Foundry 开发框架 - Solidity开发教程连载

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  • 更新于 2023-05-09 09:33
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Foundry是一个Solidity框架，用于构建、测试、模糊、调试和部署Solidity智能合约，Foundry的优势是以Solidity作为第一公民。

Foundry 是一个Solidity框架，用于构建、测试、模糊、调试和部署Solidity智能合约， Foundry 的优势是以Solidity 作为第一公民，完全使用 Solidity 进行开发与测试，如果你不太熟悉 JavaScript ， 使用 Foundry 是一个非常好的选择，而且Foundry 构建、测试的执行速度非常快。

Foundry 的测试功能非常强大，通过 作弊码 来操纵区块链的状态， 可以方便我们模拟各种情况， 还支持基于属性的模糊测试。

Foundry 有非常详细的文档，并且登链社区进行的详尽的翻译，见Foundry 中文文档，对中文用户非常友好，

在本文中，我们将介绍：

  1. Foundry 安装
  2. 初始化Foundry项目
  3. 编写、编译智能合约
  4. 编写自动化测试
  5. 使用 Foundry 部署合约
  6. 补充1： Anvil 使用
  7. 补充2：Cast 与合约交互使用
  8. 补充3： 第 3 方库的安装
  9. 补充4： 标准库

本文对应的代码在：https://github.com/xilibi2003/training_camp_2/tree/main/w1_foundry

Foundry 安装

终端并输入以下命令：

curl -L https://foundry.paradigm.xyz | bash

这会下载foundryup。 然后通过运行它安装 Foundry：

foundryup

安装安装后，有三个命令行工具 forge, cast, anvil 组成

  • forge: 用来执行初始化项目、管理依赖、测试、构建、部署智能合约 ;
  • cast: 执行以太坊 RPC 调用的命令行工具, 进行智能合约调用、发送交易或检索任何类型的链数据
  • anvil: 创建一个本地测试网节点, 也可以用来分叉其他与 EVM 兼容的网络。

初始化Foundry项目

通过 forge 的 forge init 初始化项目：

> forge init hello_decert
Installing forge-std in "/Users/emmett/course/hello_decert/lib/forge-std" (url: Some("https://github.com/foundry-rs/forge-std"), tag: None)
    Installed forge-std v1.5.1
    Initialized forge project.

init 命令会创建一个项目目录，并安装好forge-std 库。

如需手动安装依赖库使用： forge install forge/forge-std

创建好的 Foundry 工程结构为：

> tree -L 2
.
├── foundry.toml
├── lib
│   └── forge-std
├── script
│   └── Counter.s.sol
├── src
│   └── Counter.sol
└── test
    └── Counter.t.sol

5 directories, 4 files
  • src：智能合约目录
  • script ：部署脚本文件
  • lib: 依赖库目录
  • test：智能合约测试用例文件夹
  • foundry.toml：配置文件，配置连接的网络URL 及编译选项。

Foundry 使用 Git submodule 来管理依赖库， .gitmodules 文件记录了目录与子库的关系:

[submodule "lib/forge-std"]
    path = lib/forge-std
    url = https://github.com/foundry-rs/forge-std
    branch = v1.5.0

<details class="details_lb9f isBrowser_bmU9 alert alert--info details_b_Ee" data-collapsed="true" style="box-sizing: border-box; color: var(--ifm-alert-foreground-color); --ifm-alert-background-color:var(--ifm-color-info-contrast-background); --ifm-alert-background-color-highlight:#54c7ec26; --ifm-alert-foreground-color:var(--ifm-color-info-contrast-foreground); --ifm-alert-border-color:var(--ifm-color-info-dark); --ifm-code-background:var(--ifm-alert-background-color-highlight); --ifm-link-color:var(--ifm-alert-foreground-color); --ifm-link-hover-color:var(--ifm-alert-foreground-color); --ifm-link-decoration:underline; --ifm-tabs-color:var(--ifm-alert-foreground-color); --ifm-tabs-color-active:var(--ifm-alert-foreground-color); --ifm-tabs-color-active-border:var(--ifm-alert-border-color); background-color: var(--ifm-alert-background-color); border: 1px solid var(--ifm-alert-border-color); border-radius: var(--ifm-alert-border-radius); box-shadow: var(--ifm-alert-shadow); padding: var(--ifm-alert-padding-vertical) var(--ifm-alert-padding-horizontal); --docusaurus-details-summary-arrow-size:0.38rem; --docusaurus-details-transition:transform var(--ifm-transition-fast) ease; --docusaurus-details-decoration-color:var(--ifm-alert-border-color); margin: 0 0 var(--ifm-spacing-vertical); font-family: system-ui, -apple-system, "Segoe UI", Roboto, Ubuntu, Cantarell, "Noto Sans", sans-serif, "system-ui", "Segoe UI", Helvetica, Arial, sans-serif, "Apple Color Emoji", "Segoe UI Emoji", "Segoe UI Symbol"; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-thickness: initial; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;"><summary style="box-sizing: border-box; list-style: none; cursor: pointer; padding-left: 1rem; position: relative;">了解 Git submodule</summary></details>

合约开发及编译

合约开发推荐使用 VSCode 编辑器 + solidity 插件，在contracts 下新建一个合约文件 Counter.sol (*.sol 是 Solidity 合约文件的后缀名), 复制如下代码：

// SPDX-License-Identifier: UNLICENSED
pragma solidity ^0.8.13;

contract Counter {
    uint256 public counter;

    function setNumber(uint256 newNumber) public {
        counter = newNumber;
    }

    function increment() public {
        counter++;
    }

    function count() public {
        counter = counter + 1;
    }
}

在foundry.toml 中使用solc配置编译器版本：

[profile.default]
src = 'src'
out = 'out'
libs = ['lib']

solc = "0.8.18"

更多的配置项请参考 foundry.toml 配置

之后就使用forge build编译合约了：

> forge build
[⠒] Compiling...
[⠔] Compiling 1 files with 0.8.18
[⠒] Solc 0.8.18 finished in 362.64ms
Compiler run successful

编写自动化测试

测试是用 Solidity 编写的。 如果测试功能 revert，则测试失败，否则通过。

测试 Case 编写

在测试目录下test 添加自己的测试用例，添加文件 Counter.t.sol ，foundry 测试用例使用 .t.sol 后缀，约定具有以test开头的函数的合约都被认为是一个测试， 以下是测试代码：

pragma solidity ^0.8.13;

import "forge-std/Test.sol";
import "../src/Counter.sol";

contract CounterTest is Test {
    Counter public counter;

    function setUp() public {
        counter = new Counter();
        counter.setNumber(0);
    }

    function testIncrement() public {
        counter.increment();
        assertEq(counter.counter(), 1);
    }

    function testSetNumber(uint256 x) public {
        counter.setNumber(x);
        assertEq(counter.counter(), x);
    }
}

我们来分析一下测试代码：

import "forge-std/Test.sol";

引入 Forge 标准库 的 Test 合约，并让测试合约继承 Test 合约， 这是使用 Forge 编写测试的首选方式。

第 9 行 setUp() 函数用来进行一些初始化，它是每个测试用例运行之前调用的可选函数

第 14、19 行是以 test 为前缀的函数的两个测试用例，测试用例中使用 assertEq 断言判断相等。

testSetNumber 带有一个参数 x， 它使用了基于属性的模糊测试， forge 模糊器默认会随机指定256 个值运行测试。

运行测试

Forge 使用 forge test 命令运行测试用例（请先启动anvil）：

> forge test
[⠒] Compiling...
No files changed, compilation skipped

Running 2 tests for test/Counter.t.sol:CounterTest
[PASS] testIncrement() (gas: 28390)
[PASS] testSetNumber(uint256) (runs: 256, μ: 28064, ~: 28453)
Test result: ok. 2 passed; 0 failed; finished in 9.33ms

结果中的两个 PASS 表示测试通过了，并且列出了测试所消耗的 gas，

在 testSetNumber(uint256) 模糊测试中的(runs: 256, μ: 28064, ~: 28453)，含义是：

  • "runs" 是指模糊器 fuzzer 测试的场景数量。 默认情况下，模糊器 fuzzer 将生成 256 个场景，但是，其可以使用 FOUNDRY_FUZZ_RUNS 环境变量进行配置。
  • “μ”（希腊字母 mu）是所有模糊运行中使用的平均 Gas
  • “~”（波浪号）是所有模糊运行中使用的中值 Gas

我们还可以在测试用例用 console2.sol 打印值的结果，修改一下 testIncrement 加入 console2.log， 修改后的代码为：

    function testIncrement() public {
        counter.increment();
        uint x = counter.counter();
        console2.log("x= %d", x);
        assertEq(x, 1);
    }

console2.sol 包含 console.sol 的补丁，允许Forge 解码对控制台的调用追踪

forge test 的默认行为是只显示通过和失败测试的摘要。 可以使用-vv标志通过增加日志详细程度：

> forge test -vv
[⠒] Compiling...
No files changed, compilation skipped

Running 2 tests for test/Counter.t.sol:CounterTest
[PASS] testIncrement() (gas: 31626)
Logs:
  x= 1

[PASS] testSetNumber(uint256) (runs: 256, μ: 27597, ~: 28453)
Test result: ok. 2 passed; 0 failed; finished in 9.94ms

可以看到 Logs 下显示了测试用例中的打印的日志。

更多 Forge 测试使用参考文档 - 测试， 文档 - 高级测试

部署合约

部署合约到区块链，需要先准备有币的账号及区块链节点的 RPC URL。

Forge 提供 create 命令部署合约， 如：

forge create  src/Counter.sol:Counter  --rpc-url &lt;RPC_URL>  --private-key 0xac0974bec39a17e36ba4a6b4d238ff944bacb478cbed5efcae784d7bf4f2ff80

create 命令需要输入的参数较多，使用部署脚本是更推荐的做法是使用 solidity-scripting 部署。

为此我们需要稍微配置 Foundry 。

通常我们会创建一个 .env 保存私密信息（如：私钥），.env 文件应遵循以下格式：

GOERLI_RPC_URL=
MNEMONIC=

.env 中记录自己的助记词及RPC URL。

编辑 foundry.toml 文件：

[rpc_endpoints]
goerli = "${GOERLI_RPC_URL}"
local = "http://127.0.0.1:8545"

然后在 script 目录下创建一个脚本，Counter.s.sol：

pragma solidity ^0.8.13;

import "forge-std/Script.sol";
import "../src/Counter.sol";

contract CounterScript is Script {

    function run() external {
        string memory mnemonic = vm.envString("MNEMONIC");
                (address deployer, ) = deriveRememberKey(mnemonic, 0);

        vm.startBroadcast(deployer);
        Counter c = new Counter();
        console2.log("Counter deployed on %s", address(c));
        vm.stopBroadcast();
    }
}

我们来分析一下脚本代码：

contract CounterScript is Script {

创建一个名为 CounterScript 的合约，它从 Forge Std 继承了 Script。

function run() external {

默认情况下，脚本是通过调用名为 run 的函数（入口点）来执行的部署。

string memory mnemonic = vm.envString("MNEMONIC");
(address deployer, ) = deriveRememberKey(mnemonic, 0);

从 .env 文件中加载助记词，并推导出部署账号，如果 .env 配置的是私钥，这使用uint256 deployer = vm.envUint("PRIVATE_KEY"); 加载账号

vm.startBroadcast(deployerPrivateKey);

这是一个作弊码，表示使用该密钥来签署交易并广播。

Counter c = new Counter();

创建Counter 合约。

脚本代码编写好了， 让我们运行它， 在项目的根目录运行：

> source .env

> forge script script/Counter.s.sol --rpc-url goerli --broadcast 
[⠒] Compiling...
[⠊] Compiling 1 files with 0.8.18
[⠒] Solc 0.8.18 finished in 738.87ms
Compiler run successful
Script ran successfully.
Gas used: 127361

== Logs ==
  Counter deployed on 0x9fE46736679d2D9a65F0992F2272dE9f3c7fa6e0
...

部署成功打印出合约的地址。

goerli 是我们之前在foundry.toml 文件中配置的端点。 如果我们不想在命令中输入--rpc-url， 可以在foundry.toml配置一个默认的 URL：

eth-rpc-url = "${GOERLI_RPC_URL}"  // 本地 RPC 为 http://127.0.0.1:8545

forge script 支持在部署时进行代码验证，在 foundry.toml 文件中配置了 etherscan的 API KEY：

[etherscan]
goerli = { key = "${ETHERSCAN_API_KEY}" }

然后需要在 script 命令中加入 --verify 就可以执行代码开源验证。

至此，我们已经知道了如何使用 Foundry 进行合约开发，下面继续补充一些常用知识点。

补充1： Anvil 使用

anvil 命令创建一个本地开发网节点（好像是对 hardhat node的封装 ），用于部署和测试智能合约。它也可以用来分叉其他与 EVM 兼容的网络。

运行 anvil 效果如下

> anvil

                             _   _
                            (_) | |
      __ _   _ __   __   __  _  | |
     / _` | | '_ \  \ \ / / | | | |
    | (_| | | | | |  \ V /  | | | |
     \__,_| |_| |_|   \_/   |_| |_|

    0.1.0 (1d9a34e 2023-03-07T00:07:41.730822Z)
    https://github.com/foundry-rs/foundry

Available Accounts
==================

(0) "0xf39Fd6e51aad88F6F4ce6aB8827279cffFb92266" (10000 ETH)
(1) "0x70997970C51812dc3A010C7d01b50e0d17dc79C8" (10000 ETH)
....

Private Keys
==================

(0) 0xac0974bec39a17e36ba4a6b4d238ff944bacb478cbed5efcae784d7bf4f2ff80
(1) 0x59c6995e998f97a5a0044966f0945389dc9e86dae88c7a8412f4603b6b78690d
....

Wallet
==================
Mnemonic:          test test test test test test test test test test test junk
Derivation path:   m/44'/60'/0'/0/

Base Fee
==================

1000000000

Gas Limit
==================

30000000

Genesis Timestamp
==================

1678704146

Listening on 127.0.0.1:8545

anvil 命令常用到的功能选项有：

anvil --port &lt;PORT>

设置节点端口

anvil --mnemonic=&lt;MNEMONIC>

使用自定义助记词

anvil --fork-url=$RPC --fork-block-number=&lt;BLOCK>

从节点URL（需要是存档节点）fork 区块链状态，可以指定某个区块时的状态。

anvil完整的功能选项可参考文档

补充2：Cast 与合约交互使用

cast 命令可以用来和区块链交互，因此可以直接使用 cast 在命令行中调用合约。

例如 cast call 来调用counter() 方法：

> cast call 0x9fe46736679d2d9a65f0992f2272de9f3c7fa6e0 "counter()" --rpc-url local
0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

0x9fe467... 是被调用合约的地址，命令返回了结果 0。

使用 cast send 调用 setNumber(uint256) 方法，发起一个交易:

> cast send 0x9fe46736679d2d9a65f0992f2272de9f3c7fa6e0 "setNumber(uint256)" 1 --rpc-url local --private-key 0xac0974bec39a17e36ba4a6b4d238ff944bacb478cbed5efcae784d7bf4f2ff80

blockHash               0x9311823387753f28f47a5c87357e6207b13b223bd3afca5c1f1b31a5e4f8e400
blockNumber             1
contractAddress
cumulativeGasUsed       21204
effectiveGasPrice       4000000000
gasUsed                 21204
logs                    []
logsBloom               0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
root
status                  1
transactionHash         0x5c74da477ce3922337037d0e153fb99f9b325b49f2bf199a487ddb965f6d1727
transactionIndex        0
type                    2

调用的函数有参数，则直接写在函数的后面。

获取账号的余额（返回 Wei 为单位）：

cast balance 0xf39Fd6e51aad88F6F4ce6aB8827279cffFb92266
9999999222505911124404

cast 命令功能非常多，更多参考文档

补充3：安装第 3 方库

使用 forge install 可以安装第三方的库，不同于 npm，forge 会把整个第三方的库的 Git 仓库作为子模块放在lib目录下。 使用命令如下：

forge install [OPTIONS] &lt;github username>/&lt;github project>@&lt;tag>

例如，安装openzepplin使用命令：

> forge install OpenZeppelin/openzeppelin-contracts
Installing openzeppelin-contracts in "/Users/emmett/course/hello_decert/lib/openzeppelin-contracts" (url: Some("https://github.com/OpenZeppelin/openzeppelin-contracts"), tag: None)
    Installed openzeppelin-contracts v4.8.2

安装之后，.gitmodules 会添加新记录：

[submodule "lib/openzeppelin-contracts"]
    path = lib/openzeppelin-contracts
    url = https://github.com/OpenZeppelin/openzeppelin-contracts
    branch = v4.8.2

lib 下也会多一个openzeppelin文件夹:

> tree lib -L 1
lib
├── forge-std
└── openzeppelin-contracts

然后，就可以在代码中引用 openzeppelin 库代码了， 让我们给 setNumber 加一个限制：仅所有者才可以调用，代码如下：

import "openzeppelin-contracts/contracts/access/Ownable.sol";

contract Counter is Ownable {
    uint256 public number;

    function setNumber(uint256 newNumber) public onlyOwner {
        number = newNumber;
    }
    // ....
}

使用 npm 安装库

如果你使用NPM来安装库，也同样可以支持，在项目根目录下初始化项目，并安装库：

npm init -y
npm install @openzeppelin/contracts

安装完成之后，把node_modules文件夹 配置在 foundry.toml 的 libs中：

[profile.default]
src = 'src'
out = 'out'
libs = ['lib','node_modules']

补充4： 标准库

标准库封装了很多好好的方法可以直接使用，分为 4 个部分：

  • Vm.sol：提供作弊码（Cheatcodes）
  • console.sol 和 console2.sol：Hardhat 风格的日志记录功能， console2.sol 包含 console.sol 的补丁，允许Forge 解码对控制台的调用追踪，但它与 Hardhat 不兼容。
  • Script.sol：Solidity 脚本 的基本实用程序
  • Test.sol：DSTest 的超集，包含标准库、作弊码实例 (vm) 和 Foundry 控制台

介绍几个常用的作弊码：

  1. vm.startPrank(address) 来模拟用户， 在startPrank之后的调用使用设置的地址作为msg.sender 直到stopPrank 被调用。

举例：

address owner = address(0x123);
// 模拟owner
vm.startPrank(owner);

erc20.transfer(0x...., 1);  //  从bob 账号转出
erc20.mint(100);
....

// 结束模拟
vm.stopPrank();

如果只有一个调用需要模拟可以使用 prank(address)

  1. warp(uint256) 设置区块时间，可以用来测试时间的流逝。

举例：

vm.warp(1641070800);
emit log_uint(block.timestamp); // 1641070800
  1. roll(uint256) 设置区块

举例：

vm.roll(100);
emit log_uint(block.number); // 100

更多用法可参考。

小结

Foundry 以Solidity为中心进行开发，减少了用户使用的心智负担。 Foundry 发布以来，使用率一直的攀升，非常推荐大家使用。

原文首发于 Decert.me ： https://decert.me/tutorial/solidity/tools/foundry/

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Foundry 框架合约开发测试 测试对 Foundry 开发框架的了解，主要涉及的内容有编译、测试、部署、以及如何进行代码开源验证。
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