以太坊合约开发中动态数组的使用【Solidity Assembly】

我们始终建议在开发Solidity智能合约时尽量不要使用汇编。但在少数情况下可能并没有其他选择，因此还是需要学习一些Solidity汇编开发的知识。在这个教程中，我们将学习如何在Solidity汇编开发中使用动态字节数组。

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1、使用Remix编辑器

首先，让我们将这个简单的合约粘贴到remix编辑器中：

pragma solidity ^0.5.10;

contract AssemblyArrays {
  
  bytes testArray;
  
  function getLength() public view returns (uint256) {
      return testArray.length;
  }
  
  function getElement(uint256 index) public view returns (bytes1) {
      return testArray[index];
  }
  
  function pushElement(bytes1 value) public {
      testArray.push(value);
  }
  
  function updateElement(bytes1 value, uint256 index) public {
      testArray[index] = value;
  }
}

首先熟悉一下Remix编辑器。我们首先需要选择编译器版本，然后编译合约、部署合约，执行一些功能，然后调试。

2、第一行汇编代码

现在，让我们修改getLength函数来编写第一行汇编代码：

function getLength() public view returns (uint256) {
  bytes memory memoryTestArray = testArray;
  uint256 result;
  assembly {
    result := mload(memoryTestArray)
  }
  return result;
}

上面几行代码中发生了很多事情。汇编就是这样，要实现一个非常简单的功能也需要很多代码。我们将testArray从存储复制到内存，因为这是本文的重点。以后我们可以再谈一谈存储插槽。

在深入探讨汇编语言块之前，请注意汇编指令是对32字节的字进行操作。因此，mload指令会将 memoryTestArray指向的内存位置的32个字节压入栈。。

3、Solidity汇编代码的断点设置与单步执行

现在调试一下。在Remix中，你可以通过单击行号来设置一个断点。让我们在第11行上设置一个断点，所以它看起来像这样：在这里插入图片描述

更新getLength功能后，请确保已再次编译并重新部署了合约。现在，让我们调用pushElement函数将字节0x05插入数组，然后调用getLength，该函数应返回1。

调用getLength后我们可以对其进行调试。在底部面板的最后一个调用中单击“调试”按钮，这将在左侧栏中打开调试器。有一个用于快进的按钮（如：fast_forward：），它跳到下一个断点。让我们单击那个。如果你使用不同的编译器或不同的设置，那么对于你来说可能并不完全相同，但是其核心将是相同的。基本的思路是在mload执行之前获取调试器，在我的环境中是#0871指令。在这里插入图片描述

4、查看Solidity汇编代码对栈的影响

现在让我们看一下调试器侧栏的栈/stack内容：

在这里插入图片描述

在堆栈顶部，位置0处为0x0...80。这是在内存中memoryTestArray的位置，该位置将作为mload指令的参数。

5、查看Solidity汇编代码对内存的影响

现在，让我们看一下调试器侧边栏的“ 内存”部分，从地址0x0...80开始：

在这里插入图片描述

这里有31个字节0x00，后跟1个字节0x01,然后是1个字节0x05，后跟31个字节0x00。这可能有点令人困惑，所以让我们退后一点，注意1个字节（8位）由2个十六进制数字表示（1个十六进制数字表示4位）。同样，0x10十六进制的十进制等于16。因此，在内存中，位置0x80保存16个字节，位置0x90（0x80+ 0x10）保存随后的16个字节，然后位置0xa0（0x90+ 0x10）保存以下16个字节，而位置0xb0保存最后的16个字节。因为汇编中的指令以32字节为单位操作，所以如果我们调用mload(0x80)，它将从内存位置0x80开始取32字节放入栈。

6、单步执行mload指令

让我们看看实际执行情况。让我们单击调试器中的“单步进入”按钮（即向下的箭头）来执行mload指令。现在看一下栈顶：

在这里插入图片描述

mload指令取栈顶内容：0x0...80，然后将内存中位置0x0...1的32个字节压入，这是了解内存中的字节数组最重要的一点：前32个字节存储数组的长度。

尝试调用pushElement函数将元素0x06插入数组。然后调用getLength并再次调试。同样，mload将从内存位置0x80开始载入32个字节，但是这次内存的内容为0x0...2。当我们追加新元素时，Solidity为我们更新了数组的大小。

内存中发生变化的另一件事是，现在位置0xa0是0x050600...00。因此，在内存中，一个字节数组变量在前32个字节存储其长度，然后开始存储具体的成员。首先我们压入0x05，然后又压入0x06。

在这里插入图片描述

7、用Solidity汇编重写getLength方法

尝试再压入一些元素，调用getLength并调试，以查看内存中的新字节。如果我们将getElement 转换为汇编，这个过程将变得更加清晰：

function getElement(uint256 index) public view returns (bytes1) {
    uint256 length = getLength();
    require(index < length);
    bytes memory memoryTestArray = testArray;
    bytes1 result;
    assembly {
      let wordIndex := div(index, 32)
      let initialElement := add(memoryTestArray, 32)
      let resultWord := mload(add(initialElement, mul(wordIndex, 32)))
      let indexInWord := mod(index, 32)
      result := shl(mul(indexInWord, 8), resultWord)
    }
    return result;
}

好吧，这可能有点吓到你了！让我们慢慢地捋一下。

第一件超级重要的事情是，我们添加了require语句来检查index并没有超出范围。这在调用mload时是至关重要的，我们需要确保要载入的内存位置是正确的，否则可能就会泄漏调用者不应该访问的信息，这可能会让我们的合约存在严重的受攻击风险。

接下来，让我们看一下汇编代码块。由于mload一次读取32个字节，因此仅读取1个字节并不容易。如果我们把index除以32并取整，这将得到要查找的成员所在的32字节的序号。例如：

div(0, 32) = 0
div(18, 32) = 0
div(32, 32) = 1
div(65, 32) = 2

看起来还不错。但是请记住，内存中memoryTestArray指向的内置的第一个字（32字节）是存储数组长度的。因此，我们需要加上32个字节来查找第一个数组成员。考虑到所有这些因素后，我们就可以载入包含我们需要的1个字节的字（32字节）：

memoryTestArray的内存位置加上32个字节以跳过数组长度，再加wordIndex上乘以32，因为每个字都有32个字节。

但是还没有完成。现在我们需要从这个字中恰好提取1个字节。为此，我们需要在字中找到该字节的索引。这是字索引除以32的余数部分，可以通过mod指令获得。例如：

mod(0, 32) = 0
mod(18, 32) = 18
mod(32, 32) = 0
mod(65, 32) = 1

不错，下面让我们完成最后一步，提取该字节。为了让字节在最前面，我们向左移动需要的位数。shl指令一次移动一位，所以为了移动指定的位数，我们要把indexInWord乘以8。

一旦我们将以这个字节开头的32个字节的字赋值给result变量，它就会删除所有其他字节，因为我们将其类型声明为bytes1。

原文链接：Solidity汇编开发之动态数组 — 汇智网

来源：oschina

链接：https://my.oschina.net/u/3843525/blog/4470695

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