Solidity 中 ERC20 和 ERC721 代币标准的核心实现原理是什么？

ERC20 实现同质化代币，核心是 balanceOf/transfer/approve/transferFrom 四个函数加上双映射存储（_balances 和 _allowances）；ERC721 实现非同质化代币，核心是 ownerOf(tokenId) 加上 tokenId→owner 的单映射，配合 tokenApprovals 和 operatorApprovals 两层授权机制。两者的根本区别在于：ERC20 按金额操作，ERC721 按 tokenId 操作。

ERC20：同质化代币的存储与流转

ERC20 的状态只有三个：mapping(address => uint256) _balances 记录每个地址的余额，mapping(address => mapping(address => uint256)) _allowances 记录授权额度，uint256 _totalSupply 记录总供应量。

转账逻辑 _transfer 做三件事：检查 from 不为零地址、检查 to 不为零地址、检查余额充足后扣减和增加。关键细节：Solidity 0.8+ 内置溢出检查，所以用 unchecked 包裹加减法来节省 gas——这要求开发者自己保证不会溢出。

授权机制是 ERC20 最容易出问题的地方。approve 直接覆盖授权额度，而不是累加。这就导致了经典的授权抢跑攻击：用户想把授权从 100 改成 50，攻击者在用户交易上链前用 gas 竞价抢先消费掉原来的 100，等用户的新授权生效后再消费 50，总共拿走 150。解决方案是用 increaseAllowance / decreaseAllowance 代替直接 approve，或者使用 ERC20 Permit 扩展（EIP-2612）通过签名授权避免两次交易。

solidity
interface IERC20 {
    function totalSupply() external view returns (uint256);
    function balanceOf(address account) external view returns (uint256);
    function allowance(address owner, address spender) external view returns (uint256);
    function transfer(address to, uint256 amount) external returns (bool);
    function approve(address spender, uint256 amount) external returns (bool);
    function transferFrom(address from, address to, uint256 amount) external returns (bool);
    event Transfer(address indexed from, address indexed to, uint256 value);
    event Approval(address indexed owner, address indexed spender, uint256 value);
}

transferFrom 的执行顺序很重要：先扣减 allowance，再执行 _transfer。这遵循 Checks-Effects-Interactions 模式，先检查授权、修改状态，最后触发外部交互。如果顺序反过来，就可能被重入攻击利用。另外，当 allowance 等于 type(uint256).max 时不扣减，这是为了兼容某些合约一次性授权无限额度的场景。

铸造 _mint 和销毁 _burn 是内部函数，不暴露在接口中。_mint 从零地址转出，_burn 转入零地址，这样 Transfer 事件保持一致，区块链浏览器可以统一解析。

ERC721：非同质化代币的唯一性保证

ERC721 的核心存储是 mapping(uint256 => address) _owners，用 tokenId 直接映射到所有者。这决定了每个 tokenId 只能有一个 owner，不可互换、不可分割。

授权机制比 ERC20 多一层：approve 授权某个地址操作指定的 tokenId，setApprovalForAll 授权某个地址操作自己的所有 NFT。前者是单 token 授权，后者是批量授权。转账前要先清空 tokenApprovals，防止前任 owner 的授权在新 owner 不知情的情况下仍然有效。

solidity
interface IERC721 {
    function balanceOf(address owner) external view returns (uint256);
    function ownerOf(uint256 tokenId) external view returns (address);
    function safeTransferFrom(address from, address to, uint256 tokenId) external;
    function transferFrom(address from, address to, uint256 tokenId) external;
    function approve(address to, uint256 tokenId) external;
    function setApprovalForAll(address operator, bool approved) external;
    function getApproved(uint256 tokenId) external view returns (address);
    function isApprovedForAll(address owner, address operator) external view returns (bool);
    event Transfer(address indexed from, address indexed to, uint256 indexed tokenId);
    event Approval(address indexed owner, address indexed approved, uint256 indexed tokenId);
    event ApprovalForAll(address indexed owner, address indexed operator, bool approved);
}

safeTransferFrom 和 transferFrom 的区别是面试高频点。safe 版本在转账后会调用接收方的 onERC721Received 回调，确认接收方实现了 IERC721Receiver 接口。如果接收方是合约但没有实现这个接口，交易会回滚。这防止了 NFT 被转到无法处理的合约里永久锁死。普通 transferFrom 不做这个检查，适合 gas 敏感且确定接收方安全的场景。

铸造也有 _mint 和 _safeMint 两个版本，区别同样是是否检查接收方。实际开发中推荐使用 _safeMint，除非明确知道接收地址是 EOA（外部账户）。

关键差异对比

维度	ERC20	ERC721
存储结构	address → uint256	uint256 → address
代币单位	amount（数量）	tokenId（唯一标识）
授权粒度	按金额	按 tokenId + 全局操作员
可分割性	可分割	不可分割
典型场景	货币、积分、治理代币	艺术品、道具、凭证

存储结构的差异是理解一切的关键：ERC20 用地址查余额，ERC721 用 tokenId 查所有者。这意味着 ERC20 的余额是一个 uint256，可以加减；ERC721 的"余额"只是某个地址拥有的 NFT 数量，不能直接用来转账，必须指定 tokenId。

安全要点

整数溢出在 Solidity 0.8+ 中已由编译器自动检查，但 unchecked 块内的操作不受保护，使用时必须确保逻辑安全。重入攻击的防御遵循 Checks-Effects-Interactions：先检查条件、修改状态，最后才调用外部合约。ERC721 的 _checkOnERC721Received 就是一个外部调用，必须在状态更新之后执行。零地址检查防止代币铸造到或转入 address(0)，否则会导致代币永久丢失且无法通过 _burn 回收。

扩展标准

ERC777 在 ERC20 基础上增加了钩子函数（tokensReceived/tokensToSend），转账时自动通知双方，但这也引入了重入风险。ERC1155 合并了同质化和非同质化，用一个合约管理多种代币类型，批量操作节省 gas。ERC2981 定义了 NFT 版税接口，让市场合约能自动向创作者分成。ERC4907 实现了 NFT 租赁，分离使用权和所有权。

追问

为什么 ERC20 的 approve 会有抢跑风险，怎么解决？ 因为 approve 是覆盖式授权，攻击者可以在旧授权被新授权覆盖前抢先使用。用 increaseAllowance/decreaseAllowance 累加式修改，或用 ERC20Permit 签名授权一次完成。

ERC721 的 safeTransferFrom 和 transferFrom 怎么选？ 转给合约必须用 safe 版，转给 EOA 用哪个都行。safe 版多一次外部调用，gas 约贵 3000-5000。不确定接收方类型时，始终用 safe 版。

ERC1155 和 ERC721 的取舍？ 需要批量操作（如游戏背包一次转移多件道具）选 ERC1155，gas 效率高。强调唯一性和独立元数据（如艺术品）选 ERC721，生态兼容性更好。