智慧合約基礎語言（五）：Solidity變數型別:引用型別

☛資料位置

☛陣列

☛結構體

不同於之前值型別，引用型別佔的空間更大，超過256位元組，因為拷貝它們佔用更多的空間。由此我們需要考慮將它們儲存在什麼位置?記憶體（memory，資料不是永久存在的）或儲存(storage，資料永久的儲存在資料塊上)

2.1 資料位置分類

▪memory

▪storage

▪calldata

▪stack

2.1.1 memory

儲存位置同我們普通程式的記憶體類似。即分配，即使用，越過作用域即不可被訪問，等待被回收。

2.1.2 storage

資料將永遠存在於區塊鏈上。

2.1.3 calldata

一般只有外部函式的引數（不包括返回引數）被強制指定為calldata。這種資料位置是隻讀的，不會持久化到區塊鏈。

2.1.4 語法格式

1. 棧實際是記憶體中的一個數據結構，每個棧元素佔256位，棧的最大深度位1024；

2. 值型別的區域性變數儲存在棧中；

3. 在棧中儲存一個很小的區域性變數，gas開銷最小，幾乎免費使用，但是數量有限。

基於程式的上下文，大多數時候資料位置的選擇是預設的，我們可以通過在變數名前宣告memory還是storage來定義該變數的資料位置。

2.2 資料位置預設規則

▪ 函式引數、函式返回引數預設為memory

▪ 區域性變數（作用域為區域性）以及狀態變數（作用域為全域性）預設storage型別。

2.3 強制的資料位置

▪ 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。

▪ 值型別的區域性變數是儲存在棧上。

2.4 不同資料位置變數間相互賦值

2.4.1 storage

當我們把一個storage型別的變數賦值給另一個storage時，只是修改了它的指標（引用傳遞）。

在上面的程式碼中，我們將傳入的storage變數，賦值給另一個臨時的storage型別的tmp時，並修改tmp.a = "Test"，最後我們發現合約的狀態變數s也被修改了。

2.4.2 memory給storage賦值

因為區域性變數和狀態變數的型別都可能是storage。所以我們要分開來說這兩種情況。

☞ 2.4.2.1 memory賦值給狀態變數

將一個memory型別的變數賦值給一個狀態變數時，實際是將記憶體變數拷貝到儲存中。

通過上例，我們發現，在memoryToState()中，我們把tmp賦值給s後，再修改tmp值，並不能產生任何變化。賦值時，完成了值拷貝，後續他們不再有任何的關係。

☞ 2.4.2.2 memory賦值給狀態變數

由於在區塊鏈中，storage必須是靜態分配儲存空間的。區域性變數雖然是一個storage的，但它僅僅是一個storage型別的指標。如果進行這樣的賦值，實際會產生一個錯誤。

通過上面的程式碼，我們可以看到這樣的賦值的確不被允許。你可以通過將變數tmp改為memory來完成這樣的賦值。

2.4.3 storage轉為memory

將storage轉為memory，實際是將資料從storage拷貝到memory中。

在上面的例子中，我們看到，拷貝後對tmp變數的修改，完全不會影響到原來的storage變數。

2.4.4 memory轉為memory

memory之間是引用傳遞，並不會拷貝資料。我們來看看下面的程式碼。

在上面的程式碼中，memoryToMemory()傳遞進來了一個memory型別的變數，在函式內將之賦值給tmp，修改tmp的值，發現外部的memory也被改為了other memory。

注意：

1. 對於值型別，總是會進行拷貝

2. 不能將memory的函式引數賦值給storage區域性變數

3. 不能通過引用銷燬storage

2.5 例項

2.6 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. 大概5000~20000。

▪ memory 僅儲存臨時變數，函式呼叫之後釋放，開銷很小。

▪ calldata 和memory差不多。

▪ stack 儲存很小的區域性變數，幾乎免費使用，但有數量限制 具體gas消耗值請參考http://yellowpaper.io/。

陣列在所有的語言當中都是一種常見型別。在Solidity中，可以支援編譯期定長陣列和變長陣列。一個型別為T，長度為k的陣列，可以宣告為T[k]，而一個變長的陣列則宣告為T[]。

3.1 使用字面量建立陣列

建立陣列時，我們可以使用字面量，隱式建立一個定長陣列。

通過上面的程式碼，我們可以發現。

首先元素型別是剛好能儲存的元素的型別，比如程式碼裡的[1, 2, 3]，只需要uint8即可儲存。但由於我們宣告的變數是uint（預設的uint表示的其實是uint256），所以要使用uint(1)來進行顯式的型別轉換。

其次，字面量方式宣告的陣列是定長的，且實際長度要與宣告的相匹配，否則編譯器會報錯

Type string memory[1] memory is not implicitly convertible to expected type string memory[2] memory。

3.2 使用new關鍵字建立陣列

對於變長陣列，在初始化分配空間前不可使用，可以通過new關鍵字來初始化一個數組。

我們聲明瞭一個storage的stateVar，和一個memory的memVar。它們不能在使用new關鍵字初始化前使用下標方式訪問，會報錯VM Exception: invalid opcode。可以根據情況使用如例子中的new uint;來進行初始化。

3.3 陣列屬性

3.3.1 length屬性

陣列有一個length屬性，表示當前的陣列長度。對於storage的變長陣列，可以通過給length賦值調整陣列長度。

在上面這個例子中，我們可以看到，通過stateVar.length++語句對陣列長度進行自增，我們就得到了一個不斷變長的陣列。 還可以使用後面提到的push()方法，來隱式的調整陣列長度。

3.4 陣列函式

變長的storage陣列和bytes（不包括string）有一個push()函式。可以將一個新元素附加到陣列末端，返回值為當前長度。push函式支援陣列的初始化。

3.5 memory陣列

對於memory的變長陣列，不支援修改length屬性，來調整陣列大小。memory的變長陣列雖然可以通過引數靈活指定大小，但一旦建立，大小不可調整。

如果狀態變數的型別為陣列，也可以標記為public型別，從而讓Solidity建立一個訪問器。(public型別的狀態變數都有預設的訪問器)訪問器對於外界使用者表現為一個函式, 因此可以通過呼叫函式的方式訪問某些值。 另外在remix中表現為一個可以點選的按鈕, 可以獲取對應的public型別的值。

如上面的合約在Remix執行後，需要我們填入的是一個要訪問序號的數字，來訪問具體某個元素。

3.6 多維陣列

我們要建立一個長度為5的陣列，每個元素又是一個變長uint陣列，將被宣告為uint[][5]。 反之, 假如要建立一個變長陣列， 每個元素又是一個長度是5的陣列, 將被宣告為uint[5][]，比如下邊的例子:

在上面的程式碼中，我們聲明瞭一個二維陣列，它是一個變長的陣列，裡面的每個元素是一個長度為2的陣列。要訪問這個陣列flags，第一個下標為變長陣列的序號，第二個下標為長度為2的陣列序號。

3.7 bytes與string

bytes和string是一種特殊的陣列。

由於bytes與string，可以自由轉換，你可以將字串s通過bytes(s)轉為一個bytes。可以以這種方式獲得字串長度，以及獲取字元中字元的UTF-8編碼。

結構體，Solidity中的自定義型別。我們可以使用Solidity的關鍵字struct來進行自定義。結構體內可以包含字串，整型等基本資料型別，以及陣列，對映，結構體等複雜型別。陣列，對映，結構體也支援自定義的結構體。我們來看一個自定義結構體的定義：

在上面的程式碼中，我們定義了一個簡單的結構體Student，它包含一些基本的資料型別。另外我們還定義了一個稍微複雜一點的結構體Class，它包含了其它結構體Student，以及陣列，對映等型別。

陣列型別的students和對映型別的index的宣告中還使用了結構體。

4.1 結構體定義的限制

我們不能在結構中定義一個自己作為型別，這樣限制原因是，自定義型別的大小不允許是無限的。我們來看看下述的程式碼：

在上面的程式碼中，我們嘗試在A型別中定義一個A a;，將會報錯Error: Recursive struct definition.。雖然如此，但我們仍然能在型別內用陣列，對映來引用當前定義的型別，如變數mappingMemberOfOwn，arrayMemberOfOwn所示。

4.2 初始化

4.2.1 直接初始化

如果我們宣告的自定義型別為A，我們可以使用A(變數1,變數2, ...)的方式來完成初始化。來看下面的程式碼：

上面的程式碼中，我們按定義依次填入值，即可完成了初始化。需要注意的是，引數要與定義的數量匹配。當你填的引數與預計初始化的引數不一致時，會提示Error: Wrong argument count for function call: 2 arguments given but expected 3. Members that have to be skipped in memory: map。另外，在初始化時，需要忽略對映型別，後面有具體說明。

4.2.2 命名初始化

還可以使用類似JavaScript的命名引數初始化的方式，通過傳入引數名和對應值的物件。這樣做的好處在於可以不按定義的順序傳入值。我們來看看下面的例子：

上面的例子中，通過在引數物件中，指定鍵為對應的引數名，值為你想要初化的值，我們即完成了初始化。同樣需要注意的是，引數要與定義的個數一致，否則會報類似這樣的錯誤Error: Wrong argument count for function call: 2 arguments given but expected 3. Members that have to be skipped in memory: map。另外，在初始化時，需要忽略對映型別，後面有具體說明。

4.2.3 結構體中對映的初始化

由於對映是一種特殊的資料結構，所以你可能只能在storage變數中使用它。

上面的例子中，我們定義的了一個storage的狀態變數storageVar，完成了對映型別的儲存空間分配。然後我們就能對對映型別賦值了。

如果你嘗試對memory的對映型別賦值，會報錯Error: Member "map" is not available in struct StructMappingInitial.A memory outside of storage.。

4.3 結構體的可見性

關於可見性，當前只支援internal的，後續不排除放開這個限制。

4.3.1 繼承中使用

結構體由於是不對外可見的，所以你只可以在當前合約，或合約的子類中使用。包含自定義結構體的函式均需要宣告為internal的。

在上面的程式碼中，我們聲明瞭f(S s)，由於它包含了struct的S，所以不對外可見，需要標記為internal。你可以在當前類中使用它，如f1()所示，你還可以在子類中使用函式和結構體，如B合約的g()方法所示。

4.3.2 跨合約的臨時解決方案

結構體，由於是動態內容。當前不支援在多個合約間互用，目前一種臨時的方案如下：

在上面的例子中，我們手動將要返回的結構體拆解為基本型別進行了返回。

Solidity預留了3個32位元組大小的槽位(儲存空間)：

▪ 0-64：雜湊方法的暫存空間(scratch space)

▪ 64-96：當前已分配記憶體大小(也稱空閒記憶體指標(free memory pointer))

注: 暫存空間是2個32位元組大小，作為一個整體單元。

暫存空間可在語句之間使用（如在內聯編譯時使用）

Solidity總是在空閒記憶體指標所在位置建立一個新物件，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。他們就將會分配到空閒記憶體指標所在的地方，但由於他們自身的特點，生命週期相對較短，且指標本身不能更新，記憶體也許會，也許不會被清零(zerod out)。因此，大家不應該認為空閒的記憶體一定已經是清零(zeroed out)的。

大小固定的變數（除了對映，變長陣列以外的所有型別）在儲存(storage)中是依次連續從位置0開始排列的。如果多個變數佔用的大小少於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儲存（lower-order aligned) 。

▪ 基本型別儲存時僅佔用其實際需要的位元組。

▪ 如果基本型別不能放入某個槽位餘下的空間，它將被放入下一個槽位。

▪ 結構體和陣列總是使用一個全新的槽位，並佔用整個槽(但在結構體內或陣列內的每個項仍遵從上述規則)。

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