使用位图替换大量 bool

分析

这是一种常见的模式，尤其是在空投中，在领取空投或 NFT 铸币时将地址标记为“已使用”。然而，由于存储此信息仅需 1 位，而每个存储槽有 256 位，这意味着一个存储槽可以存储 256 个标志/布尔值。

BitMaps（位图）是一种使用位（bit）来存储布尔值（true/false）的数据结构，在以太坊智能合约中常用于批量标记、授权、白名单等场景。它相较于常规的 mapping(uint256 => bool) 结构，有以下优势，尤其体现在 gas 成本的优化上。

1. 存储层面的优势

• 节省存储空间

  • mapping(uint256 => bool) 每个布尔值都单独占用一个存储槽（slot），即 256 位（32 字节）。

  • BitMaps 则可以把 256 个布尔值压缩在同一个存储槽（slot）中。每个位代表一个布尔值。

2. 其它优势

• 批量操作：可以用位运算一次性处理一组标志，提升效率。

• 可组合性：适合大规模布尔集合，如 NFT 空投/资格列表等。

测试

文件位置：

src/storage/BitMaps.sol
test/storage/BitMaps.t.sol

测试结果：

forge test --gas-report --mt test_bitmap_ -vvv --optimize

Gas 成本对比，批量标记 10 个 NFT 已被领取。

A. 传统 mapping 方案

mapping(uint256 => bool) public claimed;
function batchClaim(uint256[] memory ids) public {
    for (uint i = 0; i < ids.length; i++) {
        require(!claimed[ids[i]], "Already claimed");
        claimed[ids[i]] = true;
    }
 }

• 每次 claimed[ids[i]] = true; 都会单独写入一个 slot，10 次就是 10 个 slot。

• 写入新 slot 的 gas：~20,000 gas/slot（首次写入）。

B. BitMaps 方案

使用 OpenZeppelin BitMaps 库：

import "@openzeppelin/contracts/utils/structs/BitMaps.sol";
BitMaps.BitMap private claimed;
function batchClaim(uint256[] memory ids) public {
    for (uint i = 0; i < ids.length; i++) {
        require(!BitMaps.get(claimed, ids[i]), "Already claimed");
        BitMaps.set(claimed, ids[i]);
    }
 }

• 10 个 id 实际中，可能只涉及 1个 slot（如果 id 连续）。

• 每修改一个 slot 只产生一次 SSTORE，极大减少 gas 消耗。

实际 gas 取决于 id 分布，但 BitMaps 优势明显。

总结

BitMaps 通过将布尔数组压缩进单一存储槽，极大地减少了 SSTORE 次数，从而降低了写入 gas 成本。适用于大规模、稠密的布尔型状态管理场景，是智能合约 gas 优化的重要技术之一。

对应源码

• src/storage/BitMaps.sol
• test/storage/BitMaps.t.sol

本文配套代码固定到提交 8960383；Gas 数据会随编译器、优化器参数和 EVM 版本变化。