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 Ethereum 上的智能合约集合。
2. 一个链下应用：一个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重点。我们将仅仅构建它来演示智能合约如何与前端应用程序集成。因此，前端应用程序是可选的，但我仍然会提供代码。

Ethereum 快速入门

Ethereum 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提供商，但存在多个差异：

1. 您无需为托管您的应用程序付费。但您需要为部署付费。
2. 您的应用程序是不可变的。也就是说：部署后您将无法修改它。
3. 用户将付费使用您的应用程序。

为了更好地理解这些时刻，让我们看看 Ethereum 是由什么构成的。

Ethereum（以及任何其他区块链）的核心是一个数据库。Ethereum 数据库中最有价值的数据是账户状态。账户是一个带有相关数据的 Ethereum 地址：

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：智能合约用于存储数据的空间。
4. Nonce：一个用于防止重放攻击的序列整数。

Ethereum 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。

Ethereum 也是一个网络，一个由计算机组成的网络，它们彼此独立地构建和维护状态。网络的主要目标是去中心化对数据库的访问：必须没有任何一个可以单方面修改数据库中任何内容的权威机构。这是通过共识实现的，这是一组网络中所有节点都遵循的规则。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，没有什么可以阻止这一点。反过来，Ethereum 使用 LevelDB，一个快速的键值数据库。

每个 Ethereum 节点也运行 EVM，Ethereum 虚拟机。虚拟机是一个可以运行其他程序的程序，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，交易还可以包含智能合约调用数据。它包括：

1. 一个编码的合约函数名称。
2. 函数参数。

交易被打包在区块中，然后区块被矿工挖掘。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，但您调用的是智能合约函数而不是端点，并且您提供函数参数。与 API 后端类似，智能合约执行编程逻辑，可以选择性地修改智能合约存储。与 JSON API 不同，您需要发送交易来改变区块链状态，并且您需要为发送的每笔交易付费。

最后，Ethereum 节点公开一个 JSON-RPC API。通过这个 API，我们可以与节点交互来：获取帐户余额、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（这用于从智能合约中读取数据）。这里 你可以找到可用端点的完整列表。

交易也通过 JSON-RPC API 发送，参见 eth_sendTransaction。

本地开发环境

如今，使用了多种智能合约开发环境：

1. Truffle
2. Hardhat
3. Foundry

Truffle 是这三者中最古老的，也是最不受欢迎的。Hardhat 是其改进后的后代，也是使用最广泛的工具。Foundry 是一个新的项目，它带来了对测试的不同看法。

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。这有很多原因：

1. 使用 Foundry，我们可以用 Solidity 编写测试。这更加方便，因为我们不需要在 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，因为你拥有所有原生功能（例如，你不需要一个特殊的类型来表示大数字，也不需要在字符串和 BigNumber 之间进行转换）。
2. Foundry 在测试期间不运行节点。这使得测试和迭代功能更快！无论何时你运行测试，Truffle 和 HardHat 都会启动一个节点；Foundry 在一个内部的 EVM 上执行测试。

话虽如此，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 Ethereum 应用程序开发的工具。具体来说，我们将使用：

1. Forge，一个用于 Solidity 的测试框架。
2. Anvil，一个专为使用 Forge 开发而设计的本地 Ethereum 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 使智能合约开发者的生活更加轻松。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，并且不需要发送交易和挖掘区块。

Forge 允许我们用 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 token 余额，从其他地址执行合约，在任何地址部署任何合约，等等。

但是，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 Ethereum 节点交互（发送交易、查询状态、预估交易 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 是一组用 JavaScript 编写的 Ethereum 实用程序。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 Ethereum 节点交互，并且它们带有多个实用函数，使开发者的生活更加轻松。

MetaMask

MetaMask 是浏览器中的一个 Ethereum 钱包。它是一个浏览器扩展，可以创建并安全地存储私钥。MetaMask 是数百万用户使用的主要 Ethereum 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 是一个众所周知的 JavaScript 库，用于构建前端应用程序。您不需要了解 React，我将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 Visual Studio Code，添加 --vscode 标记到 forge init：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——这些可以被移除。

要设置前端应用程序：

$ npx create-react-app ui

它位于一个子文件夹中，因此文件夹名称之间没有冲突。