手把手带你写一个solana程序：计数器合约

theme: channing-cyan

基本概念

这篇文章，我们从一个简单的solana计数器程序开始，深入剖析其中的书写规则和代码规范，其中还附带了一些新手的常见问题的解答，让我们开始吧

程序源码

use anchor_lang::prelude::*;

declare_id!("Hfd7V12kj9AENQjLpTozaPW6aT2rhPm3LSyjXZ5AbWH");

#[program]
pub mod counter {
    use super::*;

    pub fn initialize(ctx: Context<Initialize>) -> Result<()> {
        let counter = &mut ctx.accounts.counter;
        counter.count = 0;
        msg!("Counter initialized with value: {}", counter.count);
        Ok(())
    }

    pub fn increment(ctx: Context<Increment>) -> Result<()> {
        let counter = &mut ctx.accounts.counter;
        counter.count += 1;
        msg!("Counter incremented to: {}", counter.count);
        Ok(())
    }
}

#[derive(Accounts)]
pub struct Initialize<'info> {
    #[account(init, payer = user, space = 8 + 8)]
    pub counter: Account<'info, Counter>,
    #[account(mut)]
    pub user: Signer<'info>,
    pub system_program: Program<'info, System>,
}

#[derive(Accounts)]
pub struct Increment<'info> {
    #[account(mut)]
    pub counter: Account<'info, Counter>,
}

#[account]
pub struct Counter {
    pub count: u64,
}

程序解析

导入和程序ID声明

use anchor_lang::prelude::*;

这是 Rust 的导入语句，引入了 Anchor 框架的预导入模块(prelude)，包含了编写 Solana 程序所需的基本工具和类型。

declare_id!("Hfd7V12kj9AENQjLpTozaPW6aT2rhPm3LSyjXZ5AbWH");

声明这个程序在 Solana 区块链上的唯一程序ID。每个 Solana 程序都需要一个唯一的公钥作为标识，这里是一个固定的公钥字符串。

程序模块定义

#[program]
pub mod counter {
    use super::*;

#[program] 是 Anchor 的宏，表示这是一个 Solana 程序模块。

定义了一个名为 counter 的公开模块，里面包含程序的指令逻辑。

导入父作用域的所有内容。这里是为了方便使用外部定义的类型和函数（比如 Result 和上下文结构体）。

初始化函数

pub fn initialize(ctx: Context<Initialize>) -> Result<()> {

定义了一个公开函数 initialize，用于初始化计数器。

参数 ctx 是 Context<Initialize> 类型，包含了函数需要的账户信息（后面会定义 Initialize 结构体）。

返回类型 Result<()> 是 Anchor 中常用的返回类型，表示成功时返回 Ok(())，失败时返回错误。

let counter = &mut ctx.accounts.counter;

从上下文 ctx 中获取 counter 账户，并将其作为可变引用（&mut）赋值给 counter。

ctx.accounts 包含所有通过 Initialize 结构体指定的账户。

counter.count = 0;

将 counter 账户中的 count 字段设置为 0，初始化计数器。

msg!("Counter initialized with value: {}", counter.count);

使用 msg! 宏记录日志，输出计数器初始化的值。这会在 Solana 的程序日志中显示，方便调试。

Ok(())

函数成功执行后返回 Ok(())，表示没有错误。

}

initialize 函数结束。

递增函数

    pub fn increment(ctx: Context<Increment>) -> Result<()> {

定义了一个公开函数 increment，用于将计数器值加 1。

参数 ctx 是 Context<Increment> 类型，包含需要的账户信息。

返回类型同上。

        let counter = &mut ctx.accounts.counter;

从上下文 ctx 中获取 counter 账户，作为可变引用。

        counter.count += 1;

将 counter 的 count 字段加 1。

        msg!("Counter incremented to: {}", counter.count);

记录日志，显示计数器的新值。

        Ok(())

返回成功结果。

    }

increment 函数结束。

}

counter 模块结束。

账户结构体定义

#[derive(Accounts)]
pub struct Initialize<'info> {

#[derive(Accounts)] 是 Anchor 的宏，用于定义一个账户验证结构体。

定义了一个名为 Initialize 的结构体，用于 initialize 函数的账户验证。

'info 是 Rust 的生命周期参数，表示这些账户的引用与程序执行的上下文相关。

    #[account(init, payer = user, space = 8 + 8)]
    pub counter: Account<'info, Counter>,

定义 counter 账户：

• #[account()] 是 Anchor 的宏，用于指定账户的约束。
• init：表示这个账户将在函数中被初始化（创建一个新账户）。
• payer = user：指定 user 账户支付创建 counter 账户的租金（rent）。
• space = 8 + 8：为账户分配存储空间。8 字节是账户的鉴别器（discriminator，由 Anchor 自动使用），另外 8 字节用于存储 Counter 结构体的 count 字段（ u64 类型）。
• 类型是 Account<'info, Counter>，表示这是一个存储 Counter结构体数据的账户。

    #[account(mut)]
    pub user: Signer<'info>,

定义 user 账户：

• #[account(mut)]：表示这个账户是可变的（需要修改，比如支付租金）。
• Signer<'info>：表示这个账户必须是交易的签名者（通常是调用程序的用户）。

    pub system_program: Program<'info, System>,
}

定义 system_program 账户：

• 类型是 Program<'info, System>，表示 Solana 的系统程序，用于创建新账户。
• 不需要额外的 #[account] 约束，因为它是内置程序。

Initialize 结构体结束。

#[derive(Accounts)]
pub struct Increment<'info> {

定义 Increment 结构体，用于 increment 函数的账户验证。

    #[account(mut)]
    pub counter: Account<'info, Counter>,
}

定义 counter 账户：

• #[account(mut)]：表示这个账户是可变的，因为我们要修改它的 count 字段。
• 类型是 Account<'info, Counter>，与上面一致。

Increment 结构体结束。

数据结构体定义

#[account]
pub struct Counter {

• #[account] 是 Anchor 的宏，表示这是一个可序列化的账户数据结构。
• 定义 Counter 结构体，用于存储计数器的状态。

    pub count: u64,

定义一个公开字段 count，类型是 u64（64 位无符号整数），用于存储计数器的值。

}

Counter 结构体结束。

总结

这个程序是一个简单的 Solana 智能合约，使用 Anchor 框架实现了一个计数器功能：

1. initialize：创建一个新的计数器账户并将其值设为 0。
2. increment：将已有计数器的值加 1。
3. 账户结构：

• • Initialize：指定初始化所需的账户（新账户、签名者、系统程序）。
  • Increment：只需要一个可变的计数器账户。
  • Counter：定义了计数器的数据结构，只包含一个 count 字段。

一些问题：

1、在上面的程序中，为什么counter 主程序中的两个函数，都需要有对应的账户结构体？

在你的 Solana 程序中，counter 主程序中的两个函数（initialize 和 increment）之所以都需要对应的账户结构体（Initialize 和 Increment），是由于 Solana 和 Anchor 框架的设计理念和运行机制。让我详细解释原因：

1. Solana 程序的基本运行机制

Solana 是一个无状态的区块链平台，程序本身不存储任何持久状态。所有数据都存储在账户（Accounts）中，而程序只是定义了操作这些账户的逻辑。每次调用程序时，客户端需要通过交易（Transaction）传递所需的账户，程序通过这些账户来读取或修改数据。

因此，每个函数（指令）需要明确指定它要操作的账户集合。这是由 Solana 的指令执行模型决定的：程序的入口函数接收一个上下文（Context），其中包含所有相关账户的引用。

2. Anchor 的账户上下文设计

Anchor 是一个为 Solana 开发提供便利的框架，它通过 Context<T> 类型封装了账户的验证和访问逻辑。Context<T> 中的 T 是一个账户结构体（比如 Initialize 或 Increment），用于：

• 指定所需的账户：告诉程序这个函数需要哪些账户。
• 验证账户的属性：通过 #[account()] 宏定义的约束，确保传入的账户满足条件（比如是否可变、是否签名者等）。
• 提供类型安全：通过 Rust 的类型系统，确保程序访问账户时不会出错。

在你的代码中：

• initialize 函数需要 Initialize 结构体来定义初始化所需的账户。
• increment 函数需要 Increment 结构体来定义递增操作所需的账户。

如果没有这些账户结构体，程序就无法明确知道要操作哪些账户，也无法在编译时验证账户的有效性。

3. 为什么每个函数都需要独立的账户结构体？

每个函数的逻辑不同，需要操作的账户集合和约束条件也不同，因此需要独立的账户结构体来描述这些差异。让我们具体分析这两个函数：

initialize 函数

• 目的：创建一个新的计数器账户并将其初始化为 0。
• 需要的账户：

1. 1. counter：需要被初始化的新账户（init 约束）。
   2. user：支付账户创建费用的签名者（mut 和 Signer）。
   3. system_program：Solana 系统程序，用于创建账户。

• 账户结构体：Initialize，定义了这三个账户及其约束。

increment 函数

• 目的：将已有计数器的值加 1。
• 需要的账户：

1. 1. counter：已有计数器账户，需要修改（mut 约束）。

• 账户结构体：Increment，只定义了一个可变的 counter 账户。

差异点：

• initialize 需要创建账户，所以需要额外的 user 和 system_program，而 increment 只修改已有账户，不需要这些。
• 如果两个函数共用同一个账户结构体（比如都用 Initialize），increment 会被迫传入不必要的账户（user 和 system_program），这不仅浪费资源，还可能导致逻辑错误或安全问题。

因此，每个函数都需要一个专门的账户结构体来精确匹配其逻辑需求。

4. Anchor 的编译时检查

Anchor 通过 #[derive(Accounts)] 宏在编译时生成代码，用于：

• 验证传入账户的数量和类型是否与结构体匹配。
• 检查账户约束（比如 init、mut、signer 等）是否满足。

如果没有对应的账户结构体，Anchor 无法生成这些验证逻辑，程序就无法安全运行。

5. 总结

counter 程序中的两个函数需要对应的账户结构体，是因为：

1. Solana 的无状态设计：程序必须通过账户操作数据，每次调用都需要明确指定账户。
2. Anchor 的上下文机制：Context<T> 需要一个账户结构体来定义和验证账户。
3. 函数需求不同：initialize 和 increment 操作的账户集合和约束不同，必须分别定义。
4. 安全性和类型安全：独立的结构体确保每个函数只访问它需要的账户，避免错误或漏洞。

这种设计是 Solana 和 Anchor 的核心特性，既保证了程序的灵活性，也提高了开发的安全性和可维护性。如果你还有其他疑问，欢迎继续问我！

2.为什么在Increment 结构体中没有 payer = user 这个账户约束

在 Increment 结构体中没有 payer = user，是因为 increment 函数不需要创建新的账户，而 payer 这个约束只在账户创建（init）时有意义。让我详细解释为什么会这样：

1. payer 的作用

在 Anchor 中，payer 是 #[account(init, ...)] 约束的一部分，用于指定支付账户创建费用的账户。创建账户需要：

• 分配存储空间（通过 space 参数指定）。
• 支付租金（rent），以保持账户在区块链上的存在。

例如，在 Initialize 结构体中：

#[account(init, payer = user, space = 8 + 8)]
pub counter: Account<'info, Counter>,

• init 表示创建一个新账户。
• payer = user 指定由 user 账户支付创建 counter 账户的费用。

2. Increment 的功能

再看看 Increment 结构体：

#[derive(Accounts)]
pub struct Increment<'info> {
    #[account(mut)]
    pub counter: Account<'info, Counter>,
}

• 功能：increment 函数的作用是将已有 counter 账户的 count 值加 1。
• 账户需求：只需要一个已存在的 counter 账户，并且这个账户是可变的（mut），因为我们要修改它的数据。

这里没有 init，因为 increment 不创建新账户，而是操作一个已经存在的账户。因此，不需要指定 payer，因为没有创建费用需要支付。

3. 创建 vs 修改账户的区别

在 Solana 中，账户的操作可以分为两种情况：

创建账户（ init ） ：

• 需要调用系统程序（System Program）来分配空间并初始化账户。
• 需要支付租金，因此需要一个 payer。
• 在 initialize 函数中，counter 是新创建的，所以需要 payer = user 和 system_program。

修改账户（ mut ） ：

• 操作的是已有账户，只需要读写数据，不涉及账户创建。
• 不需要支付额外的租金（只要账户已经有足够的余额维持存在）。
• 在 increment 函数中，counter 是已存在的账户，只需要标记为 mut 即可。

由于 increment 不涉及账户创建，payer 这个约束就没有意义，所以 Increment 结构体中没有 payer = user。

4. 为什么 Initialize 需要 user 而 Increment 不需要？

Initialize：

• 需要 user 作为 Signer 和 payer，因为它支付创建费用。
• 账户结构体中明确定义了 user 和 system_program，以完成账户创建。

Increment：

• 不需要创建账户，所以不需要 payer 或 system_program。
• 只需要一个可变的 counter 账户，客户端传入这个账户的地址即可。
• 调用 increment 的交易仍然需要一个签名者（通常是客户端的钱包），但这个签名者不需要在程序逻辑中显式使用，因此 Increment 结构体中不需要定义 user。

5. 实际运行时的对比

调用 initialize：

• 交易需要包含 counter（新账户）、user（签名者和支付者）、system_program。
• user 的余额会减少，用于支付 counter 的租金。

调用 increment：

• 交易只需要包含 counter（已有账户）和一个签名者（客户端钱包）。
• 不涉及账户创建，只需要支付交易费用（由签名者支付），而程序逻辑不需要关心这个签名者是谁。

6. 总结

Increment 结构体中没有 payer = user，因为：

1. increment 不创建账户：没有 init 约束，所以不需要支付租金，也就不需要 payer。
2. 仅修改已有账户：只需要 mut 约束来标记 counter 是可变的。
3. payer 只用于 init：payer 是账户创建时的专用属性，与修改操作无关。

简单来说，payer = user 只在需要创建新账户时出现，而 increment 是操作已有账户的逻辑，所以不需要这个约束。如果你还有其他问题，随时告诉我！

3.payer = user 由 user 支付创建账户的费用，这里的 user 是部署程序的用户吗？

user 的具体身份？

在实际运行时：

• 当客户端（比如一个前端应用或脚本）调用 initialize 函数时，会构造一个交易。
• 这个交易需要指定所有相关账户，包括 counter（新账户）、user（签名者）和 system_program。
• user 是客户端钱包中的一个账户（通常是一个密钥对），它签署交易并支付费用。

例如：

• 假设 Alice 部署了这个程序。
• 之后，Bob 使用他的钱包调用 initialize 函数。
• 在 Bob 的交易中，user 是 Bob 的账户地址，因为 Bob 是签名者并支付了创建 counter 账户的费用。

所以，user 是调用 initialize 的用户，而不是固定的“部署程序的用户”。

为什么需要 user 支付费用？

在 Solana 中，创建新账户需要支付租金（rent），这是为了防止区块链被垃圾账户填满。租金的支付者通常是交易的发起者，因为：

• 创建账户是交易的一部分。
• Solana 的经济模型要求签名者（Signer）支付交易费用和租金。

在你的代码中，user 被指定为 payer，因为它是交易的签名者，Anchor 会自动从 user 的余额中扣除创建 counter 账户所需的 lamports（Solana 的最小货币单位）。

4.上面提到的initialize 函数可以设计成和 solidity 中的构造函数一样吗？在部署的时候自动执行？

在 Solana 中，initialize 函数不能直接设计成像以太坊中的构造函数那样，在部署程序时自动执行。这是因为 Solana 和以太坊的架构和运行机制有根本性的不同。

1. 以太坊构造函数 vs. Solana 的区别

以太坊中的构造函数

• 运行时机：在以太坊中，构造函数（constructor）是在部署智能合约时自动执行的一次性初始化逻辑。它在合约创建交易（CREATE 操作）中运行，初始化合约的状态（如状态变量）。
• 存储方式：合约的代码和状态存储在同一个账户中，部署时会生成一个唯一的合约地址，状态直接写入区块链。
• 执行者：部署者通过交易调用构造函数，支付 gas 费用。

Solana 的程序模型

• 无状态程序：Solana 的程序（如你的 counter 程序）是无状态的，本身不存储数据。程序的字节码存储在一个程序账户中，而数据存储在独立的账户（如 counter 账户）中。
• 部署与调用分离：部署程序（上传字节码）只是将代码存储到链上，不涉及任何初始化逻辑。程序的执行（包括初始化）必须通过客户端发送交易来触发。
• 没有自动执行：Solana 没有内置机制在部署程序时自动运行某个函数（如 initialize）。部署和初始化是两个独立的过程。

2. 为什么 initialize 不能在部署时自动执行？

Solana 的设计有以下限制：

1. 程序账户只存储代码：

• • 部署程序时，程序账户只包含字节码，不包含状态数据。initialize 函数需要操作一个数据账户（如 counter），而这个账户在部署时尚未指定或创建。

2. 指令驱动：

• • Solana 程序的执行是通过交易中的指令（Instruction）触发的。部署程序只是上传代码，没有附带执行指令的机制。

3. 账户分离：

• • 数据账户（如 counter）由调用者动态创建，而不是在程序部署时预定义。initialize 需要知道具体的账户地址，而部署时无法预知这些地址。

4. 权限和费用：

• • 初始化逻辑（如创建 counter 账户）需要一个支付者（payer）和签名者（Signer），这些信息只能在运行时通过交易提供，部署时无法自动指定。

因此，在 Solana 中，initialize 必须作为一个独立的指令，由客户端在部署后手动调用。

5.将 counter 账户设计为一个 程序派生地址（PDA）有什么作用？

PDA 是一种特殊的账户地址，由程序 ID 和一组种子（seeds）通过加密算法生成，而不是由传统的公私钥对控制。

• 定义：PDA 是由程序派生出的地址，通过程序 ID 和种子（如字符串或字节数组）计算得出，且不受任何私钥控制。
• 生成方式：使用 Solana 的 find_program_address 函数，根据种子和程序 ID 找到一个唯一的地址，并附带一个 bump 值（用于确保地址落在合法的椭圆曲线范围外）。
• 特点：

<!---->

• • PDA 不对应任何私钥，无法通过签名直接控制。
  • 只有生成它的程序可以通过特定逻辑（如签名验证）操作它。

6.如果将 counter 修改为 PDA,代码可以如何实现？

use anchor_lang::prelude::*;

declare_id!("Hfd7V12kj9AENQjLpTozaPW6aT2rhPm3LSyjXZ5AbWH");

#[program]
pub mod counter {
    use super::*;

    pub fn initialize(ctx: Context<Initialize>) -> Result<()> {
        let counter = &mut ctx.accounts.counter;
        counter.count = 0;
        msg!("Counter initialized with value: {}", counter.count);
        Ok(())
    }

    pub fn increment(ctx: Context<Increment>) -> Result<()> {
        let counter = &mut ctx.accounts.counter;
        counter.count += 1;
        msg!("Counter incremented to: {}", counter.count);
        Ok(())
    }
}

#[derive(Accounts)]
pub struct Initialize<'info> {
    #[account(
        init_if_needed,
        payer = user,
        space = 8 + 8,
        seeds = [b"counter"],
        bump
    )]
    pub counter: Account<'info, Counter>,
    #[account(mut)]
    pub user: Signer<'info>,
    pub system_program: Program<'info, System>,
}

#[derive(Accounts)]
pub struct Increment<'info> {
    #[account(
        mut,
        seeds = [b"counter"],
        bump
    )]
    pub counter: Account<'info, Counter>,
}

#[account]
pub struct Counter {
    pub count: u64,
}