Solidity のマッピングとは何ですか?また、キーと値のペアはどのように保存されますか?

Solidity でのマッピングを理解する

1. Solidity のマッピングは、他のプログラミング言語のハッシュ テーブルや辞書と同様に、キーと値のペアの形式でデータを格納するために使用される参照タイプです。これにより、開発者は一意のキーを特定の値に関連付けることができ、効率的な検索と更新が可能になります。

2. マッピングを宣言するための構文は、mapping(keyType => valueType)です。ここで、keyType には、uint、address、bytes などのほぼすべての基本型を指定できますが、配列やその他のマッピングのような参照型は指定できません。 valueType には、構造体、配列、または別のマッピングを含む任意の型を指定できます。

3. マッピングはコントラクト内で宣言され、通常は状態変数を維持するために使用されます。これらはストレージに保存されるため、その値は関数呼び出しやトランザクションにわたって保持されます。

4. マッピングの特徴の 1 つは、反復できないことです。キーまたは値のリストを取得する組み込みメカニズムはありません。この制限は、イーサリアムのストレージ モデルの仕組みに由来します。つまり、マッピングは列挙ではなくキーによって高速にアクセスできるように設計されています。

5. マッピングが作成されると、すべての可能なキーが valueType のデフォルト値 (たとえば、整数の場合は 0、ブール値の場合は false) で初期化されます。これは、存在しないキーにアクセスすると、エラーがスローされるのではなく、デフォルト値が返されることを意味します。

マッピングの背後にあるストレージメカニズム

1. マッピングでは、データを従来のテーブル形式で保存しません。代わりに、Solidity は keccak256 ハッシュ関数を使用してストレージ スロットを動的に計算します。各キーは、マッピング変数のストレージ スロットの位置とともに keccak256 を使用してハッシュされます。

2. ストレージ スロットnにある状態変数マッピングの場合、特定のキーに関連付けられた値はkeccak256(key . slot)に格納されます。連結を表します。これにより、各キーがストレージ内の固有の決定的な場所にマッピングされることが保証されます。

3. ハッシュ関数は一方向であるため、どのキーが設定されているかをリバース エンジニアリングすることは計算上不可能です。これにより、マッピングを反復できなくなります。

4. ネストされたマッピングも同じ原則に従います。マッピング(address => マッピング(uint => bool)) のようなマッピングでは、内部マッピングのスロットは、外部キーと外部マッピングのスロットをハッシュし、その結果を内部キー検索のベースとして使用することによって決定されます。

5. このハッシュ ベースのストレージ レイアウトにより、読み取りおよび書き込み操作のマッピングが非常に効率的になり、どちらの操作もエントリの数に関係なく一定時間で実行されます。

スマートコントラクトの実用的な使用例

1. マッピングの一般的な用途の 1 つは、ERC-20 トークンのユーザー残高を追跡することです。 mapping (address => uint256) private _balancesのようなマッピングを使用すると、任意のウォレット アドレスのトークン保有を迅速に取得および更新できます。

2. アクセス制御システムは、役割や権限を識別するためにマッピングを使用することがよくあります。たとえば、mapping(address => bool) public isAdmin は、アドレスに管理者権限があるかどうかを効率的に検証できます。

3. 分散型取引所または NFT マーケットプレイスでは、マッピングにより注文 ID またはトークン ID が価格、所有者、出品ステータスなどの構造化データにリンクされます。これにより、大規模なデータセットをスキャンすることなく、取引詳細を即座に検索できるようになります。

4. マッピングは、関数の実行中にアドレスをマークすることで再入攻撃を防ぐためにも使用されます。入力された単純なマッピング(アドレス => ブール値) プライベートは、ロック メカニズムとして機能します。

5. ガス効率の高いアクセス パターンのため、特に高スループット プロトコルで識別子による頻繁な検索が必要な場合は、マッピングがアレイよりも優先されます。

よくある質問

マッピングを完全に削除できますか?はい、マッピングで delete キーワードを使用すると、書き込まれた各スロットがデフォルト値にリセットされ、すべてのエントリがクリアされます。ただし、マッピングはすべてのキーのデフォルト値で仮想的に初期化されるため、この操作は明示的に割り当てられたキーにのみ影響します。

関数からマッピングを返すことはできますか?いいえ、マッピングは Solidity では有効な戻り値の型ではないため、関数から直接返すことはできません。キーを介してアクセスされた特定の値のみを返すことができます。

文字列または動的配列をマッピングキーとして使用できますか?文字列および動的バイト配列はマッピング キーとして使用できません。 bytes32、uint、address などの固定サイズのデータ​​型のみが許可されます。必要に応じて、文字列を bytes32 などの固定サイズ形式に変換する必要があります。

マッピングはガス料金にどのような影響を与えますか?初期化されていないキーを使用してマッピングから読み取ると、ストレージを変更せずにデフォルト値が返されるため、ガスの消費が少なくなります。値の書き込みまたは更新では、イーサリアムの状態成長コスト ルールにより、特にゼロ値をゼロ以外に変更する場合、より多くのガスが発生します。