本篇內(nèi)容介紹了“solidity語言開發(fā)智能合約怎么實現(xiàn)”的有關(guān)知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

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一個簡單的智能合約

在Solidity中，一個智能合約由一組代碼（合約的函數(shù)）和數(shù)據(jù)（合約的狀態(tài)）組成。智能合約位于以太坊區(qū)塊鏈上的一個特殊地址。uint storedData*;* 這行代碼聲明了一個狀態(tài)變量，變量名為storedData，類型為 uint （256bits無符號整數(shù)）。你可以認(rèn)為它就像數(shù)據(jù)庫里面的一個存儲單元，跟管理數(shù)據(jù)庫一樣，可以通過調(diào)用函數(shù)查詢和修改它。在以太坊中，通常只有合約的擁有者才能這樣做。在這個例子中，函數(shù) set 和 get 分別用于修改和查詢變量的值。

跟很多其他語言一樣，訪問狀態(tài)變量時，不需要在前面增加 this. 這樣的前綴。

這個合約還無法做很多事情（受限于以太坊的基礎(chǔ)設(shè)施），僅僅是允許任何人儲存一個數(shù)字。而且世界上任何一個人都可以來存取這個數(shù)字，缺少一個（可靠的）方式來保護你發(fā)布的數(shù)字。任何人都可以調(diào)用set方法設(shè)置一個不同的數(shù)字覆蓋你發(fā)布的數(shù)字。但是你的數(shù)字將會留存在區(qū)塊鏈的歷史上。稍后我們會學(xué)習(xí)如何增加一個存取限制，使得只有你才能修改這個數(shù)字。

先從一個非?；A(chǔ)的例子開始，不用擔(dān)心你現(xiàn)在還一點都不了解，我們將逐步了解到更多的細(xì)節(jié)。

Storage

contract SimpleStorage {
    uint storedData;

    function set(uint x) {
        storedData = x;
    }

    function get() constant returns (uint retVal) {
        return storedData;
    }
}

代幣的例子

接下來的合約將實現(xiàn)一個形式最簡單的加密貨幣?？罩腥挪辉偈且粋€魔術(shù)，當(dāng)然只有創(chuàng)建合約的人才能做這件事情（想用其他貨幣發(fā)行模式也很簡單，只是實現(xiàn)細(xì)節(jié)上的差異）。而且任何人都可以發(fā)送貨幣給其他人，不需要注冊用戶名和密碼，只要有一對以太坊的公私鑰即可。

Note

對于在線solidity環(huán)境來說，這不是一個好的例子。如果你使用在線solidity環(huán)境 來嘗試這個例子。調(diào)用函數(shù)時，將無法改變from的地址。所以你只能扮演鑄幣者的角色，可以鑄造貨幣并發(fā)送給其他人，而無法扮演其他人的角色。這點在線solidity環(huán)境將來會做改進。

contract Coin {
//關(guān)鍵字“public”使變量能從合約外部訪問。
    address public minter;
    mapping (address => uint) public balances;

//事件讓輕客戶端能高效的對變化做出反應(yīng)。
    event Sent(address from, address to, uint amount);

//這個構(gòu)造函數(shù)的代碼僅僅只在合約創(chuàng)建的時候被運行。
    function Coin() {
        minter = msg.sender;
    }
    function mint(address receiver, uint amount) {
        if (msg.sender != minter) return;
        balances[receiver] += amount;
    }
    function send(address receiver, uint amount) {
        if (balances[msg.sender] < amount) return;
        balances[msg.sender] -= amount;
        balances[receiver] += amount;
        Sent(msg.sender, receiver, amount);
    }
}

這個合約引入了一些新的概念，讓我們一個一個來看一下。

address public minter; 這行代碼聲明了一個可公開訪問的狀態(tài)變量，類型為address。address類型的值大小為160 bits，不支持任何算術(shù)操作。適用于存儲合約的地址或其他人的公私鑰。public關(guān)鍵字會自動為其修飾的狀態(tài)變量生成訪問函數(shù)。沒有public關(guān)鍵字的變量將無法被其他合約訪問。另外只有本合約內(nèi)的代碼才能寫入。自動生成的函數(shù)如下：

function minter() returns (address) { return minter; }

當(dāng)然我們自己增加一個這樣的訪問函數(shù)是行不通的。編譯器會報錯，指出這個函數(shù)與一個狀態(tài)變量重名。

下一行代碼 mapping (address => uint) public balances; 創(chuàng)建了一個public的狀態(tài)變量，但是其類型更加的復(fù)雜。該類型將一些address映射到無符號整數(shù)。mapping可以被認(rèn)為是一個哈希表，每一個可能的key對應(yīng)的value被虛擬的初始化為全0.這個類比不是很嚴(yán)謹(jǐn)，對于一個mapping，無法獲取一個包含其所有key或者value的鏈表。所以我們得自己記著添加了哪些東西到mapping中。更好的方式是維護一個這樣的鏈表，或者使用其他更高級的數(shù)據(jù)類型?；蛘咧辉诓皇苓@個缺陷影響的場景中使用mapping，就像這個例子。在這個例子中由public關(guān)鍵字生成的訪問函數(shù)將會更加復(fù)雜，其代碼大致如下：

function balances(address _account) returns (uint balance) {
    return balances[_account];
}

我們可以很方便的通過這個函數(shù)查詢某個特定賬號的余額。

event Sent(address from, address to, uint value); 這行代碼聲明了一個“事件”。由send函數(shù)的最后一行代碼觸發(fā)?？蛻舳耍ǚ?wù)端應(yīng)用也適用）可以以很低的開銷來監(jiān)聽這些由區(qū)塊鏈觸發(fā)的事件。事件觸發(fā)時，監(jiān)聽者會同時接收到from，to，value這些參數(shù)值，可以方便的用于跟蹤交易。為了監(jiān)聽這個事件，你可以使用如下代碼：

Coin.Sent().watch({}, '', function(error, result) {
    if (!error) {
        console.log("Coin transfer: " + result.args.amount +
            " coins were sent from " + result.args.from +
            " to " + result.args.to + ".");
        console.log("Balances now:\n" +
            "Sender: " + Coin.balances.call(result.args.from) +
            "Receiver: " + Coin.balances.call(result.args.to));
    }
}

注意在客戶端中是如何調(diào)用自動生成的 balances 函數(shù)的。

這里有個比較特殊的函數(shù) Coin。它是一個構(gòu)造函數(shù)，會在合約創(chuàng)建的時候運行，之后就無法被調(diào)用。它會永久得存儲合約創(chuàng)建者的地址。msg（以及tx和block）是一個神奇的全局變量，它包含了一些可以被合約代碼訪問的屬于區(qū)塊鏈的屬性。msg.sender 總是存放著當(dāng)前函數(shù)的外部調(diào)用者的地址。

最后，真正被用戶或者其他合約調(diào)用，用來完成本合約功能的函數(shù)是mint和send。如果合約創(chuàng)建者之外的其他人調(diào)用mint，什么都不會發(fā)生。而send可以被任何人（擁有一定數(shù)量的代幣）調(diào)用，發(fā)送一些幣給其他人。注意，當(dāng)你通過該合約發(fā)送一些代幣到某個地址，在區(qū)塊鏈瀏覽器中查詢該地址將什么也看不到。因為發(fā)送代幣導(dǎo)致的余額變化只存儲在該代幣合約的數(shù)據(jù)存儲中。通過事件我們可以很容易創(chuàng)建一個可以追蹤你的新幣交易和余額的“區(qū)塊鏈瀏覽器”。

區(qū)塊鏈基礎(chǔ)

對于程序員來說，區(qū)塊鏈這個概念其實不難理解。因為最難懂的一些東西（挖礦，哈希，橢圓曲線加密，點對點網(wǎng)絡(luò)等等）只是為了提供一系列的特性和保障。你只需要接受這些既有的特性，不需要關(guān)心其底層的技術(shù)。就像你如果僅僅是為了使用亞馬遜的AWS，并不需要了解其內(nèi)部工作原理。

交易/事務(wù)

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€全局共享的，事務(wù)性的數(shù)據(jù)庫。這意味著參與這個網(wǎng)絡(luò)的每一個人都可以讀取其中的記錄。如果你想修改這個數(shù)據(jù)庫中的東西，就必須創(chuàng)建一個事務(wù)，并得到其他所有人的確認(rèn)。事務(wù)這個詞意味著你要做的修改（假如你想同時修改兩個值）只能被完完全全的實施或者一點都沒有進行。

此外，當(dāng)你的事務(wù)被應(yīng)用到這個數(shù)據(jù)庫的時候，其他事務(wù)不能修改該數(shù)據(jù)庫。

舉個例子，想象一張表，里面列出了某個電子貨幣所有賬號的余額。當(dāng)從一個賬戶到另外一個賬戶的轉(zhuǎn)賬請求發(fā)生時，這個數(shù)據(jù)庫的事務(wù)特性確保從一個賬戶中減掉的金額會被加到另一個賬戶上。如果因為某種原因，往目標(biāo)賬戶上增加金額無法進行，那么源賬戶的金額也不會發(fā)生任何變化。

此外，一個事務(wù)會被發(fā)送者（創(chuàng)建者）進行密碼學(xué)簽名。這項措施非常直觀的為數(shù)據(jù)庫的特定修改增加了訪問保護。在電子貨幣的例子中，一個簡單的檢查就可以確保只有持有賬戶密鑰的人，才能從該賬戶向外轉(zhuǎn)賬。

區(qū)塊

區(qū)塊鏈要解決的一個主要難題，在比特幣中被稱為“雙花攻擊”。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)了兩筆交易，都要花光一個賬戶中的錢時，會發(fā)生什么？一個沖突？

簡單的回答是你不需要關(guān)心這個問題。這些交易會被排序并打包成“區(qū)塊”，然后被所有參與的節(jié)點執(zhí)行和分發(fā)。如果兩筆交易相互沖突，排序靠后的交易會被拒絕并剔除出區(qū)塊。

這些區(qū)塊按時間排成一個線性序列。這也正是“區(qū)塊鏈”這個詞的由來。區(qū)塊以一個相當(dāng)規(guī)律的時間間隔加入到鏈上。對于以太坊，這個間隔大致是17秒。

作為“順序選擇機制”（通常稱為“挖礦”）的一部分，一段區(qū)塊鏈可能會時不時被回滾。但這種情況只會發(fā)生在整條鏈的末端?；貪L涉及的區(qū)塊越多，其發(fā)生的概率越小。所以你的交易可能會被回滾，甚至?xí)粡膮^(qū)塊鏈中刪除。但是你等待的越久，這種情況發(fā)生的概率就越小。

以太坊虛擬機

總覽

以太坊虛擬機（EVM）是以太坊中智能合約的運行環(huán)境。它不僅被沙箱封裝起來，事實上它被完全隔離，也就是說運行在EVM內(nèi)部的代碼不能接觸到網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)或者其它進程。甚至智能合約與其它智能合約只有有限的接觸。

賬戶

以太坊中有兩類賬戶，它們共用同一個地址空間。外部賬戶，該類賬戶被公鑰-私鑰對控制（人類）。合約賬戶，該類賬戶被存儲在賬戶中的代碼控制。

外部賬戶的地址是由公鑰決定的，合約賬戶的地址是在創(chuàng)建該合約時確定的（這個地址由合約創(chuàng)建者的地址和該地址發(fā)出過的交易數(shù)量計算得到，地址發(fā)出過的交易數(shù)量也被稱作"nonce"）

合約賬戶存儲了代碼，外部賬戶則沒有，除了這點以外，這兩類賬戶對于EVM來說是一樣的。

每個賬戶有一個key-value形式的持久化存儲。其中key和value的長度都是256比特，名字叫做storage.

另外，每個賬戶都有一個以太幣余額（單位是“Wei"），該賬戶余額可以通過向它發(fā)送帶有以太幣的交易來改變。

交易

一筆交易是一條消息，從一個賬戶發(fā)送到另一個賬戶（可能是相同的賬戶或者零賬戶，見下文）。交易可以包含二進制數(shù)據(jù)（payload）和以太幣。

如果目標(biāo)賬戶包含代碼，該代碼會執(zhí)行，payload就是輸入數(shù)據(jù)。

如果目標(biāo)賬戶是零賬戶（賬戶地址是0），交易將創(chuàng)建一個新合約。正如上文所講，這個合約地址不是零地址，而是由合約創(chuàng)建者的地址和該地址發(fā)出過的交易數(shù)量（被稱為nonce）計算得到。創(chuàng)建合約交易的payload被當(dāng)作EVM字節(jié)碼執(zhí)行。執(zhí)行的輸出做為合約代碼被永久存儲。這意味著，為了創(chuàng)建一個合約，你不需要向合約發(fā)送真正的合約代碼，而是發(fā)送能夠返回真正代碼的代碼。

Gas

以太坊上的每筆交易都會被收取一定數(shù)量的gas，gas的目的是限制執(zhí)行交易所需的工作量，同時為執(zhí)行支付費用。當(dāng)EVM執(zhí)行交易時，gas將按照特定規(guī)則被逐漸消耗。

gas price（以太幣計）是由交易創(chuàng)建者設(shè)置的，發(fā)送賬戶需要預(yù)付的交易費用 = gas price * gas amount。 如果執(zhí)行結(jié)束還有g(shù)as剩余，這些gas將被返還給發(fā)送賬戶。

無論執(zhí)行到什么位置，一旦gas被耗盡（比如降為負(fù)值），將會觸發(fā)一個out-of-gas異常。當(dāng)前調(diào)用幀所做的所有狀態(tài)修改都將被回滾。

存儲，主存和棧

每個賬戶有一塊持久化內(nèi)存區(qū)域被稱為存儲。其形式為key-value，key和value的長度均為256比特。在合約里，不能遍歷賬戶的存儲。相對于另外兩種，存儲的讀操作相對來說開銷較大，修改存儲更甚。一個合約只能對它自己的存儲進行讀寫。

第二個內(nèi)存區(qū)被稱為主存。合約執(zhí)行每次消息調(diào)用時，都有一塊新的，被清除過的主存。主存可以以字節(jié)粒度尋址，但是讀寫粒度為32字節(jié)（256比特）。操作主存的開銷隨著其增長而變大（平方級別）。

EVM不是基于寄存器，而是基于棧的虛擬機。因此所有的計算都在一個被稱為棧的區(qū)域執(zhí)行。棧最大有1024個元素，每個元素256比特。對棧的訪問只限于其頂端，方式為：允許拷貝最頂端的16個元素中的一個到棧頂，或者是交換棧頂元素和下面16個元素中的一個。所有其他操作都只能取最頂?shù)膬蓚€（或一個，或更多，取決于具體的操作）元素，并把結(jié)果壓在棧頂。當(dāng)然可以把棧上的元素放到存儲或者主存中。但是無法只訪問棧上指定深度的那個元素，在那之前必須要把指定深度之上的所有元素都從棧中移除才行。

指令集

EVM的指令集被刻意保持在最小規(guī)模，以盡可能避免可能導(dǎo)致共識問題的錯誤實現(xiàn)。所有的指令都是針對256比特這個基本的數(shù)據(jù)類型的操作。具備常用的算術(shù)，位，邏輯和比較操作。也可以做到條件和無條件跳轉(zhuǎn)。此外，合約可以訪問當(dāng)前區(qū)塊的相關(guān)屬性，比如它的編號和時間戳。

消息調(diào)用

合約可以通過消息調(diào)用的方式來調(diào)用其它合約或者發(fā)送以太幣到非合約賬戶。消息調(diào)用和交易非常類似，它們都有一個源，一個目標(biāo)，數(shù)據(jù)負(fù)載，以太幣，gas和返回數(shù)據(jù)。事實上每個交易都可以被認(rèn)為是一個頂層消息調(diào)用，這個消息調(diào)用會依次產(chǎn)生更多的消息調(diào)用。

一個合約可以決定剩余gas的分配。比如內(nèi)部消息調(diào)用時使用多少gas，或者期望保留多少gas。如果在內(nèi)部消息調(diào)用時發(fā)生了out-of-gas異常（或者其他異常），合約將會得到通知，一個錯誤碼被壓在棧上。這種情況只是內(nèi)部消息調(diào)用的gas耗盡。在solidity中，這種情況下發(fā)起調(diào)用的合約默認(rèn)會觸發(fā)一個人工異常。這個異常會打印出調(diào)用棧。就像之前說過的，被調(diào)用的合約（發(fā)起調(diào)用的合約也一樣）會擁有嶄新的主存并能夠訪問調(diào)用的負(fù)載。調(diào)用負(fù)載被存儲在一個單獨的被稱為calldata的區(qū)域。調(diào)用執(zhí)行結(jié)束后，返回數(shù)據(jù)將被存放在調(diào)用方預(yù)先分配好的一塊內(nèi)存中。

調(diào)用層數(shù)被限制為1024，因此對于更加復(fù)雜的操作，我們應(yīng)該使用循環(huán)而不是遞歸。

代碼調(diào)用和庫

存在一種特殊類型的消息調(diào)用，被稱為callcode。它跟消息調(diào)用幾乎完全一樣，只是加載自目標(biāo)地址的代碼將在發(fā)起調(diào)用的合約上下文中運行。

這意味著一個合約可以在運行時從另外一個地址動態(tài)加載代碼。存儲，當(dāng)前地址和余額都指向發(fā)起調(diào)用的合約，只有代碼是從被調(diào)用地址獲取的。

這使得Solidity可以實現(xiàn)”庫“?？蓮?fù)用的庫代碼可以應(yīng)用在一個合約的存儲上，可以用來實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

日志

在區(qū)塊層面，可以用一種特殊的可索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲數(shù)據(jù)。這個特性被稱為日志，Solidity用它來實現(xiàn)事件。合約創(chuàng)建之后就無法訪問日志數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)可以從區(qū)塊鏈外高效的訪問。因為部分日志數(shù)據(jù)被存儲在布隆過濾器（Bloom filter) 中，我們可以高效并且安全的搜索日志，所以那些沒有下載整個區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（輕客戶端）也可以找到這些日志。

創(chuàng)建

合約甚至可以通過一個特殊的指令來創(chuàng)建其他合約（不是簡單的向零地址發(fā)起調(diào)用）。創(chuàng)建合約的調(diào)用跟普通的消息調(diào)用的區(qū)別在于，負(fù)載數(shù)據(jù)執(zhí)行的結(jié)果被當(dāng)作代碼，調(diào)用者/創(chuàng)建者在棧上得到新合約的地址。

自毀

只有在某個地址上的合約執(zhí)行自毀操作時，合約代碼才會從區(qū)塊鏈上移除。合約地址上剩余的以太幣會發(fā)送給指定的目標(biāo)，然后其存儲和代碼被移除。

注意，即使一個合約的代碼不包含自毀指令，依然可以通過代碼調(diào)用(callcode)來執(zhí)行這個操作。

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