Go语言开发智能合约要几步？

智能合约开发

对于很多不了解区块链行业的人来说，听到智能合约就会有一种高大上的感觉。一般情况下，大多数人可能会发出三个灵魂拷问：什么是智能合约？为什么叫智能合约？如何写智能合约？学完本节后我们不仅可以回答这些问题，还可以学会搭建一套应用开发的环境、创建一个私链，并且很容易写出符合基本业务要求的智能合约。

合约开发环境搭建

在讲搭建环境之前，先来解答灵魂拷问的前2个问题。

第一问，什么是智能合约？

要回答这个问题，首先要了解以太坊的定位是什么。小V在介绍以太坊时，清晰地表示以太坊是“一台全球计算机”。之所以有这样的表述是因为以太坊的节点遍布全球，在这样的网络中运行计算就相当于在“一台全球计算机”中运行。在明确了以太坊的定位之后，就好理解智能合约是什么了。智能合约就是运行在以太坊这个“全球计算机”上的“进程”，是的，我们可以把它理解为特殊的“进程”。

第二问，为什么叫智能合约？

智能合约，也叫智能合同，也就是“smart contract”的翻译。把智能合约拆成两部分来看，前半部分的智能主要体现在智能合约是可以自动化运行的，后半部分的合约则是因为以太坊的合约代码多会涉及一些资产转移，而现实世界中签订合同也多是伴随着资产转移。因此把这样的代码叫合约。在解决了这两个疑问后，也了解了（以太坊的）智能合约是运行在以太坊节点上的。因此，若要安装智能合约的开发环境，需要有一个以太坊节点。

温馨提示：在这里要明确一下，学习其他区块链平台的智能合约需要安装其对应区块链平台的节点。

需要明确的是，以太坊针对多种语言，都开发了对应的客户端软件，比如Go、C++、Rust、Java、Python等，不过最受欢迎的客户端还是Go语言编写Geth，它是go-ethereum工程的缩写名。接下来，介绍一下Geth在各个平台的安装方式（以1.9.10版本为例）。

Geth的官方下载地址为：https://geth.ethereum.org/downloads/，读者要有一定的耐心，这个网站打开时偶尔会有一些问题，不过也不必担心，后面提供的压缩包下载链接是可以直接使用的。

下面将分别介绍在Windows系统和Linux系统中安装Geth的方法。

（1）在Windows系统安装Geth。

虽然Geth可以在Windows系统运行，不过不太建议在Windows平台运行节点做测试，毕竟Windows系统做服务器不是特别稳定。

下面简单介绍一下如何在Windows环境中安装Geth，作为开发者不光要使用Geth，还要使用其他相关配套的工具。因此需要下载“Geth&Tools”工具，如下图所示，单击链接可以直接下载64位的“Geth & Tools 1.9.10”工具包。

Windows系统Geth下载示意图

下载完成后，将其解压缩，再将解压缩后Geth文件所在的目录配置到path环境变量中，这样就算是完成了安装，在命令行窗口就可以运行Geth了。

如果官方网址打开较慢，可以使用下面的链接直接下载：

https://gethstore.blob.core.windows.net/builds/geth-alltools-windows-amd64-1.9.10-58cf5686.zip。

（2）在Linux系统安装Geth。

与安装Go语言开发环境类似，安装Geth同样可以用命令行或下载可运行二进制文件的方式，当然，如果愿意源码安装也可以。这里，介绍命令行安装与下载二进制文件的方式。

命令行安装方式，以Ubuntu系统为例，只需要执行下面的三条指令就可以完成Geth的安装。

sudo add-apt-repository -y ppa:ethereum/ethereum

sudo apt-get update

sudo apt-get install ethereum

安装参考网址：https://geth.ethereum.org/docs/install-and-build/installing-geth#install-on-ubuntu-via-ppas。

压缩包的安装方式如下图所示，在官方网站可以找到Geth对应的Linux版本文件。

Linux系统Geth下载示意图

基于压缩包的安装其实也就是执行shell命令，具体步骤如下。

步骤01：下载压缩包，指令如下。

wget https://gethstore.blob.core.windows.net/builds/geth-alltools-linux-amd64-1.9.10-58cf5686.tar.gz

步骤02：解压缩下载包，指令如下。

tar zxvf geth-alltools-linux-amd64-1.9.10-58cf5686.tar.gz

步骤03：配置环境变量，指令如下。

mv geth-alltools-linux-amd64-1.9.10-58cf5686 ~/geth-home

export PATH=$HOME/geth-home:$PATH

echo `export PATH=$HOME/geth-home:$PATH` ＞＞ ~/.bashrc

步骤04：执行“geth --help”命令，验证geth效果。

$ geth --help

NAME: 

geth - the go-ethereum command line interface 

Copyright 2013-2020 The go-ethereum AuthorsUSAGE: 

geth [options] command [command options] [arguments...]

VERSION:

1.9.10 -stable

COMMANDS: 

account Manage accounts 

attach Start an interactive 

JavaScript environment (connect to node) 

console Start an interactive 

JavaScript environment 

copydb Create a local chain from a 

target chaindata folder

......此处省略其他语句

当看到类似上面的效果时，就代表Geth的安装已经生效了。

（3）在macOS系统安装Geth。

在macOS系统安装Geth同样可以采用命令行或压缩文件的方式，命令行的安装方式需要借助brew工具，简单的2条指令就可以搞定。

brew tap ethereum/ethereum

brew install ethereum

下载压缩包的方式，步骤如下。

步骤01：在官网找到macOS对应的Geth & Tools版本，鼠标右键单击版本号，如下图所示。

MacOS系统Geth下载示意图（1）

步骤02：右击鼠标后，在弹出的快捷菜单中选择“复制链接地址”选项，如下图所示。

MacOS系统Geth选择下载示意图（2）

完成上述操作后可以得到具体的下载地址：

https://gethstore.blob.core.windows.net/builds/geth-alltools-darwin-amd64-1.9.10-58cf5686.tar.gz。

步骤03：复制压缩包的下载地址后，在brew工具中输入如下命令行，开始下载。

wget https://gethstore.blob.core.windows.net/builds/geth-alltools-darwin-amd64-1.9.10-58cf5686.tar.gz

步骤04：下载完成后，输入如下命令行，开始解压缩下载包。

tar zxvf geth-alltools-darwin-amd64-1.9.10-58cf5686.tar.gz

步骤05：解压完成后，输入如下命令行开始配置环境变量。

mv geth-alltools-darwin-amd64-1.9.10-58cf5686 ~/geth-home

export PATH=$HOME/geth-home:$PATH

echo `export PATH=$HOME/geth-home:$PATH` ＞＞ ~/.bash_profile

在macOS系统上安装基本与Linux相同，需要注意两点：首先，下载适合本系统的版本；其次，macOS系统的配置文件与Linux不同。安装完成后，同样可以执行“geth –help”命令验证一下是否安装成功。这个help所展示的信息太多了，在此就不再展示了。

在安装好了Geth之后，接下来就需要知道如何启动它。不过在这之前，还需要区分几个概念。

（1）主网：以太坊真实节点运行的网络，节点遍布全球，此网络中使用的“ETH”是真实的虚拟数字货币，部署合约时需要消耗真金白银。

（2）测试网：测试网的节点没有主网节点那么多，主要是为以太坊开发者提供一个测试的平台环境，此网络上的“ETH”可以通过做任务获得。

（3）私网：私网是由开发者自行组建的网络，不与主网及测试网连通，独立存在，仅用于个人测试或企业项目使用。

需要明确的是，无论是主网、测试网还是私网，都可以使用Geth来启动。Geth直接运行，默认连接的就是以太坊主网，如果想要连接测试网可以连接Ropsten或rinkeby，指令参考如下：

// Ropsten 测试网络

geth --testnet --fast --cache=512 console

// Rinkeby 测试网络

geth --rinkeby --fast --cache=512 console

很多时候，开发者都习惯自己搭建一套私网，接下来重点介绍私网搭建的步骤。

步骤01：配置创世块文件。将如下内容保存为genesis.json文件。

{ 

"config": { 

"chainId": 18, 

"homesteadBlock": 0, 

"eip150Block": 0, 

"eip155Block": 0, 

"eip158Block": 0 

}, 

"alloc" : {}, 

"coinbase" : "0x0000000000000000000000000000000000000000", 

"difficulty" : "0x2", 

"extraData" : "", 

"gasLimit" : "0xffffffff", 

"nonce" : "0x0000000000000042", 

"mixhash" : "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000", 

"parentHash" : "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000", 

"timestamp" : "0x00"

}

创世块文件的部分内容，可以简单了解一下。

（1）Coinbase：挖矿后获得奖励的账户地址。

（2）Difficulty：挖矿难度。

（3）gasLimit：一个区块所能容纳gas的上限，智能合约指令在执行时需要消耗gas，可通过以太币自动兑换。

（4）nonce：随机值。

（5）mixhash：一个256位的哈希证明，与nonce相结合，验证本块的有效性。

（6）extraData：附加信息，随意填写。

（7）parentHash：前一块的hash值，因为是创世块，所以为0。

步骤02：数据初始化。init是初始化的命令，--datadir则是用来指定数据存储路径。

geth init genesis.json --datadir ./data

在此步骤，主要是利用创世块进行文件初始化，指定一个数据目录，当看到类似下面的结果代表初始化成功。

INFO [02-14|16:42:36.647] Maximum peer count ETH=50 LES=0 total=50

INFO [02-14|16:42:36.796] Allocated cache and file handles database=/Users/yk/ethdev/yekai1003/rungeth/data/geth/chaindata cache=16.00MiB handles=16

INFO [02-14|16:42:36.861] Writing custom genesis block 

INFO [02-14|16:42:36.862] Persisted trie from memory database nodes=0 size=0.00B time=13.579μs gcnodes=0 gcsize=0.00B gctime=0s livenodes=1 livesize=0.00B

INFO [02-14|16:42:36.866] Successfully wrote genesis state database=chaindata hash=c1d47d...d9ea3e

INFO [02-14|16:42:36.872] Allocated cache and file handles database=/Users/yk/ethdev/yekai1003/rungeth/data/geth/lightchaindata cache=16.00MiB handles=16

INFO [02-14|16:42:36.899] Writing custom genesis block 

INFO [02-14|16:42:36.899] Persisted trie from memory database nodes=0 size=0.00B time=5.75μs gcnodes=0 gcsize=0.00B gctime=0s livenodes=1 livesize=0.00B

INFO [02-14|16:42:36.900] Successfully wrote genesis state database=lightchaindata hash=c1d47d...d9ea3e

此时在data目录下会有一些文件生成，通过tree命令可以查看，输入“tree data/”命令行即可。

root:rungeth yk$ tree data/data/

├── geth│

├── chaindata

││├── 000001.log

││├── CURRENT

││├── LOCK

││├── LOG

││└── MANIFEST-000000

│└── lightchaindata

│├── 000001.log

│├── CURRENT

│├── LOCK

│├── LOG

│└── MANIFEST-000000

└── keystore

【温馨提示】如果 tree 命令不存在，可以自行安装一下。Linux 系统与 macOS 系统会有如何安装的提示。

步骤03：输入如下命令行，启动Geth节点。

geth --datadir ./data --networkid 18 --port 30303 --rpc --rpcport 8545 --rpcapi 'db,net,eth,web3,personal' --rpccorsdomain '*' --gasprice 0 --allow-insecure-unlock console 2＞ 1.log

这个命令的启动参数比较长，也需要针对参数进行介绍。

（1）datadir：指定之前初始化的数据目录文件。

（2）networkid：配置成与配置文件config内的chainId相同值，代表加入哪个网络，私网随意编号即可。

（3）port：P2P端口，也就是节点之间互相通信的端口。

（4）rpc：代表开启远程调用服务，这对我们很重要。

（5）rpcport：远程服务的端口，默认是8545。

（6）rpcapi：远程服务提供的远程调用函数集。

（7）rpccorsdomain：指定可以接收请求来源的域名列表（浏览器访问，必须开启）。

（8）gasprice：gas的单价。

（9）allow-insecure-unlock：新版本增加的选项，允许在Geth命令窗口解锁账户。

（10）console：进入管理台。

（11）2＞ 1.log：UNIX系统下的重定向，将Geth产生的日志输出都重定向到1.log中，以免刷日志影响操作。

启动后，将看到类似下面的结果：

Welcome to the Geth JavaScript console!

instance: Geth/v1.9.6-stable/darwin-amd64/go1.13.1

at block: 0 (Thu, 01 Jan 1970 08:00:00 CST) 

datadir:/Users/yk/ethdev/yekai1003/rungeth/data 

modules: admin:1.0 debug:1.0 eth:1.0 ethash:1.0 miner:1.0 net:1.0 personal:1.0 rpc:1.0 txpool:1.0 web3:1.0

＞

终于大功告成！

由于命令很长，在这里向大家推荐一个更容易操作的启动方法。读者可以借助笔者的GitHub工程，直接下载，在工程内部有现成的创世块文件和启动脚本，操作起来更简单，步骤如下。

步骤01：下载GitHub工程，命令行如下。

mkdir ~/ethdev

cd ~/ethdev

git clone https://github.com/yekai1003/rungeth

步骤02：进入该目录，进行初始化，命令行如下。

cd rungeth

geth init genesis.json --datadir ./data

步骤03：执行脚本“./rungeth.sh”，启动Geth，结果如下。

root:rungeth yk$ ./rungeth.sh 

Welcome to the Geth JavaScript console!

instance: Geth/v1.9.6-stable/darwin-amd64/go1.13.1

at block: 0 (Thu, 01 Jan 1970 08:00:00 CST) 

datadir: /Users/yk/ethdev/yekai1003/rungeth/data 

modules: admin:1.0 debug:1.0 eth:1.0 ethash:1.0 miner:1.0 net:1.0 personal:1.0 rpc:1.0 txpool:1.0 web3:1.0

＞

至此，搞定了节点，可以准备智能合约的开发了。

初识Solidity

由于目前支持智能合约的区块链平台很多，智能合约的开发语言也有多种选择，不过，以太坊毕竟是第一个诞生智能合约的区块链平台，之后产生的很多区块链平台也多是参考以太坊平台的虚拟机技术，借鉴以太坊的智能合约开发环境。以太坊平台智能合约开发语言主要采用Solidity。因此Solidity也是目前多数主流区块链平台所采用的智能合约开发语言。

Solidity是一门面向对象、为实现智能合约而创建的高级编程语言，这门语言受到了C++、Py-thon和Javascript等语言的影响。在以太坊黄皮书披露的技术细节中，提到了以太坊虚拟机是一款图灵完备（Turing Completeness）的虚拟机器，Solidity自然也就是一款图灵完备的高级开发语言。它的内部可以支持变量定义、容器、自定义类型、函数、循环、继承等高级语言的通用技术，在后面的内容中我们将逐渐展开介绍。

按照惯例，学习一门语言的第一个程序是介绍“hello-world”，这就当是和Solidity的初识吧。

pragma solidity^0.6.0;

contract hello {

 string public Msg; 

 constructor() public {

 Msg = "hello";

 }

}

这是最简单的智能合约代码，分别介绍一下具体的含义。第一行的作用是为了控制智能合约编译器的版本，“pragma”是Solidity的编译控制指令，“^0.6.0”代表的含义是可以使用0.6.x的版本对该代码进行编译，也就是说0.5.x和0.7.x的编译器版本不允许编译该智能合约的。此外，也可以使用类似“pragma solidity ＞0.4.99 ＜0.6.0;”这样的写法来表达对编译器版本的限制，这样看上去更加简单明了。

代码中“contract”是一个关键字，用来定义合约名字，它很像是某些语言里的类（class）定义方法。“hello”是本合约的名字，这个合约的主要功能是向区块链系统中存储一个Msg字符串。“constructor”是该合约的构造函数，当合约部署时，执行的也就是构造函数的代码，该构造函数的功能是将Msg初始化为“hello”。

当然，介绍还没有结束，这只是合约代码，需要将它部署后再看看效果。想要运行以太坊的智能合约，一般都会使用官方推荐的在线IDE环境remix，这是一个智能合约开发、测试、部署的集成环境。读者可以在浏览器输入：http://remix.ethereum.org/，打开后可以按照下面的步骤操作。步骤01：在打开的页面中，单击【Solidity】按钮，如下图所示。

Remix环境操作（1）

步骤02：在跳转后的窗口中单击【EVM Vesion】选项卡并选择【byzantium】选项，单击【文件浏览器】按钮，如下图所示。

Remix环境操作（2）

步骤03：在跳转后的窗口中，单击左上角的【+】按钮创建文件，并在弹出的对话框中输入文件名，然后单击【OK】按钮，如下图所示。

创建合约文件

步骤04：将前文复制的代码粘贴至窗口右侧的文本框中，使用快捷键进行保存（Windows用户使用【Ctrl+S】组合键保存，macOS用户使用【Command+S】组合键保存），并单击左侧选项栏的【

】按钮切换到部署和运行页面，如下图所示。警告不用处理，可以忽略它。

合约部署操作（1）

步骤05：在切换到部署和运行页面后，单击【Environment】选项卡中选择运行环境，此处采用默认的【JavaScript VM】选项即可，然后单击【Deploy】按钮，部署合约，如下图所示。

合约部署操作（2）

对于Environment的三种选择，分别介绍一下。

（1）JavaScript VM：Remix内置的虚拟机，运行速度快，无须挖矿，测试方便。

（2）Injected Web3：单击时会连接浏览器安装的Metamask插件，该插件为以太坊浏览器钱包，很多时候，我们都是通过Metamask钱包将合约部署到主网或测试网。

（3）Web3 Provider：单击时，将代表要连接某个以太坊节点，需要指定Geth的连接地。

步骤06：部署完成后，在浏览器下部可以看到合约部署的信息及合约视图，单击下图所示的按钮查看合约视图。

合约部署效果查看

步骤07：在展开的合约视图中可以看到左侧的【Msg】按钮，它代表着Msg方法，单击该按钮进行调用，如下图所示。

合约调用（1）

步骤08：单击【Msg】按钮后可查看运行后的结果，得到“hello”，如下图所示。

合约调用（2）

此步骤执行完，合约部署到执行已经操作完成，该合约也就是简单地把“hello”存储到以太坊节点中，并通过查询函数Msg可以获得存储的值。

在步骤05时，在【Environment】选项栏中如果选择【Web3 Provider】选项，将会看到下图所示的效果。

Remix连接Geth环境

单击【OK】按钮，将会看到下图所示的效果。

Geth连接后效果图

接下来的操作基本和JavaScript VM时的操作一样，可以部署合约，调用函数。对于新启动的Geth，一般没有账户，可以在Geth窗口内创建一个，如下图所示。

账户创建

创建后，再回到Remix环境（浏览器窗口），可以看到创建的地址，它目前没有以太币，如下图所示。

Remix查看Geth账户

此时，单击【Deploy】按钮，部署会失败，如下图所示。

Remix部署合约到Geth操作（1）

对于Geth内的账户，需要解锁后方可使用。没办法，去Geth窗口去解锁一下，操作指令如下图所示。

解锁账户

如下图所示，解锁后，再来部署合约，不报错了，但是合约仍然处于“pending”状态，也就是说合约并没有被成功部署。原因是什么，读者想到了吗？

Remix部署合约到Geth操作（2）

区块链内的每次合约执行都是一个交易，这个交易需要挖矿才能被打包到区块中，只有被打包到了区块中，才代表交易执行成功了。需要启动挖矿，这也是区块链平台的最大特点！

使用下图中所示的指令启动挖矿。

启动挖矿

给它们一点时间，再回到浏览器，就可以看到合约被部署完成了，这时候Msg也可以调用了，如下图所示。

Remix部署合约到Geth成功示意图

至此，已经将Remix环境与安装的Geth节点相结合，可以进行后续合约的学习，此后的合约调用也基本都是此步骤。

Solidity有哪些数据类型

Solidity是一种静态类型的高级语言，每个变量在编译时都需要明确变量的类型。说到变量，就要介绍一下Solidity的变量类型，Solidity内部定义了多种基础类型及一些复杂的复合类型，先来说说基础类型。

Solidity支持的基础类型有整型（int，uint）、布尔类型（bool）、字符串类型（string）和字节类型（byte）。对于布尔类型和字符串类型，这里不再详述，它们和很多语言一样。整型类型是开发者比较熟悉的一种类型，之所以在这里单独强调一下，是因为Solidity在设计数据类型时精确到了每一个字节。因此其内部的整型光int类的就有int8、int16、int24、int32......int256等，如下图所示。当然，对于无符号数整数类型uint来说也是相同的待遇。仔细想想也可以理解，毕竟智能合约是运行在以太坊EVM中，存储到全球节点里的，空间能省就省。

合约代码编辑示意图

温馨提示整型类型最大定义长为 256 位，int 等价于 int256，uint 等价于 uint256。

除了基础类型，在Solidity中也可以使用一些复合类型，包括定长字节数组、变长字节数组和地址类型（address）。地址类型address是Solidity特有的数据类型，它对应了以太坊的账户地址。可以把地址理解为一个结构化的数据类型。

定长字节数组的待遇与int类似，从bytes1一直定义到bytes32，一个字节是8位，最终bytes32可以表达256位长度的数值。除了定长数组，也可以定义bytes[N]这样的变长数组。在Solidity中同样支持枚举类型，但编译器会将枚举类型进行转换。因此我们也可以忽略枚举类型。

在了解了相关数据类型之后，接下来谈谈变量的定义。说到变量，首先应该明确其存储位置。按照存储位置的不同，可将变量分为状态变量和局部变量。所谓状态变量，是指存储在以太坊节点中的变量，这类变量的数据存储需要支付费用，这类变量其实也就是合约的成员变量。我们先来说说状态变量的定义，语法如下：

Type [permission] identifier；//状态变量定义

其中“permission”用来修饰变量的访问权限，可以使用public或private，如果不写的时候默认为private。如果成员变量是public访问权限的，合约部署后会自动为我们提供该变量的查询方法。

局部变量主要就是在函数中使用，定义方式与状态变量类似。不过局部变量的修饰符主要强调的是该值是值传递还是引用传递，有时候编译器要求我们显式地声明到底是值传递（memory）还是引用传递（storage）。函数的参数及返回值都是memory类型传递，函数体内部根据需要可以使用storage传递或memory传递。