Solidity理论知识

Solidity 理论

在僵尸游戏网站学习solidity时，做了一个笔记，刚接触的同学可以从头开始学习（https://cryptozombies.io/zh/）
中文官方文档：https://solidity-cn.readthedocs.io/zh/develop/
文档下载：https://download.csdn.net/download/zzz19920821/10829891

第1章 智能协议的永固性

智能协议上传到以太坊后，不可更改，这也意味着你的代码永远不能调整或更新，即便有bug也无法补救
这同样也是智能合约的一大优势，不用担心函数被人篡改而得到意外的结果

外部依赖关系

因为外部合约具有不可靠性，而我们又无法修改上传的合约，因此在调用外部合约时，不能使用硬编码，而是使用函数，以便DApp 的关键部分可以以参数形式修改。

比方说，我们不再一开始就把猎物地址给写入代码，而是写个函数 setKittyContractAddress, 运行时再设定猎物的地址，这样我们就可以随时去锁定新的猎物，也不用担心加密小猫集体消失了。

pragma solidity ^0.4.19;

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 {
     

  // 1. 移除这一行:
  //address ckAddress = 0x06012c8cf97BEaD5deAe237070F9587f8E7A266d;
  // 2. 只声明变量:
  KittyInterface kittyContract;

  // 3. 增加 setKittyContractAddress 方法
  function setKittyContractAddress(address _address) external {
     
    kittyContract = KittyInterface(_address);
  }
  function feedAndMultiply(uint _zombieId, uint _targetDna, string species) public {
     
    require(msg.sender == zombieToOwner[_zombieId]);
    Zombie storage myZombie = zombies[_zombieId];
    _targetDna = _targetDna % dnaModulus;
    uint newDna = (myZombie.dna + _targetDna) / 2;
    if (keccak256(species) == keccak256("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");
  }

}

第2章 Ownable Contracts

指定合约的所有权 ，防止其他人调用

上一章中，您有没有发现任何安全漏洞呢？setKittyContractAddress 可见性居然申明为“外部的”（external），岂不是任何人都可以调用它！
要对付这样的情况，通常的做法是指定合约的“所有权” - 就是说，给它指定一个主人（没错，就是您），只有主人对它享有特权。

OpenZeppelin库的Ownable 合约

OpenZeppelin 是主打安保和社区审查的智能合约库，您可以在自己的 DApps中引用。
参考：https://openzeppelin.org/

/**
 * @title Ownable
 * @dev The Ownable contract has an owner address, and provides basic authorization control
 * functions, this simplifies the implementation of "user permissions".
 */
contract Ownable {
     
  address public owner;

  event OwnershipTransferred(address indexed previousOwner, address indexed newOwner);

  /**
   * @dev The Ownable constructor sets the original `owner` of the contract to the sender
   * account.
   */
  function Ownable() public {
     
    owner = msg.sender;
  }


  /**
   * @dev Throws if called by any account other than the owner.
   */
  modifier onlyOwner() {
     
    require(msg.sender == owner);
    _;
  }


  /**
   * @dev Allows the current owner to transfer control of the contract to a newOwner.
   * @param newOwner The address to transfer ownership to.
   */
  function transferOwnership(address newOwner) public onlyOwner {
     
    require(newOwner != address(0));
    OwnershipTransferred(owner, newOwner);
    owner = newOwner;
  }

}

第3章: onlyOwner 函数修饰符

函数修饰符

函数修饰符看起来跟函数没什么不同，不过关键字modifier 告诉编译器，这是个modifier(修饰符)，而不是个function(函数)。它不能像函数那样被直接调用，只能被添加到函数定义的末尾，用以改变函数的行为。

咱们仔细读读 onlyOwner:

/**
 * @dev 调用者不是‘主人’，就会抛出异常
 */
modifier onlyOwner() {
     
  require(msg.sender == owner);
  _;
}

onlyOwner 函数修饰符是这么用的：

contract MyContract is Ownable {
     
  event LaughManiacally(string laughter);

  //注意！ `onlyOwner`上场 :
  function likeABoss() external onlyOwner {
     
    LaughManiacally("Muahahahaha");
  }
}

注意：主人对合约享有的特权当然是正当的，不过也可能被恶意使用。比如，万一，主人添加了个后门，允许他偷走别人的僵尸呢？

所以非常重要的是，部署在以太坊上的 DApp，并不能保证它真正做到去中心，你需要阅读并理解它的源代码，才能防止其中没有被部署者恶意植入后门；作为开发人员，如何做到既要给自己留下修复 bug 的余地，又要尽量地放权给使用者，以便让他们放心你，从而愿意把数据放在你的 DApp 中，这确实需要个微妙的平衡。

第4章: Gas

Gas - 驱动以太坊DApps的能源

在 Solidity 中，你的用户想要每次执行你的 DApp 都需要支付一定的 gas，gas 可以用以太币购买，因此，用户每次跑 DApp 都得花费以太币。

一个 DApp 收取多少 gas 取决于功能逻辑的复杂程度。每个操作背后，都在计算完成这个操作所需要的计算资源，（比如，存储数据就比做个加法运算贵得多）， 一次操作所需要花费的 gas 等于这个操作背后的所有运算花销的总和。

由于运行你的程序需要花费用户的真金白银，在以太坊中代码的编程语言，比其他任何编程语言都更强调优化。同样的功能，使用笨拙的代码开发的程序，比起经过精巧优化的代码来，运行花费更高，这显然会给成千上万的用户带来大量不必要的开销。

为什么要用 gas 来驱动？

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。

注意：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。

省 gas 的招数：结构封装 （Struct packing）

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。

除非，把 uint 绑定到 struct 里面。

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

第5章: 时间单位

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）。我写这句话时 unix 时间是 1515527488。

注意：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));
}

第6章: 僵尸冷却-结构体传参

将结构体作为参数传入
由于结构体的存储指针可以以参数的方式传递给一个 private 或 internal 的函数，因此结构体可以在多个函数之间相互传递。

遵循这样的语法：

function _doStuff(Zombie storage _zombie) internal {
     
  // do stuff with _zombie
}

这样我们可以将某僵尸的引用直接传递给一个函数，而不用是通过参数传入僵尸ID后，函数再依据ID去查找。

pragma solidity ^0.4.19;

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. 在这里定义 `_triggerCooldown` 函数
  function _triggerCooldown(Zombie storage _zombie) internal {
     
    _zombie.readyTime = uint32(now + cooldownTime);
  }

  // 2. 在这里定义 `_isReady` 函数
  function _isReady(Zombie storage _zombie) internal view returns (bool){
     
    return (_zombie.readyTime <= now);
  }

  function feedAndMultiply(uint _zombieId, uint _targetDna, string species) public {
     
    require(msg.sender == zombieToOwner[_zombieId]);
    Zombie storage myZombie = zombies[_zombieId];
    _targetDna = _targetDna % dnaModulus;
    uint newDna = (myZombie.dna + _targetDna) / 2;
    if (keccak256(species) == keccak256("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");
  }

}

第7章: 公有函数和安全性

现在来修改 feedAndMultiply ，实现冷却周期。

回顾一下这个函数，前一课上我们将其可见性设置为public。你必须仔细地检查所有声明为 public 和 external的函数，一个个排除用户滥用它们的可能，谨防安全漏洞。请记住，如果这些函数没有类似 onlyOwner 这样的函数修饰符，用户能利用各种可能的参数去调用它们。

检查完这个函数，用户就可以直接调用这个它，并传入他们所希望的 _targetDna 或 species 。打个游戏还得遵循这么多的规则，还能不能愉快地玩耍啊！

仔细观察，这个函数只需被 feedOnKitty() 调用，因此，想要防止漏洞，最简单的方法就是设其可见性为 internal。

第8章: 进一步了解函数修饰符

带参数的函数修饰符
之前我们已经读过一个简单的函数修饰符了：onlyOwner。函数修饰符也可以带参数。例如：

// 存储用户年龄的映射
mapping (uint => uint) public age;

// 限定用户年龄的修饰符
modifier olderThan(uint _age, uint _userId) {
     
  require(age[_userId] >= _age);
  _;
}

// 必须年满16周岁才允许开车 (至少在美国是这样的).
// 我们可以用如下参数调用`olderThan` 修饰符:
function driveCar(uint _userId) public olderThan(16, _userId) {
     
  // 其余的程序逻辑
}

看到了吧， olderThan 修饰符可以像函数一样接收参数，是“宿主”函数 driveCar 把参数传递给它的修饰符的。

来，我们自己生产一个修饰符，通过传入的level参数来限制僵尸使用某些特殊功能。

第9章: 僵尸修饰符

上一章应用

第10章: 利用 ‘View’ 函数节省 Gas

“view” 函数不花 “gas”
这是因为 view 函数不会真正改变区块链上的任何数据 - 它们只是读取。因此用 view 标记一个函数，意味着告诉 web3.js，运行这个函数只需要查询你的本地以太坊节点，而不需要在区块链上创建一个事务（事务需要运行在每个节点上，因此花费 gas）。

稍后我们将介绍如何在自己的节点上设置 web3.js。但现在，你关键是要记住，在所能只读的函数上标记上表示“只读”的“external view 声明，就能为你的玩家减少在 DApp 中 gas 用量。

注意：如果一个 view 函数在另一个函数的内部被调用，而调用函数与 view 函数的不属于同一个合约，也会产生调用成本。这是因为如果主调函数在以太坊创建了一个事务，它仍然需要逐个节点去验证。所以标记为 view 的函数只有在外部调用时才是免费的。

第11章: 存储非常昂贵

Solidity 使用storage(存储)是相当昂贵的，”写入“操作尤其贵。

这是因为，无论是写入还是更改一段数据， 这都将永久性地写入区块链。”永久性“啊！需要在全球数千个节点的硬盘上存入这些数据，随着区块链的增长，拷贝份数更多，存储量也就越大。这是需要成本的！

为了降低成本，不到万不得已，避免将数据写入存储。这也会导致效率低下的编程逻辑 - 比如每次调用一个函数，都需要在 memory(内存) 中重建一个数组，而不是简单地将上次计算的数组给存储下来以便快速查找。

在大多数编程语言中，遍历大数据集合都是昂贵的。但是在 Solidity 中，使用一个标记了external view的函数，遍历比 storage 要便宜太多，因为 view 函数不会产生任何花销。 （gas可是真金白银啊！）。

在内存中声明数组
在数组后面加上 memory关键字， 表明这个数组是仅仅在内存中创建，不需要写入外部存储，并且在函数调用结束时它就解散了。与在程序结束时把数据保存进 storage 的做法相比，内存运算可以大大节省gas开销 – 把这数组放在view里用，完全不用花钱。

以下是申明一个内存数组的例子：

function getArray() external pure returns(uint[]) {
     
  // 初始化一个长度为3的内存数组
  uint[] memory values = new uint[](3);
  // 赋值
  values.push(1);
  values.push(2);
  values.push(3);
  // 返回数组
  return values;
}

第12章: For 循环

在之前的章节中，我们提到过，函数中使用的数组是运行时在内存中通过 for 循环实时构建，而不是预先建立在存储中的。

为什么要这样做呢？

为了实现 getZombiesByOwner 函数，一种“无脑式”的解决方案是在 ZombieFactory 中存入”主人“和”僵尸军团“的映射。

mapping (address => uint[]) public ownerToZombies
然后我们每次创建新僵尸时，执行 ownerToZombies [owner] .push（zombieId） 将其添加到主人的僵尸数组中。而 getZombiesByOwner 函数也非常简单：

function getZombiesByOwner(address _owner) external view returns (uint[]) {
return ownerToZombies[_owner];
}
这个做法有问题
做法倒是简单。可是如果我们需要一个函数来把一头僵尸转移到另一个主人名下（我们一定会在后面的课程中实现的），又会发生什么？

这个“换主”函数要做到：

1.将僵尸push到新主人的 ownerToZombies 数组中， 2.从旧主的 ownerToZombies 数组中移除僵尸， 3.将旧主僵尸数组中“换主僵尸”之后的的每头僵尸都往前挪一位，把挪走“换主僵尸”后留下的“空槽”填上， 4.将数组长度减1。

但是第三步实在是太贵了！因为每挪动一头僵尸，我们都要执行一次写操作。如果一个主人有20头僵尸，而第一头被挪走了，那为了保持数组的顺序，我们得做19个写操作。

由于写入存储是 Solidity 中最费 gas 的操作之一，使得换主函数的每次调用都非常昂贵。更糟糕的是，每次调用的时候花费的 gas 都不同！具体还取决于用户在原主军团中的僵尸头数，以及移走的僵尸所在的位置。以至于用户都不知道应该支付多少 gas。

注意：当然，我们也可以把数组中最后一个僵尸往前挪来填补空槽，并将数组长度减少一。但这样每做一笔交易，都会改变僵尸军团的秩序。

由于从外部调用一个 view 函数是免费的，我们也可以在 getZombiesByOwner 函数中用一个for循环遍历整个僵尸数组，把属于某个主人的僵尸挑出来构建出僵尸数组。那么我们的 transfer 函数将会便宜得多，因为我们不需要挪动存储里的僵尸数组重新排序，总体上这个方法会更便宜，虽然有点反直觉。

使用 for 循环
for循环的语法在 Solidity 和 JavaScript 中类似。

来看一个创建偶数数组的例子：

function getEvens() pure external returns(uint[]) {
     
  uint[] memory evens = new uint[](5);
  // 在新数组中记录序列号
  uint counter = 0;
  // 在循环从1迭代到10：
  for (uint i = 1; i <= 10; i++) {
     
    // 如果 `i` 是偶数...
    if (i % 2 == 0) {
     
      // 把它加入偶数数组
      evens[counter] = i;
      //索引加一， 指向下一个空的‘even’
      counter++;
    }
  }
  return evens;
}

这个函数将返回一个形为 [2,4,6,8,10] 的数组。

第13章: 放在一起

恭喜您啊，居然把第三课也学完了！

让我们回顾一下：
添加了一种新方法来修改CryptoKitties合约
学会使用 onlyOwner 进行调用权限限制
了解了 gas 和 gas 的优化
为僵尸添加了 “级别” 和 “冷却周期”属性
当僵尸达到一定级别时，允许修改僵尸的名字和 DNA
最后，定义了一个函数，用以返回某个玩家的僵尸军团

参考：https://cryptozombies.io