Rust入门系列：04、猜数字游戏，引入rand随机数模块

上一篇文章我们使用 Rust 编程语言创建一个猜数字游戏, 仅仅只能打印出来用户的输入，我们这一小节会引入更多的功能。

首先，我们希望系统给我们生成一个随机数，我们也输入一个数字，然后和系统生成的随机数来进行比较，通常情况下会有三种可能：

• 比随机数小
• 比随机数大
• 和随机数相等

要实现这个功能，我们首先要在程序中引入rand模块,因为在rust原生类库中，并不包含随机数模块。

rand模块简介

rand 是一个 Rust 语言的库模块，它提供了一系列功能，用于生成随机数以及处理各种随机数相关的任务。这个库非常重要和常用，特别是在需要随机性的程序中。以下是 rand 库的一些主要用途和功能：

1. 生成随机数： rand 提供多种方式生成不同类型的随机数，比如整数、浮点数、布尔值等。
2. 不同分布的随机数：除了基本的随机数生成，它还支持多种概率分布（如均匀分布、正态分布、指数分布等）来生成特定分布的随机数。
3. 随机工具： 提供随机选择元素、洗牌数组等实用功能。
4. 随机数生成器（RNG）： 支持多种随机数生成器。如：ThreadRng：基于当前线程，非常适合普通应用，提供很好的性能和安全性。 StdRng：使用加密安全的随机数生成器，适合需要高随机性的场景。 - SmallRng：更高效但随机性较低，不适用于加密安全需要的场景。
5. 线程安全性： rand 考虑到多线程使用的需要，大部分RNG实现都是线程安全的，或者像 ThreadRng 这样专为线程本地使用优化。
6. 加密安全： 对于需要加密安全的应用，rand 提供了适合这类用途的 RNGs，例如，OsRng 直接使用操作系统提供的加密安全的随机数生成器。 在具体应用中，例如游戏、模拟、安全性测试、科学研究等场合，

rand 库提供了方便和强大的工具来满足随机性需求。使用 rand 库可以帮助开发者简化代码，同时保障了随机数的质量和应用的可靠性。

我们本小节主要使用的是随机数生成器的能力。

代码示例：

use std::cmp::Ordering;
use std::io;
use rand::Rng;

fn main() {
    println!("猜数游戏，包含随机数！");

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

    println!("神秘数字是:{}", secret_number);

    println!("猜测一个数");

    let mut guess = String::new();

    io::stdin().read_line(&mut guess).expect("无法读取行信息");

    let guess_to_string:u32 = guess.trim().parse().expect("please type a number!");

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

    println!("你猜测的数字是：{}",guess)
}

详细解释

1. 导入库模块

use std::cmp::Ordering;
use std::io;
use rand::Rng;

这几行代码导入所需的库。Ordering 用于比较大小，io 用于输入输出操作，rand::Rng 用于生成随机数。

2. 程序入口

fn main() {
    println!("猜数游戏，包含随机数！");

程序从 main 函数开始执行。首先输出一个欢迎信息，告诉玩家这是一个猜数游戏。

3. 生成随机数

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

使用 rand::thread_rng() 获取当前线程的随机数生成器，并调用 gen_range(1..101) 生成一个1到100之间的随机数（左闭右开区间），也就是包含1，但是不包含101。

4. 输出随机数（调试用）

println!("神秘数字是:{}", secret_number);

这行代码打印神秘数字。通常在发布游戏时，你应该注释或删除这一行，否则会暴露游戏答案。

5. 读取用户猜测

println!("猜测一个数");
let mut guess = String::new();
io::stdin().read_line(&mut guess).expect("无法读取行信息");

• • 首先提示用户输入一个数字。
  • guess 初始化为一个新的字符串；
  • 使用 io::stdin().read_line(&mut guess) 从标准输入中读取一行到 guess 中，.expect("无法读取行信息") 是错误处理，如果发生IO错误，则程序会输出错误信息并退出。

6. 将字符串转换为数字

let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("please type a number!");

• • 使用 guess.trim() 去除字符串前后的空白字符。
  • .parse() 尝试将修剪后的字符串转换为一个32位无符号整数（u32）。如果转换失败（例如，如果字符串包含非数字字符），程序将显示错误信息并退出。

7. 比较猜测与神秘数字

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

• • 使用 cmp 方法比较 guess 和 secret_number。
  • cmp 返回一个 Ordering 枚举，它可以是 Less、Greater 或 Equal。
  • match 语句根据 cmp 的结果来执行相应的分支。

8. 输出用户的猜测

println!("你猜测的数字是：{}", guess);

在游戏结束时输出用户最终的猜测。

总结相关知识点

这个简单的猜数字游戏包括生成一个随机数、读取用户输入、将输入转换为整数、比较数字、并给出用户猜测的反馈。

1. 使用标准库和第三方库：

• • 使用 rand 库生成随机数。
  • 使用标凈输入输出（std::io）处理输入和输出。

2. 变量和可变性：

• • 使用 let 声明变量。
  • 使用 mut 关键字来声明可变变量。

3. 基本数据类型：

• • 整数（如：i32，u32）。
  • 字符串处理，例如 String。

4. 控制流：

• • 使用 match 表达式来处理包含多个分支的逻辑，如比较猜测的数字与实际数字。

5. 错误处理：

• • 使用 Result 类型处理可能的错误。
  • 使用 expect 或 unwrap 方法处理 Result 类型，特别是在读取用户输入时。

6. 输入输出：

• • 使用 println! 宏打印输出到控制台。
  • 使用 std::io::stdin().read_line() 读取用户输入。

7. 类型转换：

• • 将输入的字符串转换为数字时使用 str::parse() 方法。