最近你可能听说过很多关于区块链的消息，想知道大家都在谈论什么。 区块链是一种分类账本，它的实现原理使得很难改变它所包含的数据；有人说区块链是不可改变的，它的目的是保持其正确的，不变性意味着永久性；但是硬盘上没有任何东西 永远可以被认为是永久性不变的；我们把这些哲学辩论留给非技术人员。而我现在要做的是向您展示如何使用C ++编写区块链。

免责声明

• 本教程是参考Savjee使用NodeJS编写一篇文章;
• 有一段时间没有编写任何C ++代码，代码可能会有点生疏。（译者注：运行该C++程序，可以生成区块并组成区块链，也具备工作量证明POW功能）
  

首先要做的是打开一个新的C++项目，我使用JetBrains中的CLion，但任何C++ IDE甚至文本编辑器都可以（译者注：译者使用的是VIM）。 我们将创建TestChain项目，继续下一步创建项目。
如果您使用CLion，您会看到main.cpp文件已经创建并打开; 我们暂时不使用该主函数文件。
在主项目文件夹中创建一个名为Block.h的文件，您应该可以通过右键单击项目工具窗口中的TestChain目录并选择：New>C/C ++ Header File来新建。
在文件内部，添加下面的代码（如果您使用CLion将所有代码放在#define TESTCHAIN_BLOCK_H和#endif的行之间)(译者注：防止头文件被重复调用)

1. #include <cstdint>
2. #include <iostream>

上面语句的意思是告诉编译器包含cstdint和iostream库。在它下面添加这一行：

1. using namespace std;

上面语句是为std命名空间创建了一个快捷方式。其作用是不需要通过其使用全名引用std命名空间中的声明，例如，如果有上面语句则书写string就可以使用字符串，否则需要使用全名访问字符串，如std::string。

到现在为止感觉还挺好; 让我们进一步完善充实。

区块链由一系列包含数据的区块组成，每个区块都包含前一区块的加密HASH，这就表示很难改变某一个区块的内容，而后面的区块内容也同样发生改变（译者注：如果改变中间某个区块的内容，则这个区块之后的所有区块的内容都需要被改变才有效）; 因此区块链被赋予了不变的特性。

区块头结构

接下来我们创建我们的块类，将以下几行添加到Block.h头文件中：

1. class Block {
2. public:
3. string sPrevHash;
5. Block(uint32_t nIndexIn, const string &sDataIn);
7. string GetHash();
9. void MineBlock(uint32_t nDifficulty);
11. private:
12. uint32_t _nIndex;
13. int64_t _nNonce;
14. string _sData;
15. string _sHash;
16. time_t _tTime;
18. string _CalculateHash() const;
19. };

不出所料，第1行 类Block第2行 公有修饰符 public第3行 公有变量sPrevHash,保存区块的前一个区块第5行 构造函数，需要的参数为nIndexIn和sDataInconst和&一起使用，表示参数为引用传递，其值不可被修改，其目的是提高效率并且节省内存第7行 GetHash()函数,获得HASH值第9行 MineBlock()函数，挖矿，其参数nDifficulty表示指定的难度值第11行 私有修饰符private，表示后面的变量为私有变量，不能被其他类访问第12-16行 私有变量

• _nIndex 区块索引值，第几个区块，从0开始计算，
• _nNonce 区块随机数，
• _sData 区块描述字符
• _sHash 区块HASH值
• _tTime 区块生成时间

第18行 _CalculateHash()，计算HASH值。使用const关键字，是为了确保函数的输出不能被修改，这在处理区块链时非常有用。

现在是在主项目文件夹中创建Blockchain.h头文件的时候了。让我们开始添加这些行（如果您使用CLion将所有代码#define TESTCHAIN_BLOCKCHAIN_H 和 #endif之间）

1. #include <cstdint>
2. #include <vector>
3. #include "Block.h"
5. using namespace std;

上面语句告知编译器包含cstdint和vector向量库，以及调用我们刚创建的Block.h头文件，并创建std namespace快捷方式。

区块链头结构

现在让我们创建区块链类，将以下代码行添加到Blockchain.h头文件中：

1. class Blockchain {
2. public:
3. Blockchain();
5. void AddBlock(Block bNew);
7. private:
8. uint32_t _nDifficulty;
9. vector<Block> _vChain;
11. Block _GetLastBlock() const;
12. };

第1行 创建区块链类第2行 public修饰符第3行 默认构造函数第5行 AddBlock() 增加区块函数，参数为我们前面创建的Block类的对象bNew第7行 private修饰符，后面的变量和方法是私有的第8-9行 私有变量

• _nDifficulty难度值
• _vChain保存区块的变量第11行 _GetLastBlock()获取最新的区块，由const关键字，表示输出的内容不可更改

因为区块链使用密码学，所以我们区块链需要一些加密函数。 我们将使用SHA256哈希来创建块的哈希值，（我们可以编写自己的SHA256函数，但是没必要重复造轮子），为了让编码更加简单，引用了来自Zedwood的C++ sha256函数，该链接中有sha256.h，sha256.cpp和LICENSE.txt文件，我们将它们保存在项目文件夹中。（译者注：可以使用译者提供的centos系统可以变编译运行的代码）

好的，让我们继续

接下来我们的区块创建一个源文件Block.cpp并保存到主项目文件夹中首先添加这些行，告诉编译器包含我们之前添加的Block.h和sha256.h文件。

1. #include "Block.h"
2. #include "sha256.h"

下面实现区块构造函数：

1. Block::Block(uint32_t nIndexIn, const string &sDataIn) : _nIndex(nIndexIn), _sData(sDataIn) {
2. _nNonce = -1;
3. _tTime = time(nullptr);
4. }

第1行 将参数的内容赋值给变量_nIndex和_sData中。第2行 _nNonce变量设置为-1。第3行 _tTime变量设置为当前时间。

实现访问区块的HASH函数：

1. string Block::GetHash() {
2. return _sHash;
3. }

第2行 返回私有变量_sHash的值

您可能已经清楚，比特币数字货币中设计区块链技术非常受欢迎，使得分类账不能被修改或者保密;这意味着，当一个用户将比特币发送给另一个用户时，比特币网络上的节点将转账交易写到区块链中的一个区块中。另一台计算机作为一个节点运行比特币软件（因为比特币网络是P2P，所以该节点可以是世界上任何一个人运行）;这个过程被称为“挖矿”，每当他们在区块链上成功创建一个有效的区块时，该节点将获得相应的比特币奖励。

如果想成功创建一个有效的区块并因此获得奖励，矿工必须创建一个有效的区块加密HASH添加到区块链中。 有效区块HASH是通过计算HASH开头零的数量来实现的；如果零的数量等于或大于网络设置的难度，则表示有效，否则将增加随机数后重新创建散列;直到生成一个有效的散列。 这个过程称为工作量证明（Proof of Work，PoW）。

挖矿过程-工作量证明

接下来，我们实现MineBlock方法来复现上述过程

1. void Block::MineBlock(uint32_t nDifficulty) {
2. char cstr[nDifficulty + 1];
3. for (uint32_t i = 0; i < nDifficulty; ++i) {
4. cstr[i] = '0';
5. }
6. cstr[nDifficulty] = '\0';
8. string str(cstr);
10. do {
11. _nNonce++;
12. _sHash = _CalculateHash();
13. } while (_sHash.substr(0, nDifficulty) != str);
15. cout << "Block mined: " << _sHash << endl;
16. }

第1行 MineBlock函数在block.h文件中声明，参数nDifficulty为难度第2行 创建一个难度大于nDifficulty的值的字符数据第3-6行 用0填充数组，最后一个字符填充为终止符\0第8行 将字符数组转换为string字符串第10-13行 循环增加随机数，并且计算HASH值保存到_sHash中。循环结束的条件是比较生成的HASH值和刚刚创建的零串，一旦匹配则跳出循环，否则继续生成HASH第15行 一旦找到匹配，就会向输出发送该区块的HASH值，表示该块已成功开采。

区块HASH计算

我们前面已经看到它好几次，所以接下来添加_CalculateHash方法：

1. inline string Block::_CalculateHash() const {
2. stringstream ss;
3. ss << _nIndex << _tTime << _sData << _nNonce << sPrevHash;
5. return sha256(ss.str());
6. }

第1行 该函数在Block.h头文件中声明，inline关键字修饰，表示编译器编译时将该函数代码嵌入到其他函数中，减少了函数的调用开销（译者注：inline通常用在循环体内）
第2行 创建一个字符串流ss。
第3行 将_nIndex，_tTime，_sData，_nNonce和sPrevHash的值附加到流字符串流ss中。
第5行 将字符串流ss的sha256值输出

增加区块链文件Blockchain.cpp到主项目文件夹中。

下面的代码编译器包含添加的Blockchain.h文件。

1. #include "Blockchain.h"

创世块的产生

接下来，我们实现区块链构造函数

1. Blockchain::Blockchain() {
2. _vChain.emplace_back(Block(0, "Genesis Block"));
3. _nDifficulty = 3;
4. }

第1行 区块链构造函数，生成“创世块”。
因为将区块添加到区块链中时，需要添加前一个区块HASH值，所以区块链必须从某处开始，我们称最开始的那个区块为“创世块”。
第2行 将生成的区块放在向量_vChain中。
emplace_back()函数，在容器_vChain尾部添加一个元素，这个元素原地构造，不需要触发拷贝构造和转移构造。
第3行 设置工作量POW的难度值（即区块HASH前面有多少个零）

添加区块

现在，我们实现区块增加函数

1. void Blockchain::AddBlock(Block bNew) {
2. bNew.sPrevHash = _GetLastBlock().GetHash();
3. bNew.MineBlock(_nDifficulty);
4. _vChain.push_back(bNew);
5. }

第1行 该函数是在Blockchain.h文件中申明，参数为区块对象第2行 将上一区块的hash值（_vChain的最后一个区块HASH值）保存到sPrevHash中第3行 挖矿，参数为_nDifficulty难度值第4行 将新挖的区块保存到_vChain向量的末尾

让我们实现区块链的最后一个方法

1. Block Blockchain::_GetLastBlock() const {
2. return _vChain.back();
3. }

第1行 该函数是在Blockchain.h头文件中声明
第2行 返回向量_vChain的最后一个元素

主函数

新建main.cpp（挖掘三个区块后退出程序）

1. #include "Blockchain.h"
2. int main() {
3. Blockchain bChain = Blockchain();
5. cout << "Mining block 1..." << endl;
6. bChain.AddBlock(Block(1, "Block 1 Data"));
8. cout << "Mining block 2..." << endl;
9. bChain.AddBlock(Block(2, "Block 2 Data"));
11. cout << "Mining block 3..." << endl;
12. bChain.AddBlock(Block(3, "Block 3 Data"));
14. return 0;
15. }

源码目录结构以及编译情况

挖矿过程

请点击下载源码

源码介绍文档请阅读《一步步教小白使用C++构建区块链》

作者：davenash
链接：http://davenash.com/2017/10/build-a-blockchain-with-c/
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