智能合約 Solidity 教學 (上) - Solidity 基礎語法教學

一、Solidity 0 到 1：智能合約入門

什麼是 Solidity？

Solidity 是一種面向智能合約的編程語言，專門用於在 Ethereum（以太坊） 和其他 EVM（Ethereum Virtual Machine）兼容的區塊鏈上開發去中心化應用（DApps）。

它受到了 JavaScript、Python 和 C++ 的影響，語法簡潔且適合初學者入門。

智能合約是什麼？

智能合約（Smart Contract）是一種 自動執行的合約，當滿足特定條件時，程式會自動執行約定的內容，無需中間人。

例如：

去中心化交易所（DEX） – 允許用戶直接交易代幣
NFT 合約 – 用於發行、管理和交易 NFT
去中心化金融（DeFi）應用 – 如貸款、流動性挖礦等

當然不僅僅是這種與金融有關的產業，任何可以去中心化的應用都可以採用智能合約，好比說有些產業為了更好的紀錄各個生產鏈上下的資料，便可以用智能合約，公正無私的紀錄資料。

二、開始使用 Solidity

1. 安裝開發環境

目前最簡單的方式是使用線上編輯器 **Remix IDE**：

網址：https://remix.ethereum.org/
不需要安裝，打開瀏覽器即可編寫與部署智能合約。

如果你想在本地開發，可以使用：

Node.js（安裝 npm/pnpm）
Hardhat 或 Truffle（Solidity 開發框架）

另外你會需要一個加密貨幣錢包來與合約互動（放心，在本教學中不會花到任何一毛錢）

MetaMask 錢包（測試和與合約互動）

三、第一個合約 Hello World

開啟 Remix (https://remix.ethereum.org)

創建第一個合約：HelloWorld 在 Remix 建立新檔 HelloWorld.sol

貼上我們的第一個範本，接下來我們將逐行介紹各個概念

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract HelloWorld {
5    // 儲存訊息的變數
6    string public message;
7
8    // 建構函式，合約部署時會自動執行
9    constructor() {
10        message = "Hello, Solidity!";
11    }
12
13    // 設定新的訊息
14    function setMessage(string memory _newMessage) public {
15        message = _newMessage;
16    }
17}
18

選擇程式語言的版本因為 Solidity 會不斷更新，新舊程式可能不通用，所以需要指定版本 - 指定使用 **Solidity 0.8.0** 以上版本。 - `^0.8.0` 代表兼容 0.8.x 的版本。

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3

定義一個名為 HelloWorld 的智能合約 - 使用 `contract` 關鍵字定義一個 **智能合約**。 - 所有函式與變數都放在 `{}` 內。

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract HelloWorld {
5
6}
7

建構函式，這是一種在合約部署時會自動執行一次的特殊函式。我們讓他在合約部署的時候，將 message 變數設定成 "Hello, Solidity"

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract HelloWorld {
5    // 儲存訊息的變數
6    string public message;
7
8    // 建構函式，合約部署時會自動執行
9    constructor() {
10        message = "Hello, Solidity!";
11    }
12}
13

定義一個公開函式，讓使用者呼叫來更新 message。

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract HelloWorld {
5    // 儲存訊息的變數
6    string public message;
7
8    // 建構函式，合約部署時會自動執行
9    constructor() {
10        message = "Hello, Solidity!";
11    }
12
13    // 設定新的訊息
14    function setMessage(string memory _newMessage) public {
15        message = _newMessage;
16    }
17}
18

四、編譯與部署

點擊 Remix 右側面板 `Solidity Compiler`

- 選擇正確版本 (0.8.x) - 按下 **`Compile HelloWorld.sol`** 按鈕

沒有錯誤就會顯示綠色打勾

轉到 Deploy & Run Transactions 面板

- Environment 記得選擇 Remix VM (Cancun) 他是專門給你測試用的區塊鏈 - Contract 記得別部署錯 - 最後點擊 Deploy

下方出現 `Deployed Contracts` 就表示部署成功另外你也會發現上頭的 Account 默默的被扣了點以太幣部署合約是會花真金白銀的，不過由於目前是測試環境，所以扣的也只是可無限使用的測試用以太幣另外部署合約，這份合約將永遠的存在於區塊鏈上頭無法撤銷、無法移除，請務必注意安全性。

- 展開 `HelloWorld` 合約介面 - 按 `message` 便可以查看此時此刻區塊鏈上 message 的數值是多少（查看數值是免費的

在 setMessage 文字框輸入新訊息，如 "貓貓真可愛" 再來點擊 SetMessage 的按鈕，便可以觸發合約中的該函數可以重新再點 message 一次，你會發現區塊鏈中的 message 變數也發生了更新（修改區塊鏈上頭的數值是需要花錢的

五、Solidity 中的變數型別

我們來介紹一下各種 Solidity 常用的型別先從布林(bool) 開始布林型別只允許存 `true` 或 `false` 兩種型別

1bool public myBool = true;
2

**整數 (int, uint)** - `int`：可以為正或負 - `uint`：只能是正整數 (0, 1, 2, ...) - 常見長度：`int8`, `int16`, ..., `int256` (以 8 為增量)，`int` 等同 `int256` - 同理 `uint8`, `uint16`, ..., `uint256`

1uint256 public myUint = 123;
2int public myInt = -123;
3

地址 (address) 用於存放以太坊地址（錢包或合約地址）

1address public myAddress = 0x1234567890123456789012345678901234567890;
2myAddress.balance // 取得該錢包目前剩餘的存款

字串 (string) 就是一段文字不過不像其他程式語言，在 Solidity 中，字串並沒有 length 屬性，也不能用 index 的方式取得字元

1string public myString = "Hello";
2
3myString.length; //error
4myString[0]; //error

陣列

1uint[] public numbers; // 動態大小的陣列
2uint[5] public fixedSizeNumbers; // 大小固定為 5 的陣列
3
4numbers.push(123);

struct 可以自定義一個資料結構

1struct Person {
2    string name;
3    uint age;
4}
5
6Person public alice = Person("Alice", 30);
7

enum (列舉) - 用於定義一組狀態，方便管理

1enum Status { Pending, Shipped, Completed, Rejected }
2
3Status public currentStatus;
4

六、變數類型：Local、State、Global

在 Solidity 中的變數根據其宣告位置可以分為 三大類：

Local 變數（函式內部變數）
State 變數（合約狀態變數）
Global 變數（區塊鏈資訊變數）

1. Local 變數

定義：

宣告在函式內部
僅存於函式執行期間（不會永久儲存到區塊鏈）
默認存於記憶體（memory）
不會影響智能合約的狀態，因此不會產生 Gas 費用

2. State 變數

定義：

宣告在函式之外，屬於整個合約
儲存在區塊鏈上（storage）
修改 State 變數時，會消耗 Gas（因為改變了區塊鏈狀態）

3. Global 變數

定義：

提供區塊鏈上的資訊
不需要手動宣告，直接可用
儲存方式根據類型不同，有些來自 storage，有些只是暫時變數

常見 Global 變數：

msg.sender呼叫合約的發送者地址 msg.value交易發送的 ETH 數量 block.timestamp當前區塊的時間戳 block.number當前區塊號 gasleft()剩餘 Gas 數量 tx.origin原始交易發起者 address(this).balance合約帳戶的 ETH 餘額

七、Data Locations：memory、storage、calldata

除了變數的類型（local、state、global），Solidity 也提供了 三種資料儲存方式 適用於陣列 (array)、結構 (struct)、字串 (string)、映射 (mapping) 等參考型別 (Reference Types)。

storage表示這個資料永遠儲存於區塊鏈上頭，**改變會消耗 Gas，**剛剛提到的 State 變數就屬於這一類

memory表示這個資料只是短暫出現在記憶體上，**交易結束後消失，**剛剛提到的 Local 變數就屬於這一類

calldata只讀記憶體（交易輸入）外部函式參數專用，不允許修改external 函式的輸入參數

八、瓦斯費，什麼是 Gas？

眼尖的同學應該發現，如果你修改了區塊鏈的資料是要花錢的！不僅如此，在以太坊上，每當你執行一筆交易（例如呼叫智能合約、轉帳等），都需要向網路支付一筆 交易手續費。這筆費用的計算方式並不是固定的，基本上對區塊鏈做越多操作會越貴。而以太坊使用一種叫做 Gas 的單位來衡量交易在網路上執行所需的運算資源。

付款時使用的是 以太幣 (ETH)，當然１以太幣快 3000 美元，單位太大了，所以瓦斯費習慣以以 Gwei（10^-9 ETH）為單位計價。
哪怕是相同的操作，在不同時間段的瓦斯費都不同，在尖峰時刻的瓦斯費會比較昂貴。

計算交易手續費（以下僅供參考）

Gas Used：某次交易實際執行用掉多少 Gas
Gas Price：每單位 Gas 的價格，通常以 Gwei 為單位
交易手續費 (Tx Fee) = Gas Used × Gas Price

舉例：

你的交易執行消耗了 50,000 Gas
當前 Gas Price = 20 Gwei = 20 × 10−9^{-9} ETH
交易費用 = 50,000 × (20 × 10^-9) ETH = 0.001 ETH

哪些操作會消耗 Gas？

在智能合約中，大多數操作都會消耗 Gas，尤其是對區塊鏈「狀態 (state)」造成變化的操作。下面列出一些常見「高 Gas 消耗」的動作：

寫入/修改區塊鏈上儲存 (storage)
- 最昂貴 的操作之一就是對合約的 storage 做寫入或更新。
- 例如：改變一個 state variable。
- 原因：永久儲存到區塊鏈資料庫，需要網路中所有節點同步保存。
新增資料到 mapping 或 array
- 與一般的 storage 更新類似，只要有寫入都會消耗較多 Gas。
- 動態陣列的 push() 也會往合約的永續狀態中寫入新元素。
刪除資料 (釋放 storage)
- 相較寫入，可以回收部分 Gas（因為釋放空間會有 Gas Refund），但一般來說整體仍需付出操作成本。
合約部署
- 部署（Deploy）是一項非常昂貴的操作，因為需要將整個智能合約程式碼上傳到區塊鏈。
- 智能合約一旦部署，就成為鏈上的永久程式碼。
呼叫其他合約
- 在合約中透過 call、delegatecall 或 interface 呼叫其他合約函式，需要額外的 Gas 來執行被呼叫的邏輯。
觸發事件 (Event)
- 在合約中 emit Event 會產生一筆鏈上日誌 (Log)，也會消耗 Gas。（一般比寫 storage 便宜，但還是要考量頻繁記錄事件帶來的額外開銷）
迴圈操作 (for/while loop)
- 每次迭代都需要額外的計算成本。
- 如果迴圈裡包含寫入 storage、呼叫其他合約、更複雜的邏輯，Gas 量會隨迴圈次數成倍增加。

哪些操作相對不會「直接」消耗 Gas？

只讀取狀態變數 (view function)
- 用錢包或前端呼叫 view 或 pure 函式，不會執行交易，也不會在鏈上留下任何記錄，因此不需支付額外 Gas。
- 但若在合約內部使用 view 或 pure 函式，仍然要計入該交易整體的執行成本——只是相對來說，只有計算的成本，但沒有對 storage 寫入的成本。
在函式內做記憶體層面的運算 (memory)
- 在 memory 或 calldata 中的操作只會產生交易執行中計算的 Gas，通常比修改 storage 要便宜許多，因為它不需要永久寫入區塊鏈。

注意：雖然「讀取數據」或「單純做計算」比寫入便宜很多，但「執行交易」本身仍有基礎費用，因為必須產生交易並在鏈上被礦工/驗證者驗證。

如何節省 Gas？

減少對 storage 的寫入
- 能在 memory、calldata 中處理就盡量不要寫進 storage。
- 例如先在 memory 中計算好，再一次性寫回 storage，或只在需要時更新 storage。
考慮資料結構選擇
- mapping 在查詢方面通常比 array 高效（尤其針對索引操作）；
- 但要根據具體邏輯權衡。
避免在迴圈中使用寫入或呼叫
- 如果可以把大量資料處理切分成多筆交易，或使用批量更新/分段的方式，讓單次交易的迴圈不至於過大。
事件 (Event) 的使用
- 雖然事件會消耗 Gas，但通常比 storage 寫入便宜且可以提供鏈上日誌。
- 取代在鏈上保存大型文字資料，而是用事件紀錄，日後可從鏈下檢索到。
版本與編譯器優化
- 使用新版本 Solidity 通常會有更多優化（如 0.8.x），
- 在 Remix 或 Hardhat 中開啟編譯器優化 optimizer（如設置 runs = 200 或其他數值）。

九、控制流程

if / else if / else

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract HelloWorld {
5    string public result = "";
6
7    constructor() {
8        int256 val = 1;
9        if (val == 0) {
10            result = "Value is zero";
11        } else if (val == 1) {
12            result = "Value is one";
13        } else {
14            result = "Value is something else";
15        }
16    }
17}
18

for 迴圈

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract HelloWorld {
5    uint public sum = 0;
6
7    constructor() {
8        uint max = 100;
9        for (uint i = 0; i < max; i++) {
10            sum += i;
11        }
12    }
13}
14

while 迴圈範例程式碼的功能與上頭完全相同

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract HelloWorld {
5    uint public sum = 0;
6
7    constructor() {
8        uint max = 100;
9        uint i = 0;
10        while (i < max) {
11            sum += i;
12            i ++;
13        }
14    }
15}
16

九、函式 (Function)

函數就像是一個魔法盒子，我們可以把一系列的指令放進這個盒子裡，替這個盒子取一個名字然後以後只要叫這個名字，就可以讓這些指令執行。

在 Solidity 中為了更方便使用者開發，我可以替函式加上一些設定

`public` 函式所有人（包括外部帳戶和其他合約）都可以呼叫該函式。

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract HelloWorld {
5    uint public count;
6
7    // 這是一個 public 函式
8    function increment() public {
9        count += 1;
10    }
11}
12

`private` 函式只能在合約內部使用外部或者其他合約無法訪問 * 變數也可以設定成 external

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract HelloWorld {
5    uint public count;
6
7    // 外部無法直接訪問該變數
8    // 請注意！該資料仍然公開於區塊鏈上頭，仍然可以爬取到該變數
9    uint private innerCount;
10
11    // 這是一個 public 函式
12    function increment() public {
13        _increment(); // ✅ 合約內部可存取
14    }
15
16    // 這是一個 private 函式，習慣命名上最前面加上 _ 來表示這是 private
17    function _increment() private {
18        count += 1;
19    }
20}
21

`external` 函式只能從合約外部存取，內部不可直接存取 * 不過還是可以間接地利用 `this.函式名()` 來存取 * 不適用於變數：變數無法標記為 external。

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract HelloWorld {
5    uint public count;
6
7    // 這是一個 public 函式
8    function increment() public {
9        this.externalIncrement(); // 內部調用必須透過 `this`
10    }
11
12    // 這是一個 external 函式
13    function externalIncrement() external {
14        count += 1;
15    }
16}
17

上面都是偏向描述權限接下來則是針對功能

`view` 函式 view 函式不會修改區塊鏈上的狀態 - 不能修改合約內的狀態變數 - 不能發送以太幣（ETH） - 不能調用其他會修改狀態的函式

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract ViewExample {
5    uint public number = 42; // 狀態變數
6
7    // 這個函式只是讀取狀態變數，並沒有改變它
8    function getNumber() public view returns (uint) {
9        return number;
10    }
11}
12

`pure` 函式 pure 純計算，不讀取也不修改狀態 - pure 函式不能讀取也不能修改區塊鏈上的狀態變數。 - 只能使用函式內的變數或傳入的參數進行運算。 - 適合用來做純計算，例如數學運算。

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract PureExample {
5    // 這個函式純粹進行計算，沒有存取合約內的狀態變數
6    function add(uint a, uint b) public pure returns (uint) {
7        return a + b;
8    }
9}
10

`payable` 函式 payable 函式允許該函式接收 ETH - 沒有 payable 的函式無法接收 ETH，如果用戶試圖發送 ETH 會報錯。 - 有 payable 的函式可以讓合約接收 ETH，常用於： - 付款交易 - 捐款功能 - NFT 或其他商品購買

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract PayableExample {
5    uint public balance;
6
7    // 這個函式允許用戶發送 ETH 到合約
8    function deposit() public payable {
9        balance += msg.value; // msg.value 是發送的 ETH 數量
10    }
11
12    // 這個函式回傳合約內的 ETH 餘額
13    function getBalance() public view returns (uint) {
14        return address(this).balance;
15    }
16}
17

十、錯誤處理 (Error Handling)

require() - 用於檢查條件，不符合時將 revert 並顯示錯誤訊息。 - 常用於權限判斷或輸入參數檢查。

1// SPDX-License-Identifier: MIT
2pragma solidity ^0.8.0;
3
4contract PayableExample {
5    uint public balance;
6
7    function withdraw(uint _amount) public {
8        // _amount 須小於 balance 的金額，否則報錯
9        require(_amount < balance, "合約中資金不足");
10        balance -= _amount;
11    }
12
13}
14

revert() - 直接報錯，

1function doSomething() public {
2    if (someConditionNotMet()) {
3        revert("Condition not met");
4    }
5    // ...
6}
7

assert() - 用於檢查不應該發生的狀況（通常是內部錯誤或不變量）。

1function testAssert(uint _x) public pure {
2    assert(_x != 0); // _x 絕對不能為 0
3}
4

進一步學習建議

掌握測試網部署：嘗試使用 MetaMask 連接測試網 (如 Sepolia、Goerli) 進行部署。
熟悉 Hardhat / Truffle：在本地進行單元測試與合約部署管理。
安全性考量：了解常見攻擊手法（Reentrancy, Integer Overflow 等）。
前端整合：透過 Web3.js 或 Ethers.js 連接你的 DApp 與合約。

智能合約 Solidity 教學 (上) - Solidity 基礎語法教學

目錄

一、Solidity 0 到 1：智能合約入門

什麼是 Solidity？

智能合約是什麼？

二、開始使用 Solidity

1. 安裝開發環境

三、第一個合約 Hello World

四、編譯與部署

五、Solidity 中的變數型別

六、變數類型：Local、State、Global

1. Local 變數

2. State 變數

3. Global 變數

七、Data Locations：memory、storage、calldata

八、瓦斯費，什麼是 Gas？

計算交易手續費（以下僅供參考）

哪些操作會消耗 Gas？

哪些操作相對不會「直接」消耗 Gas？

如何節省 Gas？

九、控制流程

九、函式 (Function)

十、錯誤處理 (Error Handling)

進一步學習建議

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一、Solidity 0 到 1：智能合約入門

什麼是 Solidity？

智能合約是什麼？

二、開始使用 Solidity

1. 安裝開發環境

三、第一個合約 Hello World

四、編譯與部署

五、Solidity 中的變數型別

六、變數類型：Local、State、Global

1. Local 變數

2. State 變數

3. Global 變數

七、Data Locations：memory、storage、calldata

八、瓦斯費，什麼是 Gas？

計算交易手續費 （以下僅供參考）

哪些操作會消耗 Gas？

哪些操作相對不會「直接」消耗 Gas？

如何節省 Gas？

九、控制流程

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