浅析 Solidity ABI -应用程序二进制接口

YCat
更新于 2024-05-01 17:12
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什么是ABI？ABI=ApplicationBinaryInterface用于定义智能合约接口的规范。它定义了智能合约的函数、事件和数据结构的编码和解码规则，以便其他应用程序可以与智能合约进行交互。简言之，就是以太坊的调用合约时的接口说明。有点类似于Web2API。

# 什么是 ABI ？
ABI = Application Binary Interface

用于定义智能合约接口的规范。它定义了智能合约的函数、事件和数据结构的编码和解码规则，以便其他应用程序可以与智能合约进行交互。

简言之，就是以太坊的调用合约时的接口说明。
> 有点类似于 Web2 API。

具体来说，Solidity ABI 定义了以下内容：
1. 函数编码和解码规则：
  a. 规定了如何将函数名和参数编码为字节数组，以便在智能合约之间进行调用。
  b. 规定了如何解码传入的字节数组，以获取函数名和参数值。
2. 事件编码和解码规则：
  a. 规定了如何将事件名称和参数编码为字节数组，以便在智能合约中触发事件。
  b. 规定了如何解码传入的字节数组，以获取事件名称和参数值。
3. 数据结构编码和解码规则：
  a. 规定了如何将结构体、数组和映射等复杂的数据类型编码为字节数组，以便在智能合约之间进行传输和存储。
  b. 规定了如何解码传入的字节数组，还原复杂的数据类型。

Smart contract ABIs enable communication and interaction with external apps and other contracts.

![image.png](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2024/05/Z8CRfRrt66320520ccd06.png)

## 适用于什么场景
遵循 ABI 的规范，其他应用程序可以与智能合约进行数据传输和交互，包括调用合约的函数、监听合约的事件和读取合约中的数据。

## 调用合约函数
所谓的调用合约函数本质上就是向合约地址（即合约账户）提交了一个交易，这个交易有一个附加的数据，这个附加数据就是 ABI 的编码数据。

小结一下：即“调用合约函数 = 向合约地址发送交易”。

调用合约函数示例演示
下面一个Counter合约为例，看看调用 setNumber 函数时，这个交易附带的数据是什么。
```
// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.13;

contract Counter {
  uint256 public number;
  address public owner;

event Counter_SetNumbet(uint256 number);

function setNumber(uint256 newValue) public {
    number = newValue;
  }

function getNumber() public view returns (uint256) {
    return number;
  }
}
```

![image (1).png](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2024/05/1L04ey9g663205a14a97b.png)
- ABI 如下：
```
[
    {
        "anonymous": false,
        "inputs": [
            {
                "indexed": false,
                "internalType": "uint256",
                "name": "number",
                "type": "uint256"
            }
        ],
        "name": "Counter_SetNumbet",
        "type": "event"
    },
    {
        "inputs": [

],
        "name": "getNumber",
        "outputs": [
            {
                "internalType": "uint256",
                "name": "",
                "type": "uint256"
            }
        ],
        "stateMutability": "view",
        "type": "function"
    },
    {
        "inputs": [

],
        "name": "number",
        "outputs": [
            {
                "internalType": "uint256",
                "name": "",
                "type": "uint256"
            }
        ],
        "stateMutability": "view",
        "type": "function"
    },
    {
        "inputs": [

],
        "name": "owner",
        "outputs": [
            {
                "internalType": "address",
                "name": "",
                "type": "address"
            }
        ],
        "stateMutability": "view",
        "type": "function"
    },
    {
        "inputs": [
            {
                "internalType": "uint256",
                "name": "newValue",
                "type": "uint256"
            }
        ],
        "name": "setNumber",
        "outputs": [

],
        "stateMutability": "nonpayable",
        "type": "function"
    }
]
```
- ByteCode 如下：

```
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
```

小结一下：
- ABI 可以被人类和外部的应用所理解
- Bytecode 是人类不可读的

我们使用 https://remix.ethereum.org/ 在测试网 Sepolia 部署一下合约，然后用 “2”作为参数调用一下 setNumber， 如下图：
![image (2).png](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2024/05/qLpmiA6H663205e926bca.png)
然后打开etherscan查看交易详情数据, 可以看到其附加数据如下图：
![image (3).png](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2024/05/MJCLswqz6632060c894ca.png)
下面就是 ABI 编码数据：
```
0x3fb5c1cb0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002
```

## ABI 编码分析
上面的 ABI 编码数据包含 2 个部分：
- 函数选择器（前 4 字节）
    0x3fb5c1cb
- 第一个参数（32 字节）
    0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002

函数选择器的值怎么来的呢？其实就是对函数签名的字符串进行 keccak256 哈希运算后，取前 4 个字节，代码如下：
```
    function getSetNumberSelector() external pure returns (bytes4) {
        return bytes4(keccak256(bytes("setNumber(uint256)")));
    }
```

![image (4).png](https://img.learnblockchain.cn/attachments/2024/05/lsY9BY816632065bcc0a0.png)

参数部分则是使用对应的16进制数，即数字 2，用 32 字节表示。

现在我们就明白了附加数据如何转换为对应的函数调用。小结一下：前 4 个字节为函数选择器，后面的数据为调用函数的参数值。

## 编码 Encode
【小工具】推荐一个实用的网站：https://www.4byte.directory/，可以使用前 4 个字节的 ABI 编码快速查询函数选择器。
- 方式1：使用 solidity 编码
```
// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0

pragma solidity ^0.8.0;
contract ABIDemo {
    // 获取函数选择器的值
    function getSetNumberSelector() external pure returns (bytes4) {
        return bytes4(keccak256(bytes("setNumber(uint256)")));
    }

// 获取 ABI 编码（带有参数值）
    function abiEncode() external pure returns (bytes memory) {
        // abi.encode(2);  // 计算2的ABI编码
        //计算函数setNumber(uint256)及参数 2 的 ABI 编码
        return abi.encodeWithSignature("setNumber(uint256)", 2);
    }
}
```
- 方式2：使用 cast 命令行
补充：如果你的电脑安装了 foundry，也可以使用下面的快捷命令达到同样的效果。
注意 cast calldata 包含了函数选择器。
```
➜ cast sig "setNumber(uint256)"
0x3fb5c1cb
➜ cast abi-encode "setNumber(uint256)" 2
0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002
➜ cast calldata "setNumber(uint256)" 2
0x3fb5c1cb0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002
```

## 解码 Decode
- 方式1：使用 solidity 解码
```
    function encodeString() public pure returns (bytes memory) {
        bytes memory someString = abi.encode("some string");
        return someString;
    }

function decodeString() public pure returns (string memory) {
        string memory someString = abi.decode(encodeString(), (string));
        return someString;
    }
```
- 方式2：使用 cast 命令行
```
➜ cast 4byte-decode 0x3fb5c1cb0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002
1) "setNumber(uint256)"
➜  solidity_foundry git:(main) ✗ cast abi-decode "balanceOf(address)(uint256)" 0x000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000a
10
➜ cast calldata-decode "setNumber(uint256)" 0x3fb5c1cb0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002
2
```

## Solidity ABI 编码函数
solidity 提供了ABI 的相关 API， 用来直接得到ABI编码信息，这些函数有：
- abi.encode(...) returns (bytes)：计算参数的ABI编码。
- abi.encodePacked(...) returns (bytes)：计算参数的紧密打包编码
- abi. encodeWithSelector(bytes4 selector, ...) returns (bytes)： 计算函数选择器和参数的ABI编码
- abi.encodeWithSignature(string signature, ...) returns (bytes): 等价于* abi.encodeWithSelector(bytes4(keccak256(signature), ...)

There are no shortcuts to any place worth going.Together we progress.

什么是 ABI ？

ABI = Application Binary Interface

用于定义智能合约接口的规范。它定义了智能合约的函数、事件和数据结构的编码和解码规则，以便其他应用程序可以与智能合约进行交互。

简言之，就是以太坊的调用合约时的接口说明。

有点类似于 Web2 API。

具体来说，Solidity ABI 定义了以下内容：

函数编码和解码规则： a. 规定了如何将函数名和参数编码为字节数组，以便在智能合约之间进行调用。 b. 规定了如何解码传入的字节数组，以获取函数名和参数值。
事件编码和解码规则： a. 规定了如何将事件名称和参数编码为字节数组，以便在智能合约中触发事件。 b. 规定了如何解码传入的字节数组，以获取事件名称和参数值。
数据结构编码和解码规则： a. 规定了如何将结构体、数组和映射等复杂的数据类型编码为字节数组，以便在智能合约之间进行传输和存储。 b. 规定了如何解码传入的字节数组，还原复杂的数据类型。

Smart contract ABIs enable communication and interaction with external apps and other contracts.

适用于什么场景

遵循 ABI 的规范，其他应用程序可以与智能合约进行数据传输和交互，包括调用合约的函数、监听合约的事件和读取合约中的数据。

调用合约函数

所谓的调用合约函数本质上就是向合约地址（即合约账户）提交了一个交易，这个交易有一个附加的数据，这个附加数据就是 ABI 的编码数据。

小结一下：即“调用合约函数 = 向合约地址发送交易”。

调用合约函数示例演示下面一个Counter合约为例，看看调用 setNumber 函数时，这个交易附带的数据是什么。

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.13;

contract Counter {
  uint256 public number;
  address public owner;

  event Counter_SetNumbet(uint256 number);

  function setNumber(uint256 newValue) public {
    number = newValue;
  }

  function getNumber() public view returns (uint256) {
    return number;
  }
}

ABI 如下：

[
{
    "anonymous": false,
    "inputs": [
        {
            "indexed": false,
            "internalType": "uint256",
            "name": "number",
            "type": "uint256"
        }
    ],
    "name": "Counter_SetNumbet",
    "type": "event"
},
{
    "inputs": [

    ],
    "name": "getNumber",
    "outputs": [
        {
            "internalType": "uint256",
            "name": "",
            "type": "uint256"
        }
    ],
    "stateMutability": "view",
    "type": "function"
},
{
    "inputs": [

    ],
    "name": "number",
    "outputs": [
        {
            "internalType": "uint256",
            "name": "",
            "type": "uint256"
        }
    ],
    "stateMutability": "view",
    "type": "function"
},
{
    "inputs": [

    ],
    "name": "owner",
    "outputs": [
        {
            "internalType": "address",
            "name": "",
            "type": "address"
        }
    ],
    "stateMutability": "view",
    "type": "function"
},
{
    "inputs": [
        {
            "internalType": "uint256",
            "name": "newValue",
            "type": "uint256"
        }
    ],
    "name": "setNumber",
    "outputs": [

    ],
    "stateMutability": "nonpayable",
    "type": "function"
}
]

ByteCode 如下：

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

小结一下：

ABI 可以被人类和外部的应用所理解
Bytecode 是人类不可读的

我们使用 https://remix.ethereum.org/ 在测试网 Sepolia 部署一下合约，然后用 “2”作为参数调用一下 setNumber，如下图：然后打开etherscan查看交易详情数据, 可以看到其附加数据如下图：下面就是 ABI 编码数据：

0x3fb5c1cb0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002

ABI 编码分析

上面的 ABI 编码数据包含 2 个部分：

函数选择器（前 4 字节） 0x3fb5c1cb
第一个参数（32 字节） 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002

函数选择器的值怎么来的呢？其实就是对函数签名的字符串进行 keccak256 哈希运算后，取前 4 个字节，代码如下：

    function getSetNumberSelector() external pure returns (bytes4) {
        return bytes4(keccak256(bytes("setNumber(uint256)")));
    }

参数部分则是使用对应的16进制数，即数字 2，用 32 字节表示。

现在我们就明白了附加数据如何转换为对应的函数调用。小结一下：前 4 个字节为函数选择器，后面的数据为调用函数的参数值。

编码 Encode

【小工具】推荐一个实用的网站：https://www.4byte.directory/，可以使用前 4 个字节的 ABI 编码快速查询函数选择器。

方式1：使用 solidity 编码
```
// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
```

pragma solidity ^0.8.0; contract ABIDemo { // 获取函数选择器的值 function getSetNumberSelector() external pure returns (bytes4) { return bytes4(keccak256(bytes("setNumber(uint256)"))); }

// 获取 ABI 编码（带有参数值）
function abiEncode() external pure returns (bytes memory) {
    // abi.encode(2);  // 计算2的ABI编码
    //计算函数setNumber(uint256)及参数 2 的 ABI 编码
    return abi.encodeWithSignature("setNumber(uint256)", 2);
}

}

- 方式2：使用 cast 命令行
补充：如果你的电脑安装了 foundry，也可以使用下面的快捷命令达到同样的效果。
注意 cast calldata 包含了函数选择器。

➜ cast sig "setNumber(uint256)" 0x3fb5c1cb ➜ cast abi-encode "setNumber(uint256)" 2 0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002 ➜ cast calldata "setNumber(uint256)" 2 0x3fb5c1cb0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002


## 解码 Decode
- 方式1：使用 solidity 解码

function encodeString() public pure returns (bytes memory) {
    bytes memory someString = abi.encode("some string");
    return someString;
}

function decodeString() public pure returns (string memory) {
    string memory someString = abi.decode(encodeString(), (string));
    return someString;
}

- 方式2：使用 cast 命令行

➜ cast 4byte-decode 0x3fb5c1cb0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002 1) "setNumber(uint256)" ➜ solidity_foundry git:(main) ✗ cast abi-decode "balanceOf(address)(uint256)" 0x000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000a 10 ➜ cast calldata-decode "setNumber(uint256)" 0x3fb5c1cb0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002 2



## Solidity ABI 编码函数
solidity 提供了ABI 的相关 API， 用来直接得到ABI编码信息，这些函数有：
- abi.encode(...) returns (bytes)：计算参数的ABI编码。
- abi.encodePacked(...) returns (bytes)：计算参数的紧密打包编码
- abi. encodeWithSelector(bytes4 selector, ...) returns (bytes)： 计算函数选择器和参数的ABI编码
- abi.encodeWithSignature(string signature, ...) returns (bytes): 等价于* abi.encodeWithSelector(bytes4(keccak256(signature), ...)

There are no shortcuts to any place worth going.Together we progress.

原创
学分: 32
分类: 智能合约
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浅析 Solidity ABI -应用程序二进制接口

什么是 ABI ？

适用于什么场景

调用合约函数

ABI 编码分析

编码 Encode

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