Rust 学习笔记：猜数游戏
Rust 学习笔记：猜数游戏
游戏规则
创建项目
编译、运行一下，没问题。
处理一次用户输入
猜谜游戏程序的第一部分将请求用户输入，处理该输入，并检查输入是否符合预期的形式。首先，我们将允许玩家输入猜测。
use std::io;
fn main() {
println!("Guess the number!");
println!("Please input your guess.");
let mut guess = String::new();
io::stdin()
.read_line(&mut guess)
.expect("Failed to read line");
println!("You guessed: {}", guess);
}
第一行是导入 io库，io 库来自标准库 std。
main 函数是进入程序的入口点。fn 语法声明了一个新函数，括号 () 表示没有参数，而大括号 {} 则是函数体的开始。
println !是一个宏，将字符串打印到屏幕上。
在 Rust 中，变量在默认情况下是不可变的，这意味着一旦我们给了变量一个值，这个值就不会改变。要使变量可变，在变量名前加 mut。
等号的右边是 guess 绑定的值，它是调用 String::new 函数的结果，该函数返回 String 的新实例。String 是标准库提供的一种字符串类型。
从 io 模块调用 stdin 函数，这将允许我们处理用户输入。
如果没有使用 use std::io 导入 io 库，也可以通过将这个函数调用写成 std::io::stdin 来使用这个函数。
接下来，.read_line(&mut guess) 调用标准输入句柄上的 read_line 方法从用户获取输入。我们还将 &mut guess 作为参数传递给 read_line，告诉它在哪个字符串中存储用户输入。read_line 的全部工作是将用户键入的任何内容添加到标准输入中，并将其附加到字符串中（不覆盖其内容），因此我们将该字符串作为参数传递。字符串参数需要是可变的，这样方法就可以改变字符串的内容。
& 表示该参数是一个引用。引用是一个复杂的特性，可以让代码的多个部分访问同一段数据，而无需将该数据多次复制到内存中。与变量一样，引用在默认情况下是不可变的。因此，需要编写 &mut guess 而不是 &guess 以使其可变。
read_line 返回一个 Result 值，结果是一个枚举。其中，Ok 表示操作成功，它包含成功生成的值；Err 表示操作失败，它包含有关操作失败的方式或原因的信息。
Result 的实例有一个可以调用的 expect 方法。如果 Result 的这个实例是一个Err 值，expect 将导致程序崩溃，并显示作为参数传递给 expect 的消息。如果 read_line 方法返回 Err，则很可能是底层操作系统出错的结果。如果 Result 的这个实例是 Ok 值，expect 将获取 Ok 所持有的返回值，并将该值返回。在本例中，该值是用户输入中的字节数。
在 Rust 中，如果返回值是一个 Result，那必须处理一下这个值。
如果不加这个 except 函数，编译会失败并报错。
{} 是一个占位符，在打印变量值时，变量名可以放在花括号内。在打印表达式求值的结果时，在格式字符串中放置空花括号，然后在格式字符串后面以逗号分隔的表达式列表，以相同的顺序在每个空花括号占位符中打印。
比如：
let x = 5;
let y = 10;
println!("x = {x} and y + 2 = {}", y + 2);
这将打印 x = 5 and y + 2 = 12。
到这里就讲解完了，编译、运行一下目前的程序。
导入生成随机数的库
接下来，我们需要生成一个用户将尝试猜测的秘密数字。每次的秘密数字都应该是不同的，这样游戏才会更有趣。我们将使用 1 到 100 之间的随机数，这样游戏就不会太难。Rust 还没有在其标准库中包含随机数功能。然而，Rust 团队确实提供了一个具有上述功能的 rand crate。
rand crate 是一个库 crate，它包含了打算在其他程序中使用并且不能单独执行的代码。
添加库的第一种方法
在编写使用 rand 的代码之前，我们需要修改 Cargo，将 rand crate 作为依赖项包含在内。打开 Cargo.toml，并在 [dependencies] 部分标题下方添加以下行。
[dependencies]
rand = "0.8.5"
一定要使用正确的版本号，否则代码可能无法工作。
在 RustRover 中，会自动重新构建项目。
当然我们也可以手动构建。
在本例中，虽然我们只将 rand 列为依赖项，但 Cargo 还抓取了 rand 所依赖的其他 crate。下载完这些 crate 后，Rust 会编译它们，然后用可用的依赖项编译项目。
如果不做任何更改，再次运行 cargo build，那么除了 Finished 之外，将不会得到任何输出，因为 Cargo 知道它已经下载并编译了依赖项，只通过对 src/main 的微小更改来更新构建。
同理，在[dependencies] 部分中删除 rand，RustRover 也会触发自动构建。
添加库的第二种方法
先删掉之前的 rand，我们这次尝试用命令行添加。
cargo add rand@0.8.5
因为刚删没多久，是有缓存的，所以添加得非常快。
@0.8.5 的意思是指定了 0.8.5 版本，如果去掉，会添加最新版本的库。命令行中我们可以看到，库是从 crates.io 这个网站下载的。
Cargo.lock
当我们第一次构建项目时，就会创建 Cargo.lock 这个文件。Cargo 会找出符合标准的依赖项的所有版本，然后将它们写入 Cargo.lock。
里面存有所有的依赖项的版本和详细信息。
Lock 文件对于可复制的构建非常重要，它通常与项目中的其他代码一起签入源代码控制。
在将来构建项目时，Cargo 将看到锁文件存在，并将使用那里指定的版本，而不是再次执行所有找出版本的工作。这样能保证构建的可复制性。
更新 Crate 以获得新版本
Cargo 提供命令更新，它将忽略 Cargo.lock 文件，在 Cargo.toml 中找出所有符合依赖规格的最新版本。然后，重新写入 Cargo.lock 文件。
命令如下：
cargo update
创建依赖文档
Cargo 的另一个简洁特性是，运行 Cargo doc --open 命令将在本地构建所有依赖项提供的文档，并在浏览器中打开它。
所有 doc 在 target 文件夹下。
上面的网页在以项目名为名的文件夹（guessing_game）里的 index.html 中。
生成一个随机数
修改代码：
use std::io;
use rand::Rng;
fn main() {
println!("Guess the number!");
let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..=100);
println!("The secret number is: {secret_number}");
println!("Please input your guess.");
let mut guess = String::new();
io::stdin()
.read_line(&mut guess)
.expect("Failed to read line");
println!("You guessed: {guess}");
}
首先添加一行 use rand::Rng，Rng trait 定义了随机数生成器实现的方法。
调用 rand::thread_rng 函数，该函数为我们提供了将要使用的特定随机数生成器。
这个生成器与当前线程有关，随机数种子由操作系统提供。
然后我们调用随机数生成器上的 gen_range 方法，该方法接受一个范围表达式作为参数，并在该范围内生成一个随机数。我们在这里使用的范围表达式的形式是 start…=end 并且包含下界和上界，因此我们需要指定 1…=100 请求 1 到 100 之间的数字。
运行结果：
将用户输入与随机数作比较
现在我们有用户输入和一个随机数，我们可以进行比较。
use std::cmp::Ordering;
use std::io;
use rand::Rng;
fn main() {
println!("Guess the number!");
let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..=100);
println!("The secret number is: {secret_number}");
println!("Please input your guess.");
let mut guess = String::new();
io::stdin()
.read_line(&mut guess)
.expect("Failed to read line");
println!("You guessed: {guess}");
match guess.cmp(&secret_number) {
Ordering::Less => println!("Too small!"),
Ordering::Greater => println!("Too big!"),
Ordering::Equal => println!("You win!"),
}
}
首先，我们添加另一个 use 语句，将一个名为 std::cmp::Ordering 的类型从标准库引入作用域。Ordering 类型是另一个枚举，具有 Less、Greater 和 Equal 三个变量。这是比较两个值时可能出现的三种结果。
cmp 方法比较两个值，可以在任何可以比较的对象上调用。它接受一个你想要比较的对象的引用：这里它比较的是 guess 和 secret_number。然后，它返回使用 use 语句引入范围的 Ordering 枚举的一个变体。我们使用匹配表达式根据调用 cmp 返回的 order 的哪个变体（包含 guess 和 secret_number 中的值）来决定下一步要做什么。
IDE 提醒我们：类型不匹配。
guess 是一个 String 类型，而 secret_number 是一个 i32，即有符号的 32 位数字。
将程序作为输入读取的 String 转换为数字类型，以便将其与秘密数字进行数值比较。添加代码：
let guess: u32 = guess.trim()
.parse()
.expect("Please type a number!");
Rust 允许我们用一个新值来遮蔽 guess 的前一个值，这让我们可以重用 guess 变量名，而不是强迫我们创建两个唯一的变量。
String 实例上的 trim 方法将消除开头和结尾的任何空白，在将字符串转换为 u32 之前必须这样做，u32 只能包含数字数据。
字符串的 parse 方法将字符串转换为另一种类型。这里，我们使用它将字符串转换为数字。我们需要通过 let guess 告诉 Rust 我们想要的确切数字类型：u32。guess 后面的冒号告诉 Rust 我们将注释变量的类型，这里看到的 u32 是一个无符号 32 位整数。
运行结果：
我们现在已经完成了大部分游戏，但用户只能做出一次猜测。让我们通过添加一个循环来改变它！
使用循环允许多次猜测
loop 关键字创建一个无限循环。
use std::cmp::Ordering;
use std::io;
use rand::Rng;
fn main() {
println!("Guess the number!");
let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..=100);
println!("The secret number is: {secret_number}");
loop {
println!("Please input your guess.");
let mut guess = String::new();
io::stdin()
.read_line(&mut guess)
.expect("Failed to read line");
let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("Please type a number!");
println!("You guessed: {guess}");
match guess.cmp(&secret_number) {
Ordering::Less => println!("Too small!"),
Ordering::Greater => println!("Too big!"),
Ordering::Equal => println!("You win!"),
}
}
}
这个程序现在会永远要求你再猜一次，这实际上引入了一个新问题：用户似乎无法退出！
解决办法：加上 break
Ordering::Equal => {
println!("You win!");
break;
}
处理无效输入
为了进一步完善游戏的行为，而不是在用户输入非数字时使程序崩溃，让我们让游戏忽略非数字，以便用户可以继续猜测。我们可以通过修改将 guess 从 String 转换为 u32 的那一行来实现。
let guess: u32 = match guess.trim().parse() {
Ok(num) => num,
Err(_) => continue,
};
我们从 expect 调用切换到 match 表达式，从而从发生错误时崩溃转向处理错误。请记住，parse 返回一个 Result 类型，而 Result 是一个枚举，具有 Ok 和Err 变体。
如果 parse 能够成功地将字符串转换为数字，它将返回一个包含结果数字的 Ok 值。该 Ok 值将匹配 {} 的第一行，匹配表达式将返回 parse 生成的 num 值，并将其放入 Ok 值中。这个数字最终放入新创建的 guess 变量中。
如果 parse 不能将字符串转换为数字，它将返回一个 Err 值，其中包含有关错误的更多信息。下划线_是一个集合值。在这个例子中，我们说想要匹配所有Err值，不管它们里面有什么信息。因此程序将执行 continue，这告诉程序进入循环的下一次迭代，并要求进行另一次猜测。
最终程序
回想一下，程序仍然在打印密码。这对于测试来说非常有效，但却会破坏游戏。让我们删除 println！输出密码，或者注释掉。
use std::cmp::Ordering;
use std::io;
use rand::Rng;
fn main() {
println!("Guess the number!");
let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..=100);
// println!("The secret number is: {secret_number}");
loop {
println!("Please input your guess.");
let mut guess = String::new();
io::stdin()
.read_line(&mut guess)
.expect("Failed to read line");
let guess: u32 = match guess.trim().parse() {
Ok(num) => num,
Err(_) => continue,
};
println!("You guessed: {guess}");
match guess.cmp(&secret_number) {
Ordering::Less => println!("Too small!"),
Ordering::Greater => println!("Too big!"),
Ordering::Equal => {
println!("You win!");
break;
}
}
}
}
运行结果：
总结
这个项目以一种动手的方式介绍了许多新的 Rust 概念：let、match、函数、外部 crate 的使用等等。
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