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作为我们的第一个项目,我们来实现一个经典新手编程问题:猜猜看游戏。它是这么工作的:我们的程序将会随机生成一个1到100之间的随机数。它接着会提示我们猜一个数。当我们猜了一个数之后,它会告诉我们是大了还是小了。当我们猜对了,它会祝贺我们。听起来如何? ## 准备 我们准备一个新项目。进入到你的项目目录。还记得我们曾经创建我们`hello_world`的项目目录和`Cargo.toml`文件吗?Cargo有一个命令来为我们做这些。让我们试试: ~~~ $ cd ~/projects $ cargo new guessing_game --bin $ cd guessing_game ~~~ 我们将项目名字传递给`cargo new`,然后用了`--bin`标记,因为我们要创建一个二进制文件,而不是一个库文件。 查看生成的`Cargo.toml`文件: ~~~ [package] name = "guessing_game" version = "0.0.1" authors = ["Your Name "] ~~~ Cargo从环境变量中获取这些信息。如果这不对,赶紧修改它。 最后,Cargo为我们生成了应给“Hello, world!”。查看`src/main.rs`文件: ~~~ fn main() { println!("Hello, world!") } ~~~ 让我们编译Cargo为我们生成的项目: ~~~ $ cargo build Compiling guessing_game v0.0.1 (file:///home/you/projects/guessing_game) ~~~ 很好,再次打开你的`src/main.rs`文件。我们会将所有代码写在这个文件里。稍后我们会讲到多文件项目。 在我们继续之前,让我们再告诉你一个新的Cargo命令:`run`。`cargo run`跟`cargo build`类似,并且还会运行我们刚生成的可执行文件。试试它: ~~~ $ cargo run Compiling guessing_game v0.0.1 (file:///home/you/projects/guessing_game) Running `target/guessing_game` Hello, world! ~~~ 很好!`run`命令在我们需要快速重复运行一个项目是非常方便。我们的游戏就是这么一个项目,在我们添加新内容之前我们需要经常快速测试项目。 ## 处理一次猜测 让我们开始吧!我们需要做的第一件事是让我们的玩家输入一个猜测。把这些放入你的`src/main.rs`: ~~~ 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) .ok() .expect("Failed to read line"); println!("You guessed: {}", guess); } ~~~ 这有好多东西!让我们一点一点的过一遍。 ~~~ use std::io; ~~~ 我们需要获取用户输入,并接着打印结果作为输出。为此,我们需要标准库的`io`库。Rust为所有程序只导入了很少一些东西,[‘prelude’](http://doc.rust-lang.org/nightly/std/prelude/)。如果它不在预先导入中,你将不得不直接`use`它。 ~~~ fn main() { ~~~ 就像你之前见过的,`main()`是你程序的入口点。`fn`语法声明了一个新函数,`()`表明这里没有参数,而`{`开始了函数体。因为我们不包含返回类型,它假设是`()`,一个空的[元组](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/primitive-types.html#tuples)。 ~~~ println!("Guess the number!"); println!("Please input your guess."); ~~~ 我们之前学过`println!()`是一个在屏幕上打印[字符串](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/strings.html)的[宏](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/macros.html)。 ~~~ let mut guess = String::new(); ~~~ 现在我们遇到有意思的东西了!这一小行有很多内容。第一个我们需要注意到的是[let语句](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/variable-bindings.html),它用来创建“变量绑定”。它使用这个形式: ~~~ let foo = bar; ~~~ 这回创建一个叫做`foo`的新绑定,并绑定它到`bar`这个值上。在很多语言中,这叫做一个“变量",不过Rust的变量绑定暗藏玄机。 例如,它们默认是[不可变的](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/mutability.html)。这时为什么我们的例子使用了`mut`:它让一个绑定可变,而不是不可变。`let`并不从左手边获取一个名字,事实上他接受一个[模式(pattern)](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/patterns.html)。我们会在后面更多的使用模式。现在它使用起来非常简单: ~~~ let foo = 5; // immutable. let mut bar = 5; // mutable ~~~ 噢,同时`//`会开始一个注释,直到这行的末尾。Rust忽略[注释](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/comments.html)中的任何内容。 那么现在我们知道了`let mut guess`会引入一个叫做`guess`的可变绑定,不过我们不得不看看`=`的右侧,它绑定的内容:`String::new()`。 `String`是一个字符串类型,由标准库提供。[String](http://doc.rust-lang.org/nightly/std/string/struct.String.html)是一个可增长的,UTF-8编码的文本。 `::new()`语法用了`::`因为它是一个特定类型的”关联函数“。这就是说,它与`String`自身关联,而不是与一个特定的`String`实例关联。一些语言管这叫一个”静态方法“。 这个函数叫做`new()`,因为它创建了一个新的,空的`String`。你会在很多类型上找到`new()`函数,因为它是创建一些类型新值的通常名称。 让我们继续: ~~~ io::stdin().read_line(&mut guess) .ok() .expect("Failed to read line"); ~~~ 这稍微有点多!让我们一点一点来。第一行有两部分。这是第一部分: ~~~ io::stdin() ~~~ 还记得我们如何在程序的第一行`use``std::io`的吗?现在我们调用了一个与之相关的函数。如果我们不`use std::io`,那么我们就得写成`std::io::stdin()`。 这个特殊的函数返回一个句柄到你终端的标准输入。更具体的,一个[std::io::Stdin](http://doc.rust-lang.org/nightly/std/io/struct.Stdin.html)。 下一部分将用这个句柄去获取用户输入: ~~~ .read_line(&mut guess) ~~~ 这里,我们对我们的句柄调用了[read_line()](http://doc.rust-lang.org/nightly/std/io/struct.Stdin.html#method.read_line)方法。[方法](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/methods.html)(404)就像关联函数,不过只在一个类型的特定实例上可用,而不是这个类型本身。我们也向`read_line()`传递了一个参数:`&mut guess`。 还记得我们上面怎么绑定`guess`的吗?我们说它是可变的。然而,`read_line`并不获取`String`作为一个参数:它获取一个`&mut String`。Rust有一个叫做[“引用”](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/references-and-borrowing.html)的功能,它允许你对一片数据有多个引用,用它可以减少拷贝。引用是一个复杂的功能,因为Rust的一个主要卖点就是它如何安全和便捷的使用引用。然而,目前我们还不需要知道很多细节来完成我们的程序。现在,所有我们需要了解的是像`let`绑定,引用默认是不可变的。因此,我们需要写成`&mut guess`,而不是`&guess`。 为什么`read_line()`会需要一个字符串的可变引用呢?它的工作是从标准输入获取用户输入,并把它放入一个字符串。所以它用字符串作为参数,为了可以增加输入,它必须是可变的。 不过我们还未完全看完这行代码。虽然它是单独的一行代码,它是只是这个单独逻辑代码行的开头部分: ~~~ .ok() .expect("Failed to read line"); ~~~ 当你用`.foo()`语法调用一个函数的时候,你可能会引入一个新行符或其它空白。这帮助我们拆分长的行。我们_可以_这么干: ~~~ io::stdin().read_line(&mut guess).ok().expect("failed to read line"); ~~~ 不过这样会难以阅读。所以我们把它分开,3行对应3个方法调用。我们已经谈论过了`read_line()`,不过`ok()`和`expect()`呢?好吧,我们已经提到过`read_line()`将用户输入放入我们传递给它的`&mut String`中。不过他也返回一个值:在这个例子中,一个[io::Result](http://doc.rust-lang.org/nightly/std/io/type.Result.html)。Rust的标准库中有很多叫做`Result`的类型:一个泛型[Result](http://doc.rust-lang.org/nightly/std/result/enum.Result.html),然后是子库的特殊版本,例如`io::Result`。 这个`Result`类型的作用是编码错误处理信息。`Result`类型的值,像任何(其它)类型,有定义在其上的方法。在这个例子中,`io::Result`有一个`ok()`方法,它说“我们想假设这个值是一个成功的值。如果不是,就抛出错误信息”。为什么要抛出错误呢?好吧,对于一个基础的程序,我们只想打印出一个通用错误,因为基本上任何问题意味着我们不能继续。[ok()方法](http://doc.rust-lang.org/nightly/std/result/enum.Result.html#method.ok)返回一个值,有另一个方法定义在其上:`expect()`。[expect()方法](http://doc.rust-lang.org/nightly/std/option/enum.Option.html#method.expect)获取调用它的值,而且如果它不是一个成功的值,[panic!](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/error-handling.html)并带有你传递给它的信息。这样的`panic!`会使我们的程序崩溃,显示(我们传递的)信息。 如果我们去掉这两个函数调用,我们的程序会编译通过,不过我们会得到一个警告: ~~~ $ cargo build Compiling guessing_game v0.1.0 (file:///home/you/projects/guessing_game) src/main.rs:10:5: 10:39 warning: unused result which must be used, #[warn(unused_must_use)] on by default src/main.rs:10 io::stdin().read_line(&mut guess); ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~ Rust警告我们我们并未使用`Result`的值。这个警告来自`io::Result`的一个特殊注解。Rust尝试告诉你你并未处理一个可能的错误。阻止错误的正确方法是老实编写错误处理。幸运的是,如果我们只是想如果这有一个问题就崩溃的话,我们可以用这两个小方法。如果我们想从错误中恢复什么的,我们得做点别的,不过我们会把它留给接下来的项目。 这是我们第一个例子仅剩的一行: ~~~ println!("You guessed: {}", guess); } ~~~ 这打印出我们保存输入的字符串。`{}`是一个占位符,所以我们传递`guess`作为一个参数。如果我们有多个`{}`,我们应该传递多个参数: ~~~ let x = 5; let y = 10; println!("x and y: {} and {}", x, y); ~~~ 简单加愉快。 不过怎么说,这只是一个观光。我们可以用`cargo run`运行我们写的: ~~~ $ cargo run Compiling guessing_game v0.1.0 (file:///home/you/projects/guessing_game) Running `target/debug/guessing_game` Guess the number! Please input your guess. 6 You guessed: 6 ~~~ 好的!我们的第一部分完成了:我们可以从键盘获取输入,并把它打印回去。 ## 生成一个秘密数字 接下来,我们要生成一个秘密数字。Rust标准库中还未包含一个随机数功能。Rust团队确实,然而,提供了一个[`rand` crate](https://crates.io/crates/rand)。一个“包装箱”(crate)是一个Rust代码的包。我们已经构建了一个”二进制包装箱“,它是一个可执行文件。`rand`是一个”库包装箱“,它包含被认为应该被其它程序使用的代码。 使用外部包装箱是Cargo的亮点。在我们使用`rand`编写代码之前,我们需要修改我们的`Cargo.toml`。打开它,并在末尾增加这几行: ~~~ [dependencies] rand="0.3.0" ~~~ `Cargo.toml`的`[dependencies]`部分就像`[package]`部分:所有之后的东西都是它的一部分,直到下一个部分开始。Cargo使用依赖部分来知晓你用的外部包装箱的依赖,和你要求的版本。在这个例子中,我们用了`0.3.0`版本。Cargo理解[语义化版本](http://semver.org/lang/zh-CN/),它是一个编写版本号的标准。如果我们想要使用最新版本我们可以使用`*`或者我们可以使用一个范围的版本。[Cargo文档](http://doc.crates.io/crates-io.html)包含更多细节。 现在,在不修改任何我们代码的情况下,让我们构建我们的项目: ~~~ $ cargo build Updating registry `https://github.com/rust-lang/crates.io-index` Downloading rand v0.3.8 Downloading libc v0.1.6 Compiling libc v0.1.6 Compiling rand v0.3.8 Compiling guessing_game v0.1.0 (file:///home/you/projects/guessing_game) ~~~ (当然,你可能会看到不同的版本) 很多新的输出!现在我们有了一个外部依赖,Cargo从记录中获取了所有东西的最新版本,它们是来自[Crates.io](https://crates.io/)的一份拷贝。Crates.io是Rust生态系统中人们发表开源Rust项目供它人使用的地方。 在更新了记录后,Cargo检查我们的`[dependencies]`并下载任何我们还没有的东西。在这个例子中,虽然我们只说了我们要依赖`rand`,我们也获取了一份`libc`的拷贝。这是因为`rand`依赖`libc`工作。在下载了它们之后,它编译它们,然后接着编译我们的项目。 如果我们再次运行`cargo build`,我们会得到不同的输出: ~~~ $ cargo build ~~~ 没错,木有输出!Cargo知道我们的项目被构建了,并且所有它的依赖也被构建了,所以没有理由再做一遍所有这一些。没有事情做,它简单的退出了。如果我们再打开`src/main.rs`,做一个无所谓的修改,然后接着再保存,我们就会看到一行: ~~~ $ cargo build Compiling guessing_game v0.1.0 (file:///home/you/projects/guessing_game) ~~~ 所以,我们告诉Cargo我们需要任何`0.3.x`版本的`rand`,并且因此它获取在本文被编写时的最新版,`v0.3.8`。不过你瞧瞧当下一周,`v0.3.9`出来了,带有一个重要的bug修改吗?虽然bug修改很重要,不过如果`0.3.9`版本包含破坏我们代码的回归呢? 这个问题的回答是现在你会在你项目目录中找到的`Cargo.lock`。当你第一次构建你的项目的时候,Cargo查明所有符合你的要求的版本,并接着把它们写到了`Cargo.lock`文件里。当你在未来构建你的项目的时候,Cargo会注意到`Cargo.lock`的存在,并接着使用指定的版本而不是再次去做查明版本的所有工作。这让你有了一个可重复的自动构建。换句话说,我们会保持在`0.3.8`直到我们显式的升级,这对任何使用我们共享的代码的人同样有效,感谢锁文件。 当我们_确实_想要使用`v0.3.9`怎么办?Cargo有另一个命令,`update`,它代表“忽略锁,搞清楚所有我们指定的最新版本。如果这能工作,将这些版本写入锁文件”。不过,默认,Cargo只会寻找大于`0.3.0`小于`0.4.0`的版本。如果你想要移动到`0.4.x`,我们不得不直接更新`Cargo.toml`文件。当我们这么做,下一次我们`cargo build`,Cargo会更新索引并重新计算我们的`rand`要求。 关于[ Cargo](http://doc.crates.io/)和[它的生态系统](http://doc.crates.io/crates-io.html)有很多东西要说,不过眼下,这是我们需要知道的一切。Cargo让重用库变得真正的简单,并且Rustacean们可以编写更小的由很多子包组装成的项目。 让我们确实的_使用_`rand`。这是我们的下一步: ~~~ extern crate rand; use std::io; use rand::Rng; fn main() { println!("Guess the number!"); let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1, 101); println!("The secret number is: {}", secret_number); println!("Please input your guess."); let mut guess = String::new(); io::stdin().read_line(&mut guess) .ok() .expect("failed to read line"); println!("You guessed: {}", guess); } ~~~ 我们做的第一件事是修改第一行。现在它是`extern crate rand`。因为我们在我们的`[dependencies]`声明了`rand`,我们可以用`extern crate`来让Rust知道我们正在使用它。这也等同于一个`use rand;`,所以我们可以通过`rand::`前缀使用`rand`包装箱中的一切。 下一步,我们增加了另一行`use`:`use rand::Rng`。我们一会将要使用一个方法,并且它要求`Rng`在作用域中才能工作。这个基本观点是:方法定义在一些叫做“特性”的东西上面,而为了让方法能够工作,需要这个特性位于作用域中。关于更多细节,阅读[特性](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/traits.html)部分。 这里还有两行我们增加的,在中间: ~~~ let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1, 101); println!("The secret number is: {}", secret_number); ~~~ 我们用`rand::thread_rng()`函数来获取一个随机数生成器的拷贝,它位于我们特定的执行[线程](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/concurrency.html)的本地。因为我们`use rand::Rng`了,我们有一个`gen_range()`方法可用。这个函数获取两个参数,并产生一个位于其间的数字。它包含下限,不过不包含上限,所以我们需要`1`和`101`来生成一个`1`和`100`之间的数。 第二行仅仅打印出了秘密数字。这在我们开发我们的程序时很有用,所以我们可以简单的测试出来。不过在最终版本中我们会删除它。在开始就打印出结果就没什么可玩的了! 尝试运行我们的新程序几次: ~~~ $ cargo run Compiling guessing_game v0.1.0 (file:///home/you/projects/guessing_game) Running `target/debug/guessing_game` Guess the number! The secret number is: 7 Please input your guess. 4 You guessed: 4 $ cargo run Running `target/debug/guessing_game` Guess the number! The secret number is: 83 Please input your guess. 5 You guessed: 5 ~~~ 好的!接下来:让我们比较我们的猜测和秘密数字。 ## 比较猜测 现在我们得到了用户输入,让我们比较我们的猜测和随机值。这是我们的下一步,虽然它还不能正常工作: ~~~ extern crate rand; use std::io; use std::cmp::Ordering; use rand::Rng; fn main() { println!("Guess the number!"); let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1, 101); println!("The secret number is: {}", secret_number); println!("Please input your guess."); let mut guess = String::new(); io::stdin().read_line(&mut guess) .ok() .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!"), } } ~~~ 这有一些新东西。第一个是另一个`use`。我们带来了一个叫做`std::cmp::Ordering`类型到作用域中。接着,底部5行代码使用了它: ~~~ match guess.cmp(&secret_number) { Ordering::Less => println!("Too small!"), Ordering::Greater => println!("Too big!"), Ordering::Equal => println!("You win!"), } ~~~ `cmp()`可以在任何能被比较的值上调用,并且它获取你想要比较的值的引用。它返回我们之前`use`的`Ordering`类型。我们使用一个[match](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/match.html)语句来决定具体是哪种`Ordering`。`Ordering`是一个[枚举](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/enums.html),“enumeration”的简写,它看起来像这样: ~~~ enum Foo { Bar, Baz, } ~~~ 通过这个定义,任何`Foo`可以是`Foo::Bar`或者`Foo::Baz`。我们用`::`来表明一个特定`enum`变量的命名空间。 [Ordering](http://doc.rust-lang.org/nightly/std/cmp/enum.Ordering.html)枚举有3个可能的变量:`Less`,`Equal`和`Greater`。`match`语句获取类型的值,并让你为每个可能的值创建一个“分支”。因为我们有3种类型的`Ordering`,我们有3个分支: ~~~ match guess.cmp(&secret_number) { Ordering::Less => println!("Too small!"), Ordering::Greater => println!("Too big!"), Ordering::Equal => println!("You win!"), } ~~~ 如果它是`Less`,我们打印`Too small!`,如果它是`Greater`,`Too big!`,而如果`Equal`,`You win!`。`match`真的灰常有用,并且在Rust中经常使用。 我确实提到过我们还不能正常运行,虽然。让我们试试: ~~~ $ cargo build Compiling guessing_game v0.1.0 (file:///home/you/projects/guessing_game) src/main.rs:28:21: 28:35 error: mismatched types: expected `&collections::string::String`, found `&_` (expected struct `collections::string::String`, found integral variable) [E0308] src/main.rs:28 match guess.cmp(&secret_number) { ^~~~~~~~~~~~~~ error: aborting due to previous error Could not compile `guessing_game`. ~~~ 噢!这是一个大错误。它的核心是我们有“不匹配的类型”。Rust有一个强大的静态类型系统。然而,它也有类型推断。当我们写`let guess = String::new()`,Rust能够推断出`guess`应该是一个`String`,并因此不需要我们写出类型。而我们的`secret_number`,这有很多类型可以有从`1`到`100`的值:`i32`,一个32位数,或者`u32`,一个无符号的32位值,或者`i64`,一个64位值。或者其它什么的。目前为止,这并不重要,所以Rust默认为`i32`。然而,这里,Rust并不知道如何比较`guess`和`secret_number`。它们必须是相同的类型。最终,我们想要我们作为输入读到的`String`转换为一个真正的数字类型,来进行比较。我们可以用额外3行来搞定它。这是我们的新程序: ~~~ extern crate rand; use std::io; use std::cmp::Ordering; use rand::Rng; fn main() { println!("Guess the number!"); let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1, 101); println!("The secret number is: {}", secret_number); println!("Please input your guess."); let mut guess = String::new(); io::stdin().read_line(&mut guess) .ok() .expect("failed to read line"); let guess: u32 = guess.trim().parse() .ok() .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!"), } } ~~~ 新的3行是: ~~~ let guess: u32 = guess.trim().parse() .ok() .expect("Please type a number!"); ~~~ 稍等,我认为我们已经用过了一个`guess`?确实,不过Rust允许我们用新值“遮盖(shadow)”之前的`guess`。这在这种具体的情况中经常被用到,`guess`开始是一个`String`,不过我们想要把它转换为一个`u32`。遮盖(Shadowing)让我们重用`guess`名字,而不是强迫我们想出两个独特的像`guess_str`和`guess`,或者别的什么的。 我们绑定`guess`到一个看起来像我们之前写的表达式: ~~~ guess.trim().parse() ~~~ 后跟一个`ok().expect()`调用。这里,`guess`引用旧的`guess`,那个我们输入用到的`String`。`String`的`trim()`方法会去掉我们字符串开头和结尾的任何空格。这很重要,因为我们不得不按“回车”键来满足`read_line()`。这意味着如果我们输入`5`并按回车,`guess`看起来像这样:`5\n`。`\n`代表“新行”,回车键。`trim()`去掉这些,保留`5`给我们的字符串。[字符串的`parse()`方法](http://doc.rust-lang.org/nightly/std/primitive.str.html#method.parse)将字符串解析为一些类型的数字。因为它可以解析多种数字,我们需要给Rust一些提醒作为我们具体想要的数字的类型。因此,`let guess: u32`。`guess`后面的分号(`:`)告诉Rust我们要标注它的类型。`u32`是一个无符号的,32位整型。Rust有[一系列内建类型](http://doc.rust-lang.org/nightly/book/primitive-types.html#numeric-types),不过我们选择了`u32`。它是一个小的正数的好的默认选择。 就像`read_line()`,我们调用`parse()`可能产生一个错误。如果我们的字符串包含`A