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06. 动态类型的ABI编码
solidity
abi

WTF Solidity内部标准: 06. 动态类型的ABI编码

《WTF Solidity内部标准》教程将介绍Solidity智能合约中的存储布局，内存布局，以及ABI编码规则，帮助大家理解Solidity的内部规则。

推特：@0xAA_Science

社区：Discord｜微信群｜官网 wtf.academy

所有代码和教程开源在github: github.com/AmazingAng/WTF-Solidity-Internals

上一讲，我们介绍了静态类型的ABI编码规则。而在这一讲，我们将讲解更复杂的动态类型的ABI编码规则。

注意，abi.encode(x)编码的实际上是(x)，即仅包含x一个元素的元组。所以我们这一讲给出的是复杂类型在元组中的编码规则，不在元组中的规则请见下一讲。

动态类型的ABI编码规则

我们可以把Solidity中的动态类型包括：

  1. bytes和string。
  2. 动态数组。
  3. 动态类型T的定长数组T[k]，其中k > 0。
  4. 由任意动态类型构成的元组。

静态类型是直接编码的，而动态类型是在当前数据槽之后的一个单独分配的位置进行编码，当前块记录只分配位置的偏移量。

动态数组

对于动态数组，编码时当前数据槽记录偏移量，然后记录动态数组的长度和每一个元素，它们分别占据一个单独的数据槽（32字节）。在下面的testAbiArray()中，我们定义了一个uint[] memory a = new uint[](3)，并返回它的ABI编码。

function testAbiArray() public pure returns (bytes memory){
    uint[] memory a = new uint[](3);
    a[0] = 1;
    a[1] = 2;
    a[2] = 3;
    return abi.encode(a);
}

首先，0x00槽会记录偏移量，因为我们只编码一个数据，uint[]的长度和数值会在0x20开始记录，偏移量就是0x20。接下来，0x20槽会记录数组的长度，这里为3。0x40-0x80会分别记录数组的元素[1, 2, 3]。因此，编码后的结果为：

0x
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000020
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003

bytes和string

bytes和string的编码方式相同，会在当前数据槽记录分配位置的偏移量，然后在分配的位置记录bytes/string的字节长度，接下来是字节内容，编码时会在右侧补若干0使其长度成为32字节的倍数。在下面的testAbiString()中，我们定义了string memory b = "WTF"，并返回它的ABI编码。

function testAbiString() public pure returns (bytes memory){
    string memory b = "WTF";
    return abi.encode(b);
}

首先，0x00槽会记录偏移量0x20。接下来0x20槽会记录字符串长度3。最后，0x40槽会记录"WTF"的UTF8编码，并在右侧补若干0使其长度成为32字节，也就是5754460000000000000000000000000000000000000000000000000000000000。因此，编码后的结果为：

0x
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000020
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003
5754460000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

动态类型的定长数组

动态类型的定长数组，比如string[2]，会在当前数据槽记录分配位置的偏移量，然后再在之后的槽中记录每个元素的偏移量，比如string[0]和string[1]的偏移量，最后记录元素的值。在下面的testAbiStringStaticArray()中，我们定义了string[2] memory strings = ["WTF", "Academy"]，并返回它的ABI编码。

function testAbiStringStaticArray() public pure returns (bytes memory){
    string[2] memory strings = ["WTF", "Academy"];
    return abi.encode(strings);
}

首先，0x00槽会记录数组的偏移量0x20。接下来0x20和0x40槽分别记录string[0]和string[1]的偏移量，0x40和0x80。注意，这里的偏移量是相对于0x20槽的，而不是0x00的。然后string[0]，也就是"WTF"，会保存在0x60-0x80槽中（0x20偏移0x40）；string[1]，也就是"Academy"，会保存在0xa0-0xc0槽中（0x20偏移0x80）。因此，编码后的结果为：

0x
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000020
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000040
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000080
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003
5754460000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000007
41636164656d7900000000000000000000000000000000000000000000000000

包含动态类型的元组/结构体

元组和结构体的编码方式相同，对于包含动态类型的元组/结构体，会在当前数据槽记录分配位置的偏移量，然后再分别编码成员：如果成员是静态类型，就直接在当前槽中编码；如果是动态类型，则先记录偏移量，再在后面分配的位置进行编码。在下面的合约中，我们定义了一个DynamicStruct结构体，它包含3个成员：uint a，uint[] b，和string c，后两者均为动态类型。函数testAbiDynamicStruct会返回DynamicStruct结构体的ABI编码。

struct DynamicStruct { uint a; uint[] b; string c; }

function testAbiDynamicStruct() public pure returns (bytes memory){
    uint a = 99;
    uint[] memory b = new uint[](3);
    b[0] = 1;
    b[1] = 2;
    b[2] = 3;
    string memory c = "WTF";

    DynamicStruct memory ds = DynamicStruct(a, b, c);
    return abi.encode(ds);
}

首先，0x00槽会记录整个结构体的偏移量0x20。接下来开始记录数组成员，0x20槽记录uint a的值99（0x63），0x40槽记录uint[] b的偏移量0x60（相对槽0x20），0x60槽记录string c的偏移量0xe0（相对槽0x20）。最后，0x80-0xe0记录uint[] b的长度3和值[1,2,3]，0x100-0x120记录string c的字节长度3和值575446。因此，编码后的结果为：

0x
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000020
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000063
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000060
00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000e0
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003
5754460000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

其他ABI编码

这一章节总结一些特殊类型的ABI编码，方便大家理解。

动态类型的不定长数组

上面我们学习了动态类型的定长数组的ABI编码规则，现在我们看看动态类型的不定长数组是如何编码的。下面testAbiStringArray()函数中我们定义了一个string[] strings变量，并返回了它的ABI编码

function testAbiStringArray() public pure returns (bytes memory){
    string[] memory strings = new string[](2);
    strings[0] = "WTF";
    strings[1] = "Academy";
    return abi.encode(strings);
}

首先，0x00槽记录不定长数组的偏移量0x20。接下来0x20槽中会记录不定长数组的长度2。之后槽0x40和0x60分别记录了strings[0]和strings[1]的偏移量0x40和0x80（相对于槽0x40）。最后，槽0x80-0xa0记录了strings[0]的字节长度和内容，槽0xc0-0xe0记录了strings[1]的字节长度和内容。因此，编码后的结果为：

0x
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000020
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000040
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000080
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003
5754460000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000007
41636164656d7900000000000000000000000000000000000000000000000000

总结

这一讲，我们介绍了Solidity合约中动态类型的ABI编码规则。相比于静态类型，动态类型的ABI编码规则要复杂得多，大家需要借助例子取理解它。