智能合约基础语言（五）：Solidity变量类型:引用类型

☛数据位置

☛数组

☛结构体

不同于之前值类型，引用类型占的空间更大，超过256字节，因为拷贝它们占用更多的空间。由此我们需要考虑将它们存储在什么位置?内存（memory，数据不是永久存在的）或存储(storage，数据永久的保存在数据块上)

2.1 数据位置分类

▪memory

▪storage

▪calldata

▪stack

2.1.1 memory

存储位置同我们普通程序的内存类似。即分配，即使用，越过作用域即不可被访问，等待被回收。

2.1.2 storage

数据将永远存在于区块链上。

2.1.3 calldata

一般只有外部函数的参数（不包括返回参数）被强制指定为calldata。这种数据位置是只读的，不会持久化到区块链。

2.1.4 语法格式

1. 栈实际是内存中的一个数据结构，每个栈元素占256位，栈的最大深度位1024；

2. 值类型的局部变量存储在栈中；

3. 在栈中保存一个很小的局部变量，gas开销最小，几乎免费使用，但是数量有限。

基于程序的上下文，大多数时候数据位置的选择是默认的，我们可以通过在变量名前声明memory还是storage来定义该变量的数据位置。

2.2 数据位置默认规则

▪ 函数参数、函数返回参数默认为memory

▪ 局部变量（作用域为局部）以及状态变量（作用域为全局）默认storage类型。

2.3 强制的数据位置

▪ 外部函数(External function)的参数(不包括返回参数)强制为：calldata。

▪ 状态变量(State variables)强制为: storage。

▪ 值类型的局部变量是存储在栈上。

2.4 不同数据位置变量间相互赋值

2.4.1 storage

当我们把一个storage类型的变量赋值给另一个storage时，只是修改了它的指针（引用传递）。

在上面的代码中，我们将传入的storage变量，赋值给另一个临时的storage类型的tmp时，并修改tmp.a = "Test"，最后我们发现合约的状态变量s也被修改了。

2.4.2 memory给storage赋值

因为局部变量和状态变量的类型都可能是storage。所以我们要分开来说这两种情况。

☞ 2.4.2.1 memory赋值给状态变量

将一个memory类型的变量赋值给一个状态变量时，实际是将内存变量拷贝到存储中。

通过上例，我们发现，在memoryToState()中，我们把tmp赋值给s后，再修改tmp值，并不能产生任何变化。赋值时，完成了值拷贝，后续他们不再有任何的关系。

☞ 2.4.2.2 memory赋值给状态变量

由于在区块链中，storage必须是静态分配存储空间的。局部变量虽然是一个storage的，但它仅仅是一个storage类型的指针。如果进行这样的赋值，实际会产生一个错误。

通过上面的代码，我们可以看到这样的赋值的确不被允许。你可以通过将变量tmp改为memory来完成这样的赋值。

2.4.3 storage转为memory

将storage转为memory，实际是将数据从storage拷贝到memory中。

在上面的例子中，我们看到，拷贝后对tmp变量的修改，完全不会影响到原来的storage变量。

2.4.4 memory转为memory

memory之间是引用传递，并不会拷贝数据。我们来看看下面的代码。

在上面的代码中，memoryToMemory()传递进来了一个memory类型的变量，在函数内将之赋值给tmp，修改tmp的值，发现外部的memory也被改为了other memory。

注意：

1. 对于值类型，总是会进行拷贝

2. 不能将memory的函数参数赋值给storage局部变量

3. 不能通过引用销毁storage

2.5 实例

2.6 不同存储的消耗（gas消耗）

▪ storage 会永久保存合约状态变量，开销最大. 大概5000~20000。

▪ memory 仅保存临时变量，函数调用之后释放，开销很小。

▪ calldata 和memory差不多。

▪ stack 保存很小的局部变量，几乎免费使用，但有数量限制 具体gas消耗值请参考http://yellowpaper.io/。

数组在所有的语言当中都是一种常见类型。在Solidity中，可以支持编译期定长数组和变长数组。一个类型为T，长度为k的数组，可以声明为T[k]，而一个变长的数组则声明为T[]。

3.1 使用字面量创建数组

创建数组时，我们可以使用字面量，隐式创建一个定长数组。

通过上面的代码，我们可以发现。

首先元素类型是刚好能存储的元素的类型，比如代码里的[1, 2, 3]，只需要uint8即可存储。但由于我们声明的变量是uint（默认的uint表示的其实是uint256），所以要使用uint(1)来进行显式的类型转换。

其次，字面量方式声明的数组是定长的，且实际长度要与声明的相匹配，否则编译器会报错

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

3.2 使用new关键字创建数组

对于变长数组，在初始化分配空间前不可使用，可以通过new关键字来初始化一个数组。

我们声明了一个storage的stateVar，和一个memory的memVar。它们不能在使用new关键字初始化前使用下标方式访问，会报错VM Exception: invalid opcode。可以根据情况使用如例子中的new uint;来进行初始化。

3.3 数组属性

3.3.1 length属性

数组有一个length属性，表示当前的数组长度。对于storage的变长数组，可以通过给length赋值调整数组长度。

在上面这个例子中，我们可以看到，通过stateVar.length++语句对数组长度进行自增，我们就得到了一个不断变长的数组。 还可以使用后面提到的push()方法，来隐式的调整数组长度。

3.4 数组函数

变长的storage数组和bytes（不包括string）有一个push()函数。可以将一个新元素附加到数组末端，返回值为当前长度。push函数支持数组的初始化。

3.5 memory数组

对于memory的变长数组，不支持修改length属性，来调整数组大小。memory的变长数组虽然可以通过参数灵活指定大小，但一旦创建，大小不可调整。

如果状态变量的类型为数组，也可以标记为public类型，从而让Solidity创建一个访问器。(public类型的状态变量都有默认的访问器)访问器对于外界使用者表现为一个函数, 因此可以通过调用函数的方式访问某些值。 另外在remix中表现为一个可以点击的按钮, 可以获取对应的public类型的值。

如上面的合约在Remix运行后，需要我们填入的是一个要访问序号的数字，来访问具体某个元素。

3.6 多维数组

我们要创建一个长度为5的数组，每个元素又是一个变长uint数组，将被声明为uint[][5]。 反之, 假如要创建一个变长数组， 每个元素又是一个长度是5的数组, 将被声明为uint[5][]，比如下边的例子:

在上面的代码中，我们声明了一个二维数组，它是一个变长的数组，里面的每个元素是一个长度为2的数组。要访问这个数组flags，第一个下标为变长数组的序号，第二个下标为长度为2的数组序号。

3.7 bytes与string

bytes和string是一种特殊的数组。

由于bytes与string，可以自由转换，你可以将字符串s通过bytes(s)转为一个bytes。可以以这种方式获得字符串长度，以及获取字符中字符的UTF-8编码。

结构体，Solidity中的自定义类型。我们可以使用Solidity的关键字struct来进行自定义。结构体内可以包含字符串，整型等基本数据类型，以及数组，映射，结构体等复杂类型。数组，映射，结构体也支持自定义的结构体。我们来看一个自定义结构体的定义：

在上面的代码中，我们定义了一个简单的结构体Student，它包含一些基本的数据类型。另外我们还定义了一个稍微复杂一点的结构体Class，它包含了其它结构体Student，以及数组，映射等类型。

数组类型的students和映射类型的index的声明中还使用了结构体。

4.1 结构体定义的限制

我们不能在结构中定义一个自己作为类型，这样限制原因是，自定义类型的大小不允许是无限的。我们来看看下述的代码：

在上面的代码中，我们尝试在A类型中定义一个A a;，将会报错Error: Recursive struct definition.。虽然如此，但我们仍然能在类型内用数组，映射来引用当前定义的类型，如变量mappingMemberOfOwn，arrayMemberOfOwn所示。

4.2 初始化

4.2.1 直接初始化

如果我们声明的自定义类型为A，我们可以使用A(变量1,变量2, ...)的方式来完成初始化。来看下面的代码：

上面的代码中，我们按定义依次填入值，即可完成了初始化。需要注意的是，参数要与定义的数量匹配。当你填的参数与预计初始化的参数不一致时，会提示Error: Wrong argument count for function call: 2 arguments given but expected 3. Members that have to be skipped in memory: map。另外，在初始化时，需要忽略映射类型，后面有具体说明。

4.2.2 命名初始化

还可以使用类似JavaScript的命名参数初始化的方式，通过传入参数名和对应值的对象。这样做的好处在于可以不按定义的顺序传入值。我们来看看下面的例子：

上面的例子中，通过在参数对象中，指定键为对应的参数名，值为你想要初化的值，我们即完成了初始化。同样需要注意的是，参数要与定义的个数一致，否则会报类似这样的错误Error: Wrong argument count for function call: 2 arguments given but expected 3. Members that have to be skipped in memory: map。另外，在初始化时，需要忽略映射类型，后面有具体说明。

4.2.3 结构体中映射的初始化

由于映射是一种特殊的数据结构，所以你可能只能在storage变量中使用它。

上面的例子中，我们定义的了一个storage的状态变量storageVar，完成了映射类型的存储空间分配。然后我们就能对映射类型赋值了。

如果你尝试对memory的映射类型赋值，会报错Error: Member "map" is not available in struct StructMappingInitial.A memory outside of storage.。

4.3 结构体的可见性

关于可见性，当前只支持internal的，后续不排除放开这个限制。

4.3.1 继承中使用

结构体由于是不对外可见的，所以你只可以在当前合约，或合约的子类中使用。包含自定义结构体的函数均需要声明为internal的。

在上面的代码中，我们声明了f(S s)，由于它包含了struct的S，所以不对外可见，需要标记为internal。你可以在当前类中使用它，如f1()所示，你还可以在子类中使用函数和结构体，如B合约的g()方法所示。

4.3.2 跨合约的临时解决方案

结构体，由于是动态内容。当前不支持在多个合约间互用，目前一种临时的方案如下：

在上面的例子中，我们手动将要返回的结构体拆解为基本类型进行了返回。

Solidity预留了3个32字节大小的槽位(存储空间)：

▪ 0-64：哈希方法的暂存空间(scratch space)

▪ 64-96：当前已分配内存大小(也称空闲内存指针(free memory pointer))

注: 暂存空间是2个32字节大小，作为一个整体单元。

暂存空间可在语句之间使用（如在内联编译时使用）

Solidity总是在空闲内存指针所在位置创建一个新对象，且对应的内存永远不会被释放(也许未来会改变这种做法)。

有一些在Solidity中的操作需要超过64字节的临时空间，这样就会超过预留的暂存空间。他们就将会分配到空闲内存指针所在的地方，但由于他们自身的特点，生命周期相对较短，且指针本身不能更新，内存也许会，也许不会被清零(zerod out)。因此，大家不应该认为空闲的内存一定已经是清零(zeroed out)的。

大小固定的变量（除了映射，变长数组以外的所有类型）在存储(storage)中是依次连续从位置0开始排列的。如果多个变量占用的大小少于32字节，会尽可能的打包到单个storage槽位里，具体规则如下：

▪ 在storage槽中第一项是按低位对齐存储（lower-order aligned) 。

▪ 基本类型存储时仅占用其实际需要的字节。

▪ 如果基本类型不能放入某个槽位余下的空间，它将被放入下一个槽位。

▪ 结构体和数组总是使用一个全新的槽位，并占用整个槽(但在结构体内或数组内的每个项仍遵从上述规则)。

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