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 forgeforge 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;
    }
}

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,

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.solconsole2.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.solSolidity 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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