0x01 有趣的問題

有人提出這么個問題，下面哪種寫法更省 gas

 function mul(uint256 x) public pure returns (uint256) {
      return x * x * x;
 }

 function exp(uint256 x) public pure returns (uint256) {
      return x ** 3;
 }

0x02 如何分析

兩個寫法最終的差別體現(xiàn)在是用運(yùn)算符 " * " 還是 " ** " 上。
運(yùn)算符 " * " 最終會用到 EVM 指令 MUL
運(yùn)算符 " ** " 最終會用到 EVM 指令 EXP
對于 MUL 和 EXP 兩個指令的消耗，我們可以查表：https://ethereum.org/en/developers/docs/evm/opcodes/
通過查表得知，MUL 指令一次消耗的 gas 是 5，兩次 MUL 消耗的 gas 就是 10
EXP 指令的消耗有個動態(tài)計(jì)算公式

gas_cost = 10 + 50 * byte_len_exponent

" x ** 3 " 所用到 EXP 指令的消耗就是 10 + 50 * 1 = 60

但是不是這就意味著 "mul" 這個函數(shù)比 "exp" 這個函數(shù)更省 gas 呢？

0x03 實(shí)證

把代碼在 remix 運(yùn)行，當(dāng)輸入為 100 時，“exp” 的消耗是 1052

image.png

“mul” 的消耗是 1084

image.png

“exp” 函數(shù)比 "mul" 更省 gas，為啥呢？
這是因?yàn)?“ x * x * x" 這種寫法需要更多的中間指令，如果對比 "x * x" 和 "x ** 2" 就會發(fā)現(xiàn) "x * x" 要更省 gas 了。

但是，當(dāng)我們把輸入改為 1000 時，“exp“ 的消耗變?yōu)?1293

image.png

而 “mul” 的消耗仍然為 1084

image.png

這是為啥呢？

Solidity 的官方 blog https://blog.soliditylang.org/2020/12/16/solidity-v0.8.0-release-announcement/ 有這么一段話：

For bases up to 306, if the exponent is smaller than a hard-coded safe upper bound, it will use the exp opcode directly. If the base or the exponent is too large, it might fall back to the loop-based implementation.

明白了么？如果基數(shù)大小超過 306，solidity 會使用 MUL 而不是 EXP 指令，消耗了比直接用 MUL 更多的 gas。

如果我們不希望 solidity 為我們做這樣的處理，可以使用 assembly:

 function exp(uint256 x) public pure returns (uint256) {
      assembly {
        mstore(0x0, exp(x, 0x3))
        return (0x0, 32)
      }
    }