2.2 猜数游戏Pt.2 生成随机数

2.2.0 本篇知识点

在本篇中，你将学到:

外部 crate 的搜索与下载
Cargo 依赖项管理
基于语义化版本的升级规则
rand 随机数生成器
…

2.2.1 游戏目标

生成一个 1 到 100 间的随机数（本篇会涉及）
提示玩家输入一个猜测
猜完之后，程序会提示猜测是太大了还是太小了
如果猜测正确，那么打印一个庆祝信息，程序退出

2.2.2 代码实现

Step 1：寻找外部库

虽然 Rust 标准库内并没有提供与生成随机数相关的函数，但 Rust 团队开发了具有这个功能的外部库。在 Rust 官方 crates 注册中心中搜索 rand 就可以找到它。这个页面提供了非常详细的 crate 介绍。 crates.io 上 rand 库 v0.8.5 的页面截图

Rust 的 crate 一共分为两种：

库 crate（Library crate）：提供功能或逻辑模块的 crate。它没有 main 函数，不能单独运行。通常用于与其他代码共享功能。rand 这个 crate 就属于库 crate。
二进制 crate（Binary crate）：可执行程序，包含一个 main 函数，编译后会生成可运行的二进制文件。用于构建独立、可运行的 Rust 应用程序。

Step 2：把这个外部 crate 写入 Cargo 依赖项

接下来就需要把这个外部库写入 Cargo 依赖项（有关 Cargo 的介绍在 1.3. Rust Cargo 基础知识中已提及，这里不再重复），以供程序调用。

打开项目中的 Cargo.toml 文件，在 dependencies 下面添加依赖项，格式为 依赖项名 = "依赖项版本"（crate 页面的 Install 一栏下也有这种写法）。这个程序需要 rand 这个依赖项，并且使用 0.8.5 这个版本，就应该写 rand = "0.8.5"。如果这个依赖项还有自己的依赖项，Cargo 就会在编译时自动下载它们。

实际上，0.8.5 这种版本号写法是一种简写，其完整写法为 ^0.8.5，表示任何与 0.8.5 版本公共 API 兼容的版本都可以（至少是 0.8.5，但低于 0.9.0）。比如某个依赖项的版本是 1.2，那就相当于 ^1.2.0，意味着允许任意 >=1.2.0 且 <2.0.0 的版本——因此可以解析到 1.3.0 等更高的 1.x 版本，但不会升级到 2.0.0 或更高版本。

Cargo 会把实际选中的精确版本记录在 Cargo.lock 中，并在之后的构建中复用这些版本，直到你更新依赖（例如使用 cargo update）。

如果某个依赖项的更新会破坏基于旧版本依赖项编写的代码，那么重新构建后会发生什么呢？答案在 Cargo.lock 文件中。在构建时，Cargo 会检查是否已经存在 Cargo.lock 文件；如果有，就使用这个文件里指定的版本，从而避免兼容性问题。

如果想在当前标准下更新版本，可以在终端中使用 cargo update。具体步骤如下:

复制 Cargo 项目所在路径，打开终端，输入 cd Cargo_project_path
输入 cargo update

这个命令会更新 Cargo.lock：向注册表查询仍然满足 Cargo.toml 中要求的最新依赖版本；Cargo.toml 里写下的版本要求本身不会改变。举个例子，假如某个依赖项在 Cargo.toml 中声明的版本是 1.2，cargo update 就可以把锁定的版本升级到不低于 1.2.0 的最新 1.x.x，但不会升级到 2.0.0 或更高版本；同时 Cargo.toml 中写下的要求依然是 1.2。

Step 3：在代码中使用这个依赖项

在程序开头需要使用关键字 use 来导入依赖项:

#![allow(unused)]
fn main() {
use rand::Rng;
}

rand::Rng 是一个 trait。trait 类似于其他语言中的接口（如 Java 的接口或 C++ 的纯虚基类），用于规定一组类型必须实现的函数和方法。rand::Rng 定义了随机数生成器所需的一些方法。

接下来在 main 中使用这个 trait 来生成随机数:

#![allow(unused)]
fn main() {
let range_number = rand::thread_rng().gen_range(1..101);
}

PS：在旧版本中，应写为 gen_range(1, 101)。

let range_number：声明了一个叫做 range_number 的不可变变量
=：赋值
rand::thread_rng()：返回一个 ThreadRng 值，它是一个随机数生成器。这个随机数生成器位于本地线程空间，并通过操作系统获得种子。
.gen_range(1..101)：rand::thread_rng() 上的一个方法，它接收一个范围，并在该范围内生成随机数。这里会生成从 1 开始、到但不包括 101 的数字。

最后再打印出这个随机数（println! 的使用在 2.1 猜数游戏Pt.1 一次猜测已作介绍，这里不再重复）:

#![allow(unused)]
fn main() {
println!("The secret number is: {}", range_number);
}

2.2.3 代码效果

这是完整的代码:

use std::io;
use rand::Rng;

fn main() {
    let range_number = rand::thread_rng().gen_range(1..101);

    println!("Number Guessing Game");

    println!("Guess a number");

    let mut guess = String::new();

    io::stdin().read_line(&mut guess).expect("Could not read the line");

    println!("The number you guessed is:{}", guess);

    println!("The secret number is: {}", range_number);
}

运行效果如下（每次运行的神秘数字都会不同）:

Number Guessing Game
Guess a number
10
The number you guessed is:10

The secret number is: 65

Keyboard shortcuts

Rust指南