一文了解丨6大智能合约编程语言

在区块链和去中心化应用程序 (dApps) 的世界中，智能合约在实现安全和无需信任的交易方面发挥着至关重要的作用。智能合约编程语言允许你编写程序，在区块链上实现智能合约，常见的编程语言有Solidity 、Rust 、 Vyper 、Move等。

什么是编程语言

编程语言是一组将文本和数字字符串转换为机器可读代码的规则。

简单来说，编程语言使计算机能够理解人类输入的指令。如果我们把人类文明想象成汽车的话，那么软件开发行业就相当于汽车的引擎，编程语言就像引擎的燃料。

计算机发展至今，已经涌现包括C/C++、Java、Python等等在内的经典编程语言，这些不同的编程语言被发明出来，用于解决不同领域的问题。

随着区块链行业的不断发展和新的区块链网络的出现，同样也有新的编程语言诞生，如Solidity、Vyper和Move等等，也有足够经典的编程语言被引入该领域如Rust等。

编码术语

高级语言(HLL)

高级语言通常对开发人员来说更容易阅读和编写，因为与更接近机器代码的低级语言相比，它们更接近人类语言。为了让计算机能够阅读和执行源代码，首先需要将其编译成机器语言。

低级语言(LLL)

LLL 对开发者来说更难读和写，因为它们类似于机器代码。因此，它们可以在没有中间编译器或解释器的情况下转换为机器代码。

运行时环境

在区块链上，虚拟机作为操作系统的运行时环境。

解释型或编译型编程语言

编程语言将自己区分为解释型或编译型语言，编译型编程语言需要从源代码转换为可执行的字节码。

另一方面，解释型编程语言在运行时被解释器逐行读取和执行。

因此，解释型语言通常比编译型语言要慢。然而，解释型语言不容易出现错误，因为代码的调试是在运行时进行的，而且中间的编译表示被删除了。

在编译型语言中，即使源代码无缺陷，也可能出现编译器自身的错误而出现错误，所以它们更容易出错。

顺序或并行处理

如今，大多数主要的区块链使用交易顺序执行，这意味着运行时环境一次只能处理一个交易。这是网络吞吐量的一个主要瓶颈。

相比之下，一些编程语言能够实现并行处理（或并行执行），与顺序处理相比，允许更高的 TPS，而不需要零知识证明等数学上的解决方案。并行执行可以识别独立的交易，以并发地执行它们。

然而，依赖性交易会影响另一个交易的执行，因此必须依次执行。

智能合约编程语言Solidity

Solidity是一种面向对象的高级静态编程语言，最初运行在以太坊虚拟机(EVM)上构建智能合约。该语言最初由GavinWood提出理论，最终由ChristianReitwiessner于2014年开发。

Solidity提供了大多数现代编程语言中可用的概念，它具有函数、字符串操作、类、变量、算术运算等等，与JavaScript、C++和Python等编程语言有相似之处，具有图灵完备性。

下面是一个使用Solidity的智能合约示例：

Solidity的智能合约示例

主要特点

面向对象

一种专注于围绕数据和对象而不是逻辑和功能进行软件开发的编程方法

高级语言

通过独立于计算机硬件架构使软件开发更加用户友好的语言

静态类型

在编译时检查错误和类型的语言

优势

作为第一门可编程的区块链智能合约语言，使用Solidity作为区块链编程语言的优势是：Solidity更容易学习，并且有更多用于Solidity的开发人员工具。

更容易学习

Solidity是一门高级语言，它的代码可读性强，易于理解，并且语法与Javascript类似，有编写Javascript经验的开发人员不会觉得学习Solidity很困难。

大量的开发者工具

Solidity有大量优秀的开发工具可供使用，它受到OpenZeppelin等平台的支持，OpenZeppelin为安全的智能合约开发提供开源库。

Solidity也有几个开发环境（IDE），例如Remix在线IDE和本地开发人员环境Hardhat。这些IDE提供了允许轻松开发DApp的工具和功能。

适用范围更广

Solidity被广泛使用在以太坊以及Layer2上，熟悉Solidity的开发人员从事区块链项目的选择范围更广。

智能合约编程语言Rust

Rust最初由Mozilla员工Graydon Hoare在2006年设计和发布，是一种为性能和安全性，尤其是安全并发性而设计的语言，它在语法上与C++相似。

下面是一个使用Rust的智能合约示例：

Rust的智能合约示例

主要特点

发挥了静态语言的优势

相较动态语言在调试和运行时的不确定性，静态类型的语言允许对数据及其行为预先进行编译器级别的检查和约束，在运行时只保留少量的类型检查，这极大地避免了程序员的麻烦，同时有益于鼓励长期的可维护性。

让并发更容易

当两个线程同时访问同一内存时会发生数据竞争，这就可能导致某些不可预测的行为。Rust从编译阶段就将数据竞争解决在了萌芽状态，保障了线程安全。

更好的内存安全特性

无垃圾回收器的内存安全机制是Rust经典且核心的设计之一。

优势

与Solidity相比，Rust是一种低级（low-level）、多范式的编程语言，速度快且内存效率高——在可扩展性受限的情况下，Rust大有可为。

事实上，在Web3中，Rust的内存安全与高性能对于DApp的开发十分友好，目前将Rust语言作为核心开发语言的就有Polkadot、Solana、Near。

内存安全

内存安全是某些编程语言中的一个属性，可以防止程序员犯某些类型的内存相关错误。Rust使用所有权和借用原则实现内存安全。Rust通过在编译期间消除与内存相关的错误来确保内存安全，这使得它无需像其他内存安全语言那样使用垃圾收集器就可以提高内存效率。

速度快、产量高

Rust能够创建具有高输出和高性能的去中心化程序，这是大规模DApp必不可少的功能。Rust的执行效率更高，因为它可以在不使用垃圾收集器的情况下实现内存安全。

智能合约编程语言Vyper

Vyper是一种创建于2017年的Pythonic智能合约语言，可编译为像Solidity一样的EVM字节码。开发人员从Solidity的问题中吸取了教训，并将该语言设计得更简单、更安全、更易于审计。

它删除了在Solidity中被证明有问题的功能。它不是Solidity的替代品，而是一种在需要最高安全级别时使用的语言。用Vyper编写的项目示例包括Uniswapv1和第一个ETH2.0存款合约。

下面是一个使用Vyper的智能合约示例：

Vyper的智能合约示例

主要特点

安全性

在Vyper中构建安全的智能合约应该是可能且自然的。

语言和编译器的简单性

语言和编译器的实现应该力求简单。

可审计性

Vyper还旨在让任何人尽可能难以编写误导性代码。读者（即审核员）的简单性比作者（即开发人员）的简单性更重要。这样，将更容易识别智能合约或去中心化应用程序(DApp)中的恶意代码。

智能合约编程语言Move

Move是一种基于Rust改编的编程语言，它创建于2019年，最初是为Meta的Diem区块链项目而开发的，在Diem项目解散之后，其创始团队出走分别创立的Aptos与Sui，也将Move作为核心编程语言。

以下是Move的代码示例

Move的代码示例

主要特点

面向资产编程

资源作为一等公民是Move语言诞生之初就提出的设计理念。Move引入了“资源”的概念，它永远不能被复制或隐式丢弃，它只能在程序存储位置之间移动，也就是说，Move中的每个资产都具有原生稀缺性和访问控制属性。

安全

Move语言在设计的过程中继承了很多Rust中的安全特性，此外，Move团队在语言设计的过程。辅以形式化验证器Move Prover和运行时验证器bytecode verfier，为智能合约提供安全保障。

模块化

不同于Solidity，智能合约中的数据只能在合约范围内修改，不能从外部修改其他合约。在Move开发中，很多基础的模块是可以持续迭代升级的。

其他智能合约编程语言

Yul

Yul 是支持 EVM 的以太坊中间层语言。

Yul 旨在直接转换为字节码，擅长为更高级的 Web3 开发人员优化智能合约和降低 gas 成本。虽然 Yul 是一个很棒的学习资源，但它最适合编写特定的、高性能的代码。作为一种独立的编码语言，Yul 目前缺乏工具和生态系统支持。

Cairo

Cairo 是一种图灵完备的智能合约编程语言，旨在为一般的运算创建 STARK 可证明的程序。

Cairo 主要用于一个建立在以太坊之上的第 2 层区块链StarkNet上，StarkNet 的核心特征是程序逻辑被转换为 STARK 证明，提供在以太坊区块链上结算的可验证计算。

虽然 Cairo 是一种用于构建快速且可扩展的智能合约的强大语言，但它的支持仅限于 StarkNet/StarkEx 生态系统之内。