开发环境

我们将构建两个应用程序：

  1. 一个链上应用：部署在以太坊上的一组智能合约。
  2. 一个链下应用：与智能合约交互的前端应用程序。

虽然前端应用程序的开发是本书的一部分，但它不会是我们的主要焦点。我们构建它仅仅是为了演示如何将智能合约与前端应用程序集成。因此，前端应用程序是可选的，但我仍会提供代码。

以太坊简介

以太坊是一个允许任何人在其上运行应用程序的区块链。它可能看起来像一个云服务提供商，但有几个不同之处：

  1. 你不需要为托管应用程序付费，但你需要为部署付费。
  2. 你的应用程序是不可变的。也就是说：部署后你将无法修改它。
  3. 用户将为使用你的应用程序付费。

为了更好地理解这些要点，让我们看看以太坊由什么组成。

以太坊（和任何其他区块链）的核心是一个数据库。以太坊数据库中最有价值的数据是账户状态。账户是一个以太坊地址，与之相关的数据包括：

  1. 余额：账户的以太币余额。
  2. 代码：部署在此地址的智能合约的字节码。
  3. 存储：智能合约用来存储数据的空间。
  4. Nonce：用于防止重放攻击的序列整数。

以太坊的主要工作是以安全的方式构建和维护这些数据，不允许未经授权的访问。

以太坊也是一个网络，一个独立构建和维护状态的计算机网络。网络的主要目标是去中心化数据库访问：不能有单一权威可以单方面修改数据库中的任何内容。这是通过共识实现的，共识是网络中所有节点遵循的一组规则。如果一方决定滥用规则，它将被排除在网络之外。

有趣的事实：区块链可以使用 MySQL！除了性能之外，没有什么能阻止这一点。而以太坊使用 LevelDB，一个快速的键值数据库。

每个以太坊节点还运行 EVM，即以太坊虚拟机。虚拟机是一个可以运行其他程序的程序，而 EVM 是一个执行智能合约的程序。用户通过交易与合约交互：除了简单地发送以太币外，交易还可以包含智能合约调用数据。它包括：

  1. 编码的合约函数名。
  2. 函数参数。

交易被打包成区块，然后由矿工挖掘区块。网络中的每个参与者都可以验证任何交易和任何区块。

从某种意义上说，智能合约类似于 JSON API，但你调用的是智能合约函数而不是端点，并提供函数参数。与 API 后端类似，智能合约执行编程逻辑，可以选择修改智能合约存储。与 JSON API 不同，你需要发送交易来改变区块链状态，并且你需要为发送的每个交易付费。

最后，以太坊节点暴露了一个 JSON-RPC API。通过这个 API，我们可以与节点交互：获取账户余额、估算 gas 成本、获取区块和交易、发送交易，以及执行合约调用而不发送交易（这用于从智能合约读取数据）。这里你可以找到可用端点的完整列表。

交易也是通过 JSON-RPC API 发送的，参见 eth_sendTransaction。

本地开发环境

目前使用的智能合约开发环境有多种：

  1. Truffle
  2. Hardhat
  3. Foundry

Truffle 是三者中最古老的，也是最不受欢迎的。Hardhat 是它改进后的后代，是最广泛使用的工具。Foundry 是新秀，它对测试提供了不同的视角。

虽然 HardHat 仍然是一个流行的解决方案，但越来越多的项目正在转向 Foundry。这有多个原因：

  1. 使用 Foundry，我们可以用 Solidity 编写测试。这更加方便，因为在开发过程中我们不需要在 JavaScript（Truffle 和 HardHat 使用 JS 进行测试和自动化）和 Solidity 之间切换。用 Solidity 编写测试更加方便，因为你拥有所有的原生功能（例如，你不需要为大数使用特殊类型，也不需要在字符串和 BigNumber 之间转换）。
  2. Foundry 在测试期间不运行节点。这使得测试和迭代功能更快！Truffle 和 HardHat 在运行测试时都会启动一个节点；Foundry 在内部 EVM 上执行测试。

考虑到这些因素，我们将使用 Foundry 作为我们主要的智能合约开发和测试工具。

Foundry

Foundry 是一套用于以太坊应用程序开发的工具。具体来说，我们将使用：

  1. Forge，一个 Solidity 测试框架。
  2. Anvil，一个为与 Forge 开发而设计的本地以太坊节点。我们将使用它来将我们的合约部署到本地节点，并通过前端应用程序连接到它。
  3. Cast，一个具有大量有用功能的 CLI 工具。

Forge 让智能合约开发者的生活变得更加轻松。使用 Forge，我们不需要运行本地节点来测试合约。相反，Forge 在其内部 EVM 上运行测试，这更快，不需要发送交易和挖掘区块。

Forge 让我们可以用 Solidity 编写测试！Forge 还使模拟区块链状态变得更容易：我们可以轻松地伪造我们的以太币或代币余额，从其他地址执行合约，在任何地址部署任何合约等。

然而，我们仍然需要一个本地节点来部署我们的合约。为此，我们将使用 Anvil。前端应用程序使用 JavaScript Web3 库与以太坊节点交互（发送交易、查询状态、估算交易 gas 成本等）——这就是为什么我们需要运行一个本地节点。

Ethers.js

Ethers.js 是一套用 JavaScript 编写的以太坊实用工具。这是去中心化应用程序开发中使用的两个最流行的 JavaScript 库之一（另一个是 web3.js）。这些库允许我们通过 JSON-API 与以太坊节点交互，并提供多个实用函数，使开发者的生活更轻松。

MetaMask

MetaMask 是你浏览器中的以太坊钱包。它是一个浏览器扩展，可以创建和安全存储私钥。MetaMask 是数百万用户使用的主要以太坊钱包应用程序。我们将使用它来签署我们将发送到本地节点的交易。

React

React 是一个著名的用于构建前端应用程序的 JavaScript 库。你不需要了解 React，我会提供一个模板应用程序。

设置项目

要设置项目，创建一个新文件夹并在其中运行 forge init：

$ mkdir uniswapv3clone
$ cd uniswapv3clone
$ forge init

如果你使用的是 Visual Studio Code，在 forge init 中添加 --vscode 标志：forge init --vscode。Forge 将使用 VSCode 特定的设置初始化项目。

Forge 将在 src、test 和 script 文件夹中创建示例合约——这些可以删除。

要设置前端应用程序： 

$ npx create-react-app ui

它位于一个子文件夹中，这样就不会与文件夹名称发生冲突。