【区块链】以太坊Solidity编程：智能合约实现之基本语法

以太坊Solidity编程：智能合约实现之基本语法

基本数据类型

1. Solidity类型：

• solidity为静态类型语言
• 所有变量均需要预定义
• 和大多数语言一样，提供几个基本类型和基本类型组成的复杂类型
• 和现代语言相比，solidity仅覆盖最常见的类型。

2. Solidityt基本数据类型

• 布尔类型

1. 布尔：真或假
2. 操作符：！（逻辑非）
3. &&（逻辑与）
4. || （逻辑或）
5. == （相等）
6. ！= （不等）

• 整型

1. int / uint : 是有符号和无符号的整数
2. uint8到uint256步长8(从8到256位的无符号整数)
3. uint和int分别是uint256和int256的别名

• 地址

1. 地址：20字节（一个以太坊地址）
2. 可表示用户账号，合约地址
3. 操作符：≤、＜、==、！=，≥，＞
4. 地址成员： 账户余额（balance）
5. 地址成员：发送（transfer），从合约发起方向某个地址转入以太币（单位是wei）
   

• 注释
• 字符串常量

1. 字符串常量用双引号或者单引号括起来，如“abc”,'abc’均可
2. 字符串常量可以隐式转换位bytes
3. 字符串常量支持转义符，如\n,\xNN（16进制）and \nNNNN(Unicode)

补充：
整型操作符：

• 比较： ≤，＜，==，！=，≥，＞（计量布尔量）
• 位操作符：&，！，^（位异或），~（位取反）
• 算术操作符：+，-，*，/，%（取余数）,**（幂次方）
• 除以0操作，会报异常
  枚举类型：
• 用户自定义类型，基本同C++等语言的定义
• 枚举类型中的枚举值到整型可显示转换，但不能隐式转换
• 枚举类型不能为空，至少应当包含一个值
  

基本类型转换

1. 分为隐式转换和显示转换，如字符串转为整型等
2. 隐式转换：如果运算符支持两边不同的类型，编译器会尝试隐式转换类型，包括赋值
3. 隐式转换需要能保证不会丢失数据，且语义可通
4. 显示转换：如果编译器不允许隐式的自动转换，但你知道转换没问题时，可以进行转换
5. 不正确的转换会带来错误
   

array类型

数组

• 数组是可以在编译时固定大小的，也可以是动态的
• 对于storage存储数组来说，成员类型可以是任意的（也可以是其他数组，映射或结构）
• 对于memory数组来说，成员类型不能是一个映射，如果是公开可见的函数参数，成员类型是必须是ABI类型的。

数组声明

• T[k]：元素类型为T，固定长度为k的数组
• T[]：动态大小的（变长）的数组
• uint[3][5]：声明5个uint[3]（与大部分语言相同）.访问时，uint[4][0]：第5个数组的第1个元素
• bytes类似于byte[]

数组成员函数

• 成员函数：length，存放元素的数量
• 动态length可变
• 成员函数：push，可在数组的尾部添加一个元素。函数返回新的长度
• Push目前仅storage变长数组可用
  

数组使用事项

数组作为返回参数使用

• 暂时还无法在外部函数中使用数组的数组（多维数组）
• 暂时无法从外部函数调用返回的动态内容
• 目前可行的解决办法是使用较大的静态尺寸大小的数组

数组创建和初始化

• 可使用new关键字创建或初始化memory的变长数组
• 但不能通过.length的长度来修改memory数组大小属性
• Storage数组可以修改长度
• 目前暂时是这样规定的
  
  要点：变长数组须先new初始化，分配空间
  
  要点：变长storage数组可以通过push初始化
  
  要点：暂不能通过外部函数返回变长数组
  
  要点：定长的数组不可直接赋值给变长数组
  

mapping类型

映射定义

• 映射或字典类型，一种键值对的映射关系存储结构
• 定义方式为mapping(KeyType=>KeyValue)
• 键的类型一般为基本数据类型，暂不支持映射、变长数组、结构体等复杂类型。值的类型无限制
• 映射可以视为哈希表。所有可能的键会被虚拟化的创建，映射到一个类型的默认值
• 映射表中，我们并不存储键的数据，仅存储它的keccak256哈希值，用来查找值时使用
• 映射并没有长度，键集合（或列表），值集合（或列表）这样的概念。

映射定义的例子：

映射的赋值：

映射使用要点

1. 映射类型，仅能用来定义状态变量，或者是在内部函数中作为storage类型的引用
2. 可以通过将映射标记为public，来让Solidity创建一个访问器
3. 访问映射，需要提供一个键值作为参数
4. 映射暂未提供迭代输出的方法

struct类型

结构体

• Solidity提供struct来定义自定义类型
• struct可以用于映射和数组中作为元素
• 其本身也可以包含映射和数组等类型
• 但struct内不能有struct。

结构体示例

结构体初始化

直接赋值（按顺序）

命名初始化

忽略mapping

数据的位置和引用类型

值类型：布尔、整型、地址、定长字节数组

1. 在传值时，总是值传递，完全拷贝

引用类型：不定长数组、字符串、数组、结构体

1. 复杂类型，占用空间较大，在拷贝时占用空间较大，一般都通过引用传递。

引用传递

• 值传递，传递的是内存的内容
• 引用传递，传递的是内存的地址
• 引用的改变，修改后会改变内存地址对应储存的值，也就是变量和其引用会同时改变。

数据的位置

• 复杂/引用类型，如数组（arrays）和结构体（struct）有一个额外的属性，数据的存储位置，可选为memory或storage
• Memory存储位置为内存
• Storage保存永久记录，存储在链上

数据的默认位置

• 基于程序的上下文，大多数时候这样的选择是默认的，也通过指定关键字storage和memory修改它
• 函数参数，包括返回的参数，默认是memory
• 局部复杂变量默认是storage
• 状态变量强制为storage

不同数据位置的赋值

• 在memory和storage之间，完全拷贝
• 任何位置的变量，赋值给状态变量，完全拷贝
• 状态变量(storage)，赋值storage局部变量，引用传递
• memory的引用类型赋值给另一个memory的引用，不会创建另一个拷贝

注意事项

1. 不能将memory赋值给局部变量
2. memory只能用于函数内部
3. 对于值类型，总是会进行拷贝
4. storage在区块链中是用key/value的形式存储，而memory则表现为字节数组
5. 值类型的局部变量是存储在栈上
6. Gas消耗storage>>memory>stack

不同位置复杂类型赋值图

常规用法

• storage为合约级变量，在合约创建时就确定了，但内容可以被（交易）改变
• solidity认为交易就是改变了合约状态，故合约级变量称为“状态”变量。函数内部只能定义storage的引用
• memory只能用于函数内部，其声明EVM在运行时创建一块内存区域给变量使用
  

特殊变量和函数

地址相关（Address Related）

• <address>.balance(uint256): address的余额，以wei为单位
• <address>.transfer(uint256 amount): 从合约（地址）向address发送一定数量的ether，以wei为单位。
• <address>.send(uint256 amount) returns (bool): 同transfer。不建议。
  示例：
  

合约相关

• this：当前合约的类型，可以显示的转换为Address
• selfdestruct(address recipt)：销毁当前合约，并把它所有资金发送到给定的地址。
• 如果一个函数需要进行货币操作，必须要带上payable关键字。

数学和加密函数

• assert(bool condition)：如果条件不满足，抛出异常
• keccak256(…) returns (bytes32)：使用以太坊的（Keccak-256）计算HASH值。常用来做字符串相等判别。

特殊变量及函数

1. msg.sender(address) 当前调用发起人的地址
2. msg.value(uint) 这个消息所附带的货币量，单位为wei
3. tx.origin(address) 交易的发送者。不建议
4. msg.data(bytes) 完整的调用数据（calldata）。
5. now(uint) 当前块的时间戳。

时间单位

• seconds、minutes、hours、days、weeks、years均可做为后缀，并进行相互转换，默认是seconds为单位。
• 后缀不能用于变量
  

货币单位

• 一个字面量的数字，可以使用后缀wei、finney、szabo或ether来在不同面额中转换
• 不含任何后缀的默认单位是wei
  单位换算
  
  货币使用示例
  

实战：课程积分

项目需求

• 为了活跃课程的气氛，促进同学之间的交流，决定建立课程积分体系：

1. 每个同学都能领到100个课程积分
2. 为别的同学答疑解惑，可以从对方那里获得一定的课程积分
3. 课程结束后，积分最高的同学获得小红花

典型设计

基于sql数据库设计实现：

用户表(User)

• userId: 用户id
• email: 用户email
• …
  用户积分表（UserCoin）
• userId: 用户id
• coin：积分数量
• …
  用户积分交易表i（UserTrade）
• userId: 发送方用户id
• toUserId: 接收方用户id
• coin：发送数量
• …

不足

1. 发放积分方式不透明，需要老师的信誉背书
2. 积分交易数据不透明，可能出现刷分现象
3. 服务器可能挂了…

Dapp设计的优势

1. 去信任。代码透明，积分体系和发放形式完全公开，无需老师信用背书
2. 去中心。数据透明，交易数据公共可读，无法随意篡改，公共监督。不用担心机器崩溃。
3. 隐私保护。暂不需要。

Dapp数据结构设计

用状态变量实现数据结构
用户表（User）

struct User {
	address userId; // 用户id
}

User[] userList;

用户积分表（UserCoin）

struct UserCoin {
	address userId; //用户id
	uint coin; //积分数量
}

UserCoin[] userCoinList;

用户积分交易表（UserTrade）

struct UserTrade {
	address userId; // 发送方userid
	address toUserId; // 接收方userid
	uint coin; //发送数量
}

UserTrade[] userTradeList;

Dapp数据结构设计改进原则

• 基本思路同“SQL数据库映射到KV数据库”
• 根据查询/索引需求，在基本数据结构上，建立mapping
• 为节省存储，去掉冗余数据

功能需求1

1. 每个同学都能领100个课程积分
2. 函数 getCoin()
3. 功能：由合约为调用者发送100个积分
4. 查询需求：只能领一次，需要根据合约和调用者地址，查询对应的交易记录。

功能需求2

1. 同学之间可以互送积分
2. 函数 sendCoin()
3. 功能：调用者向一个地址发送积分
4. 查询需求：一个用户地址拥有的积分

Dapp数据结构的改进

用户积分交易

struct UserTrade {
	address userId; // 发送方userid
	address toUserId; // 接收方userid
	uint coin; //发送数量
}

UserTrade[] userTradeList;

查询需求：根据“合约和调用者地址”，查询交易

mapping (address => mapping(address=>UserTrade[])) trans;

去除冗余数据

mapping (address => mapping(address=>uint[])) trans;

Dapp数据结构设计结果

用户

address[] userList;
mapping (address => uint8) userDict;

用户积分（address为key）

mapping (address => uint) balances;

用户积分交易表（address+address为key）

mapping (address => mapping (address => uint[])) trans;