BSP:深入Solidity数据存储位置——Storage

这是深入 Solidity 数据存储位置系列的另一篇。在今天的文章中，我们将更详细地介绍 EVM 中的一个重要数据位置：存储（Storage）。

我们将看到合约存储的布局是如何工作的，storage引用。我们还将使用OpenZeppelin和Compound中的一些合约来学习storage引用在实践中如何工作，同时顺便学习这些流行合约和协议背后的 Solidity 代码。

存储器的基础知识

与存储交互

函数参数中的存储指针

函数体中的存储指针

读取存储的成本。

结论

了解以太坊和基于 EVM 的链中的存储模型对于良好的智能合约开发至关重要。

你可以在智能合约上永久地存储数据，以便将来执行时可以访问它。每个智能合约都在自己的永久存储中保持其状态。它就像*"智能合约的迷你数据库 "*，但与其他数据库不同，这个数据库是可以公开访问的。所有存储在智能合约存储器中的值可供外部免费读取（通过静态调用），无需向区块链发送交易。

然而，向存储空间写入是相当昂贵的。事实上，就 Gas 成本而言，它是 EVM 中最昂贵的操作。存储的内容可以通过sendTransaction调用来改变。这种调用会改变状态。这就是为什么合约变量被称为状态变量的原因。

需要记住的一件事是，在以太坊和 EVM 的设计中，一个合约既不能读也不能写非自身定义的任何存储。合约 A 可以从另一个合约 B 的存储中读取或写入的唯一方法是当合约 B 暴露出使其能够这样做的函数。

智能合约的存储是一个持久的可读可写的数据位置。意思是说，如果数据在一次交易中被写入合约存储，一旦交易完成，它就会持久存在。在这个交易之后，读取合约存储将检索到之前这个交易所写入/更新的数据。

每个合约都有自己的存储，可以用以下规则来描述和绑定：

持有状态变量

在交易和函数调用之间持久存在

读取是免费的，但写入是昂贵的

合约存储在合约构建期间被预先分配。

驻留在存储中的变量在 Solidity 中被称为状态变量。

你应该记住关于合约存储的唯一事情是：

存储是持久保存和昂贵的!

将数据保存到存储中是 EVM 中需要最多的 Gas 的操作之一。

写入存储的实际成本是多少？

成本并不总是相同的，计算写入存储的 Gas 是相当复杂的公式，尤其是在最新的以太坊 2

}在上面的合约中，只有一个架子（=一个槽）。EVM 从 "0 号架子 "上加载变量，并将其卸载（到堆栈上）以呈现给你。

Solidity 的主要开发者chriseth这样描述合约的存储:

"你可以把存储看作是一个具有虚拟结构的大数组......一个在运行时不能改变的结构--它是由你合约中的状态变量决定的"。

从上面的例子中，我们可以看到，Solidity 为你合约中的每一个定义的状态变量分配了一个存储槽。对于静态大小的状态变量，存储槽是连续分配的，从 0 号槽开始，按照定义状态变量的顺序。

Chriseth 在这里的意思是: "存储不能在函数调用中创建"。事实上，如果必须是永久存在，通过调用函数来创建新的存储变量，也没有什么意义（不过，映射的情况略有不同）。

智能合约的存储是在合约构建过程中（在合约被部署时）预置的。这意味着合约存储的布局在合约创建时就已经确定了。该布局是基于你的合约级变量声明而 "成型 "的，并且这种布局不能被未来的方法调用所改变。

让我们用solc命令行工具看看上一个合约的实际存储布局，如果你运行下面的命令。

solc contracts/Owner

所有静态大小的变量都是按照它们被定义的顺序依次放入存储槽的。

记住：每个存储槽最多可以容纳 32 字节长的值。

全国政协原副主席陈元：深入推进区块链创新发展 积小胜为大胜:金色财经现场报道，2020年8月14日，全球区块链创新发展大会于江西赣州开幕，会上全国政协原副主席、国家开发银行董事长陈元致辞表示，赣州抢抓区块链技术发展机遇，是一件非常有意义的事情，是前景光明的新方向。目前区块链已经广泛运用在多个领域，希望赣州和各界持续贯彻区块链发展精神，深入推进区块链创新发展，积小胜为大胜。[2020/8/14]

在我们上面的例子中，a和b是 32 字节长（因为它们的类型是uin256）。因此，它们被分配了自己的存储槽。

在我们之前的例子中没有什么特别之处。但是现在让我们考虑这样的情况：你有几个不同大小的 uint 变量，如下所示：

我们已经写了两个基本的函数来读取低级别的合约存储槽。看一下输出，我们得到以下结果：

Solidity 文档中指出：

"如果可能的话，少于 32 字节的多个连续项目会被打包到一个存储槽中...。

存储槽中的第一个项目被低阶对齐存储

因此，当变量小于 32 字节时，Solidity 尝试将一个以上的变量打包到一个存储槽中，如果它们能被容纳的话。因此，一个存储槽可以容纳一个以上的状态变量。

如果一个基本类型不适合存储槽的剩余空间，它将被移到下一个存储槽。对于以下 Solidity 合约。

pragma solidity ^0

它的存储布局会是这样的：

在存储槽 0 处读取 1 个值

读取存储槽 1 的数值.

读取存储槽 2 的值

让我们看一个更具体的例子，一个流行的 Defi 协议: Aave。

例子: Aave Pool

}这就是 solidity 在幕后所做的事情。当通过 getter 函数读取状态变量时，它将自动使用SLOAD操作码。例如，ERC20 中流行的name()或symbol()函数。这些函数除了返回状态变量外，不做其他事情。请看下面来自 OpenZeppelin 的屏幕截图。

来源：OpenZeppelin Github 代码库，ERC20

}让我们继续之前的例子，即 OpenZeppelin 的 ERC20 代币。如果我们部署 ERC20 代币合约并使用 Remix 调试constructor，我们将得到以下操作代码：

在 Remix 上试试，在部署 ERC20 代币后调试交易。

这条推文很好地描述了操作码SSTORE在 geth 客户端的作用。

solc 编译器的错误报告（截图取自 Remix）

Yul 中存储指针的偏移量的值是多少呢？在函数体中，一些变量可以是存储指针/存储引用。例如，这包括struct、array和mapping。对于这样的变量，在 Yul 中.offset总是为零，因为这样的变量总是占据了一个完整的存储槽，不能与其他变量紧密地挤在一起存储。

智能合约的存储空间，无论是初始化还是修改里面的数据，都要付出高昂的代价。虽然从合约存储中读取数据是免费的，但如果这些读取操作是改变状态的交易的一部分，我们还是应该考虑到向智能合约的存储读取时的 Gas 成本。

由于对存储的操作有很高的 Gas 成本，Solidity 文档中指出了一个重要的考虑。

应该将你存储在持久性存储中的内容减少到合约运行所需的程度。

建议尽可能地将某些数据存储在合约存储之外，以减少相关的 Gas 成本。

深入以太坊 , Part 2

Solidity 文档：状态变量在储存中的布局 g

openzeppelin-contracts/StorageSlot.sol

Solidity 中的数据表示

了解以太坊智能合约的存储

解剖智能合约的结构--功能、数据和变量

译文出自：登链翻译计划 译者：翻译小组 校对：Tiny 熊

本翻译由 Duet Protocol 赞助支持。

原文链接： https://betterprogramming.pub/all-about-solidity-data-locations-part-i-storage-e50604bfc1ad

登链翻译计划: https://github.com/lbc-team/Pioneer

翻译小组: https://learnblockchain.cn/people/412

Tiny 熊: https://learnblockchain.cn/people/15

深入Solidity数据存储位置: https://learnblockchain.cn/article/4864

OpenZeppelin: https://docs.openzeppelin.com/

Compound: https://compound.finance/docs

OpenZeppelin在他们的深入 EVM 第二部分文章中: https://blog.openzeppelin.com/ethereum-in-depth-part-2-6339cf6bddb9/

在他的文章中，Steve Marx: https://programtheblockchain.com/posts/2018/03/09/understanding-ethereum-smart-contract-storage/

Solidity文档: https://learnblockchain.cn/docs/solidity/internals/layout_in_storage.html

Pool: https://docs.aave.com/developers/core-contracts/pool

来源：Aave v3 Protocol, Pool.sol: https://github.com/aave/aave-v3-core/blob/master/contracts/protocol/pool/Pool.sol

来源：Aave v3, PoolStorage.sol: https://github.com/aave/aave-v3-core/blob/master/contracts/protocol/pool/PoolStorage.sol

来源：OpenZeppelin Github代码库，ERC20.sol: https://github.com/OpenZeppelin/openzeppelin-contracts/blob/master/contracts/token/ERC20/ERC20.sol

在Remix上试试: https://remix.ethereum.org/?#code=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&optimize=false&runs=200&evmVersion=null&version=soljson-v0.8.7+commit.e28d00a7.js

faheel from Twitter.: https://twitter.com/721Orbit/status/1511961744238948356?s=20&t=KDGCQ4OwQ47e2NACgQ8WWg

来源：OpenZeppelin Github资源库中的Timer.sol: https://github.com/OpenZeppelin/openzeppelin-contracts/blob/master/contracts/utils/Timers.sol

Uniswap: https://github.com/Uniswap/governance/blob/master/contracts/GovernorAlpha.sol

Indexed Finance: https://github.com/indexed-finance/governance/blob/master/contracts/governance/GovernorAlpha.sol

应该将你存储在持久性存储中的内容减少到合约运行所需的程度: https://learnblockchain.cn/docs/solidity/introduction-to-smart-contracts.html#index-10

深入以太坊 , Part 2: https://blog.openzeppelin.com/ethereum-in-depth-part-2-6339cf6bddb9/

Solidity 文档：状态变量在储存中的布局g: https://learnblockchain.cn/docs/solidity/internals/layout_in_storage.html

openzeppelin-contracts/StorageSlot.sol: https://github.com/OpenZeppelin/openzeppelin-contracts/blob/master/contracts/utils/StorageSlot.sol

Solidity中的数据表示: https://ethdebug.github.io/solidity-279"     src="https://img.jinse.cn/5363788_image3.png"   >

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