文章目錄
一、智能合約概述
1.1 智能合約是什麼
智能合約本質上是運行在區塊鏈上的一段代碼，代碼的邏輯定義了合約的內容。
智能合約賬戶保存了合約當前的運行狀態，包括當前餘額（balance）、交易次數（nonce）、合約代碼（code）、存儲（storage 數據結構是MPT，合約的執行數據保存在這裏）。
1.2 solidity語言
智能合約的最常用的語言是Solidity，語法上與JavaScript很接近。如下圖所示：
“pragma solidity ^0.4.21”聲明solidity版本號，不同版本在語法上有一些差別；
contract相當於“class（類）”，裏面定義了一些狀態變量。solidity是強類型編程語言，大部分類型與常用編程語言類似，address類型是solidity特有的類型；
mapping哈希表不支持遍歷，所以需要單獨創建一個數組，用於遍歷key值，例如上圖的哈希表bids和數組bidders；
event（事件）用於記錄日誌，使用emit調用該日誌函數；
constructor是構造函數，僅在合約創建時調用一次；
接下來3個成員函數都是public，可以被外部賬戶或合約賬戶調用。
二、外部賬戶調用智能合約
如果外部賬戶是轉賬給另一個外部賬戶，那麼與比特幣的轉賬幾乎相同；如果轉賬給合約賬戶，那麼就是發起這個賬戶的合約調用，調用的函數及參數在“TX DATA”域中說明，如下圖所示：
其它域的說明如下：
“SENDER ADDRESS”爲發起轉賬的地址；
“TO CONTRACT ADDRESS”爲接收的合約賬戶；
“VALUE”爲轉賬金額（金額爲0說明僅調用函數，沒有轉賬）；
“GAS USED”是該交易花費的汽油量；
“GAS PRICE”是單位汽油的價格；
“GAS LIMIT”爲發起人最多願意花費的汽油量。
三、一個合約調用另一個合約
一個合約可以調用另一個合約，但是合約賬戶不能主動調用另一個合約，必須由外部賬戶發起。
3.1 直接調用
給出另一個合約的地址，直接調用。如下圖所示，callAFooDirectly的參數是一個合約地址，將地址轉換爲合約實例，然後就可以調用該合約的foo函數：
如果在執行a.foo()過程中拋出錯誤，則callAFooDirectly也拋出錯誤，本次調用全部回滾。ua爲執行a.foo(“call foo directly”)的返回值。
另外可以通過.gas() 和 .value() 調整提供的gas數量或提供一些ETH。
3.2 使用address類型的call()函數
通過address類型call函數調用智能合約。下面這個例子相當於A(addr).foo(“call foo by func call”)，如下圖所示：
call函數的第一個參數被編碼成4個字節，表示要調用的函數的簽名。其它參數會被擴展到32字節，表示要調用函數的參數。
返回一個布爾值表明了被調用的函數已經執行完畢（true）或者引發 了一個EVM異常（false），無法獲取函數返回值。而發起調用的函數並不會產生異常，繼續執行。
與直接調用類似，也可以通過.gas() 和 .value() 調整提供的gas數量或提供一些ETH。
3.3 代理調用delegatecall()函數
代理調用delegatecall()函數使用方法與call()相同，只是不能使用.value()。
另外call()會切換到被調用的智能合約上下文中，delegatecall()只使用給定地址的代碼，其它屬性（存儲，餘額等）都取自當前合約。delegatecall 的目的是使用存儲在另外一個合約中的庫代碼。
3.4 payable
如果合約賬戶接收外部轉賬（“VALUE”域不爲0），被調用的函數必須標註payable。例如下圖所示，bid函數接收拍賣出價，以太幣存儲在合約內，可以防止惡意出價：
3.5 fallback()函數
如果轉賬交易的“TX DATA”域中沒有說明函數名，或域裏的函數名不存在，則默認調用fallback函數，如果合約中沒有定義fallback函數（合約中不一定存在fallback函數），那麼將調用失敗。函數定義如下所示：
function() public [payable]{
……
}
- 匿名函數，沒有參數也沒有返回值。
- 如果轉賬金額（“VALUE”域）不是0，同樣需要聲明payable，否則會拋出異常。
四、智能合約的創建和運行
4.1 創建與運行
智能合約的代碼寫完後，要編譯成bytecode。創建合約時，外部帳戶發起一個轉賬交易到0x0的地址，轉賬金額（“VALUE”域）是0，但是要支付汽油費，合約的代碼放在data域裏。
智能合約運行在EVM（Ethereum Virtual Machine）上，EVM的尋找空間爲256位。以太坊是一個交易驅動的狀態機，調用智能合約的交易發佈到區塊鏈上後，每個礦工都會執行這個交易，從當前狀態確定性地轉移到下一個狀態。
4.2 汽油費（gas fee）
智能合約是個Turing-complete Programming Model。理論上可證明，不存在任何算法可判斷出任一程序是否會停機。
以太坊中使用汽油費機制，防止出現死循環。合約中的指令在執行時要收取汽油費，由發起交易的人來支付。EVM中不同指令消耗的汽油費是不一樣的，簡單的指令很便宜，複雜的或者需要存儲狀態的指令就很貴讀取。讀取公共數據時，則不需要汽油費。汽油費在txdata結構體中，代碼如下所示：
AccountNonce是交易序號，用於防止重放攻擊，Price是單位汽油價格，GasLimit是願意支付的最大汽油量，Recipient是收款人地址，Amount是轉賬金額，Payload是合約函數和參數，即前面章節所述的txDATA域。
實際系統中，節點收到一個智能合約調用時，先按照GasLimit從發起的賬戶里扣掉Gas fee，增加自己賬戶餘額，然後根據實際執行結果算出花費的汽油費，多出的汽油費會退還。如果執行中發現汽油費不足，會引起回滾，但是執行中扣掉的汽油費不會退還；
GasLimit：
區塊頭結構體中的GasUsed指的所有交易用的汽油總和；GasLimit指的是區塊內所有交易能夠消耗的汽油上限，與txData結構體中的GasLimit沒有關係，用於限制區塊內消耗的資源（比特幣中使用區塊小於1M來限制）。每個礦工在打包區塊時，都可以在父區塊的GasLimit基礎上調整±1/1024。
合約執行異常的汽油費
合約執行過程中出現任何異常，都會回滾，同時扣掉對應汽油費，所以出錯的交易也會包含在區塊中。合約執行結果體現在交易收據中，即Receipt結構體中的Status域。
其他節點收到區塊後會扔掉自己的執行結果，同時驗證區塊內的交易，包括驗證汽油費的扣除是否合法。然後更新本地數據結構，繼續挖礦。
4.3 錯誤處理
智能合約的執行具有原子性，一旦遇到異常（比如汽油費不夠），除特殊情況外，執行操作全部回滾，不會只執行一部分。智能合約中不存在自定義的try-catch結構，不可以捕獲異常。
可以拋出錯誤的語句如下：
- assert(bool condition)：如果條件不滿足就拋出—用於內部錯誤。
- require(bool condition):如果條件不滿足就拋出—用於函數輸入或者外部組件引起的錯誤。
- revert():無條件地拋出異常，終止運行並回滾狀態變動。
4.4 嵌套調用
嵌套調用是指一個合約調用另一個合約中的函數。如果被調用的合約執行過程中發生異常，有些調用方法會導致發起調用的這個合約也跟着一起回滾，而call()函數調用則不會連環回滾，只會使得當前調用失敗，得到false返回值。
一個合約直接向一個合約帳戶裏轉賬，沒有指明調用哪個函數，仍然會引起嵌套調用，這時調用的是fallback函數。
五、智能合約可以獲取的信息
智能合約不支持任何造成執行結果不確定的操作，比如多線程下對內存的訪問、真隨機數產生。
另外智能合約無法獲取與系統環境相關的信息，因爲每個系統的環境都是不一樣的，所以只能獲得一些固定信息。
5.1 區塊信息
智能合約可以獲得的區塊信息如下：
- block.blockhash(uint blockNumber) returns (bytes32)：獲得指定區塊的哈希，僅對最近256個區塊有效而不包括當前區塊
- block.coinbase (address)：挖出當前區塊的礦工地址
- block.difficulty (uint)：當前區塊難度
- block.gaslimit (uint)：當前區塊gas限額
- block.number (uint)：當前區塊號
- block.timestamp (uint)：自unix epoch起始當前區塊以秒計的時間戳
5.2 合約調用信息
智能合約可以獲得的合約調用信息如下：
- msg.data (bytes)：完整的calldata
- msg.gas (uint)：剩餘gas
- msg.sender (address)：消息發送者（當前調用）
- msg.sig (bytes4)：calldata的前4字節（也就是函數標識符）
- msg.value (uint)：隨消息發送的wei的數量
- now (uint)：目前區塊時間戳（block.timestamp）
- tx.gasprice (uint)：交易的gas價格
- tx.origin (address)：交易發起者（完全的調用鏈）
六、合約地址類型
6.1 合約地址調用
所有智能合約均可顯式地轉換成地址類型，當前智能合約得到另一個合約的address，便可通過address調用對應合約的成員變量和函數，如下所示：
- <address>.balance (uint256)：
balance爲成員變量，類型是uint256，以Wei爲單位的地址類型的餘額； - <address>.call(…) returns (bool)：
發出底層call，失敗時返回false，發送所有可用gas，不可調節； - <address>.callcode(…) returns (bool)：
發出底層callcode，失敗時返回false，發送所有可用gas，不可調節； - <address>.delegatecall(…) returns (bool)：
發出底層delegatecall，失敗時返回false，發送所有可用gas，不可調節。
6.2 轉賬給合約
轉賬給合約地址方式如下所示：
- <address>.transfer(uint256 amount)：
會觸發調用fallback函數，向地址類型發送數量爲amount的Wei，失敗時拋出異常，同時發送2300gas的礦工費，不可調節； - <address>.send(uint256 amount) returns (bool)：
會觸發調用fallback函數，向地址類型發送數量爲amount的Wei，失敗時返回fasle，同時發送2300gas的礦工費用，不可調節； - <address>.call.value(uint256 amount)():
會觸發調用fallback函數，向地址類型發送數量爲amount的Wei，失敗時返回fasle，發送所有可用gas，多餘的gas再返回。