一沟绪、引言
Solidity 是一種面向以太坊平臺的智能合約編程語言割卖，具有類似 JavaScript 和 C++ 的語法結構疙驾。它是專門為在區(qū)塊鏈上編寫自執(zhí)行合約而設計的杠河，支持復雜的業(yè)務邏輯和去中心化應用（dApps）的開發(fā)氢架。隨著區(qū)塊鏈技術的快速發(fā)展傻咖，Solidity 已成為構建去中心化金融（DeFi）、NFT 市場以及其他區(qū)塊鏈應用的首選語言（其實主要是以太坊用戶多罷了）岖研。
在區(qū)塊鏈開發(fā)中卿操，處理數(shù)據(jù)的效率至關重要，特別是在智能合約中孙援，數(shù)組的高效操作往往決定了合約的性能和 gas 成本害淤。由于以太坊網(wǎng)絡上的每一筆交易都會產(chǎn)生費用，減少不必要的計算和存儲操作變得尤為關鍵拓售。對數(shù)組進行去重就是這樣一種常見的數(shù)據(jù)操作需求：我們可能需要從一個用戶列表中移除重復地址窥摄，或從一個交易列表中提取唯一的交易 ID。這些操作不僅涉及數(shù)據(jù)的正確性础淤，還直接影響到合約的執(zhí)行成本崭放。
那么哨苛，在 Solidity 中，如何高效地對數(shù)組進行去重币砂？這是一個值得深入探討的話題建峭。本文將介紹幾種常見的去重方法，并分析它們的優(yōu)缺點决摧，幫助你在實際開發(fā)中選擇最合適的策略亿蒸。
二磷雇、Solidity 中的數(shù)組操作基礎
在 Solidity 中漾岳，數(shù)組是最常用的數(shù)據(jù)結構之一，允許開發(fā)者存儲和操作一系列相同類型的元素坠敷。根據(jù)數(shù)組的長度是否固定拘鞋，Solidity 中的數(shù)組可以分為靜態(tài)數(shù)組和動態(tài)數(shù)組砚蓬。
2.1 Solidity 中數(shù)組的基本使用方法
在 Solidity 中，定義和使用數(shù)組的方法非常直觀盆色。數(shù)組類型由元素類型和方括號組成灰蛙，例如 uint256[] 表示一個動態(tài)數(shù)組，uint256[5] 表示一個包含 5 個 uint256 元素的靜態(tài)數(shù)組隔躲。
以下是一些基本的數(shù)組操作示例：
// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;
contract ArrayExample {
// 動態(tài)數(shù)組
uint256[] public dynamicArray;
// 靜態(tài)數(shù)組
uint256[5] public staticArray;
// 添加元素到動態(tài)數(shù)組
function addElement(uint256 element) public {
dynamicArray.push(element);
}
// 修改靜態(tài)數(shù)組中的元素
function setElement(uint256 index, uint256 element) public {
require(index < staticArray.length, "Index out of bounds");
staticArray[index] = element;
}
// 獲取動態(tài)數(shù)組的長度
function getDynamicArrayLength() public view returns (uint256) {
return dynamicArray.length;
}
}
2.2 動態(tài)數(shù)組與靜態(tài)數(shù)組的區(qū)別
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靜態(tài)數(shù)組：靜態(tài)數(shù)組的長度在編譯時已確定摩梧，并且在合約生命周期中無法更改。使用靜態(tài)數(shù)組的優(yōu)點是它們的存儲和操作成本相對較低宣旱，因為它們不需要動態(tài)調(diào)整大小仅父。靜態(tài)數(shù)組常用于合約中需要處理固定數(shù)量數(shù)據(jù)的場景，例如固定數(shù)量的參與者或預定義的常量值浑吟。
// 定義一個包含 3 個元素的靜態(tài)數(shù)組 uint256[3] public staticArray = [1, 2, 3]; -
動態(tài)數(shù)組：動態(tài)數(shù)組的長度在合約的生命周期內(nèi)是可變的笙纤，開發(fā)者可以使用
push方法向數(shù)組中添加元素。雖然動態(tài)數(shù)組提供了靈活性组力，但它們也帶來了更高的 gas 成本省容，尤其是在添加和刪除元素時。動態(tài)數(shù)組適用于需要處理可變數(shù)量數(shù)據(jù)的場景燎字，例如用戶地址列表或交易記錄等腥椒。// 定義一個動態(tài)數(shù)組 uint256[] public dynamicArray; // 向動態(tài)數(shù)組中添加元素 dynamicArray.push(4);
2.3 數(shù)組操作的 gas 成本及其在智能合約中的重要性
在智能合約中，每次數(shù)組操作都會消耗一定的 gas候衍，這是因為操作涉及對以太坊虛擬機（EVM）中存儲的讀取和寫入笼蛛。尤其是在以太坊主網(wǎng)上，gas 成本直接影響到交易費用蛉鹿，因此對數(shù)組的操作效率顯得尤為重要伐弹。
- 讀操作：在數(shù)組中讀取數(shù)據(jù)的 gas 成本相對較低，通常只需要訪問存儲器。
- 寫操作：寫操作的 gas 成本較高惨好，因為它涉及到將數(shù)據(jù)寫入以太坊的持久化存儲煌茴。
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動態(tài)調(diào)整大小：對于動態(tài)數(shù)組，每次
push操作不僅需要寫入新元素日川，還可能涉及數(shù)組大小調(diào)整的操作蔓腐，這會增加額外的 gas 成本。
優(yōu)化數(shù)組操作是 Solidity 開發(fā)中的一個關鍵點龄句。為了減少不必要的 gas 消耗回论，開發(fā)者通常會在合約邏輯中慎重考慮數(shù)組的使用方式和操作方法。例如分歇，盡量避免在循環(huán)中進行多次寫操作傀蓉，或者在不必要的情況下使用動態(tài)數(shù)組。
總之职抡，理解數(shù)組的基本操作及其 gas 成本葬燎，可以幫助開發(fā)者編寫更高效的智能合約，避免不必要的資源浪費缚甩，提升合約的整體性能谱净。
三、Solidity 中的去重挑戰(zhàn)
在智能合約開發(fā)中擅威，Solidity 的局限性往往會影響開發(fā)者實現(xiàn)特定功能的方式壕探。一個顯著的限制是，Solidity 不直接支持像 JavaScript 中的 Set 這樣的動態(tài)數(shù)據(jù)結構郊丛。這使得在 Solidity 中處理集合操作（如去重）變得更加復雜和昂貴李请。
由于 Solidity 的局限性和區(qū)塊鏈環(huán)境的特性，開發(fā)者必須在實現(xiàn)去重的同時厉熟，盡可能減少存儲和計算操作导盅，以節(jié)省 gas 和降低存儲成本。這需要精心設計合約邏輯庆猫，選擇最合適的數(shù)據(jù)結構和算法來優(yōu)化性能和成本。在智能合約開發(fā)中绅络，這種權衡和優(yōu)化是不可避免的月培，也是開發(fā)者需要不斷學習和改進的關鍵點。
3.1 Solidity 的局限性
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缺乏高級數(shù)據(jù)結構：Solidity 目前只支持基本的數(shù)據(jù)結構恩急，如數(shù)組和映射（mapping）杉畜。這些數(shù)據(jù)結構雖然足以滿足許多簡單需求，但在處理更復雜的數(shù)據(jù)操作時衷恭，如自動去重或排序此叠，它們顯得力不從心。與 JavaScript 不同随珠，Solidity 沒有原生的
Set類型灭袁，這意味著沒有直接的方式來存儲唯一值猬错。 - 存儲操作成本高：Solidity 中的任何寫入操作，特別是涉及到永久存儲（storage）時茸歧，都會消耗大量的 gas倦炒。存儲的數(shù)據(jù)越多，操作越復雜软瞎，消耗的 gas 就越高逢唤。因此，構建一個復雜的數(shù)據(jù)結構或進行多次數(shù)據(jù)寫入操作涤浇，會顯著增加合約的部署和執(zhí)行成本鳖藕。
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沒有原生的集合操作：Solidity 缺乏對集合操作的原生支持。像在 JavaScript 中使用
Set的add方法自動去重只锭，或使用has方法快速查找元素著恩，這些在 Solidity 中都需要手動實現(xiàn)。通常纹烹，這需要編寫額外的邏輯和循環(huán)页滚，進一步增加了合約的復雜性和執(zhí)行成本。
3.2 在 Solidity 中實現(xiàn)去重的難度
在 Solidity 中去重的主要難點在于如何在保證數(shù)據(jù)唯一性的同時控制 gas 成本铺呵。以下是實現(xiàn)去重的一些挑戰(zhàn)：
- 高昂的 gas 成本：為了實現(xiàn)去重裹驰，開發(fā)者需要遍歷數(shù)組中的所有元素，并且通常需要在遍歷過程中檢查每個元素是否已經(jīng)存在片挂。使用映射（mapping）或集合（set）來跟蹤已經(jīng)見過的元素是一種常見的解決方案幻林，但每次訪問和修改映射都會消耗 gas，尤其是在數(shù)據(jù)量較大時音念，成本可能會非常高沪饺。
- 存儲空間的浪費：為實現(xiàn)去重，我們需要額外的數(shù)據(jù)結構來跟蹤已經(jīng)處理的元素闷愤。例如整葡，使用映射來記錄一個元素是否已出現(xiàn)過，雖然這種方式可以使查找操作的時間復雜度為 O(1)讥脐，但是映射本身需要額外的存儲空間遭居，這會增加合約的總體存儲成本。更糟的是旬渠，存儲在區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)是永久存在的俱萍，這意味著這些額外的存儲消耗將會是長期的。
- Gas Limit 約束：以太坊網(wǎng)絡對單個交易執(zhí)行的 gas 數(shù)量有上限（即 gas limit）告丢。如果一個合約函數(shù)在執(zhí)行時消耗的 gas 超過了這個限制枪蘑，交易將被回滾，合約不會執(zhí)行成功。去重操作的復雜性可能導致 gas 消耗迅速增加岳颇，特別是在處理大型數(shù)組或在復雜邏輯中嵌套多次去重操作時照捡。
四、方法一：使用集合（或映射）進行去重
下面是一個使用 openzepplin 的 EnumerableSet 庫來快速去重空投地址的智能合約示例：
// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;
// version >= v3.3.0
import {EnumerableSet} from "@openzeppelin/contracts/utils/structs/EnumerableSet.sol";
contract AirdropUniqueAddresses {
// Using the EnumerableSet library for AddressSet
using EnumerableSet for EnumerableSet.AddressSet;
// Declare a state variable of type EnumerableSet.AddressSet to store unique addresses
EnumerableSet.AddressSet private seen;
// Function to add an address to the set if it is not already present
function addAirdropAddress(address _address) public returns (bool) {
// Add the address to the set
// Returns true if the address was not already in the set, false otherwise
return seen.add(_address);
}
// Function to check if an address is already in the set
function isAirdropAddressSeen(address _address) public view returns (bool) {
// Check if the address is in the set
return seen.contains(_address);
}
// Function to get the total number of unique addresses in the set
function getTotalUniqueAddresses() public view returns (uint256) {
// Return the number of unique addresses in the set
return seen.length();
}
// Function to retrieve an address by index in the set
function getAirdropAddressAtIndex(uint256 index) public view returns (address) {
// Ensure the index is within the bounds of the set
require(index < seen.length(), "Index out of bounds");
// Retrieve the address at the specified index
return seen.at(index);
}
// Function to remove an address from the set
function removeAirdropAddress(address _address) public returns (bool) {
// Remove the address from the set
// Returns true if the address was in the set and removed, false otherwise
return seen.remove(_address);
}
}
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優(yōu)點：
- 高效性：映射在 Solidity 中提供了 O(1) 的查找時間赦役。
- 易于實現(xiàn)：邏輯簡單麻敌，易于理解。
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缺點：
- 需要額外的存儲空間掂摔，可能會增加 gas 成本术羔。
- 不能動態(tài)創(chuàng)建映射，需要預先定義數(shù)據(jù)結構：類似這種代碼在編譯中會報錯
Uninitialized mapping. Mappings cannot be created dynamically, you have to assign them from a state variable.
mapping(uint256 => bool) memory seen;
uint256[] memory input = [1, 2, 2, 3, 4, 4];
for (uint256 i = 0; i < input.length; i++) {
if (!seen[input[i]]) {
seen[input[i]] = true;
}
}
五乙漓、方法二：雙重循環(huán)去重
以下是一個使用雙重循環(huán)來去重空投地址的智能合約示例：
// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;
contract AirdropUniqueAddresses {
// Function to get the unique addresses after removing duplicates
function getUniqueAirdropAddresses(address[] airdropAddresses;) public view returns (address[] memory) {
// Calculate the length of the airdropAddresses array
uint256 length = airdropAddresses.length;
// Create a dynamic array to store unique addresses
address[] memory uniqueAddresses = new address[](length);
uint256 uniqueCount = 0;
// Outer loop to iterate through each address in the airdropAddresses array
for (uint256 i = 0; i < length; i++) {
bool isDuplicate = false;
// Inner loop to check if the address is already in the uniqueAddresses array
for (uint256 j = 0; j < uniqueCount; j++) {
if (airdropAddresses[i] == uniqueAddresses[j]) {
isDuplicate = true;
break;
}
}
// If the address is not a duplicate, add it to the uniqueAddresses array
if (!isDuplicate) {
uniqueAddresses[uniqueCount] = airdropAddresses[i];
uniqueCount++;
}
}
// Create a new array with the size of uniqueCount to store the final unique addresses
address[] memory finalUniqueAddresses = new address[](uniqueCount);
// Copy the unique addresses to the final array
for (uint256 k = 0; k < uniqueCount; k++) {
finalUniqueAddresses[k] = uniqueAddresses[k];
}
return finalUniqueAddresses;
}
}
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優(yōu)點：
- 不需要額外的存儲結構级历，非常節(jié)省空間。
- 適合小規(guī)模數(shù)據(jù)叭披，簡潔易懂寥殖。
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缺點：
- 時間復雜度為 O(n^2)，對于大數(shù)據(jù)集不太適用涩蜘。
- 可能導致高 gas 消耗嚼贡，不建議在生產(chǎn)環(huán)境中使用。
