使用存储指针代替内存

分析

在 Solidity 中，存储指针是指向合约存储位置的变量。它们与 C/C++ 等语言中的指针并不完全相同。了解如何有效地使用存储指针有助于避免不必要的存储读取，并执行节省 gas 的存储更新。以下示例展示了存储指针的用途。

contract UnPointer {
    struct User {
        uint256 id;
        string name;
        uint256 lastSeen;
    }

    constructor() {
        users[0] = User(0, "John Doe", block.timestamp);
    }

    mapping(uint256 => User) public users;

    function calls(uint256 *_id*) public view returns (uint256) {
        User memory _user = users[_id];
        uint256 lastSeen = block.timestamp - _user.lastSeen;
        return lastSeen;
    }
}

上面我们有一个函数，它返回用户在给定索引处的最后上线时间。它获取 lastSeen 值，并从当前 block.timestamp 中减去该值。然后，我们将整个结构体复制到内存中，并获取 lastSeen 值，用于计算秒前的最后上线时间。这种方法效果很好，但效率不高，因为我们将整个结构体从存储复制到内存中，包括我们不需要的变量。如果能有一种方法可以只从 lastSeen 存储槽读取数据（无需汇编），那就更好了。这时，存储指针就派上用场了。

// This results in approximately 5,000 gas savings compared to the previous version.
contract Pointer {
    struct User {
        uint256 id;
        string name;
        uint256 lastSeen;
    }

    constructor() {
        users[0] = User(0, "John Doe", block.timestamp);
    }

    mapping(uint256 => User) public users;

    function calls(uint256 *_id*) public view returns (uint256) {
        User storage _user = users[_id]; 
        uint256 lastSeen = block.timestamp - _user.lastSeen;
        return lastSeen;
    }
}

这里唯一的变化是将内存改为存储，而我们被告知任何存储都是昂贵的，应该避免？在这里，我们将users[_id]的存储指针存储在堆栈上的固定大小变量中（结构体的指针基本上是结构体开头的存储槽，在本例中，这将是的存储槽user[_id].id）。由于存储指针是惰性的（意味着它们只在被调用或引用时才起作用（读或写）。接下来，我们只访问结构体的 lastSeen 键。这样，我们只需进行一次存储加载，然后将其存储在堆栈上，而不是进多次存储加载和内存存储，然后再从内存中取出一小块到堆栈上。

测试

文件位置：

src/storage/Pointer.sol
test/storage/Pointer.t.sol

测试结果：

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

使用存储指针代替内存图示

总结

识别：检查您的合约函数，特别是那些对数组或映射中的特定元素有多个引用的函数。
修改：在函数开始时，获取一次存储引用并将其存储在本地存储类型变量中。
重构：用本地存储类型变量替换所有后续访问。

对应源码

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。

使用 SSTORE2 或 SSTORE3 存储大量数据使用 Calldata 替换 Memory