WTF Solidity极简入门: 5. 变量数据存储和作用域 storage/memory/calldata
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April 7th, 2022

我最近在重新学solidity,巩固一下细节,也写一个“WTF Solidity极简入门”,供小白们使用(编程大佬可以另找教程),每周更新1-3讲。

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Solidity中的引用类型

引用类型(Reference Type):包括数组(array),结构体(struct)和映射(mapping),这类变量占空间大,赋值时候直接传递地址(类似指针)。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。

  3. calldata:和memory类似,存储在内存中,不上链。与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);
    }

不同类型相互赋值时的规则

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:

  1. 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 x

    function fStorage() public{
        //声明一个storage的变量 xStorage,指向x。修改xCopy也会影响x
        uint[] storage xStorage = x;
        xStorage[0] = 100;
    }
  1. storage赋值给memory,会创建独立的复本,修改其中一个不会影响另一个;反之亦然。例子:
    uint[] x = [1,2,3]; // 状态变量:数组 x
    
    function fMemory() public view{
        //声明一个Memory的变量xMemory,复制x。修改xMemory不会影响x
        uint[] memory xMemory = x;
        xMemory[0] = 100;
    }
  1. memory赋值给memory,会创建引用,改变新变量会影响原变量。

  2. 其他情况,变量赋值给storage,会创建独立的复本,修改其中一个不会影响另一个。

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.sender, block.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

  • now : (uint) 当前块的时间戳

总结

在第4讲,我们介绍了solidity中的引用类型,数据位置和变量的作用域。重点是storage, memorycalldata三个关键字的用法。他们出现的原因是为了节省链上有限的存储空间和降低gas。下一讲我们会介绍引用类型中的数组。

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