茗 Yi-Ming Ding 語言之所至，世界之所至。

2. 如何写一个简单的猜数字程序

2.1 单次猜测

代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
use std::io;

fn main() {
    println!("猜数游戏");
    println!("请猜测一个数：");

    let mut guess = String::new();

    io::stdin().read_line(&mut guess).expect("无法读取行");
    println!("你猜的数是: {}", guess);
}

解析

  • std::io代表调用标准库std中的io库，使用use命令

  • Rust中所有的变量都是默认不可变的（immutable），例如

    1
    2
    let foo = 1;
    let bar = foo;

    如果希望变量可变，则需要加上mut关键字

  • 在Rust中，字符串类型为String，包含在标准库中，而String::new()返回字符串的一个新的实例，默认为UTF8编码的空的字符串

    • 这里的::和C++的含义不同，代表new()是String类型的一个关联函数，
    • 关联函数是针对类型的函数，而不是针对特定实例的函数

  • 函数stdin()会返回Stdin类型的一个实例，而方法read_line()会获取用户的输入，并将输入存到字符串guess中

    • 该方法要求字符串必须是mutable的，因此需要&mut关键字
    • 其中&代表该参数是一个引用，引用的目的是在代码的不同地方访问同一块数据，即代表&mut guess中的guess和前面定义的guess指向同一块数据
    • 此处方法的参数是要通过引用来传递的

  • 方法read_line()的返回值为枚举类型io::Result<usize>，若读取成功，将返回Ok且其包含结果值；否则返回Err并附带失败原因。对于该枚举类型，其还定义了一些方法，例如此处使用的expect()

    • 若该实例io::Result<usize>返回Err，则expect()方法会中断当前程序，并显示传入的字符串信息
    • 否则，expect()方法会提取Ok中附加的值，并将该值作为结果返回给用户

  • 最后一行println!()中的{}为占位符，类似Python中的print()，会被后面的变量替换作为输出

2.2 生成神秘数字

Rust的标准库中没有提供生成随机数的功能，需要借助名为Rand的crate

Rust中的crate分为两种

  • 二进制crate：可独立运行
  • library crate：不能独立运行，即需要被调用，和项目一起生成二进制文件

为了添加Rand这个crate的依赖，我们需要编辑Cargo.toml文件，并添加在````[dependencies]```模块下，例如

1
2
[dependencies]
rand = "0.3.14"

  • 0.3.14为版本号

  • 如果写作"^0.3.14"，则^代表任何与公共API兼容的版本都可以

这个crate将在cargo build的时候进行下载，包括相关的依赖库

为了保证代码的复现性，在首次进行build之后，会生成Cargo.lock文件，它会记录第一次build使对应的crate的版本信息（对应的小版本号的最新版，如0.3.23），即便后续修改Cargo.toml文件中对应库的版本再进行build操作，也不会更新库的版本

换言之，只要Cargo.lock文件存在，Cargo将一直使用该文件中的库版本，直到运行cargo update命令，才会重新根据Cargo.toml中的版本来更新Cargo.lock中编译用的版本

为了生成随机数，我们使用

1
use rand::Rng;

其中Rng是rand这个库里的trait，类似其它语言中API，上面会定义很多方法

  • Rng这个trait里面定义了很多随机数生成器的方法

为了生成随机数，我们使用语句

1
let secrete_number = rand::thread_rng().gen_range(1..101);

其中

  • 函数thread_rng()返回的是ThreadRng类型，该类型是一个随机数生成器，其位于本地线程空间，并通过操作系统来获取随机数种子
  • gen_range()是Rng这个trait定义的方法，会生成范围[1, 101)内的一个随机整数

综上，我们修改后的最新完整代码为

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
use std::io;
use rand::Rng;

fn main() {
    println!("猜数游戏");
    println!("请猜测一个数：");

    let secrete_number = rand::thread_rng().gen_range(1..101);
    println!("神秘数字是：{}", secrete_number);

    let mut guess = String::new();

    io::stdin().read_line(&mut guess).expect("无法读取行");
    println!("你猜的数是: {}", guess);
}

2.3 比大小

Rust在赋值时可以像C++的auto语句一样进行强类型推断，例如let mut guess可以通过右面表达式推断guess的静态类型要被声明成为String。

至于随机数生成部分的代码，由于i32，u32，u64均满足该条件，若无更多信息被指定来用于类型推断，否则将默认指定为i32类型

为了比较secrete_number和guess，我们需要先进行类型转换，即

1
let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("请输入一个合法的数字！");

  • trim()方法用于去掉字符串两端的空白，包括tab和回车

  • parse()方法用于将其解析成u32类型，这个u32由等号前的对应关键字来指定，该解析可能会失败，例如传入xyz的时候

    • 为了处理这种情况，parse()方法会返回Result这个枚举类型
    • 和前面的read_line()方法类似，我们可以调用该返回类型的expect()方法来报错

  • 这里的guess: u32是声明了一个新的guess且为u32类型，其会进行shadow操作，即它会覆盖前面出现的字符串类型的guess，且在其之后，程序调用的guess都是这个新定义的guess

1
2
3
4
5
match guess.cmp(&secrete_number) {
        Ordering::Less =>  println!("Too small!"),
        Ordering::Greater => println!("Too big!"),
        Ordering::Equal => println!("You win!"),
    }

这里引入名为std::cmp::ordering这一枚举类型，其有三个变体Less，Greater，Equal

此外，match 表达式后面跟多个arm（分支），如果match后面表达式的值可以和某个arm匹配，则执行对应语句

在有这一比较的语句出现之后，编译器会将secrete_number解释称对应的u32类型，而不再是i32类型

最终的完整代码为（注意开头的use std::cmp::Ordering;）

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
use std::io;
use rand::Rng;
use std::cmp::Ordering;

fn main() {
    println!("猜数游戏");
    println!("请猜测一个数：");

    let secrete_number = rand::thread_rng().gen_range(1..101);
    println!("神秘数字是：{}", secrete_number);

    let mut guess = String::new();
    io::stdin().read_line(&mut guess).expect("无法读取行");

    let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("请输入一个合法的数字！");
    println!("你猜的数是: {}", guess);

    match guess.cmp(&secrete_number) {
        Ordering::Less =>  println!("Too small!"),
        Ordering::Greater => println!("Too big!"),
        Ordering::Equal => println!("You win!"),
    }
}

2.4 允许多次猜测

为了允许多次猜测直至用户才对，需要实现一个无限循环，这将借助loop语句和break来跳出循环：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
use std::io;
use rand::Rng;
use std::cmp::Ordering;

fn main() {
    println!("猜数游戏");
    println!("请猜测一个数：");

    let secrete_number = rand::thread_rng().gen_range(1..101);
    println!("神秘数字是：{}", secrete_number);

    loop {
        let mut guess = String::new();
        io::stdin().read_line(&mut guess).expect("无法读取行");

        let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("请输入一个合法的数字！");
        println!("你猜的数是: {}", guess);

        match guess.cmp(&secrete_number) {
            Ordering::Less =>  println!("Too small!"),
            Ordering::Greater => println!("Too big!"),
            Ordering::Equal => {
                println!("You win!");
                break;
            }
        }
    }
}