智能合约从入门到精通：Solidity语法之内存变量的布局和状态变量的存储模型

Posted 2020-12-02

简介：在前面我们已经讲过Solidity语言的一些语法内容，在矩阵元JUICE开放平台的JIDE开发时，一定要注意Layout in Memory和Layout of State Variables in Storage，即内存变量的布局和状态变量的存储模型。
内存变量的布局（Layout in Memory）

Solidity预留了3个32字节大小的槽位：

• 0-64：哈希方法的暂存空间(scratch space)
• 64-96：当前已分配内存大小(也称空闲内存指针(free memory pointer))
  暂存空间可在语句之间使用（如在内联编译时使用）
  Solidity总是在空闲内存指针所在位置创建一个新对象，且对应的内存永远不会被释放(也许未来会改变这种做法)。
  有一些在Solidity中的操作需要超过64字节的临时空间，这样就会超过预留的暂存空间。他们就将会分配到空闲内存指针所在的地方，但由于他们自身的特点，生命周期相对较短，且指针本身不能更新，内存也许会，也许不会被清零(zerod out)。因此，大家不应该认为空闲的内存一定已经是清零(zeroed out)的。
  状态变量的存储模型(Layout of State Variables in Storage)
  大小固定的变量（除了映射，变长数组以外的所有类型）在存储(storage)中是依次连续从位置0开始排列的。如果多个变量占用的大小少于32字节，会尽可能的打包到单个storage槽位里，具体规则如下：
• 在storage槽中第一项是按低位对齐存储（lower-order aligned）（译者注：意味着是大端序了，因为是按书写顺序。）。
• 基本类型存储时仅占用其实际需要的字节。
• 如果基本类型不能放入某个槽位余下的空间，它将被放入下一个槽位。

• 结构体和数组总是使用一个全新的槽位，并占用整个槽(但在结构体内或数组内的每个项仍遵从上述规则)
  优化建议
  当使用的元素占用少于32字节，你的合约的gas使用也许更高。这是因为EVM每次操作32字节。因此，如果元素比这小，EVM需要更多操作来从32字节减少到需要的大小。
  因为编译器会将多个元素打包到一个storage槽位，这样就可以将多次读或写组合进一次操作中，只有在这时，通过缩减变量大小来优化存储结构才有意义。当操作函数参数和memory的变量时，因为编译器不会这样优化，所以没有上述的意义。
  最后，为了方便EVM进行优化，尝试有意识排序storage的变量和结构体的成员，从而让他们能打包得更紧密。比如，按这样的顺序定义，uint128, uint128, uint256，而不是uint128, uint256, uint128。因为后一种会占用三个槽位。
  非固定大小
  结构体和数组里的元素按它们给定的顺序存储。
  由于它们不可预知的大小。映射和变长数组类型，使用Keccak-256哈希运算来找真正数据存储的起始位置。这些起始位置往往是完整的堆栈槽。
  映射和动态数组根据上述规则在位置p占用一个未满的槽位(对映射里嵌套映射，数组中嵌套数组的情况则递归应用上述规则)。对一个动态数组，位置p这个槽位存储数组的元素个数(字节数组和字符串例外，见下文)。而对于映射，这个槽位没有填充任何数据(但这是必要的，因为两个挨着的映射将会得到不同的哈希值)。数组的原始数据位置是keccak256(p)；而映射类型的某个键k，它的数据存储位置则是keccak256(k . p)，其中的.表示连接符号。如果定位到的值以是一个非基本类型，则继续运用上述规则，是基于keccak256(k . p)的新的偏移offset。
  bytes和string占用的字节大小如果足够小，会把其自身长度和原始数据存在当前的槽位。具体来说，如果数据最多31位长，高位存数据(左对齐)，低位存储长度lenght 2。如果再长一点，主槽位就只存lenght 2 + 1。原始数据按普通规则存储在keccak256(slot)
  所以对于接下来的代码片段：

  pragma solidity ^0.4.4;
  
  contract C {
  struct s { uint a; uint b; }
  uint x;
  mapping(uint => mapping(uint => s)) data;
  }

  按上面的代码来看，结构体从位置0开始，这里定义了一个结构体，但并没有对应的结构体变量，故不占用空间。uint x实际是uint256，单个占32字节，占用槽位0，所以映射data将从槽位1开始。
  data[4][9].b的位置在keccak256(uint256(9) . keccak256(uint256(4) . uint256(1))) + 1
  有人在这里尝试直接读取区块链的存储值，https://github.com/ethereum/solidity/issues/1550

参考内容：https://open.juzix.net/doc

智能合约开发教程视频：区块链系列视频课程之智能合约简介