【区块链安全 | 第十五篇】类型之值类型（二）_两个字面量进行计算会不会溢出-优快云博客

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值类型

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值类型

有理数和整数字面量（Rational and Integer Literals）

整数字面量由一串数字（范围为 0-9）组成，并按十进制解析。例如，69 表示六十九。Solidity 中没有八进制字面量，且前导零无效。

十进制小数字面量由一个小数点（.）和至少一个小数点后的数字组成。例如，.1 和 1.3 是有效的（但 1. 是无效的）。

Solidity 也支持科学记数法格式（如 2e10），其中尾数（mantissa）可以是小数，但指数必须是整数。字面量 MeE 等价于 M * 10**E。例如，2e10、-2e10、2e-10 和 2.5e1 都是有效的。

我们可以使用下划线分隔数字字面量中的数字，以提高可读性。例如，十进制的 123_000、十六进制的 0x2eff_abde、科学记数法表示的 1_2e345_678 都是有效的。下划线只能放在两个数字之间，且只能使用一个连续的下划线。数字字面量中的下划线不会改变字面量的语义，它们仅用于增强可读性。

数字字面量表达式具有任意精度，直到它们被转换为非字面量类型（即与其他非字面量表达式一起使用，或通过显式转换）。这意味着数字字面量表达式中的计算不会溢出，除法操作也不会截断。

例如，(2^800 + 1) - 2^800 的结果是常量 1（类型为 uint8），尽管中间结果无法完全适应机器字长。此外，.5 * 8 结果是整数 4（尽管其中使用了非整数）。

注意：
虽然大多数运算符在应用于字面量时会产生字面量表达式，但有些运算符不遵循这一模式：

三元运算符（… ? … : …）
数组下标（<array>[<index>]）

例如，你可能期待像 255 + (true ? 1 : 0) 或 255 + [1, 2, 3][0] 这样的表达式等价于直接使用字面量 256，但实际上它们会在类型 uint8 范围内计算，可能会发生溢出。

如图：

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任何可以应用于整数的运算符也可以应用于数字字面量表达式，只要操作数是整数。如果其中任何一个是小数，则不允许使用位运算，并且如果指数是小数，则不能使用指数运算（因为这可能导致非有理数结果）。

对于字面量数字作为左操作数（或基数）与整数类型作为右操作数（指数）的移位和指数运算，Solidity 总是使用 uint256（对于非负字面量）或 int256（对于负字面量）类型，无论右操作数（指数）的类型是什么。

在 Solidity 0.4.0 版本之前，整数字面量的除法会进行截断，但现在会转换为有理数类型，即 5 / 2 不等于 2，而是 2.5。

Solidity 为每个有理数提供了一个数字字面量类型。整数字面量和有理数字面量属于数字字面量类型。此外，所有数字字面量表达式（即仅包含数字字面量和运算符的表达式）都属于数字字面量类型。所以表达式 1 + 2 和 2 + 1 都属于同一个有理数类型。

数字字面量表达式一旦与非字面量表达式一起使用，就会被转换为非字面量类型。

在以下代码中，分配给 b 的表达式会评估为一个整数：

uint128 a = 1;
uint128 b = 2.5 + a + 0.5;

a 的类型是 uint128，由于 2.5 和 uint128 之间没有共同的类型，Solidity 编译器会拒绝这段代码。

如图所示：

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字符串字面量和类型（String Literals and Types）

字符串字面量可以使用双引号或单引号表示（例如 “foo” 或 ‘bar’），并且它们可以分割成多个连续的部分（例如 “foo” “bar” 等同于 “foobar”），这在处理长字符串时非常有用。与 C 语言不同，字符串字面量不表示以零结尾；例如，“foo” 只表示三个字节，而不是四个字节。与整数字面量类似，字符串字面量的类型也可以变化，但它们可以隐式转换为 bytes1 到 bytes32 类型，bytes 和 string 类型。

例如，bytes32 samevar = “stringliteral” 中，字符串字面量会在赋值给 bytes32 类型时以原始字节的形式进行解释。

字符串字面量只能包含可打印的 ASCII 字符，这意味着它们只能包含从 0x20 到 0x7E 范围的字符。

此外，字符串字面量还支持以下转义字符：

\<newline>（转义实际的换行符）
\\（反斜杠）
\'（单引号）
\"（双引号）
\n（换行符）
\r（回车符）
\t（制表符）
\xNN（十六进制转义，参见下面）
\uNNNN（Unicode 转义，参见下面）

xNN 使用十六进制值并插入相应的字节，而 \uNNNN 使用 Unicode 代码点并插入 UTF-8 编码序列。

注意：
在 Solidity 0.8.0 之前，还有三个额外的转义序列：\b、\f 和 \v。这些转义符在其他编程语言中常见，但在实际应用中不常用。如果需要使用这些转义符，可以通过十六进制转义插入，即 \x08、\x0c 和 \x0b，就像插入其他 ASCII 字符一样。

Unicode 字面量（Unicode Literals）

普通的字符串字面量只能包含 ASCII 字符，而 Unicode 字面量（以 unicode 关键字为前缀）可以包含任何有效的 UTF-8 序列。它们同样支持与普通字符串字面量相同的转义序列。

例如：

string memory a = unicode"Hello 😃";

十六进制字面量（Hexadecimal Literals）

十六进制字面量以 hex 关键字为前缀，并被双引号或单引号包围（例如 hex"001122FF" 或 hex’0011_22_FF’）。它们的内容必须是十六进制数字，并且可以选择性地使用单个下划线作为字节边界的分隔符。字面量的值将是十六进制序列的二进制表示。

多个由空格分隔的十六进制字面量会被连接成一个字面量。例如，hex"00112233" hex"44556677" 等同于 hex"0011223344556677"。

十六进制字面量与字符串字面量类似，但它们不能隐式转换为字符串类型。

示例代码如下：

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.20;

contract HexLiteralExample {
    // 使用十六进制字面量定义字节数据
    bytes constant hexData1 = hex"001122FF";
    bytes constant hexData2 = hex"4455_66_77"; // 可使用下划线分隔字节

    // 拼接两个十六进制字面量（会在编译时合并）
    bytes constant concatenated = hex"00112233" hex"44556677";

    function getHexData1() external pure returns (bytes memory) {
        return hexData1;
    }

    function getHexData2() external pure returns (bytes memory) {
        return hexData2;
    }

    function getConcatenated() external pure returns (bytes memory) {
        return concatenated;
    }
}

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枚举（Enums）

枚举是 Solidity 中创建用户定义类型的一种方式。它们可以显式地转换为任何整数类型，但不允许隐式转换。整数到枚举的显式转换会在运行时检查值是否在枚举的范围内，如果不在该范围内则会触发 Panic 错误。枚举至少需要一个成员，且声明时的默认值是第一个成员。枚举的成员数量不能超过 256 个。

枚举的数据表示与 C 语言中的枚举类似：选项由从 0 开始的连续无符号整数值表示。

通过使用 type(NameOfEnum).min 和 type(NameOfEnum).max，可以获得给定枚举的最小值和最大值。

例如：

// SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.8.8;

contract test {
    // 定义枚举类型 ActionChoices，表示四个动作选项
    enum ActionChoices { GoLeft, GoRight, GoStraight, SitStill }
    
    // 创建一个 ActionChoices 类型的变量 choice 来存储当前选择
    ActionChoices choice;
    
    // 声明一个常量 defaultChoice，默认为 GoStraight
    ActionChoices constant defaultChoice = ActionChoices.GoStraight;

    // public 函数 setGoStraight 用于将 choice 设置为 GoStraight
    function setGoStraight() public {
        choice = ActionChoices.GoStraight;
    }

    // public 函数 getChoice 返回当前的 choice，注意：枚举类型在外部函数中会转换为 uint8 类型
    // 由于枚举类型不是 ABI 的一部分，所以 "getChoice" 的签名会变成 "getChoice() returns (uint8)"
    function getChoice() public view returns (ActionChoices) {
        return choice;
    }

    // public 函数 getDefaultChoice 返回默认值 GoStraight 对应的整数值
    // 返回的是 uint 类型的数字，表示 GoStraight 在枚举中的整数值
    function getDefaultChoice() public pure returns (uint) {
        return uint(defaultChoice);
    }

    // public 函数 getLargestValue 返回枚举类型中最大的值
    function getLargestValue() public pure returns (ActionChoices) {
        return type(ActionChoices).max;  // 返回最大枚举值
    }

    // public 函数 getSmallestValue 返回枚举类型中最小的值
    function getSmallestValue() public pure returns (ActionChoices) {
        return type(ActionChoices).min;  // 返回最小枚举值
    }
}

枚举也可以在文件级别声明，而不需要在合约或库定义中。

用户定义值类型

用户定义值类型（User-Defined Value Types）允许开发者在不引入额外运行时开销的前提下，对基础类型（如 uint256、address 等）进行类型封装，实现更强的类型安全。这种机制提供了类似类型别名的功能，但在类型系统中更加严格。

用户定义值类型的语法为：

type C is V;

其中 C 是新定义的类型名，V 是必须来自内建的值类型（即基础类型）。

可以使用以下函数进行类型转换：

C.wrap(value)：将基础类型值转换为用户定义类型。
C.unwrap(value)：将用户定义类型值转换为基础类型。

需要注意的是：

用户定义的值类型不继承基础类型的任何操作符或成员函数。
运算符（例如 ==）是未定义的，必须显式调用 unwrap 后再进行比较或其他操作。
不允许任何隐式或显式的类型转换，除非通过 wrap / unwrap。

这些类型的内部表示与其基础类型一致，并且在 ABI 编码/解码时使用基础类型的方式。

示例合约代码如下：

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.19;

// 定义一个用户自定义类型 U256，基于 uint256
type U256 is uint256;

contract UDVTExample {
    // 定义一个变量，类型为 U256
    U256 public myValue;

    // 设置值时需使用 wrap
    function setValue(uint256 _value) public {
        myValue = U256.wrap(_value);
    }

    // 获取值时需使用 unwrap
    function getValue() public view returns (uint256) {
        return U256.unwrap(myValue);
    }

    // 示例函数，使用 unwrap 进行比较
    function isEqual(uint256 _value) public view returns (bool) {
        return U256.unwrap(myValue) == _value;
    }
}

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