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在 Solidity 里，数据存储方式主要分为存储（storage）、内存（memory）和调用数据（calldata）这三种，它们各自有着不同的特性和使用场景，它们的选择会直接影响存储方式和访问成本。

但是很多小白搞不清楚它们的正确用法以及如何区分，下面我们来详细说明一下：

概述 ​

在 Solidity 中，正确的数据存储位置不仅关系到合约的执行效率，还直接影响交易成本（gas）。

  • storage: 用于持久存储
  • memory: 临时存储
  • calldata: 外部函数调用参数

存储 storage ​

定义：永久存储在区块链上的变量。 ​

适用场景： ​

  • 状态变量。
  • 显式存储到 storage 的变量。

特性： ​

  • 持久化存储：存储在 storage 中的数据会被永久保存到区块链上，这意味着每次交易或合约交互后，数据的修改都会被记录下来。
  • 高成本：由于需要在区块链上永久存储数据，使用 storage 会消耗较多的 gas，所以在使用时要谨慎考虑。
  • 状态变量：合约中的状态变量默认存储在 storage 中。
contract StorageExample {
    uint256 public value; // 存储在 storage 中

    function setValue(uint256 _value) public {
        value = _value; // 修改 storage 变量，需支付 Gas
    }
}

内存 memory ​

定义：临时存储在内存中的变量，仅在函数调用期间存在。 ​

适用场景： ​

  • 函数内部的局部变量（默认类型是值类型）
  • 用于传递复杂数据类型（如数组和结构体）

特性 ​

  • 临时性：存储在 memory 中的数据仅在函数执行期间存在，函数执行完毕后，数据就会被销毁
  • 低成本：使用 memory 存储数据的 gas 消耗相对较低，因为它不需要永久保存到区块链上
  • 函数参数和局部变量：函数的参数和局部变量默认存储在 memory 中
solidity
contract MemoryExample {
    function add(uint a, uint b) public pure returns (uint) {
        // 函数参数 a 和 b 存储在 memory 中
        // 局部变量 result 也存储在 memory 中
        uint result = a + b;
        return result;
    }
}

调用数据 calldata ​

定义：专用于 external 函数的输入参数，存储在调用数据中。 ​

适用场景 ​

  • 接收外部调用的函数参数。

特性 ​

  • 只读性：calldata 是一种特殊的存储位置，用于存储函数调用的参数，它是只读的，意味着在函数内部不能修改 calldata 中的数据。
  • 临时性：与 memory 类型，calldata 中的数据仅在函数调用期间存在
  • 高效性：使用 calldata 可以避免数据的复制，从而提高性能。可以用来优化 gas 成本
function updateName(string calldata _name) external pure returns (string memory) {
    return _name; // 只能读取 _name，不能修改
}

storage、memory 与 calldata 的对比 ​

为了方便大家更直观清晰的区分它们之间的区别，这里整理了一个表格：

存储位置持久性适用范围修改成本
storage持久存储状态变量、全局变量高
memory临时存储局部变量、传递数据低
calldata只读存储外部函数饿输入参数无

常见问题及优化 ​

状态变量存储成本高 ​

  • 原因：storage 是区块链的永久存储，写操作非常昂贵。
  • 优化建议：
    1. 尽量减少状态变量的写操作。
    2. 使用事件（Event）替代直接写入变量以记录信息。

动态数组传递的 gas 消耗 ​

  • 原因：复杂数据类型（如数组和结构体）传递会导致内存拷贝。
  • 优化建议：如果数据是只读的，使用 calldata。

使用全局变量的成本 ​

  • 问题：频繁访问 block 或 msg 的全局变量会增加 Gas 消耗。
  • 优化建议：在局部变量中缓存全局变量，减少重复读取。

易混概念 stack ​

像我刚刚学习的时候，就很分不清 storage、memory、calldata 与 stack 有什么区别，到底 stack 应该怎么用呢？

在 Solidity 里，Stack（栈）是 EVM（以太坊虚拟机）用来管理函数调用和临时数据的一种后进先出（LIFO）数据结构。它是一种重要的数据存储机制，主要用于临时存储和计算中间值。

特性 ​

  • LIFO（后进先出）：最后压入的数据最先弹出。
    • 所有计算操作（如假发、乘法）都从栈顶进行插入和弹出
  • 256位（32字节）宽度：每个栈元素固定为 32 字节（兼容 EVM 的 256 位字长）。
  • 1024 深度限制：栈最多容纳 1024 个元素，超出会触发 栈溢出（Stack Too Deep 错误）。
  • 高效：栈操作非常快速，因为只需在栈顶进行插入和弹出
  • 临时性： 栈中的数据仅在当前执行上下文中有效，执行结束后自动销毁

用途 ​

  • 临时存储中间值
uint a = 5;
uint b = 10;
uint c = a + b; // a 和 b 被压入栈，加法操作后结果 c 压入栈
  • 函数调用参数与返回值
function add(uint a, uint b) public pure returns (uint) {
    return a + b; // 参数和结果均在栈中处理
}
  • 控制流 条件判断和循环依赖栈顶值。
function check(uint256 value) public pure returns (bool) {
    if (value > 10) { // 编译为 PUSH value, PUSH 10, GT, JUMPI
        return true;
    }
    return false;
}

栈的典型问题与解决方案 ​

  1. Stack Too Deep 错误

当函数局部变量或表达式复杂度超过 16 个栈槽 时，编译器会报错。

function tooManyVariables() public pure {
    uint256 a; uint256 b; uint256 c; // ... 超过 16 个变量
}

修复方案：

  • 使用结构体或数组：将变量打包为结构体减少栈调用
  • 拆分函数：将复杂拆分为多个子函数

2. 优化 gas 消耗

栈操作直接影响 gas 成本：

  • 减少栈深度：合并重复计算
// 优化前：多次压栈
uint256 x = a + b;
uint256 y = a + b; 

// 优化后：复用计算结果
uint256 sum = a + b;
uint256 x = sum;
uint256 y = sum;
  • 使用内联汇编：手动控制栈操作（需谨慎）
function optimizedAdd(uint256 a, uint256 b) public pure returns (uint256) {
   assembly {
       let result := add(a, b)
       mstore(0x80, result) // 存储到内存
   }
}

栈与内存、存储的对比 ​

特性StackMemoryStorage
作用域当前执行上下文函数执行期间合约生命周期
Gas 成本最低（纯计算）中等（临时扩展）最高（链上存储）
访问速度最快快慢
容量限制1024 元素动态扩展（需 Gas）无硬性限制
持久性非持久化非持久化持久化
适用场景操作数和中间结果临时复杂数据存储持久化变量