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Solidity基礎学習7日目(Mapping)

2025/08/28に公開

Solidity

mapping

tech

Solidity基礎学習 - マッピング（Mapping）データ構造の理解

日付: 2025年8月27日
学習内容: Solidityのマッピング（Mapping）データ構造とその使用方法について

1. マッピングの基本概念

013_Mapping.solの概要

Solidityのマッピングデータ構造について学習します。マッピングはハッシュテーブルのような構造を持ち、効率的なデータアクセスを提供します。

重要なポイント

マッピングの基本構造

contract ExampleMapping{
    // 基本的なマッピング
    mapping(uint => bool) public myMapping;
    
    // アドレスをキーとするマッピング
    mapping(address => bool) public myAddressMapping;
    
    // ネストしたマッピング
    mapping(uint => mapping(uint => bool)) public uintUintBoolMapping;
}

マッピングの特徴：

ハッシュテーブル構造: 配列やリストと異なり、インデックスではなく任意のキーを使用
高速アクセス: O(1)の時間複雑度でデータにアクセス可能
動的サイズ: 事前にサイズを定義する必要がない
キー・値ペア: 任意の型のキーと値の組み合わせ

2. ハッシュテーブルの仕組み

ハッシュ関数の動作

キー → ハッシュ関数 → ハッシュ値（配列のインデックス）

具体例：

キー: "apple" → ハッシュ関数 → インデックス3
キー: "banana" → ハッシュ関数 → インデックス7
キー: "orange" → ハッシュ関数 → インデックス2

データ格納：

hashtable[3] = "リンゴ"
hashtable[7] = "バナナ"
hashtable[2] = "オレンジ"

アクセス方法：

hashtable["apple"] = "リンゴ"    // キーから直接アクセス
hashtable["banana"] = "バナナ"   // キーから直接アクセス

3. 各マッピングの詳細分析

3.1 基本的なマッピング（myMapping）

実装コード

mapping(uint => bool) public myMapping;

function setValue(uint _index) public{
    myMapping[_index] = true;
}

機能の説明：

キー: uint型（符号なし整数）
値: bool型（真偽値）
動作: 指定されたインデックスに対応する値をtrueに設定

使用例：

// インデックス5に値を設定
setValue(5);  // myMapping[5] = true

// インデックス10に値を設定
setValue(10); // myMapping[10] = true

// 値の確認
myMapping(5);   // true が返される
myMapping(10);  // true が返される
myMapping(3);   // false が返される（デフォルト値）

3.2 アドレスマッピング（myAddressMapping）

実装コード

mapping(address => bool) public myAddressMapping;

function setMyAddressToTrue() public{
    myAddressMapping[msg.sender]=true;
}

機能の説明：

キー: address型（イーサリアムアドレス）
値: bool型（真偽値）
動作: 関数を呼び出したユーザーのアドレスをtrueに設定

使用例：

// ユーザーAが関数を呼び出し
// msg.sender = 0x1234...（ユーザーAのアドレス）
setMyAddressToTrue();  // myAddressMapping[0x1234...] = true

// ユーザーBが関数を呼び出し
// msg.sender = 0x5678...（ユーザーBのアドレス）
setMyAddressToTrue();  // myAddressMapping[0x5678...] = true

3.3 ネストしたマッピング（uintUintBoolMapping）

実装コード

mapping(uint => mapping(uint => bool)) public uintUintBoolMapping;

function setUintUintBoolMapping(uint _key1, uint _key2, bool _value) public{
    uintUintBoolMapping[_key1][_key2]= _value;
}

機能の説明：

第1層: uintUintBoolMapping[_key1] → mapping(uint => bool)型を返す
第2層: [uintUintBoolMapping[_key1]][_key2] → bool型の値を返す
キーの対応: _key1は1つめのuint、_key2は2つめのuint

使用例：

// キー1=5、キー2=10にtrueを設定
setUintUintBoolMapping(5, 10, true);

// キー1=3、キー2=7にfalseを設定
setUintUintBoolMapping(3, 7, false);

// 値の確認
uintUintBoolMapping(5, 10);  // true
uintUintBoolMapping(3, 7);   // false
uintUintBoolMapping(5, 7);   // false（デフォルト値）

4. 自動生成されるgetter関数

4.1 getter関数の自動生成条件

自動生成される要素

// 以下の要素にpublic修飾子が付いている場合、getter関数が自動生成される
uint public balance;                                    // 基本型
uint[] public numbers;                                  // 配列
mapping(uint => bool) public myMapping;                 // マッピング
mapping(uint => mapping(uint => bool)) public nested;   // ネストしたマッピング

自動生成されない場合：

private修飾子
internal修飾子
関数内のローカル変数

4.2 生成されるgetter関数の例

基本型の場合

uint public balance;

// 自動生成される関数
function balance() public view returns(uint) {
    return balance;
}

マッピングの場合

mapping(uint => bool) public myMapping;

// 自動生成される関数
function myMapping(uint _key) public view returns(bool) {
    return myMapping[_key];
}

ネストしたマッピングの場合

mapping(uint => mapping(uint => bool)) public uintUintBoolMapping;

// 自動生成される関数
function uintUintBoolMapping(uint _key1, uint _key2) public view returns(bool) {
    return uintUintBoolMapping[_key1][_key2];
}

5. アクセス方法の違い

5.1 外部からのアクセス

正しい使用方法

// コントラクトの外部から
uint currentBalance = contract.balance();           // 基本型
uint number = contract.numbers(5);                  // 配列
bool value = contract.myMapping(5);                 // マッピング
bool nestedValue = contract.uintUintBoolMapping(5, 10);  // ネストしたマッピング

間違った使用方法

// エラー！変数に直接アクセスできない
uint currentBalance = contract.balance;             // エラー
uint number = contract.numbers;                     // エラー
bool value = contract.myMapping;                    // エラー

5.2 内部からのアクセス

コントラクト内部での使用方法

contract Example {
    uint public balance;
    
    function internalAccess() public view returns(uint) {
        // 内部では変数名で直接アクセス可能
        return balance;  // 正しい
    }
    
    function externalAccess() public view returns(uint) {
        // 外部からは関数呼び出しが必要
        return this.balance();  // 正しい（thisを使用）
    }
}

6. 実装のポイント

6.1 セキュリティ設計

基本的なセキュリティ考慮事項

function setValue(uint _index) public {
    // 適切な検証を追加
    require(_index > 0, "Index must be greater than 0");
    
    // 値の設定
    myMapping[_index] = true;
}

セキュリティの考慮点：

入力値の検証: 適切な範囲チェック
アクセス制御: 必要に応じて権限管理
エラーハンドリング: 適切なエラーメッセージ

6.2 ガスコストの最適化

効率的な実装

// 読み取り専用関数はview修飾子を使用
function getValue(uint _index) public view returns(bool) {
    return myMapping[_index];
}

// 状態変更は必要最小限に
function setValue(uint _index) public {
    myMapping[_index] = true;
}

最適化のポイント：

view修飾子: 状態変更しない関数でのガス節約
効率的な状態更新: 必要最小限の処理のみ実行
適切な関数設計: 各機能を適切に分離

7. 実用的な応用

7.1 拡張可能な機能

権限管理の追加

contract SecureMapping {
    mapping(uint => bool) private myMapping;
    mapping(address => bool) public authorizedUsers;
    address public owner;
    
    constructor() {
        owner = msg.sender;
        authorizedUsers[msg.sender] = true;
    }
    
    modifier onlyAuthorized() {
        require(authorizedUsers[msg.sender], "Not authorized");
        _;
    }
    
    function setValue(uint _index) public onlyAuthorized {
        myMapping[_index] = true;
    }
    
    function getValue(uint _index) public view onlyAuthorized returns(bool) {
        return myMapping[_index];
    }
}

拡張機能：

権限管理: 承認されたユーザーのみが利用可能
所有者制御: 管理者によるユーザー管理
セキュリティ強化: 未承認ユーザーからの操作を拒否

7.2 より柔軟なマッピング機能

複数の値を持つマッピング

struct UserInfo {
    string name;
    uint age;
    bool isActive;
}

mapping(uint => UserInfo) public users;

function setUser(uint _id, string memory _name, uint _age) public {
    users[_id] = UserInfo(_name, _age, true);
}

function getUser(uint _id) public view returns(string memory name, uint age, bool isActive) {
    UserInfo memory user = users[_id];
    return (user.name, user.age, user.isActive);
}

複合データの利点：

柔軟性: 複数の情報を1つのキーで管理
効率性: 関連データの一元管理
拡張性: 新しいフィールドの追加が容易

8. 学習の成果

8.1 習得した概念

マッピング: ハッシュテーブル構造のデータ型
ネストしたマッピング: 複数層のマッピング構造
getter関数: 自動生成されるアクセス関数
アクセス制御: 内部・外部からのアクセス方法の違い
ハッシュ関数: キーからインデックスへの変換

8.2 実装スキル

マッピング機能の実装能力
ネストしたマッピングの適切な設計
getter関数の理解と活用
セキュリティを考慮したデータ管理

8.3 技術的な理解

ハッシュテーブル: 効率的なデータアクセスの仕組み
自動生成: コンパイラによるgetter関数の生成
アクセス制御: Solidityのカプセル化の実現方法
ガス最適化: 効率的なマッピング操作

9. 今後の学習への応用

9.1 発展的な機能

複雑なネスト: 3層以上のマッピング構造
動的マッピング: 実行時のマッピング操作
マッピングの削除: キー・値ペアの管理

9.2 セキュリティの向上

リエントランシー攻撃: 再入攻撃への対策
オーバーフロー: 数値計算の安全性確保
アクセス制御: 適切な権限管理の実装

9.3 パフォーマンスの最適化

ガスコスト: 効率的なマッピング操作
メモリ管理: 適切なデータ構造の選択
スケーラビリティ: 大量データの効率的な処理

参考:

Solidity基礎学習 - マッピング（Mapping）データ構造の理解

1. マッピングの基本概念

013_Mapping.solの概要

重要なポイント

マッピングの基本構造

2. ハッシュテーブルの仕組み

ハッシュ関数の動作

3. 各マッピングの詳細分析

3.1 基本的なマッピング（myMapping）

実装コード

3.2 アドレスマッピング（myAddressMapping）

実装コード

3.3 ネストしたマッピング（uintUintBoolMapping）

実装コード

4. 自動生成されるgetter関数

4.1 getter関数の自動生成条件

自動生成される要素

4.2 生成されるgetter関数の例

基本型の場合

マッピングの場合

ネストしたマッピングの場合

5. アクセス方法の違い

5.1 外部からのアクセス

正しい使用方法

間違った使用方法

5.2 内部からのアクセス

コントラクト内部での使用方法

6. 実装のポイント

6.1 セキュリティ設計

基本的なセキュリティ考慮事項

6.2 ガスコストの最適化

効率的な実装

7. 実用的な応用

7.1 拡張可能な機能

権限管理の追加

7.2 より柔軟なマッピング機能

複数の値を持つマッピング

8. 学習の成果

8.1 習得した概念

8.2 実装スキル

8.3 技術的な理解

9. 今後の学習への応用

9.1 発展的な機能

9.2 セキュリティの向上

9.3 パフォーマンスの最適化

Discussion