智慧型合約結構

最後編輯: @K0ue1(opens in a new tab), 2024年1月22日

智慧型合約是在以太坊地址運作的程式。由可以在接收交易後執行的資料與函數組成。此為智慧型合約組成的概覽。

基本資訊

務必先瞭解智慧型合約。此文件假設你已熟悉 JavaScript 或 Python 等程式語言。

資料

任何合約資料都須指定至 storage 或 memory 這兩個位置。修改智慧型合約的存儲很麻煩，所以必須謹慎思考要將資料儲存至何處。

存儲

永久資料也稱為存儲，並由狀態變數表示。這些值會永久儲存於區塊鏈上。你需要聲明一個類型，以便於合約在編譯時可以追蹤在區塊鏈上需要多少存儲空間。

1// Solidity 範例
2contract SimpleStorage {
3    uint storedData; //狀態變量
4    // ...
5}
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1# Vyper 範例
2storedData: int128
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如果已編寫過物件導向程式語言，應該會熟悉大多數類型。但如果剛接觸以太坊開發，則會不熟悉 address 類型。

一個 address 類型可以容納一個以太坊地址，相當於 20 個位元組或 160 個位元。它會以十六進制的形式傳回，前綴是 0x。

其他類型包含：

布林值
整數
定點數
固定規模的位元組陣列
動態規模的位元組陣列
有理數和整數常值
字串常值
十六進位常值
列舉

如需更多說明，請參閱文件：

記憶體

僅在合約函數的執行生命週期儲存的值稱為記憶體變數。由於這些變數不是永久儲存在區塊鏈上，所以使用成本要低得多。

在 Solidity 文件(opens in a new tab)中深入瞭解以太坊虛擬機如何儲存資料（存儲、記憶體和堆疊）。

環境變數

除了在自已的合約上定義的變數外，還有一些特殊的全域變數。它們主要用於提供有關區塊鏈或目前交易的資訊。

範例：

屬性	狀態變數	描述
`block.timestamp`	uint256	目前區塊時期的時間戳
`msg.sender`	address	訊息發送者（目前調用）

函數

用最簡單的術語來說，函數可以取得資訊或者設定資訊來回應傳入的交易。

有兩種函數調用方式：

Internal – 不會建立以太坊虛擬機調用
- 內部函數和狀態變數只能在內部存取（如在目前合約內部或從其衍生的合約存取）
External – 會建立以太坊虛擬機調用
- 外部函數是合約介面的一部分，這表示可以從其他合約與透過交易調用。一個外部函數 f 不可以被內部調用（即 f() 無法工作，但 this.f() 可以）。

它們還可以是 Public 或 Private

public 函數可以在合約內部調用或者透過訊息在合約外部調用
Private 函數僅定義它們的合約內部可見，而不會出現在衍生合約中

函數和狀態變數都可以被定義為 Public 或 Private

以下是更新合約狀態變數的函數：

1// Solidity 範例
2function update_name(string value) public {
3    dapp_name = value;
4}
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String 類型的參數 Value 傳入函數 update_name
該函數聲明為 public，表示任何人都能存取
該函數未聲明為 view，因此可以修改合約狀態

檢視函數

這些函數保證不會修改合約資料的狀態。常見範例為「getter」函數，例如，你可能用此接收使用者的餘額。

1// Solidity 範例
2function balanceOf(address _owner) public view returns (uint256 _balance) {
3    return ownerPizzaCount[_owner];
4}
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1dappName: public(string)
2
3@view
4@public
5def readName() -> string:
6  return dappName
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以下情況被視為修改狀態：

寫入狀態變數。
釋出事件(opens in a new tab)。
建立其他合約(opens in a new tab)。
使用 selfdestruct 。
透過調用傳送以太幣。
調用任何未標記為 view 或 pure 的函數。
使用低階調用。
使用包含特定作業碼的內嵌組譯碼。

Constructor 函數

constructor 函數只在首次部署時執行一次。與許多基於類型之程式語言的 constructor 函數類似，這些函數常將狀態變數初始化為指定值。

1// Solidity 示例
2// 初始化合約數據, 設置 `owner`為合約的創建者。
3constructor() public {
4    // 所有智慧型合約依賴外部交易來觸發其函數。
5    // `msg` 是一個全局變量，包含了給定交易的相關數據，
6    // 例如發送者的地址和交易中包含的ETH數量。
7    // 了解更多: https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/units-and-global-variables.html#block-and-transaction-properties
8    owner = msg.sender;
9}
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1# Vyper 範例
2
3@external
4def __init__(_beneficiary: address, _bidding_time: uint256):
5    self.beneficiary = _beneficiary
6    self.auctionStart = block.timestamp
7    self.auctionEnd = self.auctionStart + _bidding_time
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內建函數

除了自己合約上定義的變數與函數外，還有一些特殊的內建函數。最明顯的例子：

address.send() – Solidity
send(address) – Vyper

這讓合約可以給其他帳戶傳送以太幣。

編寫函數

你的函數需要：

參數變數及其類型（若接受參數）
聲明為 internal/external
聲明為 pure/view/payable
傳回類型（若傳回值）

1pragma solidity >=0.4.0 <=0.6.0;
2
3contract ExampleDapp {
4   string dapp_name; //state variable
5
6   /*在合約部署時調用以初始化數據*/
7   constructor() public{
8        dapp_name = "My Example dapp";
9    }
10
11    // Get 函數
12    function read_name() public view returns(string){
13       return dapp_name;
14        }
15
16    // Set 函數
17    function update_name(string value) public {
18        dapp_name = value;
19        }
20}
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完整的合約看起來可能如上所示。這裡的 constructor 函數為 dapp_name 變數提供初始值。

事件與記錄

事件讓你可以透過前端或其他訂閱應用程式與智慧型合約通訊。執行交易挖礦時，智慧型合約可以釋出事件，並將記錄寫入區塊鏈，讓前端能夠處理。

附註範例

以下是一些用 Solidity 編寫的範例。若你想試著編寫程式碼，可以在 Remix(opens in a new tab) 中與這些範例互動。

Hello world

1// 確定Solidity版本，使用語義化版本。
2// 了解更多：https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/layout-of-source-files.html#pragma
3pragma solidity ^0.5.10;
4
5// 定義合約名稱 `HelloWorld`.
6// 一個合約是函數和數據 (其狀態) 的集合。
7// 一旦部署，合約就會留在以太坊區塊鏈的一個特定地址上。
8// 了解更多： https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/structure-of-a-contract.html
9contract HelloWorld {
10
11    // 定義`string`類型變量 `message`
12    // 狀態變量是其值永久存儲在合約存儲中的變量。
13    // 關鍵字 `public` 使得可以從合約外部訪問。
14    // 並創建了一個其它合約或客戶可以調用訪問該值的函數。
15    string public message;
16
17    // 類似於很多基於類的面向對象語言，
18    // 構造函數是僅在合約創建時執行的特殊函數。
19    // 構造器用於初始化合約的數據。
20    // 了解更多：https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/contracts.html#constructors
21    constructor(string memory initMessage) public {
22        // 接受一個字符變量 `initMessage`
23        // 並為合約的存儲變量`message` 賦值
24        message = initMessage;
25    }
26
27    // 一個public函數接受字符參數並更新存儲變量 `message`
28    function update(string memory newMessage) public {
29        message = newMessage;
30    }
31}
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代幣

1pragma solidity ^0.5.10;
2
3contract Token {
4    // 一個 `address` 類比於郵件地址 - 它用來識別以太坊的一個帳戶.
5    // 地址可以代表一個智慧型合約或一個外部（用戶）帳戶。
6    // 了解更多: https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/types.html#address
7    address public owner;
8
9    //  `mapping` 是一個哈希表（hash table）數據結構
10    // 此 `mapping` 將一個無符號整數 (代幣餘額) 分配給地址 (代幣持有者)。
11    // 了解更多： https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/types.html#mapping-types
12    mapping (address => uint) public balances;
13
14// 事件（Events）允許在區塊鏈上記錄活動。
15    // 以太坊客戶端可以監聽事件，以便對合約狀態更改作出反應。
16    // 了解更多： https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/contracts.html#events
17    event Transfer(address from, address to, uint amount);
18
19    // 初始化合約數據，設置 `owner`為合約創建者的地址。
20    constructor() public {
21    // 所有智慧型合約依賴外部交易來觸發其函數。
22        // `msg` 是一個全局變量，包含了給定交易的相關數據，
23    // 例如發送者的地址和交易中包含的ETH數量。
24        // 了解更多: https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/units-and-global-variables.html#block-and-transaction-properties
25        owner = msg.sender;
26    }
27
28    // 創建一些新代幣並發送給一個地址
29    function mint(address receiver, uint amount) public {
30        // `require` 是一個用於強制執行某些條件的控制結構。
31        // 如果 `require` 的條件為 `false`, 則異常被觸發,
32        // 所有在當前調用中對狀態的更改將被還原。
33        // 了解更多： https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/control-structures.html#error-handling-assert-require-revert-and-exceptions
34
35        // 只有合約的擁有者可以調用這個函數
36        require(msg.sender == owner, "You are not the owner.");
37
38        // 保證代幣的最大數量
39        require(amount < 1e60, "Maximum issuance succeeded");
40
41        // 將 `receiver` 持有的代幣數量數量增加 `amount`
42        balances[receiver] += amount;
43    }
44
45    // 發送一定數量調用者的代幣給一個地址
46    function transfer(address receiver, uint amount) public {
47        // 發送者必須有足夠數量的代幣用於發送
48        require(amount <= balances[msg.sender], "Insufficient balance.");
49
50        // 調整兩個帳戶的餘額
51        balances[msg.sender] -= amount;
52        balances[receiver] += amount;
53
54        // 觸發之前定義的事件。
55        emit Transfer(msg.sender, receiver, amount);
56    }
57}
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獨特的數位資產

1pragma solidity ^0.5.10;
2
3// 從其它文件向當前合約中導入符號
4// 本例使用一系列來自OpenZeppelin的輔助合約.
5// 了解更多： https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/layout-of-source-files.html#importing-other-source-files
6
7import "../node_modules/@openzeppelin/contracts/token/ERC721/IERC721.sol";
8import "../node_modules/@openzeppelin/contracts/token/ERC721/IERC721Receiver.sol";
9import "../node_modules/@openzeppelin/contracts/introspection/ERC165.sol";
10import "../node_modules/@openzeppelin/contracts/math/SafeMath.sol";
11
12// `is` 關鍵字用於從其它外部合約繼承函數和關鍵字。
13// 本例中, `CryptoPizza` 繼承 `IERC721` 和 `ERC165` 合約.
14// 了解更多： https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/contracts.html#inheritance
15contract CryptoPizza is IERC721, ERC165 {
16    // 使用 OpenZeppelin's SafeMath 庫來安全執行算數操作。
17    // 了解更多： https://docs.openzeppelin.com/contracts/2.x/api/math#SafeMath
18    using SafeMath for uint256;
19
20    //Solidity語言中的常量（Constant）狀態變量與其他語言類似。
21    // 但是必須用一個表達式為常量賦值，而這個表達式本身必須在編譯時是一個常量。
22    // Learn more: https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/contracts.html#constant-state-variables
23    uint256 constant dnaDigits = 10;
24    uint256 constant dnaModulus = 10 ** dnaDigits;
25    bytes4 private constant _ERC721_RECEIVED = 0x150b7a02;
26
27    // Struct types let you define your own type
28    // Learn more: https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/types.html#structs
29    struct Pizza {
30        string name;
31        uint256 dna;
32    }
33
34    // Creates an empty array of Pizza structs
35    Pizza[] public pizzas;
36
37    // Mapping from pizza ID to its owner's address
38    mapping(uint256 => address) public pizzaToOwner;
39
40    // Mapping from owner's address to number of owned token
41    mapping(address => uint256) public ownerPizzaCount;
42
43    // Mapping from token ID to approved address
44    mapping(uint256 => address) pizzaApprovals;
45
46    // You can nest mappings, this example maps owner to operator approvals
47    mapping(address => mapping(address => bool)) private operatorApprovals;
48
49    // Internal function to create a random Pizza from string (name) and DNA
50    function _createPizza(string memory _name, uint256 _dna)
51        // The `internal` keyword means this function is only visible
52        // within this contract and contracts that derive this contract
53        // Learn more: https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/contracts.html#visibility-and-getters
54        internal
55        // `isUnique` is a function modifier that checks if the pizza already exists
56        // Learn more: https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/structure-of-a-contract.html#function-modifiers
57        isUnique(_name, _dna)
58    {
59        // Adds Pizza to array of Pizzas and get id
60        uint256 id = SafeMath.sub(pizzas.push(Pizza(_name, _dna)), 1);
61
62        // Checks that Pizza owner is the same as current user
63        // Learn more: https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/control-structures.html#error-handling-assert-require-revert-and-exceptions
64
65        // note that address(0) is the zero address,
66        // indicating that pizza[id] is not yet allocated to a particular user.
67
68        assert(pizzaToOwner[id] == address(0));
69
70        // Maps the Pizza to the owner
71        pizzaToOwner[id] = msg.sender;
72        ownerPizzaCount[msg.sender] = SafeMath.add(
73            ownerPizzaCount[msg.sender],
74            1
75        );
76    }
77
78    // Creates a random Pizza from string (name)
79    function createRandomPizza(string memory _name) public {
80        uint256 randDna = generateRandomDna(_name, msg.sender);
81        _createPizza(_name, randDna);
82    }
83
84    // Generates random DNA from string (name) and address of the owner (creator)
85    function generateRandomDna(string memory _str, address _owner)
86        public
87        // Functions marked as `pure` promise not to read from or modify the state
88        // Learn more: https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/contracts.html#pure-functions
89        pure
90        returns (uint256)
91    {
92        // Generates random uint from string (name) + address (owner)
93        uint256 rand = uint256(keccak256(abi.encodePacked(_str))) +
94            uint256(_owner);
95        rand = rand % dnaModulus;
96        return rand;
97    }
98
99    // Returns array of Pizzas found by owner
100    function getPizzasByOwner(address _owner)
101        public
102        // Functions marked as `view` promise not to modify state
103        // Learn more: https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/contracts.html#view-functions
104        view
105        returns (uint256[] memory)
106    {
107        // Uses the `memory` storage location to store values only for the
108        // lifecycle of this function call.
109        // 了解更多: https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/introduction-to-smart-contracts.html#storage-memory-and-the-stack
110        uint256[] memory result = new uint256[](ownerPizzaCount[_owner]);
111        uint256 counter = 0;
112        for (uint256 i = 0; i < pizzas.length; i++) {
113            if (pizzaToOwner[i] == _owner) {
114                result[counter] = i;
115                counter++;
116            }
117        }
118        return result;
119    }
120
121    // 轉移 Pizza 和歸屬關係到其它地址
122    function transferFrom(address _from, address _to, uint256 _pizzaId) public {
123        require(_from != address(0) && _to != address(0), "Invalid address.");
124        require(_exists(_pizzaId), "Pizza does not exist.");
125        require(_from != _to, "Cannot transfer to the same address.");
126        require(_isApprovedOrOwner(msg.sender, _pizzaId), "Address is not approved.");
127
128        ownerPizzaCount[_to] = SafeMath.add(ownerPizzaCount[_to], 1);
129        ownerPizzaCount[_from] = SafeMath.sub(ownerPizzaCount[_from], 1);
130        pizzaToOwner[_pizzaId] = _to;
131
132        // 觸發繼承自 IERC721 合約中定義的事件。
133        emit Transfer(_from, _to, _pizzaId);
134        _clearApproval(_to, _pizzaId);
135    }
136
137    /**
138     * 安全轉帳給定代幣 ID 的所有權到其它地址
139     * 如果目標地址是一個合約，則該合約必須實現 `onERC721Received`函數,
140     * 該函數調用了安全轉帳並且返回一個magic value。
141     * `bytes4(keccak256("onERC721Received(address,address,uint256,bytes)"))`;
142     * 否則, 轉帳被回退.
143    */
144    function safeTransferFrom(address from, address to, uint256 pizzaId)
145        public
146    {
147        // solium-disable-next-line arg-overflow
148        this.safeTransferFrom(from, to, pizzaId, "");
149    }
150
151    /**
152     * 安全轉帳給定代幣ID所有權到其它地址
153     * 如果目標地址是一個合約，則該合約必須實現`onERC721Received`函數,
154     * 該函數調用安全轉帳並返回一個magic value
155     * `bytes4(keccak256("onERC721Received(address,address,uint256,bytes)"))`;
156     * 否則，轉帳被回退.
157     */
158    function safeTransferFrom(
159        address from,
160        address to,
161        uint256 pizzaId,
162        bytes memory _data
163    ) public {
164        this.transferFrom(from, to, pizzaId);
165        require(_checkOnERC721Received(from, to, pizzaId, _data), "Must implement onERC721Received.");
166    }
167
168    /**
169     * Internal function to invoke `onERC721Received` on a target address
170     * The call is not executed if the target address is not a contract
171     */
172    function _checkOnERC721Received(
173        address from,
174        address to,
175        uint256 pizzaId,
176        bytes memory _data
177    ) internal returns (bool) {
178        if (!isContract(to)) {
179            return true;
180        }
181
182        bytes4 retval = IERC721Receiver(to).onERC721Received(
183            msg.sender,
184            from,
185            pizzaId,
186            _data
187        );
188        return (retval == _ERC721_RECEIVED);
189    }
190
191    // Burns a Pizza - destroys Token completely
192    // The `external` function modifier means this function is
193    // part of the contract interface and other contracts can call it
194    function burn(uint256 _pizzaId) external {
195        require(msg.sender != address(0), "Invalid address.");
196        require(_exists(_pizzaId), "Pizza does not exist.");
197        require(_isApprovedOrOwner(msg.sender, _pizzaId), "Address is not approved.");
198
199        ownerPizzaCount[msg.sender] = SafeMath.sub(
200            ownerPizzaCount[msg.sender],
201            1
202        );
203        pizzaToOwner[_pizzaId] = address(0);
204    }
205
206    // Returns count of Pizzas by address
207    function balanceOf(address _owner) public view returns (uint256 _balance) {
208        return ownerPizzaCount[_owner];
209    }
210
211    // Returns owner of the Pizza found by id
212    function ownerOf(uint256 _pizzaId) public view returns (address _owner) {
213        address owner = pizzaToOwner[_pizzaId];
214        require(owner != address(0), "Invalid Pizza ID.");
215        return owner;
216    }
217
218    // Approves other address to transfer ownership of Pizza
219    function approve(address _to, uint256 _pizzaId) public {
220        require(msg.sender == pizzaToOwner[_pizzaId], "Must be the Pizza owner.");
221        pizzaApprovals[_pizzaId] = _to;
222        emit Approval(msg.sender, _to, _pizzaId);
223    }
224
225    // Returns approved address for specific Pizza
226    function getApproved(uint256 _pizzaId)
227        public
228        view
229        returns (address operator)
230    {
231        require(_exists(_pizzaId), "Pizza does not exist.");
232        return pizzaApprovals[_pizzaId];
233    }
234
235    /**
236     * Private function to clear current approval of a given token ID
237     * Reverts if the given address is not indeed the owner of the token
238     */
239    function _clearApproval(address owner, uint256 _pizzaId) private {
240        require(pizzaToOwner[_pizzaId] == owner, "Must be pizza owner.");
241        require(_exists(_pizzaId), "Pizza does not exist.");
242        if (pizzaApprovals[_pizzaId] != address(0)) {
243            pizzaApprovals[_pizzaId] = address(0);
244        }
245    }
246
247    /*
248     * Sets or unsets the approval of a given operator
249     * An operator is allowed to transfer all tokens of the sender on their behalf
250     */
251    function setApprovalForAll(address to, bool approved) public {
252        require(to != msg.sender, "Cannot approve own address");
253        operatorApprovals[msg.sender][to] = approved;
254        emit ApprovalForAll(msg.sender, to, approved);
255    }
256
257    // Tells whether an operator is approved by a given owner
258    function isApprovedForAll(address owner, address operator)
259        public
260        view
261        returns (bool)
262    {
263        return operatorApprovals[owner][operator];
264    }
265
266    // Takes ownership of Pizza - only for approved users
267    function takeOwnership(uint256 _pizzaId) public {
268        require(_isApprovedOrOwner(msg.sender, _pizzaId), "Address is not approved.");
269        address owner = this.ownerOf(_pizzaId);
270        this.transferFrom(owner, msg.sender, _pizzaId);
271    }
272
273    // Checks if Pizza exists
274    function _exists(uint256 pizzaId) internal view returns (bool) {
275        address owner = pizzaToOwner[pizzaId];
276        return owner != address(0);
277    }
278
279    // Checks if address is owner or is approved to transfer Pizza
280    function _isApprovedOrOwner(address spender, uint256 pizzaId)
281        internal
282        view
283        returns (bool)
284    {
285        address owner = pizzaToOwner[pizzaId];
286        // Disable solium check because of
287        // https://github.com/duaraghav8/Solium/issues/175
288        // solium-disable-next-line operator-whitespace
289        return (spender == owner ||
290            this.getApproved(pizzaId) == spender ||
291            this.isApprovedForAll(owner, spender));
292    }
293
294    // Check if Pizza is unique and doesn't exist yet
295    modifier isUnique(string memory _name, uint256 _dna) {
296        bool result = true;
297        for (uint256 i = 0; i < pizzas.length; i++) {
298            if (
299                keccak256(abi.encodePacked(pizzas[i].name)) ==
300                keccak256(abi.encodePacked(_name)) &&
301                pizzas[i].dna == _dna
302            ) {
303                result = false;
304            }
305        }
306        require(result, "Pizza with such name already exists.");
307        _;
308    }
309
310    // Returns whether the target address is a contract
311    function isContract(address account) internal view returns (bool) {
312        uint256 size;
313        // Currently there is no better way to check if there is a contract in an address
314        // than to check the size of the code at that address.
315        // 參閱 https://ethereum.stackexchange.com/a/14016/36603
316        // 了解更多信息.
317        // TODO： 在Serenity發布前再次檢查這裡,
318        // 否則到時所有地址都將判斷為合約.
319        // solium-disable-next-line security/no-inline-assembly
320        assembly {
321            size := extcodesize(account)
322        }
323        return size > 0;
324    }
325}
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衍生閱讀

請參閱 Solidity 和 Vyper 文件，獲得智慧型合約更完整的概觀：

縮減合約大小應對合約大小限制 – 減少智慧型合約大小的實用秘訣。
用事件記錄智慧型合約資料 – 對智慧型合約事件進行介紹，以及如何使用事件來記錄資料。
與其他 Solidity 合約互動 – 如何從現有合約部署智慧型合約並與之互動。

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