堆疊變化：
Step 1: []
Step 2: [（0, Main_PC)]
Step 3: [(0, Main_PC), (1, Func1_PC)]
Step 4: [(0, Main_PC)]
Step 5: []

程式碼驗證規則

為了確保程式碼正確，我們有這些規則：

1. 不能呼叫不存在的函式
2. 跳躍指令不能跳到函式外面
3. 每個函式都要能從主程式到達，不可有死碼
4. 禁止使用舊的動態跳躍指令
5. 每個函式的返回堆疊必須在執行 RETF 前不為空

被禁用的指令

以下指令在新版本中不能使用：

• JUMP 和 JUMPI
• JUMPDEST（轉為 NOP 無操作指令）
• PC

執行過程

1. 程式從第 0 程式區段開始執行
2. 回傳堆疊初始為空
3. 除 CALLF 外，不需檢查堆疊高度限制

為什麼這樣設計？

讓 JUMPDEST 變成 NOP

因為 JUMPDEST 原本只是跳躍標記，現在已不再需要：

1. 可作為效能測試點
2. 幫助程式碼對齊
3. 作為佔位符指令使用

不再需要掃描 JUMPDEST

以前需掃描所有可能跳躍目標以進行驗證。現在使用靜態結構與相對位址後，這項工作不再必要，提升驗證與執行效率。

相容性

• 僅適用於 EOFv1 格式的合約
• 舊有合約完全不受影響

花費成本

• CALLF：5 Gas
• RETF：3 Gas

總結

EIP-4750 把以往「一條到底」的 EVM 程式，轉換成可以分段、結構化、具可讀性的函式程式風格。搭配回傳堆疊(return stack)的設計，不但使程式更容易分析與最佳化，就像從一堆線變成一組有邏輯的樂高積木，EVM 也即將迎來新的程式架構時代！