智能合約從入門到精通：Solidity文法之記憶體變量的布局和狀态變量的存儲模型

簡介：在前面我們已經講過Solidity語言的一些文法内容，在矩陣元JUICE開放平台的JIDE開發時，一定要注意Layout in Memory和Layout of State Variables in Storage，即記憶體變量的布局和狀态變量的存儲模型。

記憶體變量的布局（Layout in Memory）

Solidity預留了3個32位元組大小的槽位：

• 0-64：哈希方法的暫存空間(scratch space)
• 64-96：目前已配置設定記憶體大小(也稱空閑記憶體指針(free memory pointer))

暫存空間可在語句之間使用（如在内聯編譯時使用）

Solidity總是在空閑記憶體指針所在位置建立一個新對象，且對應的記憶體永遠不會被釋放(也許未來會改變這種做法)。

有一些在Solidity中的操作需要超過64位元組的臨時空間，這樣就會超過預留的暫存空間。他們就将會配置設定到空閑記憶體指針所在的地方，但由于他們自身的特點，生命周期相對較短，且指針本身不能更新，記憶體也許會，也許不會被清零(zerod out)。是以，大家不應該認為空閑的記憶體一定已經是清零(zeroed out)的。

狀态變量的存儲模型(Layout of State Variables in Storage)

大小固定的變量（除了映射，變長數組以外的所有類型）在存儲(storage)中是依次連續從位置0開始排列的。如果多個變量占用的大小少于32位元組，會盡可能的打包到單個storage槽位裡，具體規則如下：

· 在storage槽中第一項是按低位對齊存儲（lower-order aligned）（譯者注：意味着是大端序了，因為是按書寫順序。）。

· 基本類型存儲時僅占用其實際需要的位元組。

· 如果基本類型不能放入某個槽位餘下的空間，它将被放入下一個槽位。

· 結構體和數組總是使用一個全新的槽位，并占用整個槽(但在結構體内或數組内的每個項仍遵從上述規則)

優化建議

當使用的元素占用少于32位元組，你的合約的gas使用也許更高。這是因為EVM每次操作32位元組。是以，如果元素比這小，EVM需要更多操作來從32位元組減少到需要的大小。

因為編譯器會将多個元素打包到一個storage槽位，這樣就可以将多次讀或寫組合進一次操作中，隻有在這時，通過縮減變量大小來優化存儲結構才有意義。當操作函數參數和memory的變量時，因為編譯器不會這樣優化，是以沒有上述的意義。

最後，為了友善EVM進行優化，嘗試有意識排序storage的變量和結構體的成員，進而讓他們能打包得更緊密。比如，按這樣的順序定義，uint128, uint128, uint256，而不是uint128, uint256, uint128。因為後一種會占用三個槽位。

非固定大小

結構體和數組裡的元素按它們給定的順序存儲。

由于它們不可預知的大小。映射和變長數組類型，使用Keccak-256哈希運算來找真正資料存儲的起始位置。這些起始位置往往是完整的堆棧槽。

映射和動态數組根據上述規則在位置p占用一個未滿的槽位(對映射裡嵌套映射，數組中嵌套數組的情況則遞歸應用上述規則)。對一個動态數組，位置p這個槽位存儲數組的元素個數(位元組數組和字元串例外，見下文)。而對于映射，這個槽位沒有填充任何資料(但這是必要的，因為兩個挨着的映射将會得到不同的哈希值)。數組的原始資料位置是keccak256(p)；而映射類型的某個鍵k，它的資料存儲位置則是keccak256(k . p)，其中的.表示連接配接符号。如果定位到的值以是一個非基本類型，則繼續運用上述規則，是基于keccak256(k . p)的新的偏移offset。

bytes和string占用的位元組大小如果足夠小，會把其自身長度和原始資料存在目前的槽位。具體來說，如果資料最多31位長，高位存資料(左對齊)，低位存儲長度lenght * 2。如果再長一點，主槽位就隻存lenght * 2 + 1。原始資料按普通規則存儲在keccak256(slot)

是以對于接下來的代碼片段：

pragma solidity ^0.4.4;

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

按上面的代碼來看，結構體從位置0開始，這裡定義了一個結構體，但并沒有對應的結構體變量，故不占用空間。uint x實際是uint256，單個占32位元組，占用槽位0，是以映射data将從槽位1開始。

data[4][9].b的位置在keccak256(uint256(9) . keccak256(uint256(4) . uint256(1))) + 1

有人在這裡嘗試直接讀取區塊鍊的存儲值，https://github.com/ethereum/solidity/issues/1550

參考内容：https://open.juzix.net/doc

智能合約開發教程視訊：區塊鍊系列視訊課程之智能合約簡介