BSN智能合約開發培訓-FISCO BCOS（二）

　　

做者：微衆銀行

        做爲BSN首個引入的國產聯盟鏈底層框架，FISCO BCOS將在4月份完成BSN適配並開啓公測，屆時，開發者能夠免費部署一個具備三個記帳節點的應用。

　　目前，FISCO BCOS平臺支持Solidity和Precompiled兩種類型的智能合約，同時，提供交互式控制檯工具（Console）,方便開發者與鏈進行交互，部署、調用智能合約。

　　爲了讓你們快速上手智能合約，FISCO BCOS推出了智能合約系列教程，本文爲系列教程精編，更多實操內容敬請關注FISCO BCOS開源社區公衆號。

　　1.智能合約簡介

　　衆所周知，智能合約的出現，使區塊鏈不只能處理簡單的轉帳功能，還能實現複雜的業務邏輯，極大地推進了區塊鏈技術發展，加速應用落地。

　　目前，在衆多區塊鏈平臺中，大多數集成了以太坊虛擬機，並使用Solidity做爲智能合約開發語言。做爲一門面向合約的高級編程語言，Solidity借鑑了C++、Python和JavaScript等語言的設計，使用靜態類型，不只支持基礎/複雜數據類型操做、邏輯操做，同時提供高級語言的相關特性，好比繼承、重載、庫和用戶自定義類型等。

　　做爲最大最活躍的國產開源聯盟鏈社區，FISCO BOCS無縫支持Solidity合約，並提供從開發、編譯、部署到調用的全鏈路工具和完整解決方案，使智能合約和區塊鏈應用開發變得簡單。

　　除此以外，基於大量探索和實踐，FISCO BCOS不只支持Solidity合約，還支持Precompiled合約，並在用戶層提供CRUD合約接口。面向庫表開發的CRUD合約不只更符合用戶開發習慣，進一步下降合約開發難度，提高性能，使區塊鏈應用知足高併發場景的訴求。

　　2.智能合約分類

　　FISCO BCOS平臺支持兩種類型的智能合約：Solidity合約和Precompiled合約。

　　2.1 Solidity合約

　　Solidity合約運行在EVM上，EVM爲以太坊虛擬機，採用哈佛架構，指令、數據和棧徹底分離。

　　在智能合約運行期間，首先建立一個沙盒環境（EVM實例），沙盒環境與外部環境徹底隔離，沒法訪問網絡、文件系統其它進程，智能合約在EVM內只容許進行有限的操做。交易執行時，EVM經過獲取合約的opcode，將opcode轉化爲對應的EVM指令，並按照指令進行執行。

　　從應用落地的數量來看，Solidity合約使用最爲普遍，幾乎全部區塊鏈平臺都支持，但Solidity也有不少缺點。以下：

　　●合約在EVM中串行執行，性能較差；

　　●跨合約調用會新建EVM，內存開銷較大；

　　●合約變量和數據存在MPT數中，不便於合約升級；

　　●邏輯和數據耦合，不便於存儲擴容。

　　2.2 Precompiled合約

　　Precompiled合約即預編譯合約。預編譯合約經過Precompiled引擎執行，採用C++編寫合約邏輯，合約編譯集成進FISCO BCOS底層節點。

　　調用合約不進EVM，可並行執行，突破EVM性能瓶頸；提供標準開發框架，只需繼承基類，實現call接口便可；適合於邏輯相對肯定、追求高併發的場景；數據存在表中，與合約分離，可升級合約邏輯。

　　固然，預編譯合約的使用有必定的門檻。以下：

　　●對於數據的存儲，須要建立FISCO BCOS特有的表結構；

　　●編寫合約時需繼承Precompiled類，而後實現Call接口函數；

　　●完成合約開發後，需在底層爲預編譯合約註冊地址；

　　●編寫完成合約後，須要從新編譯FISCO BCOS源碼。

　　爲了屏蔽預編譯合約在開發和使用中的門檻，FISCO BCOS基於預編譯合約和分佈式存儲設計了CRUD合約接口。用戶在編寫Solidity合約時，只須要引入抽象合約接口文件Table.sol，即可使用CRUD功能，用戶不須要關心底層的具體實現。

　　3.智能合約開發

　　本節將基於全球英文認證考試成績管理做爲場景，基於FISCO BCOS平臺對智能合約進行開發。全球認證考試包括GRE、TOEFL、IELTS等。爲了簡化合約邏輯，全部成績統一由考試管理中心發佈和管理，學生能夠根據本身的帳號（地址）查詢本身的考試成績。

　　3.1 Solidity合約開發

　　在 Solidity 中，合約相似於面向對象編程語言中的類。Solidity合約有自身的代碼結構，由幾個部分組成，以下所示。

　　●狀態變量：狀態變量是永久存儲在合約中的值

　　●構造函數：用於部署並初始化合約

　　●事件：事件是能方便地調用以太坊虛擬機日誌功能的接口

　　●修飾器：函數修飾器能夠用來改變函數的行爲，好比自動檢查，相似Spring的AOP

　　●函數：函數是合約中代碼的可執行單元

　　■建立合約

　　首先建立一個名爲StudentScoreBySol的合約，用於管理學生的成績。以下代碼所示，開頭須要引入合約版本。

　　■定義狀態變量

　　狀態變量用於存儲和管理學生的考試成績。

　　在當前場景中定義兩個變量，其中_owner爲合約的建立者，即考試管理中心；_scores用於存儲學生成績，爲一個嵌套mapping類型，第一個mapping的key(address)爲學生的帳戶（私鑰對應的地址），value也爲一個mapping類型，對應爲每一科的成績，在第二個mapping中key（bytes32）爲科目名稱，如GRE、TOEFL等，value(uint8)爲成績。以下所示。

　　■定義事件

　　定義一個事件setScoreEvent，用於跟蹤對學生成績的新增/修改操做，能夠在業務層面對事件進行監聽。事件的定義是可選的，若是沒有定義也不要緊，在業務層面能夠根據方法的返回值去判斷交易是否成功，但沒法作到更精細的問題定位。

　　■定義修飾器

　　智能合約中的修飾器（Modifier）相似面向對象編程中的AOP，知足條件纔會執行後續操做。以下所示，修飾器要求必須是合約的Owner才能進行後續操做，其中Owner爲考試管理中心。

　　■定義構造方法

　　構造方法用於實例化合約，在當前構造方法中，指定Owner爲合約的部署者。

　　■編寫函數

　　當前合約中，定義兩個函數，setScore函數用於新增/修改/刪除（score置爲0）學生成績，並使用了onlyOwner修飾器，只有Owner(考試管理中心）才能操做，並經過setScoreEvent事件跟蹤每次操做內容。getScore方法用於成績查詢，其中view修飾符表示不會修改狀態變量。

　　Solidity合約完整代碼以下所示。基於Solidity語言的合約開發，看似簡單，但須要對Solidity編程語言深刻學習，才能編寫出高可用的合約，具有必定學習成本。

　　經過FISCO BCOS開源社區推出的智能合約專題，開發者可瞭解更多運用Solidity編寫智能合約的方法與技巧，關注「FISCO BCOS開源社區」公衆號可獲取專題。

　　更多細節可參考Solidity官方文檔：

　　https://solidity-cn.readthedocs.io/zh/develop/

　　3.2 CRUD合約開發

　　CRUD合約是CRUD功能的核心，用戶能夠直接在合約中引用CRUD接口文件Table.sol，並在Solidity合約中調用CRUD接口。CRUD合約的開發徹底聽從數據庫的操做習慣，更容易理解和上手。

　　CRUD合約更多開發細節可參考：

　　https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/latest/docs/manual/smart_contract.html#crud■建立合約

　　CRUD建立的合約和Solidity建立的沒有太大區別，惟一區別在於須要引入CRUD接口文件Table.sol，以下所示。修飾器和構造方法的做用與Solidity合約相同。

　　■事件定義

　　在Solidity合約中能夠經過setScore完成成績的新增/修改/刪除，但在CRUD合約中，須要藉助CRUD接口文件的不一樣接口，經過不一樣函數實現，因此須要針對不一樣的函數定義不一樣時間，以下所示。

　　●createEvent：用於跟蹤建立表操做；

　　●insertEvent：用於跟蹤插入成績操做；

　　●updateEvent：用於跟蹤更新成績操做；

　　●removeEvent：用於跟蹤刪除成績操做。

　　■建立表函數

　　CRUD合約實現業務功能，首先須要像數據庫操做同樣，建立一張表，用於存放數據。

　　FISCO BCOS底層提供了TableFactory合約，該合約的地址固定爲0x1001，能夠經過TableFactory對象提供的方法對錶進行建立(createTable)和打開(openTable)，以下所示。

　　createTable接口返回值爲0時，說明建立成功。須要注意的是，爲了讓建立的表可被多個合約共享訪問，表名必須是羣組內全局可見且惟一的，沒法在同一條鏈上的同一個羣組中，建立多個名稱相同的表。

　　■新增成績函數

　　對錶進行操做時，首先須要經過TableFactory打開對應的表，得到表對象，而後經過表對象的insert方法進行數據插入。在插入數據前，首先須要構建一個Entry對象實例，代碼以下所示。

　　須要注意的是，Table接口合約的insert、remove、update和select函數返回值相似數據庫，均爲受影響的記錄行數，且接口中key的類型爲string。

　　而在當前場景中，學生的studentId爲address類型，因此須要在函數內部將address類型轉化爲string類型，代碼以下。

　　■更新成績函數

　　更新成績操做步驟包括：經過TableFactory對象打開表，而後，像數據庫同樣構造篩選條件。

　　在CRUD合約接口中，提供了Condition對象，該對象提供了諸如大於、等於、小於等一系列條件方法。構造完成條件對象後，能夠調用table對象的udpdate接口，完成更新操做，代碼以下。

　　■刪除成績操做

　　刪除操做和更新操做相似，須要調用table.remove接口完成，再也不贅述，代碼以下。

　　■查詢成績操做

　　查詢成績操做很簡單，須要調用table.select接口完成，代碼以下。

　　至此基於CRUD的合約開發完成。

　　從當前場景的代碼行數來看，CRUD合約比較複雜，Solidity合約相對簡單。但這只是一個幻覺，實際狀況可能並不是如此。並且CRUD合約的開發更符合開發者習慣，沒有多餘的學習成本，更容易理解和上手。

　　4.合約部署及調用

　　開發完智能合約後，須要對合約進行編譯和部署，而後才能調用。FISCO BCOS平臺提供了交互式控制檯工具（Console）,能夠很是方便地與鏈進行交互。下面將以上述智能合約爲例，採用控制檯工具進行部署和調用。

　　控制檯安裝及使用可參考：

　　https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/latest/docs/manual/console.html。

　　4.1準備工做

　　在對合約進行部署和調用前須要作三件事情。首先複製編寫好的合約到控制檯目錄console/contracts/solidity下。以下圖所示。

　　其次對合約進行編譯，能夠採用控制檯目錄下的sol2java.sh腳本對合約進行編譯，編譯結束後會在console/contracts/sdk目錄下生成以下文件夾，以下圖所示。

　　其中abi中存放合約的ABI，bin存放合約的二級制編碼文件(BINARY)，JAVA文件夾中爲對應的JAVA合約，便於經過SDK和鏈進行交互。

　　須要注意的是對CRUD合約編譯時。須要將CRUD接口合約Table.sol一併放入console/contracts/solidity目錄下，否則會報錯。

　　最後，對合約進行部署時，依賴外部帳戶，因此首先須要生成帳戶。在控制檯中提供了帳戶生成工具get_account.sh，運行該腳本會在console/accounts目錄下生成帳戶。

　　咱們利用帳戶生成工具生成兩個帳戶。一個爲考試管理中心的帳戶，用於部署和新增/修改/刪除學生成績；一個爲學生帳戶，用於查看考試成績。以下所示。

　　4.2 Solidity合約部署和調用

　　首先採用考試管理中心帳戶啓動控制檯，以下圖所示，即表示控制檯啓動成功。

　　而後經過deploy命令對合約進行部署，合約部署成功以後會返回合約地址，以下圖所示。

　　合約部署完成以後，能夠經過控制檯的call命令調用合約函數。以下圖所示，新增學生的GRE成績爲70（修改和刪除都可經過調用setScore方法進行操做），函數返回值爲true，則表示交易成功。call命令的具體用法能夠經過call -h 查看。

　　採用學生帳戶啓動控制檯，經過getScore函數查當作績，以下圖所示，返回值爲70，說明沒有問題。也可使用學生帳戶調用setScore方法，會報錯，打印沒有權限，再也不贅述。

　　4.3 CRUD合約部署和調用

　　CRUD合約的部署和調用和Solidity合約沒有區別，這裏一樣採用控制檯進行。

　　首先採用考試管理中心帳戶啓動控制檯，並對StudentScoreByCRUD合約進行部署。以下圖所示。

　　合約部署完成以後，調用create函數建立stu_score表，以下所示，返回結果爲0，說明建立成功。

　　建立好表以後，就能夠調用相關接口對學生成績進行操做了，首先調用insert函數新增學生成績。以下所示，返回結果爲1，說明插入成績成功。

　　成績插入成功以後，關閉當前控制檯，用學生帳戶登陸控制檯，並調用select函數查詢成績，以下圖所示，返回70，說明查詢成功。剩餘函數測試可自行完成，再也不贅述。

　　5.結束語

　　本文重點介紹了FISCO BCOS平臺的智能合約開發。在FISCO BCOS平臺中，既能夠採用原生Solidity語言開發智能合約，也可使用預編譯合約模式開發合約。Solidity合約性能差、學習成本高；預編譯合約，採用預編譯引擎，支持並行計算，性能更高，同時支持存儲擴容等。

　　但因爲預編譯合約使用存在必定的門檻，基於此，FISCO BCOS平臺開發了CRUD合約接口，用戶不須要關心底層的實現邏輯，只須要引入Table.sol合約接口文件，經過調用相關接口便可完成合約的開發。

　　關注「FISCO BCOS開源社區」公衆號，獲取更多智能合約實操內容