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c++ 数组引用_在 Solidity中使用值数组以降低 gas 消耗

發布時間：2024/1/23 c/c++ 34 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 c++ 数组引用_在 Solidity中使用值数组以降低 gas 消耗小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

背景

我們Datona Labs在開發和測試Solidity數據訪問合約(S-DAC：Smart-Data-Access-Contract)模板過程中，經常需要使用只有很小數值的小數組(數組元素個數少)。在本示例中，研究了使用值數組(Value Array)是否比引用數組(Reference Array)更高效。

討論

Solidity支持內存(memory)中的分配數組，這些數組會很浪費空間(參考文檔^[1])，而存儲(storage)中的數組則會消耗大量的gas來分配和訪問存儲。但是Solidity所運行的以太坊虛擬機(EVM)^[2]有一個256位(32字節)機器字長。正是后一個特性使我們能夠考慮使用值數組(Value Array)。在機器字長的語言中，例如32位(4字節)，值數組(Value Array)不太可能實用。

我們可以使用值數組(Value Array)減少存儲空間和gas消耗嗎？

譯者注：機器字長是指每一個指令處理的數據長度。

比較值數組與引用數組

引用數組(Reference Array)

在 Solidity 中，數組通常是引用類型。這意味著每當在程序中遇到變量符號時，都會使用指向數組的指針，不過也有一些例外情況會生成一個拷貝(參考文檔-引用類型^[3])。在以下代碼中，將10個元素的 8位uint ?users 的數組傳遞給setUser函數，該函數設置users數組中的一個元素：

contract TestReferenceArray { function test() public pure { uint8[10] memory users; setUser(users, 5, 123); require(users[5] == 123); } function setUser(uint8[10] memory users, uint index, uint8 ev) public pure { users[index] = ev; }}

函數返回后，users數組元素將被更改。

值數組(Value Arrays)

值數組是以值類型^[4]保存的數組。這意味著在程序中遇到變量符號，就會使用其值。

contract TestValueArray { function test() public pure { uint users; users = setUser(users, 5, 12345); require(users == ...); } function setUser(uint users, uint index, uint ev) public pure returns (uint) { return ...; }}

請注意，在函數返回之后，函數的users參數將保持不變，因為它是通過值傳遞的，為了獲得更改后的值，需要將函數返回值賦值給users變量。

Solidity bytes32 值數組

Solidity 在 bytesX(X=1..32)類型中提供了一個部分值數組。這些字節元素可以使用數組方式訪問單獨讀取，例如：

... bytes32 bs = "hello"; byte b = bs[0]; require(bs[0] == 'h'); ...

但不幸的是，在Solidity 目前的版本^[5]中，我們無法使用數組訪問方式寫入某個字節：

... bytes32 bs = "hello"; bs[0] = 'c'; // 不可以實現 ...

讓我們使用Solidity的 using for^[6] 導入庫的方式為bytes32類型添加新能力：

library bytes32lib { uint constant bits = 8; uint constant elements = 32; function set(bytes32 va, uint index, byte ev) internal pure returns (bytes32) { require(index < elements); index = (elements - 1 - index) * bits; return bytes32((uint(va) & ~(0x0FF << index)) | (uint(uint8(ev)) << index)); }}

這個庫提供了set()函數，它允許調用者將bytes32變量中的任何字節設置為想要的字節值。根據你的需求，你可能希望為你使用的其他bytesX類型生成類似的庫。

測試一把

讓我們導入該庫并測試它：

import "bytes32lib.sol";contract TestBytes32 { using bytes32lib for bytes32; function test1() public pure { bytes32 va = "hello"; require(va[0] == 'h'); // 類似 va[0] = 'c'; 的功能 va = va.set(0, 'c'); require(va[0] == 'c'); }}

在這里，你可以清楚地看到set()函數的返回值被分配回參數變量。如果缺少賦值，則變量將保持不變，require()就是來驗證它。

可能的固定長度值數組

在Solidity機器字長為256位(32字節)，我們可以考慮以下可能的值數組。

固定長度值數組

這些是以些Solidity可用整型^[7]匹配的固定長度的值數組：

固定長度值數組類型類型名描述uint128[2] uint128a2 2個128位元素的值數組uint64[4] uint64a4 4個64位元素的值數組uint32[8] uint32a8 8個32位元素的值數組uint16[16] uint16a16 16個16位元素的值數組uint8[32] uint8a32 32個8位元素的值數組

128位元素: 意思是一個元素占用128位空間

我建議使用如上所示的類型名，這在本文中都會用到，但是你可能會找到一個更好的命名約定。

還有更多固定長度值數組

還有更多可能的值數組。以上是最有效的值數組類型，因為它們有效地映射到EVM字長中的位。在上面的值數組類型中，X表示元素所占用的位數。

還有按位移位技術的在算術編碼中使用乘法和除法，但這超出了本文的范圍，可以參考這里^[8]

固定長度值數組實現

下面是一個有用的可導入庫文件，為值數組類型uint8a32提供get和set函數：

// uint8a32.sollibrary uint8a32 { // 等效于 uint8[32] uint constant bits = 8; uint constant elements = 32; // 確保 bits * elements <= 256 uint constant range = 1 << bits; uint constant max = range - 1; // get 函數 function get(uint va, uint index) internal pure returns (uint) { require(index < elements); return (va >> (bits * index)) & max; } // set 函數 function set(uint va, uint index, uint ev) internal pure returns (uint) { require(index < elements); require(value < range); index *= bits; return (va & ~(max << index)) | (ev << index); }}

get()函數只是根據index參數從值數組中返回適當的值。set()函數將刪除現有值，然后根據index參數將給定值設置到返回值里。

可以推斷出，只需復制上面給出的uint8a32庫代碼，然后更改bits和elements常量，即可用于其他uintXaY值數組類型。

Solidity庫合約中無法存儲變量^[9]。

測試一把

讓我們測試一下上面的示例庫代碼：

import "uint8a32.sol";contract TestUint8a32 { using uint8a32 for uint; function test1() public { uint va; va = va.set(0, 0x12); require(va.get(0) == 0x12, "va[0] not 0x12"); va = va.set(1, 0x34); require(va.get(1) == 0x34, "va[1] not 0x34"); va = va.set(31, 0xF7); require(va.get(31) == 0xF7, "va[31] not 0xF7"); }}

通過編譯器的using for 指令，因此可以在變量上直接使用. 語法來調用set()函數。但是在你的智能合約需要多種不同的值數組類型的情況下，由于名稱空間沖突(或者需要每種類型使用各自特定名稱的函數)，這需要使用顯式庫名點表示法來訪問函數：

import "uint8a32.sol";import "uint16a16.sol";contract MyContract { uint users; // uint8a32 uint roles; // uint16a16 ... function setUser(uint n, uint user) private { // 想實現的是: users = users.set(n, user); users = uint8a32.set(users, n, user); } function setRole(uint n, uint role) private { // 想實現的是: roles = roles.set(n, role); roles = uint16a16.set(roles, n, role); } ...}

還需要小心在正確的變量上使用正確的值數組類型。

這是相同的代碼，但為了闡述該問題，變量名稱包含了數據類型：

import "uint8a32.sol";import "uint16a16.sol";contract MyContract { uint users_u8a32; uint roles_u16a16; ... function setUser(uint n, uint user) private { users_u8a32 = uint8a32.set(users_u8a32, n, user); } function setRole(uint n, uint role) private { roles_u16a16 = uint16a16.set(roles_u16a16, n, role); } ...}

避免賦值

如果我們提供一個使用1個元素的數組的函數，則實際上有可能避免使用set()函數的返回值賦值。但是，由于此技術使用更多的內存，代碼和復雜性，因此抵消了使用值數組的可能優勢。

Gas 消耗對比

編寫了庫和合約后，我們使用在此文^[10]中介紹的技術測量了gas消耗。結果如下：

bytes32 值數組

1_1rFIufB3Y9e6txiTnDpoKQ

在內存和存儲上，bytes32的get和set的Gas消耗32個變量

不用奇怪，在內存中gas消耗可以忽略不計，而存儲中，gas消耗是巨大的，尤其是第一次用非零值(大藍色塊)寫入存儲位置時。隨后使用該存儲位置消耗的gas要少得多。

uint8a32 值數組

在這里，我們比較了在EVM內存中使用固定長度的uint8 []數組與uint8a32值數組的情況：

uint8與byte內存上gas 消耗對比

在uint8/byte內存上，gas 消耗對比

令人驚訝的是，uint8a32 值數組消耗的gas只有固定長度數組uint8[32] 的一半左右。而uint8[16]和uint8[4]相應的gas消耗更低。這是因為值數組代碼必須讀取和寫入值才能設置元素值，而uint8[]只需寫入值。

以下是在EVM存儲中比較gas 消耗：

gas 消耗對比

在存款上，gas 消耗的對比

在這里，與使用uint8[Y]相比，每個uint8a32 set() 函數消耗的gas循環少幾百個。uint8 [32]，uint8 [16]和uint8 [4]的gas 消耗量相同，因為它們使用相同數量的EVM存儲空間(一個32字節的插槽)。

uint1a256 值數組

在EVM內存中，固定長度的bool[]數組與uint1a256值數組的gas對比：

gas 對比

bool與1bit 在內存的 gas消耗對比

顯然，bool數組的gas消耗很顯著

相同的比較在EVM存儲中：

1_pqdUNkuGjqJd7UyejQxoIg

bool與1bit 在存儲中的 gas消耗對比

bool [256]和bool [64] 使用2個存儲插槽，因此gas 消耗相似。bool [32]和uint1a256僅使用一個存儲插槽。

作為合約和庫的參數

參數的gas消耗

將bool/1bit參數傳遞給合約或庫的gas消耗

不用奇怪，最大的gas消耗是為合約或庫函數提供數組參數。

使用單個值而不是復制數組顯然會消耗更少的gas。

其他可能性

如果你發現固定長度的值數組很有用，那么你還可以考慮固定長度的多值數組、動態值數組、值隊列、值堆棧等。

結論

我已經提供用于寫入Solidity bytes32變量的代碼，以及用于uintX [Y]值數組的通用庫代碼。

也提出了如固定長度的多值數組，動態值數組，值隊列，值堆棧等其他可能性。

是的，我們可以使用值數組減少存儲空間和gas消耗。

如果你的Solidity智能合約使用較小值的小數組(例如用戶ID，角色等)，則使用值數組可能會消耗更少的gas。

當數組被復制時，例如智能合約或庫參數，值數組將始終消耗少得多的gas。

作者：Julian Goddard^[11]

https://medium.com/coinmonks/value-arrays-in-solidity-32ca65135d5b

參考資料

[1]

文檔: https://learnblockchain.cn/docs/solidity/types.html#arrays

[2]

以太坊虛擬機(EVM): https://learnblockchain.cn/2019/04/09/easy-evm

[3]

文檔-引用類型: https://learnblockchain.cn/docs/solidity/types.html#reference-types

[4]

值類型: https://learnblockchain.cn/docs/solidity/types.html#value-types

[5]

Solidity 目前的版本: https://learnblockchain.cn/docs/solidity/types.html#index-7

[6]

using for: https://learnblockchain.cn/docs/solidity/contracts.html#using-for

[7]

可用整型: https://learnblockchain.cn/docs/solidity/types.html#integers

[8]

這里: https://en.wikipedia.org/wiki/Arithmetic_coding

[9]

無法存儲變量: https://solidity.readthedocs.io/en/latest/contracts.html#libraries

[10]

此文: https://medium.com/coinmonks/gas-cost-of-solidity-library-functions-dbe0cedd4678

[11]

Julian Goddard: https://medium.com/@plaxion?source=post_page-----32ca65135d5b----------------------

譯者：Tiny熊

作者主頁：

https://learnblockchain.cn/people/15

總結

以上是生活随笔為你收集整理的c++ 数组引用_在 Solidity中使用值数组以降低 gas 消耗的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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