Solidity Gas优化：高效的智能合约策略

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• 译文出自：登链翻译计划
• 译者：翻译小组 校对：Tiny 熊
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以太坊Gas费用多年来一直是一个重大关注点。虽然从工作量证明到权益证明的过渡使网络更加节能，但并没有实质性地影响Gas费用。这一变化，以及其他正在进行的更新，如 EIP-1559、分片和各种一二层扩展解决方案，都是朝着更高效的以太坊生态系统迈出的步伐。然而，对于希望创建成本效益高、安全的智能合约的开发人员来说，掌握 Solidity Gas优化技术仍然至关重要。

本文将为你提供 Solidity Gas优化的实用策略，重点强调在降低成本和安全性之间取得平衡的重要性，以避免在合约中引入漏洞。

以太坊中的Gas机制

以太坊中的Gas是推动智能合约执行和交易的“燃料”。它是一种衡量执行操作所需计算工作量的单位。以太坊网络上的每个操作，从简单的转账到复杂的合约交互，都需要Gas。因此，Gas是一种防止计算永远运行并向网络发送垃圾数据的机制。

它也是一种奖励节能开发的机制。两个智能合约可能实现相同的目标，但执行复杂度较低的合约将以较低的Gas费用获得奖励。这种经济模型激励开发人员提高他们的 Solidity 技能，编写的代码不仅功能齐全，而且节约。在这个区块链生态系统中，Gas优化是成功的关键，确保你的智能合约不仅有效，而且对开发人员和用户都经济可行。

Solidity Gas优化技术

存储优化

在 Solidity 中，存储优化对于管理和减少Gas成本至关重要。与存储操作相关的基本成本包括存储新变量需要 20,000 Gas，重写现有变量需要 5,000 Gas，而从存储槽中读取只需要相对较少的 200 Gas。有趣的是，仅声明存储变量而不初始化它不会产生Gas成本，这为节约Gas提供了机会。

contract GasOptimization {

    // Storage variable declaration (no initialization cost)

    uint256 public storedData;

减少链上数据： 减少合约变量中存储的数据量。链上数据量较少意味着Gas消耗较低。在可能的情况下，将数据保存在链下，只在区块链上存储必要的信息。这种方法不仅节省Gas，还能通过整合链下数据实现更复杂的应用程序，如预测市场和稳定币。

高效数据管理： 在函数中将存储变量永久保存在内存中。在函数中策略性地使用内存，临时存储变量。

更新存储变量： 如果要更新存储变量，首先在内存变量中计算所有内容。这样可以最大程度地减少向区块链写入操作，有效降低Gas成本。

变量打包： 在可能的情况下，将多个变量合并到一个存储槽中。Solidity 允许有效地处理存储，特别是当较小的数据类型被组合在一起时。此外，在使用结构体时，尝试对其进行打包。

struct PackedData {

        uint8 data1; // Smaller data types can be packed together

        uint8 data2;

    }

    PackedData public packedData;

不要初始化零值： 在编写 for 循环时，避免将变量初始化为零（uint256 index = 0;）。而是使用uint256 index;，因为uint256的默认值是零。这种做法可以通过避免初始化来节省一些Gas。

尽可能使 Solidity 值保持不可变： 对于不变的静态值，使用 constant 常量。如果值在构造时被赋值并保持不变，使用 immutable。这些做法减少了访问这些变量所需的Gas成本。

基于事件的数据存储注意事项： 虽然在事件中存储数据比变量更便宜，但需要注意的是，这些数据对链上的其他智能合约是不可访问的。在使用事件进行数据存储时，应仔细考虑这一限制。

利用退款

了解并利用 Solidity 中的Gas退款机制是优化智能合约Gas使用的关键方面。

释放存储槽： 当不再需要存储槽时，将其值设置为零（实质上“清零”变量）可以显著的获得 Gas 退款。具体来说，此操作将退还 15,000 Gas。重要的是要在合约中策略性地确定可以安全清零存储变量的点。这样做不仅清理了合约的状态，还可以恢复存储值时花费的部分Gas。

使用自毁： Solidity 中的selfdestruct操作码可用于从区块链中删除合约。使用此操作码销毁合约将退还 24,000 Gas。然而，需要考虑一个重要的限制。从selfdestruct获得的退款不能超过正在进行的合约调用使用的Gas的一半。这个限制是为了防止滥用退款机制。

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.18;

contract GasRefundExample {
   // Example storage variables
   uint256 public value1;
   uint256 public value2;

   // Function to update values and free storage slot
   function updateValuesAndFreeStorageSlot(uint256 _newValue1, uint256 _newValue2) external {
       // Perform some operations with the values
       value1 = _newValue1;
       value2 = _newValue2;

       // Clear the storage slot by zeroing the variables
       // This refunds 15,000 gas
       assembly {
           sstore(value1.slot, 0)
           sstore(value2.slot, 0)
       }
   }

   // Function to selfdestruct and refund gas
   function destroyContract() external {
       // Ensure the refund doesn't surpass half the gas used
       require(gasleft() > gasleft() / 2, "Refund cannot surpass half the gas used");

       // Selfdestruct and refund 24,000 gas
       selfdestruct(payable(msg.sender));
   }
}

在这个例子中，updateValuesAndFreeStorageSlot函数更新两个存储变量（value1 和 value2），然后使用汇编清除它们对应的存储槽，以退还 15,000 Gas。

destroyContract函数使用selfdestruct操作码销毁合约，并将任何剩余资金发送给合约所有者（msg.sender）。这个操作退还 24,000 Gas，但require语句确保退款不会超过一半的Gas使用，以防止潜在的滥用。

数据类型和打包

在 Solidity 中，选择和打包数据类型对于优化存储和减少Gas成本至关重要。

尽可能使用 bytes32，因为它是最优化的存储类型。 bytes32是一种 32 字节的数据类型，是 Solidity 中最节省Gas的存储类型。当你处理的数据适合 32 字节时，建议使用bytes32以实现最佳的Gas使用。

如果字节长度可以限制，尽量使用从 bytes1 到 bytes32 中的最小长度。 如果你处理的是可变长度的字节数组，建议使用最小的大小来...