Solidity之旅（十三）函数及其可见性和状态可变性

01状态变量可见性在这之前的文章里，给出的例子中，声明的状态变量都修饰为public，因为我们将状态变量声明为public后，Solidity编译器自动会为我们生成一个与状态变量同名的、且函数可见性为public的函数！在Solidity中，除了可以将状态变量修饰为public，还可以修饰为另外两种：internal、private。 public
对于public状态变量会自动生成一个，与状态变量同名的public修饰的函数。以便其他的合约读取他们的值。当在用一个合约里使用是，外部方式访问(如:this.x)会调用该自动生成的同名函数，而内部方式访问(如:x)会直接从存储中获取值。Setter函数则不会被生成，所以其他合约不能直接修改其值。 internal
内部可见性状态变量只能在它们所定义的合约和派生合同中访问，它们不能被外部访问。这是状态变量的默认可见性。 private
私有状态变量就像内部变量一样，但它们在派生合约中是不可见的。// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract stateVarsVisible {
uint public num;
function showNum() public returns(uint){

  num += 1;
  return num;

}
}

contract outsideCall {
function myCall() public returns(uint){

  //实例化合约
  stateVarsVisible sv = new stateVarsVisible();
  //调用 getter 函数
  return sv.num();

}
}

// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract stateVarsVisible {
uint internal num;
function showNum() public returns(uint){

  num += 1;
  return num;

}
function fn() external returns(uint){

  return num;

}
}
contract sub is stateVarsVisible {
function myNum() public returns(uint){

  return stateVarsVisible.num;

}
}
contract outsideCall {
function myCall() public returns(uint){

  //实例化合约
  stateVarsVisible sv = new stateVarsVisible();
  //外部合约 不能访问
  //return sv.num();

}
}

// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract stateVarsVisible {
uint private num;
function showNum() public returns(uint){

  num += 1;
  return num;

}
function fn() external returns(uint){

  return num;

}
}
contract sub is stateVarsVisible {
function myNum() public returns(uint){
//派生合约 无法访问 基合约 的状态变量

  return stateVarsVisible.num;

}
}

02函数可见性前面的文章，我们多多少少有见到在函数参数列表后的一些关键字，那便是函数可见性修饰符。对于函数可见性这一概念，有过现代编程语言的经历大都知晓，诸如，public（公开的）、private（私有的）、protected（受保护的）用来修饰函数的可见性，Java、PHP`等便是使用这些关键字来修饰函数的可见性。当然咯，Solidity函数对外可访问也做了修饰，分为以下4种可见性： external
外部可见性函数作为合约接口的一部分，意味着我们可以从其他合约和交易中调用。一个外部函数f不能从内部调用（即f不起作用，但this.f()可以）。 public
public函数是合约接口的一部分，可以在内部或通过消息调用。 internal
内部可见性函数访问可以在当前合约或派生的合约访问，外部不可以访问。由于它们没有通过合约的ABI向外部公开，它们可以接受内部可见性类型的参数：比如映射或存储引用。 private
private函数和状态变量仅在当前定义它们的合约中使用，并且不能被派生合约使用。// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract FunctionVisible {
uint private num;
function privateFn(uint x) private returns(uint y){ y = x + 5; }
function setNum(uint x) public { num = x;}
function getNum() public returns(uint){ return num; }
function sum(uint x,uint y) internal returns(uint) { return x + y; }
function showPri(uint x) external returns(uint){ x += num; return privateFn(x); }

}
contract Outside {
function myCall() public {

  FunctionVisible fv = new FunctionVisible();
  uint res = fv.privateFn(7); // 错误：privateFn 函数是私有的
  fv.setNum(4);
  res = fv.getNum();
  res = fv.sum(3,4); // 错误：sum 函数是 内部的

}
}

// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract FunctionVisible {
uint private num;
function privateFn(uint x) private view returns(uint y){ y = x + num; }
function setNum(uint x) public { num = x;}
function getNum() public view returns(uint){ return num; }
function sum(uint x,uint y) internal pure returns(uint) { return x + y; }
function showPri(uint x) external view returns(uint){ x += num; return privateFn(x); }

}
contract Sub is FunctionVisible {
function myTest() public pure returns(uint) {

    uint val = sum(3, 5); // 访问内部成员（从继承合约访问父合约成员）
    val = privateFn(6);  //privateFn函数是私有的，即便是派生合约也不能访问
    return val;
}

}

getter函数具有外部（external）可见性。如果在内部访问getter（即没有this.），它被认为一个状态变量。如果使用外部访问（即用this.），它被认作为一个函数。// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract C {

uint public data;
function x() public returns(uint) {
    data = 3; // 内部访问
    uint val = this.data(); // 外部访问
    return val;
}

}

如果你有一个数组类型的public状态变量，那么你只能通过生成的getter函数访问数组的单个元素。这个机制以避免返回整个数组时的高成本gas。可以使用如myArray(0)用于指定参数要返回的单个元素。如果要在一次调用中返回整个数组，则需要写一个函数，例如：// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract C {

uint[] public myArray;

// 自动生成的Getter 函数
/*
function myArray(uint i) public view returns (uint) {

  return myArray[i];

}
*/

// 返回整个数组
function getArray() public view returns (uint[] memory) {

  return myArray;

}
}

03合约之外的函数在Solidity0.7.0版本之后，便可以将函数定义在合约之外，我们称这种函数为“自由函数”，其函数可见性始终隐式地为internal，它们的代码包含在所有调用它们的合约中，类似于后续会讲到的库函数。// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

function sum(uint[] memory arr) pure returns (uint s) {

for (uint i = 0; i < arr.length; i++)
    s += arr[i];

}

contract ArrayExample {

bool found;
function f(uint[] memory arr) public {
    //编译器会将 合约外函数的代码添加到这里
    uint s = sum(arr);
    require(s >= 10); //后续会讲到
    found = true;
}

}

在合约之外定义的函数仍然在合约的上下文内执行。它们仍然可以调用其他合约，将其发送以太币或销毁调用它们的合约等其他事情。与在合约中定义的函数的主要区别为：自由函数不能直接访问存储变量this、存储和不在他们的作用域范围内函数。04函数参数与返回值与其它编程语言一样，函数可能接受参数作为输入。但Solidity和golang一样，函数可以返回任意数量的值作为输出。1、函数入参函数的参数变量这一点倒是与声明变量是一样的，如果未能使用到的参数可以省略参数名。// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract Simple {

uint sum;
function taker(uint a, uint b) public {
    sum = a + b;
}

}

2、返回值Solidity函数返回值与golang函数返回很类似，只不过，Solidity使用returns关键字将返回参数声明在小括号内。// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract Simple {

function arithmetic(uint a, uint b) public pure returns (uint sum, uint product)
{
    sum = a + b;
    product = a * b;
}

}返回变量名可以被省略。返回变量可以当作为函数中的局部变量，没有显式设置的话，会使用:ref:默认值<default-value>返回变量可以显式给它附一个值(像上面)，也可以使用return语句指定，使用return语句可以一个或多个值。// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract Simple {

function arithmetic(uint a, uint b)
    public
    pure
    returns (uint , uint )
{
    return (a + b, a * b);
}

}05状态可变性view我们在先前的文章会看到，有些函数在修饰为public后，有多了view修饰的。而函数使用了view修饰，说明这个函数不能修改状态变量（StateVariable），只能获取状态变量的值，由于view修饰的函数不能修改存储在区块链上的状态变量，这种函数的gasfee不会很高，毕竟调用函数也会消耗gasfee。而以下情况被认为是修改状态的：1.修改状态变量。2.产生事件。3.创建其它合约。4.使用selfdestruct。5.通过调用发送以太币。6.调用任何没有标记为view或者pure的函数。7.使用低级调用。8.使用包含特定操作码的内联汇编。// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract Simple {

function f(uint a, uint b) public view returns (uint) {
    return a * (b + 42) + block.timestamp;
}

}

Solidity0.5.0移除了view的别名constant。Getter方法自动被标记为view。pure若将函数声明为pure的话，那么该函数是既不能读取也不能修改状态变量（StateVariable）。除了上面解释的状态修改语句列表之外，以下被认为是读取状态：1.读取状态变量。2.访问address(this).balance或者<address>.balance。3.访问block，tx，msg中任意成员（除msg.sig和msg.data之外）。4.调用任何未标记为pure的函数。5.使用包含某些操作码的内联汇编。// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract Simple {

function f(uint a, uint b) public pure returns (uint) {
    return a * (b + 42);
}

}

06特别的函数receive接收以太函数一个合约最多有一个receive函数，声明函数为：receive()externalpayable{...}不需要function关键字，也没有参数和返回值并且必须是external可见性和payable修饰．它可以是virtual的，可以被重载也可以有后续会讲到的修改器modifier。在对合约没有任何附加数据调用（通常是对合约转账）是会执行receive函数。例如通过.send()或.transfer()，如果receive函数不存在，但是有payable的接下来会讲到的fallback回退函数那么在进行纯以太转账时，fallback函数会调用。如果两个函数都没有，这个合约就没法通过常规的转账交易接收以太（会抛出异常）。更糟的是，receive函数可能只有2300gas可以使用（如，当使用send或transfer时），除了基础的日志输出之外，进行其他操作的余地很小。下面的操作消耗会操作2300gas： 写入存储
创建合约
调用消耗大量gas的外部函数
发送以太币
// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract Simple {

event Received(address, uint);
receive() external payable {
    emit Received(msg.sender, msg.value);
}

}

Fallback回退函数合约可以最多有一个回退函数。函数声明为：fallback()external[payable]或fallback(bytescalldatainput)external[payable]returns(bytesmemoryoutput)。没有function关键字。必须是external可见性，它可以是virtual的，可以被重载也可以有后续会讲到的修改器modifier。如果在一个对合约调用中，没有其他函数与给定的函数标识符匹配，fallback会被调用。或者在没有receive函数时，而没有提供附加数据对合约调用，那么fallback函数会被执行。fallback函数始终会接收数据，但为了同时接收以太时，必须标记为payable。如果使用了带参数的版本，input将包含发送到合约的完整数据（等于msg.data），并且通过output返回数据。返回数据不是ABI编码过的数据，相反，它返回不经过修改的数据。更糟的是，如果回退函数在接收以太时调用，可能只有2300gas可以使用。与任何其他函数一样，只要有足够的gas传递给它，回退函数就可以执行复杂的操作。payable的fallback函数也可以在pure·以太转账的时候执行，如果没有receive以太函数推荐总是定义一个receive函数，而不是定义一个payable的fallback函数，如果想要解码输入数据，那么前四个字节用作函数选择器，然后用abi.decode与数组切片语法一起使用来解码ABI编码的数据：(c, d) = abi.decode(_input[4:], (uint256, uint256));请注意，这仅应作为最后的手段，而应使用对应的函数。// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.0;

contract Test {

// 发送到这个合约的所有消息都会调用此函数（因为该合约没有其它函数）。
// 向这个合约发送以太币会导致异常，因为 fallback 函数没有 `payable` 修饰符
fallback() external { x = 1; }
uint x;

}

// 这个合约会保留所有发送给它的以太币，没有办法返还。
contract TestPayable {

uint x;
uint y;

// 除了纯转账外，所有的调用都会调用这个函数．
// (因为除了 receive 函数外，没有其他的函数).
// 任何对合约非空calldata 调用会执行回退函数(即使是调用函数附加以太).
fallback() external payable { x = 1; y = msg.value; }

// 纯转账调用这个函数，例如对每个空empty calldata的调用
receive() external payable { x = 2; y = msg.value; }

}

contract Caller {

function callTest(Test test) public returns (bool) {
    (bool success,) = address(test).call(abi.encodeWithSignature("nonExistingFunction()"));
    require(success);
    //  test.x 结果变成 == 1。

    // address(test) 不允许直接调用 send ,  因为 test 没有 payable 回退函数
    //  转化为 address payable 类型 , 然后才可以调用 send
    address payable testPayable = payable(address(test));

    testPayable.transfer(2 ether);
    // 以下将不会编译，但如果有人向该合约发送以太币，交易将失败并拒绝以太币。
    // test.send(2 ether）;
    return true;
}

function callTestPayable(TestPayable test) public returns (bool) {
    (bool success,) = address(test).call(abi.encodeWithSignature("nonExistingFunction()"));
    require(success);
    // 结果 test.x 为 1  test.y 为 0.
    (success,) = address(test).call{value: 1}(abi.encodeWithSignature("nonExistingFunction()"));
    require(success);
    // 结果test.x 为1 而 test.y 为 1.

    // 发送以太币, TestPayable 的 receive　函数被调用．

    // 因为函数有存储写入, 会比简单的使用 send 或 transfer 消耗更多的 gas。
    // 因此使用底层的call调用
    (success,) = address(test).call{value: 2 ether}("");
    require(success);

    // 结果 test.x 为 2 而 test.y 为 2 ether.

    return true;
}

}

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