关键词：Ethereum gas、gasUsed、EVM、智能合约、Geth、静态 gas、动态 gas、交易手续费
本文是“彻底吃透 Ethereum gas 机制”系列的第二篇，聚焦 gasUsed 的计算细节。读完你将能预测任意一笔交易到底会烧掉多少 ETH，并在优化智能合约或节省手续费时有的放矢。
一、为何 gasUsed 决定钱包里的 ETH
在为用户签名一笔交易前，钱包会先设定 gasLimit。如果最终消耗的 gasUsed超过这个上限，交易会抛出 out of gas 错误，已经划拨的 ETH 不会退还，状态也会回滚。以太坊的 矿工费公式 为：
手续费 = gasUsed × gasPrice因此，准确预估 gasUsed 不仅影响能否执行成功，还直接影响矿工费高低。
二、gas 的角色与基本原理
2.1 限制无限循环的“燃料”
EVM 是图灵完备的，理论上可运行死循环。为防止滥用，所有指令都标明了固定的“燃料”，即 gas。当 账户 ETH 不足以支付所需 gas 时，循环将被迫终止。
2.2 动态调节网络拥堵
gasPrice 由用户自由竞价，拥堵时提高 gasPrice 就能排在靠前的位置。区块 gasLimit 则由矿工投票决定，确保链不会过载。
三、计算 gasUsed 的整体流程
我们可以把一次交易拆成三步：
- Pre-check：深度、余额、地址验证；
- Execute：扣减余额、执行字节码；
- Post-handle：回滚 or 提交状态，退还剩余 gas。
下面从 Geth 客户端源码视角 逐层展开。
四、Call()：交易的“外界”入口
在文件 core/vm/evm.go，大写 Call() 是黄皮书 Θ 函数的直接实现。它的主要步骤如下：
- 验证调用栈深度 ≤ 1024；
- 快照 stateDB，便于随时回滚；
- 若目标地址不存在，就新建账户；
- 转账 ETH：调用
Context.Transfer()； - 遇到 预编译合约，直接运行
RunPrecompiledContract()，否则 初始化合约上下文并进入Run()。
contract := NewContract(caller, AccountRef(addrCopy), value, gas)
ret, err = evm.interpreter.Run(contract, input, false)
gas = contract.Gas // ← 这一步确定 gasUsed当 Run() 完成后，leftOverGas 会退还给用户，例外只发生在 ErrExecutionReverted 以外的错误 —— 这时全部 gas 被“罚没”。
五、Run()：指令级 gas 统计
5.1 四大环境变量
| 变量 | 含义 |
|---|---|
Stack | 1024 槽位计算栈，gas 最便宜 |
Memory | 临时内存，扩容成本呈二次函数 ↑ |
Storage | 链上状态，单位 gas 开销最高 |
Contract | 当前执行的代码段及剩余 gas |
5.2 单次循环：一次 opcode 的 gas 扣减公式
- 静态 gas constantGas：直接从 JumpTable 读出，固定值。
典型值：ADD/SUB = 3 gas，SHA3 = 30 gas，BALANCE = 700 gas。 动态 gas dynamicGas：计算式大多位于
gas_table.go。受 3 个参数驱动：- memorySize：本次操作需扩展多少字（32 字节）——扩容成本 =
words^2 * 3 + words * 512 - storageAccess：第一次写 slot（cold）扣 22100 gas，后续（hot）只需 5000 gas。
- call datasize：
CALLDATACOPY、RETURNDATACOPY按字节收线性费。
- memorySize：本次操作需扩展多少字（32 字节）——扩容成本 =
示例：当 MSTORE(0x40, 0x1234) 需要把内存从 64 字节扩展到 96 字节时，会触发：
- constantGas = 3
- dynamicGas ≈ 12（二次内存费）
gasUsed += 15
UseGas() 最终判断账户余额是否足够支付 合计 gas 值，不足即 ErrOutOfGas。
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六、静态 vs 动态 gas 速查表
| opcode | constantGas | 是否触发 dynamicGas | 备注 |
|---|---|---|---|
| ADD/SUB | 3 | 否 | |
| MLOAD/MSTORE | 3 | 是（存储位） | words 3 + words^2 512 |
| SLOAD | 100 | 是（冷热 slot） | cold +2100，hot 0 |
| SSTORE | 0 | 是 | 写入 0->非 0 扣 22100 等复杂规则 |
| CALL | 700 | 是 | memory、value、new account |
七、实战：估算一笔 ERC-20 转账的 gasUsed
假设 value = 100 USDT, 目标地址无代码：
- base transaction fee = 21000
- memory expansion ≈ +64 → + 384
- CALL to token contract → 700
balanceOf+transfer→ ~34071
预估 gasUsed = 21000 + 384 + 700 + 34071 ≈ 56155
为防止滑点，开发者们在 web3.eth.estimateGas 返回值基础上再加 15%，并将 gasPrice 设为当前 baseFee + priorityFee 区间。
八、常见问题 FAQ
Q1：为何链上显示的 gasUsed 会比 Remix 模拟多几千？
A：Remix 默认地址未重置 storage cache，实际更新 dirty slot 会触发冷/热差值，链上必然收取 cold gas。另外调用深度不同也会产生差异。
Q2：如何查看 一笔失败交易 实际消耗多少 gas？
A：在区块浏览器失败交易的页面，gasUsed × gasPrice 即实际烧掉的 ETH。也可用 debug_traceTransaction 获取每一步 gas 变化。
Q3：staticcall、delegatecall 与普通 call gas 规则有何不同？
A：STATICCALL 禁止状态变更，减少写 storage 的开销，DELEGATECALL 不切换 msg.sender 但计算对照正常逻辑，内存费+700 基本费一致。
Q4：调用 precompiled 合约为什么 gasUsed 低很多？
A：预编译函数在 Geth 的本地 Go 代码 中运行，无 EVM 指令消耗，例如 ecrecover 固定收 3000 gas，无论复杂度。
Q5：怎么把一笔交易的 gasUsed 降到理论最小值？
A：
- 优化合约逻辑，减少 storage 写入次数；
- 用
unchecked {}包加减，输回给内存而非 storage； - 提前计算跳出循环条件，避免多余 opcode。
Q6：调用 estimateGas 老是返回大幅度低估，怎么办？
A：把 from 改为真正的 发送者地址，并在合约状态与高峰期相同的环境（如高 slot 编号、复杂 Merkle 路径）做估算，可提高精度。
九、下章预告
在即将到来的第 3 篇，我们将深入探索：
- SSTORE 的内部计价（dirty map、热冷键值）
- Intrinsic gas 结构与 EIP-2028 压缩字节节省诀窍
- 如何用 Hardhat 或 Foundry 一键测 gas 差值并生成报告
如果你对某一步细节仍有疑问，欢迎在评论区留言；我也会把热点案例贴在下期更新中。提前掌握 gas 预估公式，才能在链上冲浪时少踩坑！