solidity變量位置怎么理解

本篇內(nèi)容主要講解“solidity變量位置怎么理解”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“solidity變量位置怎么理解”吧!

1、以太坊虛擬機

在開始探討Solidity的數(shù)據(jù)存儲之前，我想先介紹下以太坊虛擬機的一些相關(guān)內(nèi)容，以便更容易理解后續(xù)的部分。

EVM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大致如下圖所示：

當(dāng)我們安裝以太坊客戶端時，它其中就包含了EVM這個專門用于運行智能合約的輕量級操作系統(tǒng)。EVM的架構(gòu)基于棧機器模型，這意味著其指令集是基于棧而非寄存器來運作的。EVM操作碼清單在黃皮書中有描述，具體可查閱以太坊虛擬機操作碼和指令參考手冊。

在EVM中指令的執(zhí)行流程如下：當(dāng)一個交易觸發(fā)智能合約代碼的執(zhí)行時，就會實例化一個EVM，EVM的ROM載入了要調(diào)用的合約代碼。程序計數(shù)器被清零，存儲從合約賬號對應(yīng)的部分載入，內(nèi)存清零，設(shè)置區(qū)塊和環(huán)境變量，然后代碼開始執(zhí)行。

2、Solidity變量的數(shù)據(jù)存儲位置

現(xiàn)在讓我們回到memory關(guān)鍵字。從0.5.0版本開始，所有的復(fù)雜類型必須顯式指定其存儲的數(shù)據(jù)位置，有三種可選的數(shù)據(jù)位置：memory、storage和calldata。

注意：唯一可以省略數(shù)據(jù)位置聲明的是狀態(tài)變量，因為狀態(tài)變量始終保存在賬號的存儲中。

storage/存儲

• 存儲中的數(shù)據(jù)是永久存在的。存儲是一個key/value庫- 存儲中的數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)塊鏈，因此會修改狀態(tài)，這也是存儲使用成本高的原因。

• 占用一個256位的槽需要消耗20000 gas

• 修改一個已經(jīng)使用的存儲槽的值，需要消耗5000 gas

• 當(dāng)清零一個存儲槽時，會返還一定數(shù)量的gas

• 存儲按256位的槽位分配，即使沒有完全使用一個槽位，也需要支付其開銷

memory/內(nèi)存

• 內(nèi)存是一個字節(jié)數(shù)組，槽大小位256位（32字節(jié)）

• 數(shù)據(jù)僅在函數(shù)執(zhí)行期間存在，執(zhí)行完畢后就被銷毀

• 讀或?qū)懸粋€內(nèi)存槽都會消耗3gas

• 為了避免礦工的工作量過大，22個操作之后的單操作成本會上漲

calldata/調(diào)用數(shù)據(jù)

• 調(diào)用數(shù)據(jù)是不可修改、非持久化的區(qū)域，用來保存函數(shù)參數(shù)，其行為類似于內(nèi)存

• 外部函數(shù)的參數(shù)必須使用calldata，但是也可用于其他變量

• 調(diào)用數(shù)據(jù)避免了數(shù)據(jù)拷貝，并確保數(shù)據(jù)不被修改

• 函數(shù)也可以返回使用calldata聲明的數(shù)組和結(jié)果，但是不可能分配這些類型

3、Solidity數(shù)據(jù)位置與賦值成本的研究

如果你不期望合約代碼出現(xiàn)不可預(yù)計的行為，重要的一點是理解數(shù)據(jù)位置的賦值是如何運作的。

下面列出了不同位置的變量間賦值的一些規(guī)則：

• 在存儲和內(nèi)存（或調(diào)用數(shù)據(jù)）間的賦值將創(chuàng)建一個新的獨立拷貝

• 內(nèi)存之間的賦值僅創(chuàng)建引用，這意味著對一個內(nèi)存變量的修改會 同時反應(yīng)在其他引用相同數(shù)據(jù)的內(nèi)存變量上

• 從存儲到局部存儲變量的賦值，實際上只會給一個引用

• 所有其他賦值通常導(dǎo)致產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)拷貝。例如賦值給狀態(tài)變量 或位于存儲的結(jié)構(gòu)類型的局部變量成員時，即使局部變量只是一個 引用，也會產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)拷貝

下面讓我們用remix debugger深入研究一下：

// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0

pragma solidity ^0.7.0;

contract DataLocationTest {
    
    uint[] stateVar = [1,4,5];
    
    function foo() public{
        // case 1 : from storage to memory
        uint[] memory y = stateVar; // copy the content of stateVar to y
        
        // case 2 : from memory to storage
        y[0] = 12;
        y[1] = 20;
        y[2] = 24;
        
        stateVar = y; // copy the content of y to stateVar
        
        // case 3 : from storage to storage
        uint[] storage z = stateVar; // z is a pointer to stateVar
        
        z[0] = 38;
        z[1] = 89;
        z[2] = 72;
    }
    
}

用上面的代碼創(chuàng)建一個新文件，然后部署合約。現(xiàn)在試著調(diào)用函數(shù)，你將會在控制臺看到交易的詳細(xì)信息以及旁邊的debug按鈕。點擊這個按鈕：

這時應(yīng)當(dāng)可以看到調(diào)試器區(qū)域大致如下：

點擊上圖中紅色標(biāo)識的箭頭，單步執(zhí)行代碼。

你應(yīng)當(dāng)注意到的第一件事，是存儲載入了stateVar的內(nèi)容，這正如我們之前在EVM部分提到的，當(dāng)然，這里沒有局部變量。

當(dāng)你繼續(xù)單步執(zhí)行時，你應(yīng)當(dāng)會看到變量y出現(xiàn)在局部變量區(qū)域（Solidity Locals）。繼續(xù)單步執(zhí)行，你還會看到需要執(zhí)行很多字節(jié)碼來創(chuàng)建必要的內(nèi)存空間、從存儲中載入所有數(shù)據(jù)并將其拷貝到內(nèi)存。這意味著需要支付更多的gas，因此從存儲區(qū)域到內(nèi)存區(qū)域的賦值非常昂貴。

現(xiàn)在讓我們研究下第二種情況：從內(nèi)存區(qū)域賦值給存儲區(qū)域。例如當(dāng)你修改完內(nèi)存變量后，可能需要將修改存回存儲區(qū)域。這時也會消耗許多gas。如果我們計算debugger中單步執(zhí)行前后的剩余gas差，可以看到消耗了17083 gas。該操作用了4個SSTORE指令：第一個用于保存數(shù)組大小，消耗800gas，其他三個用于更新數(shù)組的值，每個消耗5000gas。

接下來讓我們看看第三種情況：從存儲區(qū)域賦值給存儲區(qū)域。這一次會創(chuàng)建一個新的局部變量來保存stateVar的值。如果我們查看代碼的執(zhí)行過程，就會注意到Solidity做的就是將第一個存儲槽位的地址推入棧，該槽位保存有數(shù)組長度。根據(jù)文檔說明，對動態(tài)數(shù)組而言，槽的位置包含了數(shù)組的長度。

如果我們比較不同情況下將數(shù)據(jù)拷貝進內(nèi)存的成本，那么根據(jù)上述情況（更新并拷貝回存儲：21629 gas，創(chuàng)建引用并直接更新狀態(tài)：5085gas），非常清楚的是第二種方案的成本要低得多。

但是如果我們要直接更新狀態(tài)變量，例如：

stateVar[0] = 12;

這也是可行的，不過如果你要處理映射和嵌套的數(shù)據(jù)類型，使用存儲指針會讓代碼可讀性更強。

到此，相信大家對“solidity變量位置怎么理解”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進入相關(guān)頻道進行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！