如何编写 Gas-Efficient 且优化的 Solidity 代码？

了解天然气消耗模式

1. 以太坊虚拟机中的每个操作都会消耗一定量的 Gas，从简单的算术到存储写入。

2. 与固定大小的结构相比，内存分配和动态数组调整大小会引发不成比例的高天然气成本。

3. 外部函数调用由于消息传递、堆栈复制和 EVM 上下文切换而产生开销。

4. SLOAD 和 SSTORE 操作仍然是最昂贵的指令之一，特别是在重复修改存储槽时。

5. 如果循环迭代包含没有适当边界检查的存储读取或写入，则循环迭代会成倍增加气体使用量。

优化存储布局

1. 将多个小变量打包到单个 256 位存储槽中，减少了 SSTORE 调用，并节省了部署和运行时的 Gas。

2. 按大小降序声明状态变量（uint256、uint128、uint64）可以实现更紧密的打包并避免隐式填充间隙。

3. 对在构造函数中初始化一次的常量使用不可变可以完全消除部署后的存储写入。

4. 在不发生传输的情况下，用纯地址替换应付地址可以消除不必要的类型转换开销。

5. 避免在不考虑对齐的情况下使用混合大小字段的结构会导致空间浪费和每次访问的气体增加。

最小化运行时计算

1. 在链外计算循环边界或将它们缓存在内存中可以防止迭代内重复存储查找。

2. 使用未经检查的 { ... }进行数学上不可能溢出的算术运算会跳过安全检查，并且每次操作最多可减少 40% 的 Gas 消耗。

3. 优先使用require()而不是assert()可确保在无效输入时更早失败并降低 Gas 成本。

4. 将复杂的逻辑移入库并使用 delegatecall 可以避免跨合约复制字节码。

5. 手动内联小型辅助函数可以减少调用开销，尽管编译器优化可能会在更高的优化级别自动处理此问题。

编译器和工具链的利用

1. 使用--optimize --optimize-runs=200启用 Solidity 优化器，通过不断折叠和跳转重新排序，显着减少部署的字节码大小和运行时 Gas。

2. 使用最新的编译器版本（例如 0.8.24）可以解锁旧版本中不可用的内置检查和更积极的内联策略。

3. 使用solc --asm等工具分析生成的操作码，揭示隐藏的低效率问题，例如冗余 DUP 或不必要的 SWAP。

4. 集成 Foundry 的伪造检查有助于识别测试期间的存储槽冲突和意外的内存分配。

5. 通过forge test --gas-report运行 Gas 快照会在主网部署之前暴露热点。

常见问题解答

问：使用视图函数是否可以消除调用者的所有 Gas 成本？答：不会。虽然视图函数在通过 RPC 外部调用时不消耗 Gas，但在同一事务中从非视图函数内部调用时仍然会消耗 Gas。

问：我可以在内部逻辑中安全地将 require(msg.sender == Owner) 替换为 msg.sender == Owner 吗？答：不安全。删除require会消除显式恢复，从而导致静默故障或意外行为，而不是受控错误处理。

问：发出事件或将数据存储在映射中以进行链外索引更好吗？答：事件比存储写入便宜，并且足以用于索引目的。除非需要链上访问，否则在事件和状态变量中存储相同的数据会浪费gas，而且不会带来任何额外的好处。

问：为什么使用 delete arr[i] 删除数组元素不会降低总合约 Gas 成本？ A： delete关键字只是重置值，不会缩小数组长度，也不会回收存储槽位。动态阵列保留容量，并且需要手动移动或使用推/弹出模式来实现真正的清理。