哪种写法更省 gas

0x01 有趣的问题

有人提出这么个问题，下面哪种写法更省 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

两个写法最终的差别体现在是用运算符 " * " 还是 " ** " 上。
运算符 " * " 最终会用到 EVM 指令 MUL
运算符 " ** " 最终会用到 EVM 指令 EXP
对于 MUL 和 EXP 两个指令的消耗，我们可以查表：https://ethereum.org/en/developers/docs/evm/opcodes/
通过查表得知，MUL 指令一次消耗的 gas 是 5，两次 MUL 消耗的 gas 就是 10
EXP 指令的消耗有个动态计算公式

gas_cost = 10 + 50 * byte_len_exponent

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

但是不是这就意味着 "mul" 这个函数比 "exp" 这个函数更省 gas 呢？

0x03 实证

把代码在 remix 运行，当输入为 100 时，“exp” 的消耗是 1052

image.png

“mul” 的消耗是 1084

image.png

“exp” 函数比 "mul" 更省 gas，为啥呢？
这是因为 “ x * x * x" 这种写法需要更多的中间指令，如果对比 "x * x" 和 "x ** 2" 就会发现 "x * x" 要更省 gas 了。

但是，当我们把输入改为 1000 时，“exp“ 的消耗变为 1293

image.png

而 “mul” 的消耗仍然为 1084

image.png

这是为啥呢？

Solidity 的官方 blog https://blog.soliditylang.org/2020/12/16/solidity-v0.8.0-release-announcement/ 有这么一段话：

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？如果基数大小超过 306，solidity 会使用 MUL 而不是 EXP 指令，消耗了比直接用 MUL 更多的 gas。

如果我们不希望 solidity 为我们做这样的处理，可以使用 assembly:

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