TVM: Стековая Машина

TVM (TON Virtual Machine) — это движок, исполняющий код каждого смарт-контракта в сети TON. Понимание стековой архитектуры TVM помогает писать более эффективный код и отлаживать сложные ошибки. Это как знание устройства двигателя для автогонщика: можно ездить и без этого знания, но для победы в гонке (оптимизации газа) оно необходимо.

TVM (TON Virtual Machine) — виртуальная машина TON, исполняющая смарт-контракты. Как и EVM в Ethereum, TVM — стековая машина, но с ключевыми отличиями в типах данных.

Основы стековой машины

TVM оперирует стеком — структурой данных LIFO (Last In, First Out). Инструкции берут аргументы с вершины стека и помещают результат обратно.

Пример: сложение 3 + 5

PUSH 3     стек: [3]
PUSH 5     стек: [3, 5]
ADD        стек: [8]      ← результат на вершине

Элементы стека в TVM нумеруются от вершины: s0 (вершина), s1 (следующий), s2 и т.д.

Интерактивная визуализация

Рассмотрим реальную TVM-программу: отправка TON с контракта.

TVM Stack Machine

Программа: Отправка TON с контракта

ИнструкцияPUSHINT 1000000000

Помещаем на стек сумму для отправки: 1 TON = 10^9 нано-TON

Все инструкции

PUSHINT 1000000000

PUSHINT 0

NEWC

STSLICE addr

STGRAMS

ENDC

PUSHINT 64

SENDRAWMSG

DROP

Стек (1 элемент)

s0
1000000000

bottomtop (s0)

Шаг 1 / 9

Типы данных TVM

В отличие от EVM (только 256-бит слова), TVM поддерживает несколько типов:

Тип	Описание	Пример
Integer	257-бит знаковое целое	Балансы, счётчики, адреса
Cell	Неизменяемая ячейка данных (до 1023 бит + 4 ссылки)	Хранение данных контракта
Slice	Курсор для чтения данных из Cell	Разбор входящего сообщения
Builder	Буфер для создания новой Cell	Формирование исходящего сообщения
Continuation	”Замороженное” вычисление	Условия, циклы, обработка ошибок
Tuple	Упорядоченная коллекция значений	Возврат нескольких значений
Null	Пустое значение	Отсутствие данных

TIP

TON vs Ethereum: Типы данных виртуальной машины

EVM работает только с 256-битными словами. Все данные (адреса, числа, байты) — это 32-байтные значения. TVM богаче: поддерживает ячейки, слайсы, билдеры, продолжения. Это делает TVM мощнее, но и сложнее.

EVM: Stack, Memory, Storage

Основные инструкции TVM

Стековые операции

Инструкция	Действие
`PUSH sN`	Копирует элемент sN на вершину стека
`POP sN`	Удаляет вершину и помещает в позицию sN
`XCHG s0, sN`	Меняет местами вершину и элемент sN
`DROP`	Удаляет вершину стека
`DUP`	Дублирует вершину стека
`NIP`	Удаляет s1 (второй элемент)

Арифметика

Инструкция	Действие
`ADD`	s0 = s1 + s0
`SUB`	s0 = s1 - s0
`MUL`	s0 = s1 * s0
`DIV`	s0 = s1 / s0
`MOD`	s0 = s1 % s0
`INC`	s0 = s0 + 1

Работа с ячейками

Инструкция	Действие
`NEWC`	Создаёт новый Builder
`ENDC`	Завершает Builder → Cell
`STSLICE`	Записывает Slice в Builder
`STGRAMS`	Записывает количество TON (VarUInteger)
`STU N`	Записывает N-битное беззнаковое число
`CTOS`	Преобразует Cell → Slice
`LDU N`	Читает N бит из Slice как unsigned int

Отправка сообщений

Инструкция	Действие
`SENDRAWMSG`	Отправить raw message (Cell + mode)
`RAWRESERVE`	Зарезервировать TON на балансе

Cell, Slice, Builder: рабочий цикл

Работа с данными в TVM следует паттерну:

1. CTOS — Cell → Slice (для чтения)
2. LDU, LDSLICE, LDGRAMS — читаем данные из Slice
3. NEWC — создаём Builder (для записи)
4. STU, STSLICE, STGRAMS — записываем данные в Builder
5. ENDC — Builder → Cell (готово)

Это похоже на сериализацию/десериализацию: Slice для чтения (десериализация), Builder для записи (сериализация).

TVM и языки высокого уровня

Разработчики не пишут TVM-инструкции вручную. Компиляторы Tact и FunC генерируют TVM bytecode:

Tact код:                    TVM инструкции:
────────────                 ────────────────
send(SendParameters{         PUSHINT 1000000000
  to: addr,                  PUSHINT 0
  value: ton("1"),           NEWC
  bounce: true,              STSLICE addr
  body: ...                  STGRAMS
});                          ENDC
                             PUSHINT 64
                             SENDRAWMSG

Понимание TVM помогает оптимизировать gas и отлаживать контракты на низком уровне.

Частые ошибки

Путают стек TVM со стеком вызовов: TVM использует стек для хранения операндов и результатов операций, а не для управления вложенными вызовами функций.
Не понимают разницу между stack и registers (c0-c7): регистры TVM хранят контекст исполнения (код, данные, газ), а стек используется для вычислений.
Забывают, что TVM работает с 257-битными целыми числами, а не с 256-битными как в EVM, что влияет на диапазон значений и совместимость.
Игнорируют газовую стоимость стековых операций при оптимизации, хотя перестановки элементов стека (SWAP, XCHG) тоже стоят газ.

Проверка знанийKnowledge check

Чем TVM принципиально отличается от EVM в плане типов данных на стеке?

ОтветAnswer

EVM работает только с 256-битными словами — все данные (числа, адреса, байты) представлены как 32-байтные значения. TVM поддерживает множество типов: 257-бит целые числа, Cell (неизменяемые ячейки), Slice (курсоры чтения), Builder (буферы записи), Continuation (замороженные вычисления), Tuple и Null. Это делает TVM более выразительным, но и более сложным.