Solidity:变量数据存储和作用域 storage/memory/calldata

Solidity中的引用类型​

引用类型(Reference Type):包括数组(array)和结构体(struct),由于这类变量比较复杂,占用存储空间大,我们在使用时必须要声明数据存储的位置。

数据位置​

Solidity数据存储位置有三类:storagememorycalldata。不同存储位置的gas成本不同。storage类型的数据存在链上,类似计算机的硬盘,消耗gas多;memorycalldata类型的临时存在内存里,消耗gas少。大致用法:

  1. storage合约里的状态变量默认都是storage,存储在链上。

  2. memory函数里的参数和临时变量一般用memory,存储在内存中,不上链。尤其是如果返回数据类型是变长的情况下,必须加memory修饰,例如:string, bytes, array和自定义结构。

  3. calldatamemory类似,存储在内存中,不上链。memory的不同点在于calldata变量不能修改(immutable),一般用于函数的参数。例子:

    function fCalldata(uint[] calldata _x) public pure returns(uint[] calldata){//参数为calldata数组,不能被修改// _x[0] = 0 //这样修改会报错return(_x);
    }

    数据位置和赋值规则​

           在不同存储类型相互赋值时候,有时会产生独立的副本(修改新变量不会影响原变量),有时会产生引用(修改新变量会影响原变量)。规则如下:

  4. 赋值本质上是创建引用指向本体,因此修改本体或者是引用,变化可以被同步:

  • storage(合约的状态变量)赋值给本地storage(函数里的)时候,会创建引用,改变新变量会影响原变量。例子:
uint[] x = [1,2,3]; // 状态变量:数组 xfunction fStorage() public{//声明一个storage的变量 xStorage,指向x。修改xStorage也会影响xuint[] storage xStorage = x;xStorage[0] = 100;
}
  • memory赋值给memory,会创建引用,改变新变量会影响原变量。
  • 其他情况下,赋值创建的是本体的副本,即对二者之一的修改,并不会同步到另一方

变量的作用域​

Solidity中变量按作用域划分有三种,分别是状态变量(state variable),局部变量(local variable)和全局变量(global variable)

1. 状态变量​

状态变量是数据存储在链上的变量,所有合约内函数都可以访问,gas消耗高。状态变量在合约内、函数外声明:

contract Variables {uint public x = 1;uint public y;string public z;
}

我们可以在函数里更改状态变量的值:

function foo() external{// 可以在函数里更改状态变量的值x = 5;y = 2;z = "0xAA";
}

2. 局部变量​

局部变量是仅在函数执行过程中有效的变量,函数退出后,变量无效。局部变量的数据存储在内存里,不上链,gas低。局部变量在函数内声明:

function bar() external pure returns(uint){uint xx = 1;uint yy = 3;uint zz = xx + yy;return(zz);
}

3. 全局变量​

全局变量是全局范围工作的变量,都是solidity预留关键字。他们可以在函数内不声明直接使用:

function global() external view returns(address, uint, bytes memory){address sender = msg.sender;uint blockNum = block.number;bytes memory data = msg.data;return(sender, blockNum, data);
}

在上面例子里,我们使用了3个常用的全局变量:msg.senderblock.numbermsg.data,他们分别代表请求发起地址,当前区块高度,和请求数据。下面是一些常用的全局变量,更完整的列表请看这个链接:

  • blockhash(uint blockNumber): (bytes32) 给定区块的哈希值 – 只适用于256最近区块, 不包含当前区块。
  • block.coinbase: (address payable) 当前区块矿工的地址
  • block.gaslimit: (uint) 当前区块的gaslimit
  • block.number: (uint) 当前区块的number
  • block.timestamp: (uint) 当前区块的时间戳,为unix纪元以来的秒
  • gasleft(): (uint256) 剩余 gas
  • msg.data: (bytes calldata) 完整call data
  • msg.sender: (address payable) 消息发送者 (当前 caller)
  • msg.sig: (bytes4) calldata的前四个字节 (function identifier)
  • msg.value: (uint) 当前交易发送的 wei 值
  • block.blobbasefee: (uint) 当前区块的blob基础费用。这是Cancun升级新增的全局变量。
  • blobhash(uint index): (bytes32) 返回跟当前交易关联的第 index 个blob的版本化哈希(第一个字节为版本号,当前为0x01,后面接KZG承诺的SHA256哈希的最后31个字节)。若当前交易不包含blob,则返回空字节。这是Cancun升级新增的全局变量。

4. 全局变量-以太单位与时间单位​

以太单位​

Solidity中不存在小数点,以0代替为小数点,来确保交易的精确度,并且防止精度的损失,利用以太单位可以避免误算的问题,方便程序员在合约中处理货币交易。

  • wei: 1
  • gwei: 1e9 = 1000000000
  • ether: 1e18 = 1000000000000000000
function weiUnit() external pure returns(uint) {assert(1 wei == 1e0);assert(1 wei == 1);return 1 wei;
}function gweiUnit() external pure returns(uint) {assert(1 gwei == 1e9);assert(1 gwei == 1000000000);return 1 gwei;
}function etherUnit() external pure returns(uint) {assert(1 ether == 1e18);assert(1 ether == 1000000000000000000);return 1 ether;
}

时间单位​

可以在合约中规定一个操作必须在一周内完成,或者某个事件在一个月后发生。这样就能让合约的执行可以更加精确,不会因为技术上的误差而影响合约的结果。因此,时间单位在Solidity中是一个重要的概念,有助于提高合约的可读性和可维护性。

  • seconds: 1
  • minutes: 60 seconds = 60
  • hours: 60 minutes = 3600
  • days: 24 hours = 86400
  • weeks: 7 days = 604800
function secondsUnit() external pure returns(uint) {assert(1 seconds == 1);return 1 seconds;
}function minutesUnit() external pure returns(uint) {assert(1 minutes == 60);assert(1 minutes == 60 seconds);return 1 minutes;
}function hoursUnit() external pure returns(uint) {assert(1 hours == 3600);assert(1 hours == 60 minutes);return 1 hours;
}function daysUnit() external pure returns(uint) {assert(1 days == 86400);assert(1 days == 24 hours);return 1 days;
}function weeksUnit() external pure returns(uint) {assert(1 weeks == 604800);assert(1 weeks == 7 days);return 1 weeks;
}

测试代码:

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.21;contract DataStorage {// The data location of x is storage.// This is the only place where the// data location can be omitted.uint[] public x = [1,2,3];function fStorage() public{//声明一个storage的变量xStorage,指向x。修改xStorage也会影响xuint[] storage xStorage = x;xStorage[0] = 100;}function fMemory() public view{//声明一个Memory的变量xMemory,复制x。修改xMemory不会影响xuint[] memory xMemory = x;xMemory[0] = 100;xMemory[1] = 200;uint[] memory xMemory2 = x;xMemory2[0] = 300;}function fCalldata(uint[] calldata _x) public pure returns(uint[] calldata){//参数为calldata数组,不能被修改// _x[0] = 0 //这样修改会报错return(_x);}
}contract Variables {uint public x = 1;uint public y;string public z;function foo() external{// 可以在函数里更改状态变量的值x = 5;y = 2;z = "0xAA";}function bar() external pure returns(uint){uint xx = 1;uint yy = 3;uint zz = xx + yy;return(zz);}function global() external view returns(address, uint, bytes memory){address sender = msg.sender;uint blockNum = block.number;bytes memory data = msg.data;return(sender, blockNum, data);}function weiUnit() external pure returns(uint) {assert(1 wei == 1e0);assert(1 wei == 1);return 1 wei;}function gweiUnit() external pure returns(uint) {assert(1 gwei == 1e9);assert(1 gwei == 1000000000);return 1 gwei;}function etherUnit() external pure returns(uint) {assert(1 ether == 1e18);assert(1 ether == 1000000000000000000);return 1 ether;}function secondsUnit() external pure returns(uint) {assert(1 seconds == 1);return 1 seconds;}function minutesUnit() external pure returns(uint) {assert(1 minutes == 60);assert(1 minutes == 60 seconds);return 1 minutes;}function hoursUnit() external pure returns(uint) {assert(1 hours == 3600);assert(1 hours == 60 minutes);return 1 hours;}function daysUnit() external pure returns(uint) {assert(1 days == 86400);assert(1 days == 24 hours);return 1 days;}function weeksUnit() external pure returns(uint) {assert(1 weeks == 604800);assert(1 weeks == 7 days);return 1 weeks;}
}

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