大帅哥
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solidity基础13-15

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Solidity极简入门: 13. 继承

这一讲，我们介绍solidity中的继承（inheritance），包括简单继承，多重继承，以及修饰器（modifier）和构造函数（constructor）的继承。

继承

继承是面向对象编程很重要的组成部分，可以显著减少重复代码。如果把合约看作是对象的话，solidity也是面向对象的编程，也支持继承。

规则

  • virtual: 父合约中的函数，如果希望子合约重写，需要加上virtual关键字。
  • override：子合约重写了父合约中的函数，需要加上override关键字。

注意：用override修饰public变量，会重写与变量同名的getter函数，例如：

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mapping(address => uint256) public override balanceOf;

简单继承

我们先写一个简单的爷爷合约Yeye，里面包含1个Log事件和3个function: hip(), pop(), yeye()，输出都是”Yeye”。

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contract Yeye {
    event Log(string msg);

    // 定义3个function: hip(), pop(), man()，Log值为Yeye。
    function hip() public virtual{
        emit Log("Yeye");
    }

    function pop() public virtual{
        emit Log("Yeye");
    }

    function yeye() public virtual {
        emit Log("Yeye");
    }
}

我们再定义一个爸爸合约Baba，让他继承Yeye合约，语法就是contract Baba is Yeye，非常直观。在Baba合约里，我们重写一下hip()和pop()这两个函数，加上override关键字，并将他们的输出改为”Baba”；并且加一个新的函数baba，输出也是”Baba”。

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contract Baba is Yeye{
    // 继承两个function: hip()和pop()，输出改为Baba。
    function hip() public virtual override{
        emit Log("Baba");
    }

    function pop() public virtual override{
        emit Log("Baba");
    }

    function baba() public virtual{
        emit Log("Baba");
    }
}

我们部署合约，可以看到Baba合约里有4个函数，其中hip()和pop()的输出被成功改写成”Baba”，而继承来的yeye()的输出仍然是”Yeye”。

多重继承

solidity的合约可以继承多个合约。规则：

  1. 继承时要按辈分最高到最低的顺序排。比如我们写一个Erzi合约，继承Yeye合约和Baba合约，那么就要写成contract Erzi is Yeye, Baba，而不能写成contract Erzi is Baba, Yeye，不然就会报错。
  2. ==如果某一个函数在多个继承的合约里都存在，比如例子中的hip()和pop()，在子合约里必须重写，不然会报错。==
  3. 重写在多个父合约中都重名的函数时，==override关键字后面要加上所有父合约名字，例如override(Yeye, Baba)。==

例子：

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contract Erzi is Yeye, Baba{
    // 继承两个function: hip()和pop()，输出值为Erzi。
    function hip() public virtual override(Yeye, Baba){
        emit Log("Erzi");
    }

    function pop() public virtual override(Yeye, Baba) {
        emit Log("Erzi");
    }

我们可以看到，Erzi合约里面重写了hip()和pop()两个函数，将输出改为”Erzi”，并且还分别从Yeye和Baba合约继承了yeye()和baba()两个函数。

修饰器的继承

Solidity中的修饰器（Modifier）同样可以继承，用法与函数继承类似，在相应的地方加virtual和override关键字即可。

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contract Base1 {
    modifier exactDividedBy2And3(uint _a) virtual {
        require(_a % 2 == 0 && _a % 3 == 0);
        _;
    }
}

contract Identifier is Base1 {

    //计算一个数分别被2除和被3除的值，但是传入的参数必须是2和3的倍数
    function getExactDividedBy2And3(uint _dividend) public exactDividedBy2And3(_dividend) pure returns(uint, uint) {
        return getExactDividedBy2And3WithoutModifier(_dividend);
    }

    //计算一个数分别被2除和被3除的值
    function getExactDividedBy2And3WithoutModifier(uint _dividend) public pure returns(uint, uint){
        uint div2 = _dividend / 2;
        uint div3 = _dividend / 3;
        return (div2, div3);
    }
}

Identifier合约可以直接在代码中使用父合约中的exactDividedBy2And3修饰器，也可以利用override关键字重写修饰器：

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modifier exactDividedBy2And3(uint _a) override {
    _;
    require(_a % 2 == 0 && _a % 3 == 0);
}

构造函数的继承

子合约有两种方法继承父合约的构造函数。举个简单的例子，父合约A里面有一个状态变量a，并由构造函数的参数来确定：

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// 构造函数的继承
abstract contract A {
    uint public a;

    constructor(uint _a) {
        a = _a;
    }
}
  1. 在继承时声明父构造函数的参数，例如：contract B is A(1)
  2. 在子合约的构造函数中声明构造函数的参数，例如：
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contract C is A {
    constructor(uint _c) A(_c * _c) {}
}

调用父合约的函数

子合约有两种方式调用父合约的函数，直接调用和利用super关键字。

  1. 直接调用：子合约可以直接用父合约名.函数名()的方式来调用父合约函数，例如Yeye.pop()。
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function callParent() public{
    Yeye.pop();
}
  1. super关键字：子合约可以利用super.函数名()来调用最近的父合约函数。solidity继承关系按声明时从右到左的顺序是：contract Erzi is Yeye, Baba，那么Baba是最近的父合约，super.pop()将调用Baba.pop()而不是Yeye.pop()：
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function callParentSuper() public{
    // 将调用最近的父合约函数，Baba.pop()
    super.pop();
}

钻石继承

在面向对象编程中，钻石继承（菱形继承）指一个派生类同时有两个或两个以上的基类。

==在多重+菱形继承链条上使用super关键字时，需要注意的是使用super会调用继承链条上的每一个合约的相关函数，而不是只调用最近的父合约。==

我们先写一个合约God，再写Adam和Eve两个合约继承God合约，最后让创建合约people继承自Adam和Eve，每个合约都有foo和bar两个函数。

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// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.13;

/* 继承树：
  God
 /  \
Adam Eve
 \  /
people
*/

contract God {
    event Log(string message);

    function foo() public virtual {
        emit Log("God.foo called");
    }

    function bar() public virtual {
        emit Log("God.bar called");
    }
}

contract Adam is God {
    function foo() public virtual override {
        emit Log("Adam.foo called");
    }

    function bar() public virtual override {
        emit Log("Adam.bar called");
        super.bar();
    }
}

contract Eve is God {
    function foo() public virtual override {
        emit Log("Eve.foo called");
        super.foo();
    }

    function bar() public virtual override {
        emit Log("Eve.bar called");
        super.bar();
    }
}

contract people is Adam, Eve {
    function foo() public override(Adam, Eve) {
        super.foo();
    }

    function bar() public override(Adam, Eve) {
        super.bar();
    }
}

在这个例子中，调用合约people中的super.bar()会依次调用Eve、Adam，最后是God合约。

虽然Eve、Adam都是God的子合约，但整个过程中God合约只会被调用一次。原因是Solidity借鉴了Python的方式，强制一个由基类构成的DAG（有向无环图）使其保证一个特定的顺序。更多细节你可以查阅Solidity的官方文档。

在Remix上验证

  • 合约简单继承示例, 可以观察到Baba合约多了Yeye的函数

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    13-2

  • 合约多重继承可以参考简单继承的操作步骤来增加部署Erzi合约，然后观察暴露的函数以及尝试调用来查看日志

  • 修饰器继承示例

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  • 构造函数继承示例

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  • 调用父合约示例

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  • 菱形继承示例

    13-10

总结

这一讲，我们介绍了solidity继承的基本用法，包括简单继承，多重继承，修饰器和构造函数的继承、调用父合约中的函数，以及多重继承中的菱形继承问题。

Solidity极简入门: 14. 抽象合约和接口

这一讲，我们用ERC721的接口合约为例介绍solidity中的抽象合约（abstract）和接口（interface），帮助大家更好的理解ERC721标准。

抽象合约

如果一个智能合约里至少有一个未实现的函数，即某个函数缺少主体{}中的内容，则必须将该合约标为abstract，不然编译会报错；另外，未实现的函数需要加virtual，以便子合约重写。拿我们之前的插入排序合约为例，如果我们还没想好具体怎么实现插入排序函数，那么可以把合约标为abstract，之后让别人补写上。

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abstract contract InsertionSort{
    function insertionSort(uint[] memory a) public pure virtual returns(uint[] memory);
}

接口

接口类似于抽象合约，但它不实现任何功能。接口的规则：

  1. 不能包含状态变量
  2. 不能包含构造函数
  3. 不能继承除接口外的其他合约
  4. 所有函数都必须是external且不能有函数体
  5. 继承接口的合约必须实现接口定义的所有功能

虽然接口不实现任何功能，但它非常重要。接口是智能合约的骨架，定义了合约的功能以及如何触发它们：如果智能合约实现了某种接口（比如ERC20或ERC721），其他Dapps和智能合约就知道如何与它交互。因为接口提供了两个重要的信息：

  1. 合约里每个函数的bytes4选择器，以及函数签名函数名(每个参数类型）。
  2. 接口id（更多信息见EIP165）

另外，接口与合约ABI（Application Binary Interface）等价，可以相互转换：编译接口可以得到合约的ABI，利用abi-to-sol工具也可以将ABI json文件转换为接口sol文件。

我们以ERC721接口合约IERC721为例，它定义了3个event和9个function，所有ERC721标准的NFT都实现了这些函数。我们可以看到，接口和常规合约的区别在于每个函数都以;代替函数体{ }结尾。

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interface IERC721 is IERC165 {
    event Transfer(address indexed from, address indexed to, uint256 indexed tokenId);
    event Approval(address indexed owner, address indexed approved, uint256 indexed tokenId);
    event ApprovalForAll(address indexed owner, address indexed operator, bool approved);
    
    function balanceOf(address owner) external view returns (uint256 balance);

    function ownerOf(uint256 tokenId) external view returns (address owner);

    function safeTransferFrom(address from, address to, uint256 tokenId) external;

    function transferFrom(address from, address to, uint256 tokenId) external;

    function approve(address to, uint256 tokenId) external;

    function getApproved(uint256 tokenId) external view returns (address operator);

    function setApprovalForAll(address operator, bool _approved) external;

    function isApprovedForAll(address owner, address operator) external view returns (bool);

    function safeTransferFrom( address from, address to, uint256 tokenId, bytes calldata data) external;
}

IERC721事件

IERC721包含3个事件，其中Transfer和Approval事件在ERC20中也有。

  • Transfer事件：在转账时被释放，记录代币的发出地址from，接收地址to和tokenid。
  • Approval事件：在授权时释放，记录授权地址owner，被授权地址approved和tokenid。
  • ApprovalForAll事件：在批量授权时释放，记录批量授权的发出地址owner，被授权地址operator和授权与否的approved。

IERC721函数

  • balanceOf：返回某地址的NFT持有量balance。
  • ownerOf：返回某tokenId的主人owner。
  • transferFrom：普通转账，参数为转出地址from，接收地址to和tokenId。
  • safeTransferFrom：安全转账（如果接收方是合约地址，会要求实现ERC721Receiver接口）。参数为转出地址from，接收地址to和tokenId。
  • approve：授权另一个地址使用你的NFT。参数为被授权地址approve和tokenId。
  • getApproved：查询tokenId被批准给了哪个地址。
  • setApprovalForAll：将自己持有的该系列NFT批量授权给某个地址operator。
  • isApprovedForAll：查询某地址的NFT是否批量授权给了另一个operator地址。
  • safeTransferFrom：安全转账的重载函数，参数里面包含了data。

什么时候使用接口？

如果我们知道一个合约实现了IERC721接口，我们不需要知道它具体代码实现，就可以与它交互。

无聊猿BAYC属于ERC721代币，实现了IERC721接口的功能。我们不需要知道它的源代码，只需知道它的合约地址，用IERC721接口就可以与它交互，比如用balanceOf()来查询某个地址的BAYC余额，用safeTransferFrom()来转账BAYC。

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contract interactBAYC {
    // 利用BAYC地址创建接口合约变量（ETH主网）
    IERC721 BAYC = IERC721(0xBC4CA0EdA7647A8aB7C2061c2E118A18a936f13D);

    // 通过接口调用BAYC的balanceOf()查询持仓量
    function balanceOfBAYC(address owner) external view returns (uint256 balance){
        return BAYC.balanceOf(owner);
    }

    // 通过接口调用BAYC的safeTransferFrom()安全转账
    function safeTransferFromBAYC(address from, address to, uint256 tokenId) external{
        BAYC.safeTransferFrom(from, to, tokenId);
    }
}

在Remix上验证

  • 抽象合约示例（简单的演示代码如图所示）

    14-1

  • 接口示例（简单的演示代码如图所示）

    14-2

总结

这一讲，我介绍了solidity中的抽象合约（abstract）和接口（interface），他们都可以写模版并且减少代码冗余。我们还讲了ERC721接口合约IERC721，以及如何利用它与无聊猿BAYC合约进行交互

Solidity极简入门: 15. 异常

这一讲，我们介绍solidity三种抛出异常的方法：error，require和assert，并比较三种方法的gas消耗。

异常

写智能合约经常会出bug，solidity中的异常命令帮助我们debug。

Error

error是solidity 0.8.4版本新加的内容，方便且高效（省gas）地向用户解释操作失败的原因，同时还可以在抛出异常的同时携带参数，帮助开发者更好地调试。人们可以在contract之外定义异常。下面，我们定义一个TransferNotOwner异常，当用户不是代币owner的时候尝试转账，会抛出错误：

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error TransferNotOwner(); // 自定义error

我们也可以定义一个携带参数的异常，来提示尝试转账的账户地址

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error TransferNotOwner(address sender); // 自定义的带参数的error

在执行当中，error必须搭配revert（回退）命令使用。

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function transferOwner1(uint256 tokenId, address newOwner) public {
    if(_owners[tokenId] != msg.sender){
        revert TransferNotOwner();
        // revert TransferNotOwner(msg.sender);
    }
    _owners[tokenId] = newOwner;
}

我们定义了一个transferOwner1()函数，它会检查代币的owner是不是发起人，如果不是，就会抛出TransferNotOwner异常；如果是的话，就会转账。

Require

require命令是solidity 0.8版本之前抛出异常的常用方法，目前很多主流合约仍然还在使用它。它很好用，唯一的缺点就是gas随着描述异常的字符串长度增加，比error命令要高。使用方法：require(检查条件，"异常的描述")，当检查条件不成立的时候，就会抛出异常。

我们用require命令重写一下上面的transferOwner函数：

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function transferOwner2(uint256 tokenId, address newOwner) public {
    require(_owners[tokenId] == msg.sender, "Transfer Not Owner");
    _owners[tokenId] = newOwner;
}

Assert

assert命令一般用于程序员写程序debug，因为它不能解释抛出异常的原因（比require少个字符串）。它的用法很简单，assert(检查条件），当检查条件不成立的时候，就会抛出异常。

我们用assert命令重写一下上面的transferOwner函数：

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function transferOwner3(uint256 tokenId, address newOwner) public {
    assert(_owners[tokenId] == msg.sender);
    _owners[tokenId] = newOwner;
}

在remix上验证

  1. 输入任意

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    uint256

    数字和非0地址，调用

    1
    transferOwner1

    ，也就是

    1
    error

    方法，控制台抛出了异常并显示我们自定义的

    1
    TransferNotOwner

    。

    15 1.png

  2. 输入任意

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    uint256

    数字和非0地址，调用

    1
    transferOwner2

    ，也就是

    1
    require

    方法，控制台抛出了异常并打印出

    1
    require

    中的字符串。

    15 2.png

  3. 输入任意

    1
    uint256

    数字和非0地址，调用

    1
    transferOwner3

    ，也就是

    1
    assert

    方法，控制台只抛出了异常。

    15 3.png

三种方法的gas比较

我们比较一下三种抛出异常的gas消耗，通过remix控制台的Debug按钮，能查到每次函数调用的gas消耗分别如下： （使用0.8.17版本编译）

  1. error方法gas消耗：24457 (加入参数后gas消耗：24660)
  2. require方法gas消耗：24755
  3. assert方法gas消耗：24473

我们可以看到，error方法gas最少，其次是assert，require方法消耗gas最多！因此，error既可以告知用户抛出异常的原因，又能省gas，大家要多用！（注意，由于部署测试时间的不同，每个函数的gas消耗会有所不同，但是比较结果会是一致的。）

备注: Solidity 0.8.0之前的版本，assert抛出的是一个 panic exception，会把剩余的 gas 全部消耗，不会返还。更多细节见官方文档。

总结

这一讲，我们介绍solidity三种抛出异常的方法：error，require和assert，并比较了三种方法的gas消耗。结论：error既可以告知用户抛出异常的原因，又能省gas。