Solidity 值類型詳解

學習目標

• 掌握 Solidity 的整型、布爾、地址、定長字節數組、枚舉等值類型
• 理解 EVM 256 位機器架構對類型設計的影響
• 掌握類型轉換規則（隱式 vs 顯式）
• 瞭解溢出問題的歷史與解決方案
• 理解 Solidity 中所有類型的默認值機制

一、整型（int / uint）

1.1 基本概念

Solidity 提供有符號整型 int 和無符號整型 uint，從 8 位到 256 位，以 8 位為步長：

• uint 是 uint256 的別名
• int 是 int256 的別名

1.2 為甚麼是 256 位？

EVM（以太坊虛擬機）是一台 256 位的棧式虛擬機，其內部寄存器和棧槽位寬度均為 256 位。因此 uint256 / int256 是 EVM 的原生操作類型，使用其他位寬的類型在某些情況下反而可能消耗更多 Gas（因為需要額外的掩碼操作）。

1.3 溢出問題

整型溢出是智能合約安全的重大隱患：

低版本（< 0.8.0）：取模行為

uint8 x = 255;
x = x + 1;  // 結果為 0，發生溢出但不報錯！

這種靜默溢出導致了大量安全事故（如 2018 年的 BEC Token 漏洞）。

高版本（>= 0.8.0）：自動檢查，溢出拋異常

uint8 x = 255;
x = x + 1;  // 交易 revert，自動檢測到溢出

SafeMath 庫（歷史方案）

在 0.8.0 之前，開發者需要使用 OpenZeppelin 的 SafeMath 庫來手動防止溢出。0.8.0 之後編譯器內置了溢出檢查，SafeMath 不再需要。

如果你確實需要溢出取模行為（極少數場景），可以使用 unchecked 塊：
solidity
unchecked { x = x + 1; }

1.4 獲取類型邊界

使用 type(T).min 和 type(T).max 獲取類型的最小值和最大值：

type(uint8).min   // 0
type(uint8).max   // 255
type(int8).min    // -128
type(int8).max    // 127
type(uint256).max // 2^256 - 1（一個極大的數）

1.5 類型轉換

隱式轉換（窄 → 寬）：安全，自動進行

uint8 x = 8;
uint16 y = x;  // OK：uint8 → uint16，範圍變寬，不丟失數據

顯式轉換（強制）：可能丟失數據，需手動聲明

uint16 y = 256;
uint8 x = uint8(y);  // 強制截斷：x = 0（256 超出 uint8 範圍）

1.6 完整示例

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity >=0.8.2 <0.9.0;

contract BasicType {
    function testInt() public pure returns (uint) {
        uint256 max = type(uint256).max;
        uint8 x = 8;
        uint16 y = 9;
        y = x;          // 隱式轉換：y比x表達範圍寬
        x = uint8(y);   // 顯式強制類型轉換
        return max;
    }

    // 枚舉類型
    enum OrderState {
        layorder,
        payment
    }
    function enumTest() public pure returns (OrderState) {
        OrderState state = OrderState.payment;
        return state;
    }
}

二、布爾類型（bool）

布爾類型只有兩個值：true 和 false。

bool isActive = true;
bool isExpired = false;

雖然邏輯上只需要 1 位，但在 EVM 中布爾值實際佔用 8 位（1 字節） 的存儲空間。支持的運算符：

注意：Solidity 不支持將布爾值與整型互相轉換（不像 C 語言中 0 為 false、非 0 為 true）。

三、地址類型（address）

3.1 基本概念

地址類型是 Solidity 中最重要的類型之一，長度為 20 字節（160 位）：

address addr = 0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4;

3.2 address 與 address payable

Solidity 區分兩種地址類型：

address payable recipient = payable(0x123...);
recipient.transfer(1 ether);  // 發送 ETH，失敗自動 revert
bool success = recipient.send(1 ether);  // 發送 ETH，失敗返回 false

3.3 類型轉換

地址類型可以與 uint160 和 bytes20 互相轉換：

address addr = 0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4;
uint160 num = uint160(addr);    // address → uint160
bytes20 data = bytes20(addr);   // address → bytes20
address back = address(num);    // uint160 → address

3.4 合約地址 vs EOA 地址

以太坊有兩種賬戶類型，它們的地址格式完全相同：

3.5 常用成員

addr.balance           // 獲取地址的 ETH 餘額（單位 wei）
addr.code              // 獲取地址的合約字節碼
addr.call(data)        // 底層調用，返回 (bool, bytes)
addr.delegatecall(data) // 委託調用
addr.staticcall(data)   // 靜態調用（只讀）

3.6 示例

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity >=0.8.2 <0.9.0;

contract ComplexValueType {
    function testAddress() public view returns (address) {
        address addr = msg.sender; // 函數調用者的賬號地址
        return addr;
    }

    function testMyAddress() public view returns (address) {
        address addr = address(this); // 當前合約地址
        return addr;
    }

    // 合約類型
    function testContract() public view {
        ComplexValueType mycontract = this;
    }

    // 定長字節數組：只讀不可寫
    function testFixedByteArray() public pure returns (bytes3) {
        bytes3 data = 0x111111;
        bytes1 first = data[0]; // 下標訪問
        return first;
    }
}

四、合約類型（Contract Type）

4.1 基本概念

每個 contract 定義都會生成一個獨立的數據類型。合約類型的變量本質上持有該合約的地址引用。

contract MyToken { ... }

// 在其他合約中
MyToken token = MyToken(0x123...);  // 用地址實例化合約引用
token.transfer(to, amount);         // 調用合約函數

4.2 核心特性

• 隱式轉換為父合約（多態）：如果 Child 繼承 Parent，則 Child 類型可隱式轉為 Parent 類型
• 顯式轉換為 address：address(myContract) 獲取合約地址
• 不支持運算符：合約類型不能做加減比較等運算
• 用 new 部署新合約：

contract Factory {
    function createToken() public returns (MyToken) {
        MyToken token = new MyToken();  // 部署新合約並返回引用
        return token;
    }
}

五、定長字節數組（bytes1 ~ bytes32）

5.1 基本概念

Solidity 提供從 bytes1 到 bytes32 共 32 種定長字節數組類型。

重要區分：定長字節數組（如 bytes32）是值類型，而動態字節數組（bytes）和一般數組是引用類型。

5.2 特性

5.3 應用場景

應將定長字節數組視為一個整體來使用，而不是當作可變數組操作：

bytes32 hash = keccak256(abi.encodePacked("hello"));  // 哈希值
bytes4 selector = bytes4(keccak256("transfer(address,uint256)"));  // 函數選擇器
bytes20 addrBytes = bytes20(msg.sender);  // 地址的字節表示

六、枚舉類型（enum）

6.1 基本概念

枚舉是 Solidity 中的用戶自定義類型之一（另外兩個是 contract 和 struct）。它用於定義一組有限的命名常量。

6.2 規則

• 最少 1 個成員，最多 256 個成員（因為底層用 uint8 存儲）
• 默認值為第一個成員（序號 0）
• 與整型的轉換必須用顯式轉換

enum Color { Red, Green, Blue }
uint8 idx = uint8(Color.Green);  // 1
Color c = Color(0);              // Color.Red

6.3 完整示例

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.23;

contract Enum {
    enum Status {
        None, Pending, Shipped, Completed, Rejected, Canceled
    }
    Status public status;

    struct Order {
        address buyer;
        Status status;
    }
    Order public orders;

    function get() external view returns (Status) {
        return status;
    }

    function set(Status _status) external {
        status = _status;
    }

    function ship() external {
        status = Status.Shipped;
    }

    function reset() external {
        delete status; // 重置為默認值（第一個定義的值）
    }
}

七、默認值

Solidity 中沒有 undefined 或 null 的概念。所有變量在聲明時如果未賦值，都會自動初始化為該類型的默認值：

使用 delete 關鍵字可以將變量重置為默認值：
solidity
uint x = 42;
delete x; // x 變回 0

八、綜合示例

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.7;

contract ValueTypes {
    bool b = true;
    uint public u = 123;
    int public i = -123;

    int public minInt = type(int).min;
    int public maxInt = type(int).max;
    address public addr = 0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4;
    bytes32 public b32 = keccak256(abi.encodePacked("This is a test value"));
}

部署此合約後，你可以通過 Remix 直接點擊各個 public 變量名來查看它們的值：

• u → 123
• i → -123
• minInt → -57896044618658097711785492504343953926634992332820282019728792003956564819968
• maxInt → 57896044618658097711785492504343953926634992332820282019728792003956564819967
• addr → 0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4
• b32 → 一個 32 字節的 keccak256 哈希值

小結

本節我們詳細學習了 Solidity 的值類型系統。值類型的核心特徵是：賦值和傳參時會完整拷貝一份數據（而非引用）。掌握這些基礎類型是編寫安全、高效智能合約的前提。下一節我們將學習引用類型（數組、結構體、映射）以及數據存儲位置（storage / memory / calldata）。

本文為 Web3 區塊鏈系列第 4 篇，共 12 篇。