【CryptoZombies - 2 Solidity 进阶】002 Gas & Time Units

目录

一、前言

二、Gas - 驱动以太坊DApps的能源

1、讲解

1.以太币

2.Gas是啥

3.Gas能干嘛？

4.如何节省Gas

2、实战

1.要求

2.代码

三、Time Units 

1、讲解

2、实战1

1.要求

2.代码

3、实战2——僵尸冷却

1.要求

2.代码

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一、前言

看了一些区块链的教程，论文，在网上刚刚找到了一个项目实战，CryptoZombies。

本次要为大家讲解有关于Gas的相关知识。

如果你想了解更多有关于机器学习、深度学习、区块链、计算机视觉等相关技术的内容，想与更多大佬一起沟通，那就扫描下方二维码加入我们吧！

二、Gas - 驱动以太坊DApps的能源

1、讲解

Gas是solidity编程语言中非常与众不同的特征，我猜想，Gas是受到了比特币的启发。用户每次执行你的DAPP都需要支付一定的Gas，Gas可以使用以太币购买。

1.以太币

在讲Gas之前，我们先来简单了解一下什么是以太币。

以太币（ETH）是以太坊（Ethereum）的一种数字代币，被视为“比特币2.0版”，以太币涉及到的技术是与比特币不同的区块链技术“以太坊”（Ethereum），以太坊是一个开源的有智能合约成果的民众区块链平台。

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但是我们只是在此做个简单了解，因为我们这个博客是为了做CryptoZombies的学习记录，以后，我会逐步完善有关区块链和以太坊的内容。

2.Gas是啥

Gas是测量以太坊网络中运行交易或智能合约的计算工作的单位。该系统类似于使用千瓦（kW）来测量房屋内的电力;您使用的电力不是以美元和美分计量，而是以每小时千瓦时或千瓦计。

Gas用来衡量执行某些动作需要多少“工作量”，这些“工作量”就是为了执行该动作支付给网络的费用额。通俗理解，Gas是给矿工的佣金，以ETH 支付，无论是交易、执行智能合约并启动 DApps，还是支付数据存储费用，都需要用到 Gas。

3.Gas能干嘛？

Gas常用来作为激励矿工，那为什么要用Gas来作为激励呢？

区块链中有很多矿工，他们耗费大量的算力进行挖矿，无非就是为了抢夺nonce值，谁最先计算出来得到全网认可的nonce值，谁就获得了记账权，并能够获得对应的比特币。

以太坊就像一个巨大、缓慢、但非常安全的电脑。当你运行一个程序的时候，网络上的每一个节点都在进行相同的运算，以验证它的输出 —— 这就是所谓的“去中心化” 由于数以千计的节点同时在验证着每个功能的运行，这可以确保它的数据不会被被监控，或者被刻意修改。

可能会有用户用无限循环堵塞网络，抑或用密集运算来占用大量的网络资源，为了防止这种事情的发生，以太坊的创建者为以太坊上的资源制定了价格，想要在以太坊上运算或者存储，你需要先付费。

注：如果你使用侧链，倒是不一定需要付费，比如咱们在 Loom Network 上构建的 CryptoZombies 就免费。你不会想要在以太坊主网上玩儿“魔兽世界”吧？ - 所需要的 gas 可能会买到你破产。但是你可以找个算法理念不同的侧链来玩它。我们将在以后的课程中咱们会讨论到，什么样的 DApp 应该部署在太坊主链上，什么又最好放在侧链。

更多详细的有关Gas的内容，我们在介绍以太坊相关概念的时候，会着重介绍，在这里我们主要还是来聊一下技术吧！

4.如何节省Gas

我们了解到用户执行DAPP就会消耗Gas，那我们肯定是希望Gas消耗的越少越好，那我们如何节省Gas呢？

在第1课中，我们提到除了基本版的 uint 外，还有其他变种 uint：uint8，uint16，uint32等。

通常情况下我们不会考虑使用 uint 变种，因为无论如何定义 uint的大小，Solidity 为它保留256位的存储空间。例如，使用 uint8 而不是uint（uint256）不会为你节省任何 gas。

如果一个 struct 中有多个 uint，则尽可能使用较小的 uint, Solidity 会将这些 uint 打包在一起，从而占用较少的存储空间。例如：

struct NormalStruct {
  uint a;
  uint b;
  uint c;
}

struct MiniMe {
  uint32 a;
  uint32 b;
  uint c;
}

// 因为使用了结构打包，`mini` 比 `normal` 占用的空间更少
NormalStruct normal = NormalStruct(10, 20, 30);
MiniMe mini = MiniMe(10, 20, 30); 

所以，当 uint 定义在一个 struct 中的时候，尽量使用最小的整数子类型以节约空间。 并且把同样类型的变量放一起（即在 struct 中将把变量按照类型依次放置），这样 Solidity 可以将存储空间最小化。例如，有两个 struct：

uint c; uint32 a; uint32 b; 

和 

uint32 a; uint c; uint32 b;

前者比后者需要的gas更少，因为前者把uint32放一起了。

 

2、实战

1.要求

为 Zombie 结构体添加两个属性：level（uint32）和readyTime（uint32）。因为希望同类型数据打成一个包，所以把它们放在结构体的末尾。32位足以保存僵尸的级别和时间戳了，这样比起使用普通的uint（256位），可以更紧密地封装数据，从而为我们省点 gas。

2.代码

pragma solidity >=0.5.0 <0.6.0;

import "./ownable.sol";

contract ZombieFactory is Ownable {

    event NewZombie(uint zombieId, string name, uint dna);

    uint dnaDigits = 16;
    uint dnaModulus = 10 ** dnaDigits;

    struct Zombie {
        string name;
        uint dna;
        // Add new data here
        uint32 level;
        uint32 readyTime;
    }

    Zombie[] public zombies;

    mapping (uint => address) public zombieToOwner;
    mapping (address => uint) ownerZombieCount;

    function _createZombie(string memory _name, uint _dna) internal {
        uint id = zombies.push(Zombie(_name, _dna)) - 1;
        zombieToOwner[id] = msg.sender;
        ownerZombieCount[msg.sender]++;
        emit NewZombie(id, _name, _dna);
    }

    function _generateRandomDna(string memory _str) private view returns (uint) {
        uint rand = uint(keccak256(abi.encodePacked(_str)));
        return rand % dnaModulus;
    }

    function createRandomZombie(string memory _name) public {
        require(ownerZombieCount[msg.sender] == 0);
        uint randDna = _generateRandomDna(_name);
        randDna = randDna - randDna % 100;
        _createZombie(_name, randDna);
    }

}

三、Time Units 

1、讲解

在上面的例题中，我们添加了两个uint32类型的数据level和readyTime。

level属性表示僵尸的级别。以后，在我们创建的战斗系统中，打胜仗的僵尸会逐渐升级并获得更多的能力。

重点是readyTime。

我们希望增加一个“冷却周期”，表示僵尸在两次猎食或攻击之之间必须等待的时间。如果没有它，僵尸每天可能会攻击和繁殖1,000次，这样游戏就太简单了。

为了记录僵尸在下一次进击前需要等待的时间，我们使用了 Solidity 的时间单位。

Solidity 使用自己的本地时间单位。

变量 now 将返回当前的unix时间戳（自1970年1月1日以来经过的秒数）。

注：Unix时间传统用一个32位的整数进行存储。这会导致“2038年”问题，当这个32位的unix时间戳不够用，产生溢出，使用这个时间的遗留系统就麻烦了。所以，如果我们想让我们的 DApp 跑够20年，我们可以使用64位整数表示时间，但为此我们的用户又得支付更多的 gas。真是个两难的设计啊！

Solidity 还包含秒(seconds)，分钟(minutes)，小时(hours)，天(days)，周(weeks) 和 年(years) 等时间单位。它们都会转换成对应的秒数放入 uint 中。所以 1分钟 就是 60，1小时是 3600（60秒×60分钟），1天是86400（24小时×60分钟×60秒），以此类推。

下面是一些使用时间单位的实用案例：

uint lastUpdated;

// 将‘上次更新时间’ 设置为 ‘现在’
function updateTimestamp() public {
  lastUpdated = now;
}

// 如果到上次`updateTimestamp` 超过5分钟，返回 'true'
// 不到5分钟返回 'false'
function fiveMinutesHavePassed() public view returns (bool) {
  return (now >= (lastUpdated + 5 minutes));
}

 

2、实战1

1.要求

给DApp添加一个“冷却周期”的设定，让僵尸两次攻击或捕猎之间必须等待 1天。

1.声明一个名为 cooldownTime 的uint，并将其设置为 1 days。

2.因为在上一章中我们给 Zombie 结构体中添加 level 和 readyTime 两个参数，所以现在创建一个新的 Zombie 结构体时，需要修改 _createZombie()，在其中把新旧参数都初始化一下。

修改 zombies.push 那一行， 添加加2个参数：1（表示当前的 level ）和uint32（now + cooldownTime）（现在+冷却时间，表示下次允许攻击的时间 readyTime）。

注：必须使用 uint32（...） 进行强制类型转换，因为 now 返回类型 uint256。所以我们需要明确将它转换成一个 uint32 类型的变量。

2.代码

pragma solidity >=0.5.0 <0.6.0;

import "./ownable.sol";

contract ZombieFactory is Ownable {

    event NewZombie(uint zombieId, string name, uint dna);

    uint dnaDigits = 16;
    uint dnaModulus = 10 ** dnaDigits;
    // 1. Define `cooldownTime` here
    uint cooldownTime = 1 days;
    struct Zombie {
        string name;
        uint dna;
        uint32 level;
        uint32 readyTime;
    }

    Zombie[] public zombies;

    mapping (uint => address) public zombieToOwner;
    mapping (address => uint) ownerZombieCount;

    function _createZombie(string memory _name, uint _dna) internal {
        // 2. Update the following line:
        uint id = zombies.push(Zombie(_name, _dna, 1, uint32(now + cooldownTime))) - 1;
        zombieToOwner[id] = msg.sender;
        ownerZombieCount[msg.sender]++;
        emit NewZombie(id, _name, _dna);
    }

    function _generateRandomDna(string memory _str) private view returns (uint) {
        uint rand = uint(keccak256(abi.encodePacked(_str)));
        return rand % dnaModulus;
    }

    function createRandomZombie(string memory _name) public {
        require(ownerZombieCount[msg.sender] == 0);
        uint randDna = _generateRandomDna(_name);
        randDna = randDna - randDna % 100;
        _createZombie(_name, randDna);
    }

}

3、实战2——僵尸冷却

冷却用于防止僵尸无限制地繁殖和捕猎，也会在以后用于限制僵尸之间的打频率。

1.要求

给DApp添加一个“冷却周期”的设定，让僵尸两次攻击或捕猎之间必须等待 1天。

1.先定义一个 _triggerCooldown 函数。它要求一个参数，_zombie，表示一某个Zombie的storage指针。这个函数可见性设置为 internal。

2.在函数中，把 _zombie.readyTime 设置为 uint32（now + cooldownTime）。

3.创建一个名为 _isReady 的函数。这个函数的参数也是名为 _zombie 的 Zombie storage。这是一个 internal view 函数，并返回一个 bool 值。。

4.函数计算返回(_zombie.readyTime <= now)，值为 true 或 false。这个功能的目的是判断下次允许猎食的时间是否已经到了。

 

2.代码

pragma solidity >=0.5.0 <0.6.0;

import "./zombiefactory.sol";

contract KittyInterface {
  function getKitty(uint256 _id) external view returns (
    bool isGestating,
    bool isReady,
    uint256 cooldownIndex,
    uint256 nextActionAt,
    uint256 siringWithId,
    uint256 birthTime,
    uint256 matronId,
    uint256 sireId,
    uint256 generation,
    uint256 genes
  );
}

contract ZombieFeeding is ZombieFactory {

  KittyInterface kittyContract;

  function setKittyContractAddress(address _address) external onlyOwner {
    kittyContract = KittyInterface(_address);
  }

  // 1. Define `_triggerCooldown` function here
  function _triggerCooldown(Zombie storage _zombie) internal {
    _zombie.readyTime = uint32(now + cooldownTime);
  }

  // 2. Define `_isReady` function here
  function _isReady(Zombie storage _zombie) internal view returns(bool) {
    return (_zombie.readyTime <= now);
  }

  function feedAndMultiply(uint _zombieId, uint _targetDna, string memory _species) public {
    require(msg.sender == zombieToOwner[_zombieId]);
    Zombie storage myZombie = zombies[_zombieId];
    _targetDna = _targetDna % dnaModulus;
    uint newDna = (myZombie.dna + _targetDna) / 2;
    if (keccak256(abi.encodePacked(_species)) == keccak256(abi.encodePacked("kitty"))) {
      newDna = newDna - newDna % 100 + 99;
    }
    _createZombie("NoName", newDna);
  }

  function feedOnKitty(uint _zombieId, uint _kittyId) public {
    uint kittyDna;
    (,,,,,,,,,kittyDna) = kittyContract.getKitty(_kittyId);
    feedAndMultiply(_zombieId, kittyDna, "kitty");
  }

}