2.3 猜数游戏Pt.3 输入数与随机数的对比

2.3.0 本篇知识点

在本篇中，你将学到:

match 的用法
遮蔽（shadowing）
类型转换
Ordering 类型

2.3.1 游戏目标

生成一个 1 到 100 间的随机数
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（本篇会涉及）
如果猜测正确，那么打印一个庆祝信息，程序退出

2.3.2 代码实现

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);
}

Step 1：数据类型的转换

由代码可知，guess 是字符串，而 range_number 是整数。这两个变量类型不同，不能直接比较。我们需要把字符串转换成整数——这里会使用 u32（无符号 32 位整数）。range_number 最终被推断成哪一种整数类型，会在下文写出比较代码后更清楚。

#![allow(unused)]
fn main() {
let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("Please enter a number");
}

let guess: u32：声明一个名为 guess、类型为 u32（无符号 32 位整数，也就是不能表示负数）的变量。但这里有一个问题：在之前的代码中（let mut guess = String::new();）已经声明了一个叫做 guess 的变量，不会报错吗？答案是不会，因为 Rust 允许用同名的新变量遮蔽旧变量。这叫做遮蔽（shadowing）（当一个变量、函数或类型的名称在当前作用域中被重新定义时，会隐藏外部作用域中同名的变量、函数或类型）。它允许代码复用同一个变量名，而无需声明新的变量。这个特性会在 3.1 变量与可变性仔细介绍。

这里可以举一个例子:

fn main() {
    let a = 1;
    println!("{}", a);
    let a = "one";
    println!("{}", a);
}

这么做程序不会报错，并且会打印出:

1
one

当程序执行到第一个 let 绑定处时，a 被赋值为 1，所以紧接着的 println! 打印出的是 1；当第二个 let 复用名字 a 时，它会用 "one" 遮蔽旧值，所以下一行打印的就是 one。这就是遮蔽。

=：赋值
guess.trim()：这里的 guess 指的是旧的 guess，类型为字符串，内容是用户输入。因为 read_line() 也会把用户的回车记录进去，所以需要使用 .trim()。.trim() 的作用是去掉字符串前后的空格和换行，类似于 Python 中的 .strip()。
.parse()：它可以把字符串解析为某种数值类型。用户的正常输入会是 1 到 100 间的数，这个数可以放进 i32、u32 或 i64 等类型。那么解析后到底是哪种类型呢？你得告诉 Rust 你要哪种类型，所以在声明变量时才要显式指定为 u32（类似于 Python 中的静态类型标注，在变量名后面加上 :desired_type）。当然，转换有可能会失败。比如说输入 xyz，就没法解析成整数。Rust 足够聪明，让 .parse() 返回一个 Result 类型（在 2.1 猜数游戏Pt.1 一次猜测中讲到过）。这种枚举有两个变体：Ok 和 Err。如果转换成功，枚举就会返回 Ok 和转换后的结果；如果失败，就会返回 Err 和失败原因。
.expect()：它是 Result 类型上的一个方法，与 .parse() 的返回值类型相同。如果解析失败，.parse() 就会返回 Err，.expect() 会立即触发 panic!，终止当前程序，并打印 expect 中的错误信息。反之，.parse() 就会返回 Ok，.expect() 会把附加的值返回出来，也就是把转换好的数字赋给 guess。

Step 2：数字的比较

在成功转换数据类型后，我们就可以比较这两个数字了。先在代码开头导入类型:

#![allow(unused)]
fn main() {
use std::cmp::Ordering;
}

这段代码表示从 std 标准库里引入一个叫做 Ordering 的类型。Ordering 是一个枚举，它有三个变体（可以把它理解为三个可能的值）：Ordering::Less、Ordering::Greater 和 Ordering::Equal，分别表示小于、大于和等于。

再在 main 里写下对比代码:

#![allow(unused)]
fn main() {
match guess.cmp(&range_number) {
    Ordering::Less => println!("Too small"),
    Ordering::Greater => println!("Too big"),
    Ordering::Equal => println!("You win"),
}
}

guess.cmp(&range_number)：guess 上有一个方法叫 .cmp()（cmp 是 compare 的缩写）。它会比较点号前面的值和括号里的值。这里点号前面的值是 guess，括号里的值是对 range_number 的引用（& 是取地址符，代表引用）。.cmp() 的返回值类型是 Ordering，也就是上文导入的类型。

这里还涉及到了 Rust 的类型推断。这里有两张 IDE 截图，一张是还没写这段 match 表达式时，一张是写了之后。注意看 let range_number = rand::thread_rng().gen_range(1..101); 这一行（第 5 行）：可以看到，没有写 match 表达式时，IDE 提示 range_number 的类型是 i32；写了 match 之后，IDE 提示 range_number 的类型是 u32。这是为什么呢？因为 guess.cmp(&range_number) 进行了比较，虽然 range_number 没有被显式标注类型，但 guess 已经被显式定义为 u32。得益于 Rust 强大的基于上下文的类型推断，guess.cmp(&range_number) 的需求会让 range_number 被推断为 u32。而没有 match 时，因为 Rust 默认的整数类型是 i32，且没有任何其他约束要求 range_number 是别的类型，所以编译器会推断为 i32。
match：Rust 的模式匹配表达式。它让我们可以根据 .cmp() 返回的 Ordering 枚举值来决定下一步操作。一个 match 表达式由多个分支（也叫臂，英文是 arm）组成。每个分支都包含一个匹配模式（用来匹配输入值的条件）和一个要执行的代码块（模式匹配成功时运行的代码）。如果 match 后面的值（在这个程序中就是 guess.cmp(&range_number)）匹配上了某个分支，程序就会执行这个分支下的代码。

在这个程序中，Ordering::Less、Ordering::Greater 和 Ordering::Equal 就是匹配模式，println!("Too small")、println!("Too big") 和 println!("You win") 就是对应的代码块。举个例子，如果 guess 等于 range_number，.cmp() 就会返回 Ordering::Equal，match 找到与之匹配的第三个分支，然后执行这个分支的代码块，也就是 println!("You win")。

match 会从上到下检查分支。在这个程序里，就是先检查 Ordering::Less，再检查 Ordering::Greater，最后检查 Ordering::Equal。

我们会在 6.3 控制流运算符-match 中更详细地讲解 match。

2.3.3 代码效果

以下是截至目前的完整代码:

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

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");

    let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("Please enter a number");

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

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

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

效果如下（每次运行的神秘数字都会不同；这里猜测 10 偏小）:

Number Guessing Game
Guess a number
10
The number you guessed is:10
Too small
The secret number is: 48

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