摘要： BSN智能合約開發培訓-FISCO BCOS（二）
作者：微眾銀行
作為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適配並開啟公測，屆時，開發者可以免費部署一個具有三個記帳節點的應用。
目前，FISCO BCOS平台支持Solidity和Precompiled兩種類型的智能合約，同時，提供交互式控制台工具（Console）,方便開發者與鏈進行交互，部署、調用智能合約。
為了讓大家快速上手智能合約，FISCO BCOS推出了智能合約系列教程，本文為系列教程精編，更多實操內容敬請關注FISCO BCOS開源社區公眾號。
1.智能合約簡介
眾所周知，智能合約的出現，使區塊鏈不僅能處理簡單的轉帳功能，還能實現複雜的業務邏輯，極大地推動了區塊鏈技術發展，加速應用落地。
目前，在眾多區塊鏈平台中，大多數集成了以太坊虛擬機，並使用Solidity作為智能合約開發語言。作為一門面向合約的高級程式語言，Solidity借鑑了C++、Python和JavaScript等語言的設計，使用靜態類型，不僅支持基礎/複雜數據類型操作、邏輯操作，同時提供高級語言的相關特性，比如繼承、重載、庫和用戶自定義類型等。
作為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。
除此之外，基於大量探索和實踐，FISCO BCOS不僅支持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合約不僅更符合用戶開發習慣，進一步降低合約開發難度，提升性能，使區塊鏈應用滿足高並發場景的訴求。
2.智能合約分類
FISCO BCOS平台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為以太坊虛擬機，採用哈佛架構，指令、數據和棧完全分離。
在智能合約運行期間，首先創建一個沙盒環境（EVM實例），沙盒環境與外部環境完全隔離，無法訪問網絡、文件系統其它進程，智能合約在EVM內只允許進行有限的操作。交易執行時，EVM通過獲取合約的opcode，將opcode轉化為對應的EVM指令，並按照指令進行執行。
從應用落地的數量來看，Solidity合約使用最為廣泛，幾乎所有區塊鏈平台都支持，但Solidity也有很多缺點。如下：
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。預編譯合約通過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接口即可；適合於邏輯相對確定、追求高並發的場景；數據存在表中，與合約分離，可升級合約邏輯。
當然，預編譯合約的使用有一定的門檻。如下：
對於數據的存儲，需要創建FISCO BCOS特有的表結構；
編寫合約時需繼承Precompiled類，然後實現Call接口函數；
完成合約開發後，需在底層為預編譯合約註冊地址；
編寫完成合約後，需要重新編譯FISCO BCOS源碼。
為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布式存儲設計了CRUD合約接口。用戶在編寫Solidity合約時，只需要引入抽象合約接口文件Table.sol，便可使用CRUD功能，用戶不需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作為場景，基於FISCO BCOS平台對智能合約進行開發。全球認證考試包括GRE、TOEFL、IELTS等。為了簡化合約邏輯，所有成績統一由考試管理中心發布和管理，學生可以根據自己的帳號（地址）查詢自己的考試成績。
3.1 Solidity合約開發
在 Solidity 中，合約類似於面向對象程式語言中的類。Solidity合約有自身的代碼結構，由幾個部分組成，如下所示。
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：函數修飾器可以用來改變函數的行為，比如自動檢查，類似Spring的AOP
函數：函數是合約中代碼的可執行單元
創建合約
首先創建一個名為StudentScoreBySol的合約，用於管理學生的成績。如下代碼所示，開頭需要引入合約版本。
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為合約的創建者，即考試管理中心；_scores用於存儲學生成績，為一個嵌套mapping類型，第一個mapping的key(address)為學生的帳戶（私鑰對應的地址），value也為一個mapping類型，對應為每一科的成績，在第二個mapping中key（bytes32）為科目名稱，如GRE、TOEFL等，value(uint8)為成績。如下所示。
定義事件
定義一個事件setScoreEvent，用於跟蹤對學生成績的新增/修改操作，可以在業務層面對事件進行監聽。事件的定義是可選的，如果沒有定義也沒關係，在業務層面可以根據方法的返回值去判斷交易是否成功，但無法做到更精細的問題定位。
定義修飾器
智能合約中的修飾器（Modifier）類似面向對象編程中的AOP，滿足條件才會執行後續操作。如下所示，修飾器要求必須是合約的Owner才能進行後續操作，其中Owner為考試管理中心。
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為合約的部署者。
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置為0）學生成績，並使用了onlyOwner修飾器，只有Owner(考試管理中心）才能操作，並通過setScoreEvent事件跟蹤每次操作內容。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合約完整代碼如下所示。基於Solidity語言的合約開發，看似簡單，但需要對Solidity程式語言深入學習，才能編寫出高可用的合約，具備一定學習成本。
通過FISCO BCOS開源社區推出的智能合約專題，開發者可了解更多運用Solidity編寫智能合約的方法與技巧，關注「FISCO BCOS開源社區」公眾號可獲取專題。
更多細節可參考Solidity官方文檔：
3.2 CRUD合約開發
CRUD合約是CRUD功能的核心，用戶可以直接在合約中引用CRUD接口文件Table.sol，並在Solidity合約中調用CRUD接口。CRUD合約的開發完全遵從資料庫的操作習慣，更容易理解和上手。
CRUD合約更多開發細節可參考：
創建合約
CRUD創建的合約和Solidity創建的沒有太大區別，唯一區別在於需要引入CRUD接口文件Table.sol，如下所示。修飾器和構造方法的作用與Solidity合約相同。
事件定義
在Solidity合約中可以通過setScore完成成績的新增/修改/刪除，但在CRUD合約中，需要藉助CRUD接口文件的不同接口，通過不同函數實現，所以需要針對不同的函數定義不同時間，如下所示。
createEvent：用於跟蹤創建表操作；
insertEvent：用於跟蹤插入成績操作；
updateEvent：用於跟蹤更新成績操作；
removeEvent：用於跟蹤刪除成績操作。
創建表函數
CRUD合約實現業務功能，首先需要像資料庫操作一樣，創建一張表，用於存放數據。
FISCO BCOS底層提供了TableFactory合約，該合約的地址固定為0x1001，可以通過TableFactory對象提供的方法對表進行創建(createTable)和打開(openTable)，如下所示。
createTable接口返回值為0時，說明創建成功。需要注意的是，為了讓創建的表可被多個合約共享訪問，表名必須是群組內全局可見且唯一的，無法在同一條鏈上的同一個群組中，創建多個名稱相同的表。
新增成績函數
對表進行操作時，首先需要通過TableFactory打開對應的表，獲得表對象，然後通過表對象的insert方法進行數據插入。在插入數據前，首先需要構建一個Entry對象實例，代碼如下所示。
需要注意的是，Table接口合約的insert、remove、update和select函數返回值類似資料庫，均為受影響的記錄行數，且接口中key的類型為string。
而在當前場景中，學生的studentId為address類型，所以需要在函數內部將address類型轉化為string類型，代碼如下。
更新成績函數
更新成績操作步驟包括：通過TableFactory對象打開表，然後，像資料庫一樣構造篩選條件。
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，可以調用table對象的udpdate接口，完成更新操作，代碼如下。
刪除成績操作
刪除操作和更新操作類似，需要調用table.remove接口完成，不再贅述，代碼如下。
查詢成績操作
查詢成績操作很簡單，需要調用table.select接口完成，代碼如下。
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，實際情況可能並非如此。而且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，需要對合約進行編譯和部署，然後才能調用。FISCO BCOS平台提供了交互式控制台工具（Console）,可以非常方便地與鏈進行交互。下面將以上述智能合約為例，採用控制台工具進行部署和調用。
控制台安裝及使用可參考：
4.1準備工作
在對合約進行部署和調用前需要做三件事情。首先複製編寫好的合約到控制台目錄console/contracts/solidity下。如下圖所示。
其次對合約進行編譯，可以採用控制台目錄下的sol2java.sh腳本對合約進行編譯，編譯結束後會在console/contracts/sdk目錄下生成如下文件夾，如下圖所示。
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文件夾中為對應的JAVA合約，便於通過SDK和鏈進行交互。
需要注意的是對CRUD合約編譯時。需要將CRUD接口合約Table.sol一併放入console/contracts/solidity目錄下，不然會報錯。
最後，對合約進行部署時，依賴外部帳戶，所以首先需要生成帳戶。在控制台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。
我們利用帳戶生成工具生成兩個帳戶。一個為考試管理中心的帳戶，用於部署和新增/修改/刪除學生成績；一個為學生帳戶，用於查看考試成績。如下所示。
4.2 Solidity合約部署和調用
首先採用考試管理中心帳戶啟動控制台，如下圖所示，即表示控制台啟動成功。
然後通過deploy命令對合約進行部署，合約部署成功之後會返回合約地址，如下圖所示。
合約部署完成之後，可以通過控制台的call命令調用合約函數。如下圖所示，新增學生的GRE成績為70（修改和刪除均可通過調用setScore方法進行操作），函數返回值為true，則表示交易成功。call命令的具體用法可以通過call -h 查看。
採用學生帳戶啟動控制台，通過getScore函數查看成績，如下圖所示，返回值為70，說明沒有問題。也可以使用學生帳戶調用setScore方法，會報錯，列印沒有權限，不再贅述。
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，這裡同樣採用控制台進行。
首先採用考試管理中心帳戶啟動控制台，並對StudentScoreByCRUD合約進行部署。如下圖所示。
合約部署完成之後，調用create函數創建stu_score表，如下所示，返回結果為0，說明創建成功。
創建好表之後，就可以調用相關接口對學生成績進行操作了，首先調用insert函數新增學生成績。如下所示，返回結果為1，說明插入成績成功。
成績插入成功之後，關閉當前控制台，用學生帳戶登錄控制台，並調用select函數查詢成績，如下圖所示，返回70，說明查詢成功。剩餘函數測試可自行完成，不再贅述。
5.結束語
本文重點介紹了FISCO BCOS平台的智能合約開發。在FISCO BCOS平台中，既可以採用原生Solidity語言開發智能合約，也可以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。
但由於預編譯合約使用存在一定的門檻，基於此，FISCO BCOS平台開發了CRUD合約接口，用戶不需要關心底層的實現邏輯，只需要引入Table.sol合約接口文件，通過調用相關接口即可完成合約的開發。
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