智慧合約語言 Solidity 教程系列4 - 資料儲存位置分析

Tiny熊發表於2017-12-22
Solid

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寫在前面

Solidity 是以太坊智慧合約程式語言，閱讀本文前，你應該對以太坊、智慧合約有所瞭解，
如果你還不瞭解，建議你先看以太坊是什麼

這部分的內容官方英文文件講的不是很透，因此我在參考Solidity官方文件（當前最新版本：0.4.20）的同時加入了深入分析部分，歡迎訂閱專欄。

資料位置(Data location)

在系列第一篇，我們提到 Solidity 型別分為兩類：
值型別(Value Type) 及 引用型別(Reference Types)，
前面我們已經介紹完了值型別，接下來會介紹引用型別。

引用型別是一個複雜型別，佔用的空間通常超過256位， 拷貝時開銷很大，因此我們需要考慮將它們儲存在什麼位置，是memory（記憶體中，資料不是永久存在）還是storage（永久儲存在區塊鏈中）
所有的複雜型別如陣列(arrays)和資料結構(struct)有一個額外的屬性：資料的儲存位置（data location）。可為memory和storage。

根據上下文的不同，大多數時候資料位置有預設值，也通過指定關鍵字storage和memory修改它。

函式引數（包含返回的引數）預設是memory。
區域性複雜型別變數（local variables）和 狀態變數（state variables） 預設是storage。

區域性變數：區域性作用域（越過作用域即不可被訪問，等待被回收）的變數，如函式內的變數。狀態變數：合約內宣告的公有變數

還有一個儲存位置是：calldata，用來儲存函式引數，是隻讀的，不會永久儲存的一個資料位置。外部函式的引數（不包括返回引數）被強制指定為calldata。效果與memory差不多。

資料位置指定非常重要，因為他們影響著賦值行為。
在memory和storage之間或與狀態變數之間相互賦值，總是會建立一個完全獨立的拷貝。
而將一個storage的狀態變數，賦值給一個storage的區域性變數，是通過引用傳遞。所以對於區域性變數的修改，同時修改關聯的狀態變數。
另一方面，將一個memory的引用型別賦值給另一個memory的引用，不會建立拷貝（即：memory之間是引用傳遞）。

  1. 注意：不能將memory賦值給區域性變數。
  2. 對於值型別，總是會進行拷貝。

下面看一段程式碼：

pragma solidity ^0.4.0;

contract C {
    uint[] x; //  x的儲存位置是storage

    // memoryArray的儲存位置是 memory
    function f(uint[] memoryArray) public {
        x = memoryArray;    // 從 memory 複製到 storage
        var y = x;          // storage 引用傳遞區域性變數y（y 是一個 storage 引用）
        y[7];               // 返回第8個元素
        y.length = 2;       // x同樣會被修改
        delete x;           // y同樣會被修改

        // 錯誤， 不能將memory賦值給區域性變數
        // y = memoryArray;  

        // 錯誤，不能通過引用銷燬storage
        // delete y;        

        g(x);               // 引用傳遞， g可以改變x的內容
        h(x);               // 拷貝到memory， h無法改變x的內容
    }

    function g(uint[] storage storageArray) internal {}
    function h(uint[] memoryArray) public {}
}

總結

強制的資料位置(Forced data location)

  • 外部函式(External function)的引數(不包括返回引數)強制為：calldata
  • 狀態變數(State variables)強制為: storage

預設資料位置（Default data location）

  • 函式引數及返回引數：memory
  • 複雜型別的區域性變數：storage

深入分析

storage 儲存結構是在合約建立的時候就確定好了的，它取決於合約所宣告狀態變數。但是內容可以被（交易）呼叫改變。

Solidity 稱這個為狀態改變，這也是合約級變數稱為狀態變數的原因。也可以更好的理解為什麼狀態變數都是storage儲存。

memory 只能用於函式內部，memory 宣告用來告知EVM在執行時建立一塊（固定大小）記憶體區域給變數使用。

storage 在區塊鏈中是用key/value的形式儲存，而memory則表現為位元組陣列

關於棧（stack）

EVM是一個基於棧的語言，棧實際是在記憶體(memory)的一個資料結構，每個棧元素佔為256位，棧最大長度為1024。
值型別的區域性變數是儲存在棧上。

不同儲存的消耗（gas消耗）

  • storage 會永久儲存合約狀態變數，開銷最大
  • memory 僅儲存臨時變數，函式呼叫之後釋放，開銷很小
  • stack 儲存很小的區域性變數，幾乎免費使用，但有數量限制。

參考視訊

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參考資料

Solidity官方文件-型別

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