Solidity（或者更概略的說，EVM），在軟件工程師的生產(chǎn)效率和語言表達(dá)能力都還有好長一段路需要走。如果你曾經(jīng)在以太坊上開發(fā)智能合約，到現(xiàn)在你應(yīng)該已經(jīng)察覺，Solidity真是個(gè)綁手綁腳的語言。

特別是在你是從Swift或Javascript轉(zhuǎn)行過來開發(fā)Solidity。用Solidity開發(fā)程序，這個(gè)語言允許軟件工程師能做的事情，還有整個(gè)語言的表達(dá)能力，都讓人有種倒退走的感覺。

這種感覺有時(shí)候真的會(huì)讓人發(fā)飆。

但為什么它是受限的語言

Solidity和其他能夠被編譯成能夠在EVM（以太坊虛擬機(jī)）上運(yùn)作的bytecode（位組碼），都會(huì)受到某些限制，因?yàn)椋?/p>

· 當(dāng)你要執(zhí)行你的程序的時(shí)候，你的程序會(huì)在整個(gè)系統(tǒng)上的每一臺(tái)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)作。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到新的區(qū)塊的時(shí)候，這個(gè)節(jié)點(diǎn)就會(huì)驗(yàn)證這個(gè)區(qū)塊的完整性。在以太坊上這些驗(yàn)證包含了，這個(gè)區(qū)塊所包含的所有計(jì)算是正確的，而且合約的每個(gè)狀態(tài)都是計(jì)算正確的。

· 這造成了，即便EVM是圖靈完備，大量的計(jì)算會(huì)十分昂貴（甚至?xí)驗(yàn)槌^燃料（gas）上限而直接不被允許），因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)都需要把這些計(jì)算計(jì)算一遍。也就因此把整個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)拖慢。

· 標(biāo)準(zhǔn)函式庫（standard library）還沒被開發(fā)完成。尤其是數(shù)組和字串都很難用。我本人都還曾經(jīng)自己實(shí)作過操作字串的函式庫，就為了一些很基本，我們之前都習(xí)以為常的功能。

· 你所寫的合約沒辦法從外界（EVM之外）獲得任何數(shù)據(jù)，除非透過交易（Oracle）。而且當(dāng)一筆交易被布署到網(wǎng)絡(luò)上，他就沒把辦法再升級(jí)改版（除非是透過migration或是純儲(chǔ)存合約（pure storage contract））。

這些限制有些是以太坊必須一定存在的限制（就像是你永遠(yuǎn)不可能會(huì)有辦法儲(chǔ)存你Google Photos上照片的備份在鏈上，或者單純透過鏈上的計(jì)算資源去做圖像辨識(shí)，但這也沒什么關(guān)系啦）。但其他限制會(huì)存在，只是因?yàn)檫@是一個(gè)十分新的科技（雖然真的進(jìn)步的超級(jí)快），但這個(gè)技術(shù)也將會(huì)一直改善。

好的所以我到底要怎么解決這個(gè)問題？

當(dāng)我們在開發(fā)項(xiàng)目的時(shí)候，我們可能在未來會(huì)對(duì)合約做更改。我們可以透過橫跨不同合約間信息傳遞的方式去間接解決這個(gè)問題。在進(jìn)入可升級(jí)智能合約（Upgradable Smart Contracts）的實(shí)作之前，讓我們先來了解它的限制。

在Solidity，函式庫（library）是一種特殊的合約，這種合約不會(huì)儲(chǔ)存任何數(shù)據(jù)（storage），并且也不能持有任何以太幣。有時(shí)候我們可以試著把函式庫當(dāng)成一種以太坊虛擬機(jī)（EVM）的單例（Singleton）就好。這個(gè)單例是一段可以被其他合約呼叫的代碼，而且這段代碼在被呼叫的時(shí)候不需要重新布署。這個(gè)特性解決了一些我們所面對(duì)的大問題，比如說：

· 布署所需的燃料（gas）花費(fèi)：因?yàn)橥瑯拥拇a不需要一而再再而三地被布署，所以一個(gè)很明顯的優(yōu)勢就是能夠節(jié)省大量的燃料。并且不同的合約可以都倚賴同一個(gè)已經(jīng)被布署出去的函式庫。

· 繁冗的代碼在區(qū)塊鏈重復(fù)出現(xiàn)：這明顯的是上面那點(diǎn)所伴隨來的好處，布署的次數(shù)比較少，區(qū)塊鏈上的紀(jì)錄也就比較少。

· 代碼升級(jí)：在之前的狀況是，如果需要修改程序錯(cuò)誤或者幫合約改版，就需要重新布署一個(gè)新的，因而與之前合約獨(dú)立的合約（甚至更慘的狀況是像之前一樣要對(duì)以太方進(jìn)行硬分岔）。這個(gè)問題因此被解決了

有沒有開始覺得函式庫是一個(gè)很厲害的東西了阿？不幸的是，函式庫也有一些限制，下面是幾點(diǎn)是關(guān)于函式庫我們必須知道的重要信息：

· 沒有儲(chǔ)存（storage）的能力

· 函式庫能夠操縱其他合約的儲(chǔ)存（storage）

· 函式庫不能有任何payable的函式（function）。

· 函式庫不能有任何fallback的函式（function）。

· 函式庫不能有事件日志（event log）。

· Libraries can be used to fire event logs for the contract which uses it.

· 函式庫是不能被繼承的

· 雖然函式庫不能直接被繼承，但是函式庫可以跟其他函式庫接在一起，就能像一個(gè)一般合約一樣的使用被接上的函式庫，單這樣使用，函式庫本身的限制依然還會(huì)在。

這幾點(diǎn)可能在一開始會(huì)讓人聽起來很混亂，但是別灰心，這邊有一個(gè)非常棒的資源可以協(xié)助你了解函式庫。

但至少接下來，我們只會(huì)用上一些，因?yàn)榱私?、?shí)作可升級(jí)智能合約所必須了解的部分就好了。

函式庫是如何運(yùn)作的？

函式庫是一種特殊的合約，這種合約不能有任何payable函式，而且也不能有任何fallback函式（這些限制在編譯期間就被強(qiáng)行限制了，因此可以讓函式庫這種合約絕無可能持有任何資金）。函式庫是透過函式庫關(guān)鍵字（library L{}）去定義的，就像一個(gè)合約會(huì)透過（contract C{}）去定義一樣。

library L{

function a（） returns （address） {

return address（this）;

}

}

contract C{

function a（） constant returns （address） {

//This will behave as if the library code was written within this contract

return L.a（）;

}

}

要呼叫一個(gè)函式庫里面的函式必須用特別的指令（DELEGATECALL），這個(gè)指令會(huì)傳遞呼叫函式的信息（calling context）到函式庫，因此就幾乎像是一個(gè)都在同個(gè)合約里面，合約自己處理自己的指令。我真的蠻喜歡在Solidity文件里面闡述這件事情的角度。

函式庫可以被視為給其他智能合約使用的固有基礎(chǔ)合約

從上面的的代碼可以知道，如果合約C的函式a（）被呼叫，a（）會(huì)回傳合約C的地址而非函式庫L的地址。同樣這點(diǎn)也適用所有msg的性質(zhì)：msg.sender，msg.value，msg.sig，msg.data以及msg.gas（Solidity文件里面所寫的與這相反，但是在做了一些實(shí)驗(yàn)之后，似乎我這樣解釋才是正確的）。

一件我們在這邊會(huì)注意到的事情是，我們還是不太清楚類型C（class C）和函式庫L（library L）是怎么被連在一起的，因此接下來我們就會(huì)試著了解這件事情。

函式庫們是如何被連接起來的？

與顯式繼承不同的是，一個(gè)倚賴函式庫合約（contract C is B {}），他與函式庫之間的連接（link）方式是沒有那么清楚的。在上述例子，合約C在他自己的函式a（）中用到函式庫L。但是在上面這短短的代碼中，我們都沒有提到函式庫要使用什么地址，而且函式庫L不會(huì)出現(xiàn)在合約C編譯完的位組碼（byecode）中。

函式庫的連接是發(fā)生在位組碼等級(jí)。當(dāng)合約C被編譯完成后，合約C會(huì)替函式庫的地址給一個(gè)像是下面這種形式的預(yù)留位置0073__L_____________________________________630dbe671f（0dbe671f是a（）的function signature），如果我們完全不更動(dòng)合約C就布署合約C，這樣就會(huì)因?yàn)槲唤M碼是不合法的導(dǎo)致布署失敗。

簡單解釋就是，函式庫連接就是簡單的把所有在合約位組碼里面預(yù)留給函式庫的位置，全部都用函式庫的地址填上就完成了。這樣填完的位組碼就可以順利的布署到區(qū)塊鏈上。

好的我們現(xiàn)在介紹了函式庫的基本概念后，我們就可以了解怎么用函式庫去開發(fā)可升級(jí)智能合約了。

函式庫本身是沒辦法升級(jí)的

對(duì)的函式庫沒辦法升級(jí)，而且合約也沒辦法升級(jí)。就像我們本篇文章前面所提到的，對(duì)函式庫的參考（reference）是位組碼（bytecode）等級(jí)的事情，而不是儲(chǔ)存（storage）等級(jí)的事情。在合約一布署后，就無法修改合約的位組碼。因此對(duì)于函式庫的參考就會(huì)被隨著合約永存。

所以我們必須問這個(gè)問題「為什么還是有人提出可升級(jí)這個(gè)特點(diǎn)呢？」

最后，他到底怎么運(yùn)作的？

這邊我們會(huì)用到一些小技巧，讓我們一起仔細(xì)了解。

我們沒有直接將給使用者使用的主合約C和布署所需的函式庫連接，而是將給使用者使用的主合約C跟一個(gè)調(diào)度員（Dispatcher）合約連接起來。在編譯時(shí)期和布署時(shí)期，因?yàn)檎{(diào)度員合約沒有實(shí)作函式庫內(nèi)任何函數(shù)，所以一切都不會(huì)出現(xiàn)問題。這也就意味著，調(diào)度員合約并沒有用到任何函式庫內(nèi)的代碼，調(diào)度員合約僅僅是位組碼（就像是我們在上面看到合約C的位組碼一樣），在調(diào)度員的位組碼中，并不需要引用（include）函式庫的地址。我們就沒有將任何地址寫死（hardcode）在位元組碼等級(jí)，也因此我們就可以隨時(shí)把函式庫替換成任何我們所需的函式庫。

然而，如果我們沒有在調(diào)度員合約中用任何函式庫的代碼，這樣我們要如何執(zhí)行函式庫中的函式？

當(dāng)一筆交易進(jìn)來的時(shí)候，主合約（Token contract，代幣合約）發(fā)現(xiàn)這筆交易需要從主合約所連接的函式庫（TokenLib1）呼叫delegatecall，然而呼叫delegatecall這件事情不會(huì)直接請函式庫直接回傳，而是會(huì)先透過調(diào)度員合約呼叫delegatecall。

接下來的事情就會(huì)變得很有趣了。一當(dāng)調(diào)度員合約在他自己的fallback function中接收到delegatecall，調(diào)度員合約會(huì)在fallback function中判斷所需的正確版本函式庫是哪個(gè)，然后將呼叫delegatecall的要求導(dǎo)向正確的函式庫。當(dāng)函式庫回傳數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)就會(huì)一路回到主合約。

雖然這個(gè)解法運(yùn)作起來還不錯(cuò)，但是他還是有些限制。

限制

調(diào)度員合約必須知道呼叫函式庫，函式庫回傳值的內(nèi)存大小?，F(xiàn)在這個(gè)問題可以透過mapping解決，會(huì)以function signature去取得回傳值大小。為了簡化說明，所以我們故意避免對(duì)這方面多做解釋。

上述方法在以太坊虛擬機(jī)中可以成功運(yùn)行，但是我們只能在不同合約間儲(chǔ)存足跡（storage footprint）都相同的狀況下才能使用。因?yàn)楹綆鞗]有任何儲(chǔ)存，所以我們必須讓調(diào)度員合約里面也沒有任何儲(chǔ)存。這也就是為什么需要有另外一個(gè)分離的Dispatcher Storage（見上圖下面方塊）去儲(chǔ)存調(diào)度員合約所需的數(shù)據(jù)。還有，Dispatcher Storage的地址必須寫死在調(diào)度員合約的位組碼里面。

可以發(fā)現(xiàn)，使用者所會(huì)面使用到的合約（Token contract）其實(shí)沒有使用到任何特別的技術(shù)，唯一不一樣的地方就是，不能像之前一樣連接到某特定版本的函式庫，而是連接到調(diào)度員合約。