详解智能合约

智能合约是一种在以太坊某个地址上运行的程序。它们是由数据和函数组成的，可以在收到交易时执行。以下概述一个智能合约的组成。

前提条件

确保你已经先阅读了智能合约。本文档假设你已经熟悉某种编程语言，例如 JavaScript 或 Python。

数据

任何合约数据必须分配到一个位置：要么是存储，要么是内存。在智能合约中修改存储消耗很大，因此你需要考虑数据在哪里存取。

存储

持久性数据被称之为存储，由状态变量表示。这些值被永久地存储在区块链上。你需要声明一个类型，以便于合约在编译时可以跟踪它在区块链上需要多少存储。

1// Solidity example
2contract SimpleStorage {
3    uint storedData; // State variable
4    // ...
5}
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1# Vyper example
2storedData: int128
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如果用过面向对象编程语言，应该会熟悉大多数类型。但如果是刚接触以太坊开发，则会发现 address 是一个新类型。

一个 address 类型可以容纳一个以太坊地址，相当于 20 个字节或 160 位。它以十六进制的形式返回，前导是 0x。

其它类型包括：

布尔
整数（integer）
定点数（fixed point numbers）
固定大小的字节数组（fixed-size byte arrays）
动态大小的字节数组（dynamically-sized byte arrays）
有理数和整数常量（Rational and integer literals）
字符常量（String literals）
十六进制常量（Hexadecimal literals）
枚举（Enums）

了解更多信息，请参阅文档：

内存

仅在合约函数执行期间存储的值被称为内存变量。由于这些变量不是永久地存储在区块链上，所以它们的使用成本要低得多。

在 Solidity 文档(opens in a new tab)中了解更多关于以太坊虚拟机如何存储数据（存储、内存和栈）。

环境变量

除了在自己合约上定义的变量之外，还有一些特殊的全局变量。它们主要用于提供有关区块链或当前交易的信息。

示例：

属性	状态变量	描述
`block.timestamp`	uint256	当前区块的时间戳
`msg.sender`	地址	消息的发送者（当前调用）

函数

用最简单的术语来说，函数可以获得信息或设置信息，以响应传入的交易。

有两种函数调用方式：

internal – 不会创建以太坊虚拟机调用
- Internal 函数和状态变量只能在内部访问（只能在合约内部或者从其继承的合约内部访问）。
external – 会创建以太坊虚拟机调用
- External 函数是合约接口的一部分，这意味着他可以被其它合约和交易调用。一个 external 函数 f 不可以被内部调用（即 f() 不行，但 this.f() 可以）。

它们可以是 public 或 private

public 函数可以在合约内部调用或者通过消息在合约外部调用
private 函数仅在其被定义的合约内部可见，并且在该合约的派生合约中不可见。

函数和状态变量都可以被定义为 public 或 private

下面是更新合约上一个状态变量的函数：

1// Solidity example
2function update_name(string value) public {
3    dapp_name = value;
4}
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string 类型的参数 value 传入函数 update_name
函数声明为 public，意味着任何人都能访问它
函数没有被声明为 view，因此它可以修改合约状态

视图函数

这些函数保证不会修改合约数据的状态。常见的示例是 "getter" 函数 - 例如，它可以用于接收用户的余额。

1// Solidity 示例
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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这些操作被视为修改状态：

写入状态变量。
正在导出事件(opens in a new tab)。
创建其它合约(opens in a new tab)。
使用 selfdestruct。
通过调用发送 ether。
调用任何未标记为 view 或 pure 的函数。
使用底层调用。
使用包含某些操作码的内联程序组。

构造函数

constructor 函数只在首次部署合约时执行一次。与许多基于类的编程语言中的 constructor 函数类似，这些函数常将状态变量初始化到指定的值。

1// Solidity 示例
2// 初始化合约数据，设置 `owner`为合约的创建者。
3constructor() public {
4    // 所有智能合约依赖外部交易来触发其函数。
5    // `msg` 是一个全局变量，包含了给定交易的相关数据，
6    // 例如发送者的地址和交易中包含的 ETH 数量。
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 示例
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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内置函数

除了自己在合约中定义的变量和函数外，还有一些特殊的内置函数。最明显的例子是：

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

这使合约可以发送以太币给其它帐户。

编写函数

你的函数需要：

参数变量及其类型（如果它接受参数）
声明为 internal/external
声明为 pure/view/payable
返回类型（如果它返回值）

1pragma solidity >=0.4.0 <=0.6.0;
2
3contract ExampleDapp {
4    string dapp_name; // state variable
5
6    // Called when the contract is deployed and initializes the value
7    constructor() public {
8        dapp_name = "My Example dapp";
9    }
10
11    // Get Function
12    function read_name() public view returns(string) {
13        return dapp_name;
14    }
15
16    // Set Function
17    function update_name(string value) public {
18        dapp_name = value;
19    }
20}
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一个完整的合约可能就是这样。在这里，constructor 函数为 dapp_name 变量提供了初始化值。

事件和日志

事件可以让你通过前端或其它订阅应用与你的智能合约通信。当交易被挖矿执行时，智能合约可以触发事件并且将日志写入区块链，然后前端可以进行处理。

附带注解的示例

这是一些用 Solidity 写的例子。如果希望运行这些代码，你可以在 Remix(opens in a new tab) 中调试。

Hello world

1// Specifies the version of Solidity, using semantic versioning.
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// 定义合约名称 `HelloWorld`。
6// 一个合约是函数和数据（其状态）的集合。
7// 一旦部署，合约就会留在以太坊区块链的一个特定地址上。
8// 了解更多： https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/structure-of-a-contract.html
9contract HelloWorld {
10
11    // 定义`string`类型变量 `message`
12    // 状态变量是其值永久存储在合约存储中的变量。
13    // 关键字 `public` 使得可以从合约外部访问。
14    // 并创建了一个其它合约或客户端可以调用访问该值的函数。
15    string public message;
16
17    // 类似于很多基于类的面向对象语言，
18    // 构造函数是仅在合约创建时执行的特殊函数。
19    // 构造器用于初始化合约的数据。
20    // 了解更多：https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/contracts.html#constructors
21    constructor(string memory initMessage) public {
22        // 接受一个字符变量 `initMessage` 
23        // 并为合约的存储变量`message` 赋值
24        message = initMessage;
25    }
26
27    // 一个 public 函数接受字符参数并更新存储变量 `message`
28    function update(string memory newMessage) public {
29        message = newMessage;
30    }
31}
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代币

1pragma solidity ^0.5.10;
2
3contract Token {
4    // 一个 `address` 类比于邮件地址 - 它用来识别以太坊的一个帐户。
5    // 地址可以代表一个智能合约或一个外部（用户）帐户。
6    // 了解更多：https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/types.html#address
7    address public owner;
8
9    //  `mapping` 是一个哈希表数据结构。
10    // 此 `mapping` 将一个无符号整数（代币余额）分配给地址（代币持有者）。
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    // 事件允许在区块链上记录活动。
15    // 以太坊客户端可以监听事件，以便对合约状态更改作出反应。
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    // 初始化合约数据，设置 `owner`为合约创建者的地址。
20    constructor() public {
21        // 所有智能合约依赖外部交易来触发其函数。
22        // `msg` 是一个全局变量，包含了给定交易的相关数据，
23        // 例如发送者的地址和包含在交易中的 ETH 数量。
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    // 创建一些新代币并发送给一个地址。
29    function mint(address receiver, uint amount) public {
30        // `require` 是一个用于强制执行某些条件的控制结构。
31        // 如果 `require` 的条件为 `false`，则异常被触发，
32        // 所有在当前调用中对状态的更改将被还原。
33        // 学习更多: https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.10/control-structures.html#error-handling-assert-require-revert-and-exceptions
34
35        // 只有合约创建人可以调用这个函数
36        require(msg.sender == owner, "You are not the owner.");
37
38        // 强制执行代币的最大数量
39        require(amount < 1e60, "Maximum issuance exceeded");
40
41        // 将 "收款人"的余额增加"金额"
42        balances[receiver] += amount;
43    }
44
45    // 从任何调用者那里发送一定数量的代币到一个地址。
46    function transfer(address receiver, uint amount) public {
47        // 发送者必须有足够数量的代币用于发送
48        require(amount <= balances[msg.sender], "Insufficient balance.");
49
50        // 调整两个帐户的余额
51        balances[msg.sender] -= amount;
52        balances[receiver] += amount;
53
54        // 触发之前定义的事件。
55        emit Transfer(msg.sender, receiver, amount);
56    }
57}
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唯一的数字资产

1pragma solidity ^0.5.10;
2
3// 从其它文件向当前合约中导入符号。
4// 本例使用一系列来自 OpenZeppelin 的辅助合约。
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` 关键字用于从其它外部合约继承函数和关键字。
13// 本例中，`CryptoPizza` 继承 `IERC721` 和 `ERC165` 合约。
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 库来安全执行算数操作。
17    // 了解更多：https://docs.openzeppelin.com/contracts/2.x/api/math#SafeMath
18    using SafeMath for uint256;
19
20    // Solidity 语言中的常量状态变量与其他语言类似。
21    // 但是必须用一个表达式为常量赋值，而这个表达式本身必须在编译时是一个常量。
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    // 转移 Pizza 和归属关系到其它地址
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        // 触发继承自 IERC721 合约中定义的事件。
133        emit Transfer(_from, _to, _pizzaId);
134        _clearApproval(_to, _pizzaId);
135    }
136
137    /**
138     * 安全转账给定代币 ID 的所有权到其它地址
139     * 如果目标地址是一个合约，则该合约必须实现 `onERC721Received`函数, 
140     * 该函数调用了安全转账并且返回一个 magic value。
141     * `bytes4(keccak256("onERC721Received(address,address,uint256,bytes)"))`;
142     * 否则，转账被回退。
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     * 安全转账给定代币 ID 所有权到其它地址
153     * 如果目标地址是一个合约，则该合约必须实现 `onERC721Received` 函数，
154     * 该函数调用安全转账并返回一个 magic value
155     * `bytes4(keccak256("onERC721Received(address,address,uint256,bytes)"))`;
156     * 否则，转账被回退。
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        // See https://ethereum.stackexchange.com/a/14016/36603
316        // for more details about how this works.
317        // TODO Check this again before the Serenity release, because all addresses will be
318        // contracts then.
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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