Solidity and Remix

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Solidity 的運作方式可以分解為三個主要步驟：編寫、編譯 和 執行。開發者能用人類能懂的語言寫程式，然後編譯器將其翻譯成機器語言，最終由各節點在去中心化的環境中執行。

1. 編寫 (Writing)

首先，開發者使用 Solidity 語言來編寫智能合約。這段程式碼包含了合約的邏輯、規則和變數，例如一個代幣合約如何處理轉帳、或一個拍賣合約如何管理出價。

2. 編譯 (Compiling)

寫好的 Solidity 程式碼是人類可讀的，但區塊鏈的底層虛擬機（例如 EVM，以太坊虛擬機）無法直接理解。因此，我們需要使用一個稱為 Solidity 編譯器 (solc) 的工具，將程式碼轉換成 EVM 能夠執行的 位元碼 (bytecode)。

這個位元碼是合約的機器語言，由一系列低階的指令（稱為 opcode）組成。編譯過程還會產生 ABI (Application Binary Interface)，它就像是合約的公開介面說明書，告訴外界如何與合約互動。

3. 執行 (Executing)

一旦合約被編譯成位元碼，它就可以被部署到區塊鏈上。當用戶與合約互動（例如呼叫一個函式）時，這個過程會在所有運行區塊鏈網路的節點上發生。

  • 交易 (Transaction)：如果互動會改變區塊鏈的狀態（例如發送代幣），那麼這會是一個交易。這筆交易會被發送到網路上，由礦工或驗證者打包到區塊中。
  • 節點運算：每個節點的底層虛擬機都會載入合約的位元碼，並執行其中的指令。節點EVM 會追蹤所有的狀態變動，並確保每個節點都得到相同的結果。這就是區塊鏈達成共識的關鍵。

Solidity範例

以下是Solidity可顯示Hello World的範例程式碼

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.20;

contract HelloWorld {
    string public message;

    constructor() {
        message = "Hello World";
    }

    function updateMessage(string memory _newMessage) public {
        message = _newMessage;
    }
}

程式碼解說

  1. pragma solidity ^0.8.20;: 指定編譯器版本。這行告訴編譯器，這個合約需要使用 0.8.20 或更新，但不高於 0.9.0 的 Solidity 版本來編譯。
  2. contract HelloWorld { ... }: 這是定義一個智能合約的關鍵字。HelloWorld 是這個合約的名稱。
  3. string public message;:
    • string 是一種用於儲存文字的變數類型。
    • public 關鍵字很特別。當你將一個狀態變數設為 public 時，Solidity 會自動為你創建一個同名的 getter 函式。這意味著，任何人都可以透過呼叫 message() 這個函式來讀取 message 變數的值，而不需要我們自己手動寫一個 getMessage 的函式。
  4. constructor() { ... }: 建構函式，只在合約部署到區塊鏈時執行一次。在這裡，我們將 message 的初始值設定為 "Hello World"。
  5. function updateMessage(string memory _newMessage) public { ... }:
    • updateMessage 是一個公共函式，任何人都可以呼叫它。
    • 它接受一個名為 _newMessage 的參數，類型是 string memory。memory 表示這個字串是儲存在記憶體中，只在函式執行期間存在。
    • 函式內部，我們將 message 的值更新為傳入的 _newMessage。由於這會改變區塊鏈的狀態，因此執行這個函式需要花費 Gas。

Remix IDE

Remix IDE (Integrated Development Environment，整合式開發環境) 是一個專為開發、測試和部署智能合約 (Smart Contracts) 而設計的強大開源工具。它最主要的優點是基於網頁，你不需要安裝任何東西，只需要一個瀏覽器就能開始使用。

將上述範例程式碼貼到 Remix IDE（一個線上開發環境）中，然後：

  1. 點擊左側的「Compile」標籤，編譯合約。
  2. 切換到「Deploy & Run Transactions」標籤，部署合約。
    • ENVIRONMENT選Remix VM，任一個都可以
    • ACCOUNT選任何一個都可以
    • 佈署完後會出現訊息，例如[vm]from: 0x5B3...eddC4to: HelloWorld.(constructor)value: 0 weidata: 0x608...e0033logs: 0hash: 0xcc6...0ac72
    • 展開訊息會看到contract address，例如0x7EF2e0048f5bAeDe046f6BF797943daF4ED8CB47
  3. 部署完成後，在Deployed Contracts下方看到合約的介面。
    • 每次佈署都會產生新的contract address，如果佈署多次會出現多個，選擇其中一個佈署的合約地址即可
  4. 展開合約，下方會出現一個新的區塊，顯示你合約中的所有 public 和 external 函式。
    • 紅色按鈕： 代表這個函式會 修改 區塊鏈的狀態 (需要花費 Gas)。
    • 藍色按鈕： 代表這個函式只會 讀取 區塊鏈的狀態 (不需要花費 Gas)。
  5. 藍色按鈕測試，可點擊 message 按鈕就會出現 0:string: Hello World。
  6. 紅色按鈕測試，可在 updateMessage 函式旁的輸入框中，輸入想更改的新訊息（例如 "Hello Blockchain"），然後點擊 updateMessage 按鈕。可以注意到訊息提到花費了32263 gas
  7. 再次點擊 message 按鈕就會出現0:string: Hello Blockchain，會發現訊息已經被成功更新。

Environment (環境)

在 Remix IDE的Deploy & Run Transactions中，Environment可指定在哪個區塊鏈環境中執行你的合約，決定了你的合約會部署到哪裡。

  • Remix VM (Remix 虛擬機)：這是 Remix 內建的模擬區塊鏈環境。
    • 優點： 區塊鏈的運作速度非常快，不需要連接到任何外部網路，所有交易都是即時的。你可以免費測試合約，不需要花費任何 Gas。
    • 缺點： 交易記錄只存在於瀏覽器中，刷新頁面後會消失。這是一個隔離的沙盒環境，不具備真實的區塊鏈功能。
  • Injected Provider：這個選項會連接你瀏覽器中的錢包擴充程式，例如 MetaMask。
    • 優點： 讓你可以在真實的區塊鏈網路（如主網、測試網或本地網路）上部署和互動合約。你可以使用你的真實帳戶並花費真實的 Gas。
    • 缺點： 需要連接到網路，交易需要等待區塊確認時間，並且會消耗真實的 Gas。
  • Hardhat Provider ：這選項讓你連接到本地端運行的開發環境。
    • 優點： 提供了更強大的開發和測試功能，適合進階開發者。
    • 缺點： 需要額外設定本地開發環境。

Account (帳戶)

在 Remix IDE的Deploy & Run Transactions中，Account用來選擇一個帳戶來部署或執行交易。

  • Remix VM ： 這裡會預設提供幾個帶有虛擬資金的測試帳戶，你可以任意選擇一個來使用，不用擔心花費。
  • Injected Provider ： 這個列表會顯示你連接的 MetaMask 錢包中所有可用的帳戶。

ABI

ABI (Application Binary Interface)就像是合約的「說明書」，用來定義合約中所有函式的公開介面。有了這個 ABI，外部應用程式（如 Remix IDE、MetaMask 錢包或任何 dApp）才能知道如何與你的智能合約互動。

Remix的Compile頁面下方可以產生ABI，分區說明如下

1. 建構函式 (Constructor)

{
  "inputs": [],
  "stateMutability": "nonpayable",
  "type": "constructor"
}
  • type: "constructor"：這部分說明了這是一個建構函式，只在合約部署時執行一次。
  • inputs: []：空的陣列表示這個建構函式不接受任何參數。
  • stateMutability: "nonpayable"：表示這個函式會修改區塊鏈的狀態（例如設定初始訊息），因此需要支付 Gas 費用。

2. updateMessage 函式

{
  "inputs": [
    {
      "internalType": "string",
      "name": "_newMessage",
      "type": "string"
    }
  ],
  "name": "updateMessage",
  "outputs": [],
  "stateMutability": "nonpayable",
  "type": "function"
}
  • type: "function"：這是一個普通的函式。
  • name: "updateMessage"：函式的名稱。
  • inputs：這個函式接受一個參數：
    • name: "_newMessage"：參數的名稱。
    • type: "string"：參數的類型是字串。
  • outputs: []：空的陣列表示這個函式不回傳任何值。
  • stateMutability: "nonpayable"：表示這個函式會修改區塊鏈的狀態（更新訊息），因此需要支付 Gas 費用。

3. message 函式

{
  "inputs": [],
  "name": "message",
  "outputs": [
    {
      "internalType": "string",
      "name": "",
      "type": "string"
    }
  ],
  "stateMutability": "view",
  "type": "function"
}
  • type: "function"：這是一個普通的函式。
  • name: "message"：函式的名稱。
  • inputs: []：空的陣列表示這個函式不接受任何參數。
  • outputs：這個函式有一個回傳值：
    • type: "string"：回傳值的類型是字串。
  • stateMutability: "view"：這是最重要的部分。它表明這個函式是一個 只讀函式，它不會修改區塊鏈的狀態。因此，呼叫這個函式是 免費的，不需要支付 Gas 費用。