Mastering Design Patterns in Solidity

# はじめに（Introduction）

以下の記事を翻訳します。

https://medium.com/@emmaxcharles123/mastering-design-patterns-in-solidity-ef90e0980307

# Mastering Design Patterns in Solidity

Codex
4 min read · Mar 16, 2024

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イーサリアム上でスマートコントラクトを記述する主要なプログラミング言語であるSolidityには、様々なデザインパターンが取り入れられています。
Singleton（シングルトン）、Factory（ファクトリー）、Proxy（プロキシー）、State Machine（ステートマシーン）などのパターンは、一般的なプログラミングの課題を解決するための再利用可能なテンプレートとして機能します。
本記事では、これらのパターンを詳しく解説し、セキュアで効率的、かつモジュール化されたスマートコントラクトを作成する際の適用例を紹介します。

## Solidityのデザインパターン理解<br>Understanding Solidity Design Patterns

Solidityのデザインパターンとは、定期的に発生するプログラミングの問題に取り組むために用いられる標準化された解決策です。
これらのパターンは、スマートコントラクトの開発プロセスを合理化し、セキュアで効率的かつ保守性の高いコントラクトの作成を支援します。

デザインパターンは大きく3つのグループに分類することができます:

1. **Behavioral Patterns（振る舞いパターン）**: このパターンはオブジェクト間の通信に関わるもので、オブジェクト同士が正しく相互作用することを保証します

2. **Structural Patterns（構造パターン）**: このパターンは、クラスやオブジェクトがどのように構成されて大きな構造を形作るかに関わるものです

3. **Creational Patterns（生成パターン）**: このパターンはオブジェクトの生成メカニズムに関わり、状況に適した方法でオブジェクトを生成することを目指します

## SolidityにおけるBehavioralパターンを探る<br>Exploring Behavioral Patterns in Solidity

Solidityの振る舞いパターンは、オブジェクト間のコミュニケーションや、それらがどのように動作し相互作用するかに関わるものです。

## シングルトンパターン<br>Singleton Pattern

シングルトンパターンは、クラスが複数のオブジェクトをインスタンス化することを制限します。
このパターンにより、スマートコントラクト内でそのクラスのインスタンスが1つしか存在しないことが保証されます。
システム全体の動作を1か所から制御する必要がある場合に、このパターンは役立ちます。

```javascript
// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;

contract Singleton {
    address private owner;

    // Constructor sets the owner to the deployer of the contract
    constructor() {
        owner = msg.sender;
    }

    // Function to get the owner of the contract
    function getOwner() public view returns (address) {
        return owner;
    }
}
```

上記の例では、Singletonコントラクトはprivateのownerという変数を持ち、コントラクトのデプロイ時にセットされます。
その後、コントラクトのライフサイクル全体を通して、ownerのインスタンスが1つしか存在しないことを保証します。

## ファクトリーパターン<br>Factory Pattern

ファクトリーパターンは、正確なクラスを指定せずにオブジェクトを生成することを可能にします。
このパターンはファクトリーメソッドを使用して、クラスのインスタンスを作成し返します。
あるコントラクトが別のコントラクトを生成する必要がある場合に、このパターンは有益です。

```javascript
// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;

contract Contract {
    // Contract logic goes here
    // This is just a placeholder for the sake of demonstration
}

contract Factory {
    address[] private contracts;

    // Constructor function (optional)
    constructor() {
        // Initialization logic here
    }

    function createContract() public {
        address newContract = address(new Contract());
        contracts.push(newContract);
    }

    function getContracts() public view returns (address[] memory) {
        return contracts;
    }
}
```

上記のFactoryコントラクトでは、createContract()関数がContractクラスの新しいインスタンスを生成し、contractsという配列に格納しています。

## Solidityにおける構造パターンを理解する<br>Understanding Structural Patterns in Solidity

構造パターンは、より大きな構造を作るためのクラスやオブジェクトの構成に関わるパターンです。

# プロキシパターン<br>Proxy Pattern

プロキシーパターンは、別のオブジェクトへのアクセスを制御するための代理または仲介オブジェクトを提供します。
Solidityでは、このパターンはスマートコントラクトにアップグレード機能を導入する際によく使われます。

```javascript
// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;

contract Proxy {
    address public delegate;
    address public owner = msg.sender;

    // Function to upgrade the delegate contract
    function upgrade(address newAddress) public {
        require(msg.sender == owner, "Only the owner can upgrade");
        delegate = newAddress;
    }

    // Fallback function to delegate calls to the current delegate contract
    fallback() external {
        require(delegate != address(0), "Delegate contract not set");
        (bool success, ) = delegate.delegatecall(msg.data);
        require(success, "Delegate call failed");
    }
}
```

この Proxy コントラクトでは、upgrade() 関数によりコントラクトの所有者が委任先のコントラクトを変更できます。
そしてフォールバック関数により、Proxy コントラクトは現在の委任先コントラクトに対する呼び出しを委任できるようになっています。

## Solidityにおける生成パターンについて<br>Diving into Creational Patterns in Solidity

生成パターンは、オブジェクトの生成メカニズムに関わるもので、状況に適した方法でオブジェクトを生成することを目指しています。

## ステートマシンパターン<br>State Machine Pattern

ステートマシンパターンでは、コントラクトの振る舞いが変数の状態を中心に構成されています。 
コントラクトの現在の状態に基づいて異なる振る舞いをする必要がある場合に、特に有用です。

```javascript
// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;

contract StateMachine {
    // Enum defining the stages
    enum Stages {
        Init,
        Start,
        End
    }
    // Public variable to store the current stage
    Stages public stage = Stages.Init;

    // Internal function to transition to the next stage
    function nextStage() internal {
        stage = Stages(uint(stage) + 1);
    }

    // Function to start the state machine
    function start() public {
        require(stage == Stages.Init, "Invalid stage");
        nextStage();
    }

    // Function to end the state machine
    function end() public {
        require(stage == Stages.Start, "Invalid stage");
        nextStage();
    }
}
```

上記の例では、StateMachineコントラクトには Init、Start、Endの3つの段階があります。このコントラクトの振る舞いは、現在の段階に基づいて制御されています。

## 堅牢なスマートコントラクトのためのデザインパターン<br>Design Patterns for Robust Smart Contracts

これらのデザインパターンに従うことは必須ではありませんが、それらを使用することでスマートコントラクトの堅牢性とモジュール性が大幅に向上します。
さらに、これらのパターンは良いプログラミング手法を促進し、コードをよりクリーンで安全なものにします。
したがって、開発者は最適な結果を得るために、これらのパターンをSolidityプロジェクトに取り入れるよう努力すべきです。
Solidityのデザインパターンを理解し実装することは、ブロックチェーン開発の旅路において大きなゲームチェンジャーになるでしょう。
これらのパターンはコードの構造をより良くするだけでなく、他の開発者があなたのプロジェクトを理解し貢献しやすくもなります。
ですので、一歩を踏み出し、次のSolidityプロジェクトでこれらのパターンを使用することで、スマートコントラクト開発のスキルを高めていきましょう。

# まとめ（Conclusion）

Solidityについてもデザインパターンがあるということがわかりました。
基本的なデザインパターンを覚えることで、安全なコードを生成することができるので、重要だと感じました。