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rust-lang.xfoss.com
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bc2422406e
commit
77b6275b2e
773
:w
773
:w
@ -1,773 +0,0 @@
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# 编写猜数游戏
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**Programming a Guessing Game**
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咱们来一起通过一个实践项目，了解 Rust 吧！本章通过演示如何在一个实际程序中，如何运用他们，从而介绍一些常见 Rust 概念。咱们将了解 `let`、`match`、方法、关联函数、外部代码箱等！在接下来的章节中，我们将更详细地探讨这些概念。在本章中，咱们将只练习这些基本知识。
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我们将实现一个经典的初学者编程问题：猜数游戏。其原理如下：程序将随机生成一个介于 1 和 100 之间的整数。然后，程序会提示玩家，输入一个猜测值。猜测值输入后，程序会显示猜测值是过低还是过高。如猜测正确，游戏将打印一条祝贺信息并退出。
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## 建立一个新项目
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**Setting Up a New Project**
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要建立一个新项目，请进入咱们在第 1 章中，创建的 `projects` 目录，并使用 Cargo 创建一个新项目，像这样：
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```console
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$ cargo new guessing_game
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$ cd guessing_game
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```
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第一条命令，`cargo new`，取项目名字（`guessing_game`）作为第一个参数。第二条命令会更改到新项目的目录。
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查看生成的 `Cargo.toml` 文件：
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文件名：`Cargo.toml`
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```toml
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[package]
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name = "guessing_game"
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version = "0.1.0"
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edition = "2021"
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# See more keys and their definitions at https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html
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[dependencies]
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```
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正如咱们在第 1 章中所看到的，`cargo new` 会给咱们生成一个 "Hello, world!" 程序。请查看 `src/main.rs` 文件：
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文件名：`src/main.rs`
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```rust
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fn main() {
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println! ("Hello, world!");
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}
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```
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现在我们来使用 `cargo run` 命令，在同一步骤编译并运行这个 "Hello, world!" 程序：
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```console
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$ cargo run
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Compiling guessing_game v0.1.0 (/home/peng/rust-lang/projects/guessing_game)
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Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.44s
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Running `target/debug/guessing_game`
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Hello, world!
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```
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当咱们需要在某个项目快速迭代，就像我们在这个游戏中将要做的，在进入下一迭代之前，快速测试每一次迭代时，`run` 这个命令就会派上用场。
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请重新打开 `src/main.rs` 文件。咱们将在这个文件中，编写所有代码。
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## 处理一个猜数
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**Processing a Guess**
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猜数游戏程序的第一部分，将请求用户输入，处理输入信息，并检查输入信息是否符合预期形式。首先，我们将允许玩家输入一个猜测。请在 `src/main.rs` 中，输入清单 2-1 中的代码。
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文件名：`src/main.rs`
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```rust
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use std::io;
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fn main() {
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println! ("请猜这个数！");
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println! ("请输入你的猜数。");
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let mut guess = String::new();
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io::stdin()
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.read_line(&mut guess)
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.expect("读取行失败/failed to read line");
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println! ("你猜的是：{guess}");
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}
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```
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*清单 2-1，从用户处获取一个猜数并将其打印出来的代码*
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这段代码包含了大量信息，所以我们来逐行查看。要获取用户输入，然后将结果打印输出，我们就需要将 `io` 这个输入/输出库，带入作用域。`io` 库来自标准库，即 `std`：
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```rust
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use std::io;
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```
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默认情况下，Rust 在标准库中定义了一组，其会带入到每个程序作用域中的项目。这组项目被称为 *前奏，prelude*，咱们可以在 [标准库文档](https://doc.rust-lang.org/std/prelude/index.html) 中，查看他当中的全部项目。
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如果咱们打算使用的某个类型不在前奏中，那么就必须用一条 `use` 语句，显式地将该类型带入作用域。使用 `std::io` 库，提供到咱们许多有用功能，包括接受用户输入的能力。
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正如咱们在第 1 章所看到的，`main` 函数是该程序的入口，the entry point into the program：
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```rust
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fn main() {
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```
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`fn` 语法声明了一个新函数；括号 `()` 表明没有参数；花括号，`{`，开启了该函数的。
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同样如同咱们在第 1 章中所掌握的，`println!` 是个将字符串打印到屏幕上的宏，a macro：
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```console
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println! ("猜出这个数来！");
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println! ("请输入你猜的数。");
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```
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这段代码打印出说明游戏是什么，以及要求用户输入的提示信息。
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### 使用变量存储值
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**Storing Values with Variables**
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接下来，我们将创建一个 *变量，variable*，来存储用户输入，就像这样：
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```rust
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let mut guess = String::new();
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```
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现在，程序开始变得有趣起来！在这短短一行中，发生了很多事情。我们使用 `let` 语句，创建这个变量。下面是另一个例子：
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```rust
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let apples = 5;
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```
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这一行创建了个名为 `apples` 的新变量，并将其与值 5 绑定。在 Rust 中，变量默认是不可变的，immutable，这意味着一旦我们赋给变量某个值，该值就不会改变。我们将在第 3 章 [“变量和可变性”](programming_concepts/variables_and_mutability.md) 小节中，详细讨论这一概念。要使某个变量可变，我们就要在该变量的名字前，添加 `mut` 关键字：
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```rust
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let apples = 5; // 不可变（immutable）
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let mut bananas = 5; // 可变（mutable）
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```
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> **注意**：其中的 `//` 语法，会开始一条持续到行尾的注释。Rust 会忽略注释中的所有内容。我们将在 [第 3 章](programming_concepts/comments.md) 详细讨论注释。
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回到猜数游戏程序，咱们现在知道，`let mut guess` 将引入一个名为 `guess` 的可变变量。等号（`=`）告诉 Rust，我们现在打算给变量绑定某个东西。等号右边是 `guess` 要被绑定到的，调用 `String::new` 函数的结果，该函数会返回一个 `String` 的新实例。而 [`String`](https://doc.rust-lang.org/std/string/struct.String.html) 是标准库所提供的一种字符串类型，是可增长的、UTF-8 编码的文本。
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`::new` 代码行中的 `::` 语法，表明 `new` 是 `String` 类型的一个关联函数。所谓 *关联函数，associated function*，是实现于某个类型（此示例中即 `String`）上，实现的一个函数。这个 `new` 函数，会创建一个新的空字符串。在许多类型上，咱们都会发现一个 `new` 函数，因为他是个那些构造某种新值函数的通用名称。
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在那个 `::new` 代码行中的 `::` 语法，表示其中的 `new` 是 `String` 类型的一个关联函数（an associated funtion of the `String` type）。至于 *关联函数（associated function）*，指的是应用到某种类型上的函数，在此实例中，类型就是 `String` 了。这个 `new` 函数创建了一个新的、空空的字符串。由于`new` 是个构造某种新值的常见函数，因此在许多类型上，都将找到 `new` 函数。
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总的来说，`let mut guess = String::new();` 这行，创建了当前绑定了一个新的、空的 `String` 实例的一个可变变量。呼！
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### 接收用户输入
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**Receiving User Input**
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回顾一下，在程序的第一行，我们使用 `use std::io;`，包含了标准库中的输入/输出功能。现在，我们将调用 `io` 模组中，将允许咱们处理用户输入的 `stdin` 函数：
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```rust
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io:stdin()
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.readline(&mut guess)
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```
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如果我们没有在程序开头，使用 `use std::io;` 导入 `io` 库，我们仍然可以通过将此函数调用，写成 `std::io::stdin` 来使用这个函数。`stdin` 函数会返回 [`std::io::Stdin`](https://doc.rust-lang.org/std/io/struct.Stdin.html) 的一个实例，而这是一种表示终端标准输入句柄的类型，a type that represents a handle to the standard input for your terminal。
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接下来，`.read_line(&mut guess)` 这一行，调用了该标准输入句柄上的 `read_line` 方法，来获取用户输入。我们还将 `&mut guess` 作为参数，传递给 `read_line`，告诉他将用户输入的内容，存储在哪个字符串中。`read_line` 的全部工作，就是接收用户输入标准输入的内容，并将其追加到某个字符串中（不会覆盖其内容），因此我们要将该字符串，作为参数传递给他。这个字符串参数，必须是可变的，这样这个方法才能更改该字符串的内容。
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其中的 `&`，表示该参数是个 *引用，reference*，其提供了一种，让咱们的代码多个部分，在无需多次将某个数据复制到内存中的情况下，即可访问该数据的方法。引用是一项复杂的特性，而 Rust 的主要优势之一，就是引用的使用，既安全又简单。对于完成现在这个程序，咱们并不需要知道很多的这些细节。现在，咱们只需知道引用与变量一样，默认情况下是不可变的。因此，咱们需要写下 `&mut guess` 而不是 `&guess`，来使其可变。(第 4 章将更详细地解释引用）。
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### 使用 `Result` 处理潜在失效
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**Handle Potential Failure with the `Result` Type**
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这里还在解析代码行。尽管这里讨论的是代码文本的第三行，但他仍是单个逻辑代码行的一部分。接下来的部分是这个方法：
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```rust
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.expect("读取输入失败");
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```
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这代码本可以写成下面这样：
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```rust
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io::stdin().read_line(&mut guess).expect("读取输入失败");
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```
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不过这样的一个长代码行，难于阅读，因此最好将其分开为多个断行。在以 `.method_name()` 语法调用方法时，通过引入另起一行及缩进，来将长的代码行拆分为短代码行，通常是明智的。下面就来说说这一行完成了什么。
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前面讲过，`read_line`方法将用户敲入的东西，放入到传递给他的那个字符串中，然而 `read_line` 还会返回一个值 -- 在此实例中，返回的就是一个 `io::Result` 类型值。Rust 在他的标准库中，有着数个名为 `Result` 的类型：这是一个泛型的 `Result`，对于那些子模组都有着特定版本，比如这里的 `io::Result`。`Result` 的那些类型都属于 [枚举，enumerations](Ch06_Enums_and_Pattern_Matching.md#定义一个枚举)，枚举常被写为 `enums`，枚举有着一套被称作 *变种（variants）* 的可能值。枚举常常是和 `match` 关键字一起使用的，而 `match` 则是一种条件判断，在符合某个条件时，就可以很方便地根据枚举中的哪个变种，来执行不同代码。
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第 6 章将深入涵盖到枚举数据结构。而这些 `Result` 类型的目的，则是对错误处理信息进行编码。
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这个 `Result` 的变种，就是 `Ok` 与 `Err`。`Ok` 变种表示该操作是成功的，而在 `Ok` 内部，就是成功生成的值。相反 `Err` 变种，则意味着操作失败了，同时 `Err` 包含了关于操作失败的方式与原因。
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`Result` 类型的那些值，跟其他任何类型都差不多，在这些值上都定义了一些方法。`io::Result` 实例，就有一个可供调用的 [`expect` 方法](https://doc.rust-lang.org/std/result/enum.Result.html#method.expect)。在这个 `io::Result` 实例是个 `Err` 变种时，那么`expect` 方法就会导致程序崩溃，并将传递给 `expect` 方法的参数显示出来。若 `read_line` 方法返回了一个 `Err`，那很可能是来自所采用操作系统错误的结果（if the `read_line` method returns an `Err`, it would likely be the result of an error coming from the underlying operating system）。而若该 `io::Result` 实例是个 `Ok` 值，那么 `expect` 方法就会取得那个 `Ok` 所保存的返回值，并只将该值返回，从而就可以使用到这个返回值。在此实例中，那个值，就是用户输入中的字节数目。
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若这里没有对 `expect` 方法进行调用，那么该程序会编译，不过会收到一条告警信息：
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```console
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$ cargo build ✔
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Compiling guessing_game v0.1.0 (/home/peng/rust-lang/projects/guessing_game)
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warning: unused `Result` that must be used
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--> src/main.rs:10:5
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10 | / io::stdin()
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11 | | .read_line(&mut guess);
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| |_______________________________^
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= note: `#[warn(unused_must_use)]` on by default
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= note: this `Result` may be an `Err` variant, which should be handled
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warning: `guessing_game` (bin "guessing_game") generated 1 warning
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Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.48s
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```
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Rust 警告说不曾对返回自 `read_line` 的 `Result` 值进行使用，表示程序没有对可能的错误加以处理。
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消除该警告信息的正确方式，就是要老老实实地编写错误处理代码，而在这个实例中，则只要在问题发生时，崩溃掉这个程序即可，因此这里就可以使用 `expect`。在第 9 章的 [带有 Result 的可恢复错误](Ch09_Error_Handling.md#带有-result-的可恢复错误) 小节，会掌握到如何从错误中恢复过来。
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### 使用 `println!` 的占位符将值打印出来
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**Printing Values with `println!` Placeholders**
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紧接着那个结束花括号前面，就只有剩下的一行代码要讨论了：
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```rust
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println! ("你猜的数是：{}", guess);
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```
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这行代码是将此刻包含了用户输入的那个字符串打印出来。其中的那套花括号 `{}` ，就是一个占位符（placeholder）：请将`{}`当作是些在那个地方留有一个值的小螃蟹。使用一些这样的花括号，就可以打印出多个值来：第一套花括号保留着在格式化字符串之后列出的第一个值，第二套保留着第二个值，如此等等。一个 `println!` 调用中多个值的打印，看起来会是下面这样：
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```rust
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let x = 5;
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let y = 10;
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println! ("x = {} 同时 y = {}", x, y);
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```
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此代码将打印出 `x = 5 同时 y = 10`。
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### 对第一部分的测试
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下面就来测试一下这猜数游戏的第一部分。用 `cargo run` 运行他：
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```console
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$ cargo run ✔
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Compiling guessing_game v0.1.0 (/home/peng/rust-lang/projects/guessing_game)
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Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.68s
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Running `target/debug/guessing_game`
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猜出这个数来！
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请输入你猜的数。
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6
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你猜的数为：6
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```
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此刻，这游戏的第一部分就算完成了：这里正从键盘获取到输入，并随后将输入打印出来。
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## 生成秘密数字
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接下来，就需要生成一个用户将要试着去猜的秘密数字了。生成的秘密数字应每次都不相同，这样这游戏在多次玩的时候才有趣。为了不让这个游戏太难，这里要用一个 `1` 到 `100` 之间的随机数。Rust 在其标准库中尚未包含随机数功能。不过 Rust 团队还真的提供了一个 [`rand` 代码箱](https://crates.io/crates/rand)，这里就姑且把这样的代码箱，称之为功能吧。
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### 运用代码箱（a Crate） 获取到更多功能
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请记住，所谓代码箱，即为一些 Rust 源代码文件的集合。之前曾构建好的项目，则是一个 *二进制的代码箱（binary crate）*，那是个可执行程序。而 `rand` 代码箱，则是个 *库代码箱（library crate）*，这样的库代码箱，包含了预期将在其他程序中会用到的代码，同时库代码箱自身并不能执行（the `rand` crate is a *library crate*, which contains code intended to be used in other programs, and can't be executed on its own）。
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Cargo 对外部代码箱的协调能力，正是 Cargo 真正闪耀之处。在能够编写出用到 `rand` 库代码箱的代码之前，先要将 `Cargo.toml` 加以修改，将 `rand` 代码箱作为依赖包含进来。打开那个文件并将下面的行，添加到底部、那个 Cargo 创建出的`[dependencies]` 小节标题之下。要确保像这里一样，带着版本号地精确指明 `rand` 代码箱，否则此教程中的代码示例就不会工作。
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文件名：`Cargo.toml`
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```toml
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rand = "0.8.3"
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```
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在这 `Cargo.toml` 文件中，凡在某个标题之后的东西，都是那个小节的一部分，直到另一小节开始为止。在 `[dependencies]` 小节，告诉 Cargo 的是项目依赖了哪些外部代码箱（external crates），以及所需的这些代码箱版本。在此实例中，就指明了有着语义版本指示符（the semantic version specifier） `0.8.3` 的 `rand` 库代码箱。Cargo 能明白 [语义化版本控制（Sementic Versioning）](http://semver.org/)（有时也叫做 *`SemVer`*），这是编制版本号的标准。数字 `0.8.3` 实际上是 `^0.8.3` 的缩写，表示高于 `0.8.3` 却低于 `0.9.0` 的任何版本。Cargo 认为这些版本有着与 `0.8.3` 兼容的公共 APIs，同时这样的规定，确保了将获取到在本章中代码仍可编译的情况下，最新的补丁发布。那些 `0.9.0` 及更高的版本，无法保证接下来示例用到同样的 API。
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现在，在不修改任何代码的情况下，来构建一下这个项目，如清单 2-2 所示：
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```console
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$ cargo build
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Updating crates.io index
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Downloaded rand v0.8.3
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Downloaded libc v0.2.86
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Downloaded getrandom v0.2.2
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Downloaded cfg-if v1.0.0
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Downloaded ppv-lite86 v0.2.10
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Downloaded rand_chacha v0.3.0
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Downloaded rand_core v0.6.2
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||||
Compiling rand_core v0.6.2
|
||||
Compiling libc v0.2.86
|
||||
Compiling getrandom v0.2.2
|
||||
Compiling cfg-if v1.0.0
|
||||
Compiling ppv-lite86 v0.2.10
|
||||
Compiling rand_chacha v0.3.0
|
||||
Compiling rand v0.8.3
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||||
Compiling guessing_game v0.1.0 (file:///projects/guessing_game)
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Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 2.53s
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```
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*清单 2-2-1：在添加了作为依赖的 `rand` 代码箱后运行 `cargo build` 的输出（书上的输出）*
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```console
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$ cargo build ✔
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Updating crates.io index
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Downloaded cfg-if v1.0.0
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||||
Downloaded rand_chacha v0.3.1
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Downloaded rand_core v0.6.3
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||||
Downloaded getrandom v0.2.7
|
||||
Downloaded ppv-lite86 v0.2.16
|
||||
Downloaded rand v0.8.5
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||||
Downloaded libc v0.2.126
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||||
Downloaded 7 crates (773.8 KB) in 3.41s
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||||
Compiling libc v0.2.126
|
||||
Compiling cfg-if v1.0.0
|
||||
Compiling ppv-lite86 v0.2.16
|
||||
Compiling getrandom v0.2.7
|
||||
Compiling rand_core v0.6.3
|
||||
Compiling rand_chacha v0.3.1
|
||||
Compiling rand v0.8.5
|
||||
Compiling guessing_game v0.1.0 (/home/peng/rust-lang/projects/guessing_game)
|
||||
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 56.66s
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```
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*清单 2-2-2：在添加了作为依赖的 `rand` 代码箱后运行 `cargo build` 的输出（实际输出）*
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这里可能会看到不同的一些版本号（归功于 `SemVer`，这些不同版本号将与示例代码全都兼容！）、不同的输出行（取决于所在的操作系统），以及这些行可能以不同顺序出现。
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在包含外部依赖时，Cargo 会从 *登记处（registry）* 拉取到那个依赖所需的全部最新版本的代码箱，而所谓登记处，则是 [Crates.io](https://crates.io/) 数据的一份拷贝。Crates.io 是 Rust 生态中的人们，发布给其他人使用的开放源代码项目的地方。
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在更新了登记处索引之后，Cargo 就对 `[denpendencies]` 小节进行查看，并下载所列代码箱中尚未下载的那些。在此实例中，尽管只列出了依赖 `rand`，Cargo 还抓取了其他 `rand` 赖以运作的一些代码箱。在下载了这些代码箱之后，Rust 会对他们进行了编译，并随后以这些可用的依赖，对这项目进行了编译。
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若不做任何修改，就立即再次运行 `cargo build`，那么除了那行 `Finished` 输出之外，就再也没有别的输出了。Cargo 明白他以及下载并编译好了那些依赖，还明白尚未对 `Cargo.toml` 文件做任何修改。Cargo 还知道，这里并未对项目代码做任何修改，因此他也没有对项目代码重新编译。既然无事可做，那么他就直接退出了。
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```console
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$ cargo build ✔
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Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.00s
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```
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若此时打开 `src/main.rs` 文件，做个细微修改，然后保存并再次构建，那么就只会看到下面这两行输出:
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```console
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cargo build ✔
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Compiling guessing_game v0.1.0 (/home/peng/rust-lang/projects/guessing_game)
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Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.50s
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```
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这些行显示 Cargo 只更新了对 `src/main.rs` 文件细微修改的构建。由于依赖不曾改变，因此 Cargo 清除他可以重用那些已经下载和编译好的依赖。
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### 使用 `Cargo.lock` 文件确保可重现的构建
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**Ensuring Reproducible Builds with the `Cargo.lock` File**
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Cargo 具备一种不论是自己还是其他要构建代码的人来说，确保每次都可以构建出同样程序组件（the same artifact）的机制：除非另有指定，Cargo 都将只使用在 `[denpendencies]` 小节中所指定的依赖版本。比如说下周 `0.8.4` 版本的 `rand` 就要释出，且那个版本包含了一个重要的错误修复，但也包含了一个会破坏咱们代码的特性撤回。为了应对这样的情况，Rust 在首次运行 `cargo build`时，就创建了 `Cargo.lock` 文件，也就是现在在 `guessing_game` 目录下就有这么个文件。
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在首次构建项目时，Cargo 会找出那些依赖满足条件的所有版本，并将其写入到这 `Cargo.lock` 文件。在今后对项目进行构建时，Cargo 就会查看是否存在那个 `Cargo.lock` 文件，并使用其中所指定的那些版本，而不会再次完成找出那些版本的工作了。这样就自动实现了可重现的构建。也就是说，得益于这个 `Cargo.lock` 文件，除非显式地升级了 `rand` 的版本号，项目将保持其版本为 `0.8.3`。
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### 更新代码箱来获取新版本
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**Updating a Crate to Get a New Version**
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在确实要更新某个代码箱时，Cargo 提供了 `update` 命令，该命令会忽略 `Cargo.lock` 文件，并找出与`Cargo.toml`中的那些规格相适合的全部最新版本。Cargo 随后将把这些版本写入到 `Cargo.lock` 文件。否则的话，默认 Cargo 就会只查找那些高于 `0.8.3` 且低于 `0.9.0` 的版本。在 `rand` 库代码箱已发布了两个新的 `0.8.4` 和 `0.9.0` 版本时，此时若运行 `cargo update`，就会看到下面的输出：
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```console
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$ cargo update
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Updating crates.io index
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Updating rand v0.8.3 -> v0.8.4
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```
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Cargo 忽略了那个 `0.9.0` 的发布。此刻还会注意到在 `Cargo.lock` 文件中，一处标记现在所用 `rand` 代码箱版本为 `0.8.4` 的改变。要使用版本 `0.9.0` 或任何 `0.9.x` 系列中某个版本的 `rand`，就必须将 `Cargo.toml` 更新为下面这样：
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```toml
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[dependencies]
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rand = "0.9.0"
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```
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在下次运行 `cargo build` 时，Cargo 就会更新可用代码箱的登记处，并根据所指定的新版本，重新对 `rand` 需求加以评估。
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关于 [Cargo](http://doc.crates.io/) 及 [Cargo 生态](http://doc.crates.io/crates-io.html)，有很多要讲的东西，这些在第 14 章会讨论到，而此时，了解上面这些就够了。Cargo 实现了非常便利的库重用，因此 Rust 公民们就能够编写出，从数个软件包组合而来的那些体量较小的项目。
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### 生成随机数
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现在就来开始使用 `rand` 库代码箱，生成用于猜测的数字。接下来的步骤就是更新 `src/main.rs`，如下清单 2-3 所示：
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文件名：`src/main.rs`
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```rust
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use std::io;
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use rand::Rng;
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fn main() {
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println! ("猜出这个数来！");
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let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..101);
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println! ("秘密数字为：{}", secret_number);
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println! ("请输入你猜的数。");
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let mut guess = String::new();
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io::stdin()
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.read_line(&mut guess)
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.expect("读取行失败......");
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||||
println! ("你猜的数为：{}", guess);
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}
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```
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*清单 2-3：添加生成随机数的代码*
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首先，这里添加了那行 `use rand::Rng`。这 `Rng` 特质（the `Rng` trait）定义了一些随机数生成器实现的方法，而为了使用这些方法，此特质就必须要在作用域中。第 10 章将详细涵盖到特质（traits）。
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接下来在中间部分，添加了两行新代码。在第一行代码中，调用了 `rand::thread_rng` 函数，该函数给到了这里即将用到的特定随机数生成器：一个相对于当前执行线程，属于本地的随机数生成器，其用到的种子由操作系统提供。随后在这个随机数生成器实例上的 `gen_range` 方法。该方法是由前面 `use rand::Rng` 语句带入到作用域的 `Rng` 特质定义。这 `gen_range` 方法取的是一个范围表达式，这里用到的范围表达式，所采取的是 `start..end` 形式，该范围表达式包含了左边界，但排除了右边界，因此就要指定 `1..101` 来求得一个 `1` 到 `100` 之间的数字。或者也可以传递范围 `1..=100`，这是等价的。
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> 注意：对于不知道到底该使用那个 Rust 特质，以及要调用代码箱的那些方法和函数的情况，那么每个代码箱都有着如何使用他的说明文档。Cargo 的另一灵巧特性，便是通过运行 `cargo doc --open` 命令，就会构建出由全部本地依赖提供的文档来，并在浏览器中打开这些文档。比如说若对 `rand` 这个代码箱的其他功能感兴趣，那么运行 `cargo doc --open` 命令然后点击左侧边栏中的 `rand` 即可进一步了解。
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那第二个新行，则是打印出那个秘密数字。在开发这个程序期间，这是有用的，这样能够对程序进行测试，不过在最终版本那里就会删除这行代码。若程序在一开始就打印出谜底，显然这就算不上是个游戏了。
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尝试运行几次这个程序：
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```console
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$ cargo run ✔ 4s
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Compiling guessing_game v0.1.0 (/home/peng/rust-lang/projects/guessing_game)
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||||
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.54s
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||||
Running `target/debug/guessing_game`
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猜出这个数来！
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随机生成的秘密数字为：40
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请输入你猜的数。
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86
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你猜的数为：86
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$ cargo run ✔ 9s
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||||
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.00s
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||||
Running `target/debug/guessing_game`
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||||
猜出这个数来！
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随机生成的秘密数字为：30
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||||
请输入你猜的数。
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27
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你猜的数为：27
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```
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就会得到不同的随机数字，并且他们都应是 `1` 到 `100` 之间的数字。非常棒！
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## 将猜数与秘数相比较
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既然有了用户输入和随机数，就可以加以比较了。比较的步骤在下面的清单 2-4 中给出了。请注意这个代码还不会编译，原因后面会解释。
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文件名：`src/main.rs`
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```rust
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use rand::Rng;
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use std::cmp::Ordering;
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use std::io;
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fn main() {
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// --跳过前面的代码--
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println! ("你猜的数为：{}", guess);
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||||
match guess.cmp(&secret_number) {
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||||
Ordering::Less => println! ("太小了！"),
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||||
Ordering::Greater => println! ("太大了！"),
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||||
Ordering::Equal => println! ("你赢了！"),
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||||
}
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||||
}
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||||
```
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||||
*清单 2-4：对比较两个数可能的返回值进行处理*
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首先这里添加了另一个 `use` 语句，将标准库的一个名为 `std::cmp::Ordering` 的类型，带入到作用域。这 `Ordering` 了新是另一个枚举，且其有着 `Less`、`Greater` 和 `Equal` 共计三个变种。这些就是在对两个值进行比较时，三个可能的输出了。
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||||
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||||
随后在该程序底部，添加了用到这 `Ordering` 类型的五行新代码。其中的 `cmp` 方法是对两个值进行比较，并可在任何被可比较物上进行调用。`cmp` 方法会取一个要与之相比的引用（a reference）：这里他是在将 `guess` 与 `secret_number` 相比。随后他就返回了前面用 `use` 语句带入到作用域的 `Ordering` 枚举的一个变种。这里用一个 `match` 表达式，根据以 `guess` 和 `secret_number` 中的值，对 `cmp` 调用所返回具体 `Odering` 变种，而确定出下一步要做什么。
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||||
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||||
`match` 表达式由数个 *支臂（arms）* 构成。每个支臂是由要与之匹配的 *模式（pattern）* ，及在给到 `match` 的值与该支臂的模式符合时，应运行的代码所组成。Rust 取给到 `match` 的值，并以此检视各个支臂的模式。模式及 `match` 结构，是强大的 Rust 特性，实现对代码可能遇到的各种情况的表达，并确保对全部的这些情况进行处理。在第 6 章和第 18 章，相应地将详细涵盖到这些特性。
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||||
下面就来对这里使用的 `match` 表达式的一个示例走一遍。假设说用户猜的数是 `50`，同时随机生成的秘密数这次是 `38`。在代码将 `50` 与 `38` 作比较时，由于 `50` 比 `38` 大，因此那个 `cmp` 方法就会返回 `Odering::Greater`。于是 `match` 表达式就获取到值 `Odering::Greater` 并开始对各个支臂的模式进行检查。他看了第一个支臂的模式，是 `Ordering::Less`，并发现值 `Ordering::Greater` 与 `Odering::Less` 不匹配，那么他就会忽略第一个支臂中的代码而移步到下一支臂。下一支臂的模式为 `Ordering::Greater`，这正好与 `Odering::Greater` 相匹配！那个支臂中的相关代码就会执行，进而将 `太大了！`打印到屏幕。在此场景中，由于`match` 表达式无需检视那最后的支臂，因此他就结束了。
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然而清单 2-4 中的代码并不会编译。这里试着编译一下：
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```console
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$ cargo build ✔
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Compiling guessing_game v0.1.0 (/home/peng/rust-lang/projects/guessing_game)
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||||
error[E0308]: mismatched types
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||||
--> src/main.rs:22:21
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22 | match guess.cmp(&secret_number) {
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||||
| ^^^^^^^^^^^^^^ expected struct `String`, found `i32`
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||||
= note: expected reference `&String`
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||||
found reference `&i32`
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||||
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||||
For more information about this error, try `rustc --explain E0308`.
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||||
error: could not compile `guessing_game` due to previous error
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```
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||||
这些错误状态的核心，指向的是存在 *不匹配的类型（mismatched types）*。Rust 有着强静态类型系统（Rust has a strong, static type system）。不过他也有着类型推导（type inference）。在写下 `let mut guess = String::new()` 时，Rust 当时就能推导出 `guess` 应是个 `String`，而没有要求一定要写出该类型i`String`。但对于 `secret_number` 来说，则是一个数字类型。有几种 Rust 数字类型都可以保有一个 `1` 到 `100` 之间的值：`i32`，32 位整数；`u32`，32 位无符号整数；`i64`，64 位整数；还有一些其他的。除非有特别指明，Rust 默认都是个 `i32` 整数，除非在某处给 `secret_number` 添加了引起 Rust 推断出不同数字类型的类型信息，那么 `secret_number` 的类型就会是 `i32`。上面错误的原因，就是 Rust 无法将字符串与数字类型相比较。
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||||
最后，这里就要将程序以输入形式读取到的 `String`，转换成具体数字类型，如此就可以将其与`secret_number`进行数学上的比较。这里通过将下面这行添加到 `main` 函数体完成的：
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文件名：`src/main.rs`
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```rust
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||||
// --跳过前面的代码--
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||||
let mut guess: String = String::new();
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||||
io::stdin()
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||||
.read_line(&mut guess)
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||||
.expect("读取行失败......");
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||||
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||||
let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("请输入一个数字！");
|
||||
|
||||
println! ("你猜的数为：{}", guess);
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||||
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||||
match guess.cmp(&secret_number) {
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||||
Ordering::Less => println! ("太小了！"),
|
||||
Ordering::Greater => println! ("太大了！"),
|
||||
Ordering::Equal => println! ("你赢了！"),
|
||||
}
|
||||
```
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||||
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||||
添加的那行就是：
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||||
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```rust
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||||
let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("请输入一个数字！");
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```
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||||
这里创建了一个名为 `guess` 的变量。不过稍等一下，这个程序不是已经有了一个名为 `guess` 的变量了吗？他确实已经有了个名为 `guess` 的变量，然而好在 Rust 是允许以一个新的 `guess` 变量，对其先前的值进行 *遮蔽（shadow）* 操作的。这样的遮蔽特性，实现了对`guess` 这个变量名的重用，而非强制创建两个诸如 `guess_str` 和 `guess` 这样的独特变量。在第 3 章将对此进行更详细的讲解，此时只要明白，此特性通常用在要将某个值从一种类型转换到另一类型的时候。
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||||
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||||
这里将这个新变量，绑定到了表达式 `guess.trim().parse()`。该表达式中的 `guess` 援引的是原来那个包含着字符串形式输入的 `guess`。而作用在 `String` 实例上的 `trim` 方法，将消除开头和结尾的全部空白，必须要进行这个操作，才能将字符串转换到 `u32` 类型，`u32`只能包含数字数据。为了满足到 `read_line` 并输入他们的猜数，用户必须要按下回车键，这样就会将一个换行字符添加到那个字符串。比如在用户敲入了 `5` 然后按下回车键时，`guess`看起来就会是这样：`5\n`。其中的 `\n` 表示 “换行（newline）”。（在 Windows 上，按下回车键会导致一个回车字符和一个换行字符，即 `\r\n`）。这 `trim` 会将 `\n` 或 `\r\n` 消除，而结果就只是 `5` 了。
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||||
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||||
[字符串上的 `parse` 方法](https://doc.rust-lang.org/std/primitive.str.html#method.parse) 将只会在那些逻辑上可被转换成数字的字符上运作，而因此就很可能引起错误。比如说在字符串包含了 `A👍%` 时，就没有办法将其转换成一个数字。由于 `parse` 方法会失败，因此他返回的是个 `Result` 类型，这与 `read_line` 方法所做的一样（在早先的 [用 `Result` 类型处理潜在失败](#处理潜在的带有-result-的程序失效) 中讨论过）。这里再次使用 `expect` 方法对这个`Result` 进行了同样的处理。在因为 `parse` 无法从字符串创建出一个数字，而返回了一个 `Err` 的 `Result` 变种时，这个 `expect` 就会令到游戏崩溃，并将给他的那条消息打印出来。而在 `parse` 可成功将那个字符串，转换成数字时，`expect` 就会返回 `Result` 的 `Ok` 变种，同时 `expect` 会返回这里想要的、`Ok` 值中的数字。
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||||
现在来运行一下这个程序！
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```console
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||||
$ cargo run 101 ✘ 3s
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||||
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.00s
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||||
Running `target/debug/guessing_game`
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||||
猜出这个数来！
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||||
随机生成的秘密数字为：66
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||||
请输入你猜的数。
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||||
76
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||||
你猜的数为：76
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||||
太大了！
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```
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||||
很棒！尽管在猜数前加了一些空格，程序仍然算出了用户猜的是 `76`。多运行几次这个程序，来验证在各种输入时其不同的表现：猜对一个数、猜个太大的数，以及猜个过小的数。
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现在这个游戏大致在工作了，然而用户只能猜一次。下面就来通过添加循环对其进行修改！
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||||
## 用循环来实现多次猜数
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||||
**Allowing Multiple Guesses with Looping**
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关键字 `loop` 创建出无限循环。这里就要添加一个循环，来让用户有更多机会去猜数：
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文件名：`src/main.rs`
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```rust
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// --跳过--
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||||
println! ("随机生成的秘密数字为：{}", secret_number);
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||||
loop {
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||||
println! ("请输入你猜的数。");
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||||
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||||
// --跳过--
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||||
|
||||
match guess.cmp(&secret_number) {
|
||||
Ordering::Less => println! ("太小了！"),
|
||||
Ordering::Greater => println! ("太大了！"),
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||||
Ordering::Equal => { println! ("你赢了！"); break },
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||||
}
|
||||
}
|
||||
}
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||||
```
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||||
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||||
可以看到，这里已将自猜数输入提示开始的全部代码，移入到循环中了。请确保循环中的那些代码行，都另外缩进四个空格，然后再次运行这个程序。现在程序将会一直要求另一猜数，这实际上引入了新的问题。好像是用户无法退出了！
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||||
|
||||
用户可一直通过键盘快捷键 `Ctrl-C`，来中断这个程序。不过还是有别的方法，来退出这头贪厌的怪兽，就像在 [将猜数与秘密数字比较](#将猜数与秘数相比较)中对 `parse` 方法讨论中提到的那样：在用户输入了非数字的答案时，程序就会崩溃。这里就利用了那个，来实现用户退出，如下所示：
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||||
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||||
```console
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||||
$ cargo run
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||||
Compiling guessing_game v0.1.0 (/home/peng/rust-lang/projects/guessing_game)
|
||||
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.53s
|
||||
Running `target/debug/guessing_game`
|
||||
|
||||
---猜出这个数来！---
|
||||
请输入你猜的数。（ ‘Q/quit’ 退出游戏）
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||||
50
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||||
你猜的数为：50
|
||||
太小了！
|
||||
请输入你猜的数。（ ‘Q/quit’ 退出游戏）
|
||||
75
|
||||
你猜的数为：75
|
||||
太大了！
|
||||
请输入你猜的数。（ ‘Q/quit’ 退出游戏）
|
||||
62
|
||||
你猜的数为：62
|
||||
太大了！
|
||||
太小了！
|
||||
请输入你猜的数。（ ‘Q/quit’ 退出游戏）
|
||||
55
|
||||
你猜的数为：55
|
||||
你赢了！
|
||||
|
||||
---猜出这个数来！---
|
||||
请输入你猜的数。（ ‘Q/quit’ 退出游戏）
|
||||
quit
|
||||
thread 'main' panicked at '请输入一个数字！: ParseIntError { kind: InvalidDigit }', src/main.rs:25:51
|
||||
note: run with `RUST_BACKTRACE=1` environment variable to display a backtrace
|
||||
```
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||||
|
||||
敲入 `quit` 就会退出这游戏，不过正如所注意到的，这样做将就要敲入别的非数字输入。至少可以是这种做法是次优的；这里想要在猜到了正确数字时，游戏也要停止。
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||||
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||||
### 猜对后的退出
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||||
下面就来通过添加一条 `break` 语句，将游戏编程为在用户赢了时退出：
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||||
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||||
文件名：`src/main.rs`
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||||
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||||
```rust
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||||
// --跳过--
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||||
|
||||
match guess.cmp(&secret_number) {
|
||||
Ordering::Less => println! ("太小了！"),
|
||||
Ordering::Greater => println! ("太大了！"),
|
||||
Ordering::Equal => {
|
||||
println! ("你赢了！");
|
||||
break
|
||||
},
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
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||||
```
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||||
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||||
在 `你赢了！` 之后添加上 `break` 代码行，就令到游戏在用户猜中了秘密数字时，退出那个循环。由于该循环是 `main` 函数体的最后部分，因此退出循环也意味着退出这个程序。
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||||
|
||||
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||||
### 无效输入的处理
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||||
为了进一步改进游戏表现，而不要在用户输入了非数字时将程序崩溃掉，那么接下来就要使得游戏忽略非数字，从而用户可以继续猜数。通过把`guess`从 `String` 转换为 `u32` 的那行加以修改，来完成这个目的，如下面的清单 2-5 所示：
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||||
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||||
文件名：`src/main.rs`
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```rust
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||||
// --跳过--
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|
||||
io::stdin()
|
||||
.read_line(&mut guess)
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||||
.expect("读取行失败......");
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||||
|
||||
if guess.trim().eq("Q") || guess.trim().eq("quit") { process::exit(0); }
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||||
// let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("请输入一个数字！");
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||||
let guess: u32 = match guess.trim().parse() {
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Ok(num) => num,
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Err(_) => { println! ("请输入一个数字！"); continue },
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};
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||||
println! ("你猜的数为：{}", guess);
|
||||
|
||||
// --跳过--
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||||
```
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*清单 2-5：忽略非数字的猜解进而询问另一猜数，而不再是崩溃掉程序*
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||||
这里将原来的 `expect` 调用，转换到了一个 `match` 表达式，而实现了一错误就程序崩溃，到对错误进行处理的转变。请记住 `parse` 返回的是个 `Result` 类型，而 `Result` 则是个枚举，有着变种 `Ok` 和 `Err`。与先前对 `cmp` 方法返回结果 `Ordering` 的处理一样，这里运用了一个 `match` 表达式。
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||||
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||||
在 `parse` 能够成功将那个字符串，转换为数字时，他就会返回一个包含了所得结果数的 `Ok` 值。那 `Ok` 值就会匹配上第一个支臂的模式，而这个 `match` 表达式将值返回 `parse` 产生的、放在`Ok` 值里头的那个 `num` 值。那个数字就会刚好放在这里想要他呆的地方，即这里正在创建的那个新 `guess` 变量了。
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||||
|
||||
在 `parse` 无法将那个字符串转换成数字时，他就会返回一个包含了有关该错误详细信息的 `Err` 值。该 `Err` 值不与第一个 `match` 支臂中的 `Ok(num)` 模式匹配，不过却正好匹配第二个支臂中的 `Err(_)` 模式。其中的下划线，`_`，是个收集错误信息的值（a catch-all value）；在此示例中，就是要匹配所有 `Err` 值，而不管这些 `Err` 值中包含了什么信息。那么程序就会执行第二支臂的代码，即 `continue`，这是告诉程序前往到那个 `loop` 循环的下一次迭代，进而询问另一个猜数。就这样，有效地方让程序忽略了全部 `parse` 可能会发生的错误了！
|
||||
|
||||
现在程序各方面就应如预期那样工作了。就来试试：
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||||
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||||
```console
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||||
$ cargo run ✔
|
||||
Compiling guessing_game v0.1.0 (/home/peng/rust-lang/projects/guessing_game)
|
||||
Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.57s
|
||||
Running `target/debug/guessing_game`
|
||||
|
||||
---猜出这个数来！---
|
||||
请输入你猜的数。（ ‘Q/quit’ 退出游戏）
|
||||
50
|
||||
你猜的数为：50
|
||||
太小了！
|
||||
请输入你猜的数。（ ‘Q/quit’ 退出游戏）
|
||||
75
|
||||
你猜的数为：75
|
||||
你赢了！
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非常棒！只需最后一个小的优化，就将完成这个猜数游戏了。没忘记这个程序仍是把秘密数字打印出来的吧。那样做对测试来说没有问题，但却毁掉了这个游戏。这里就来将输出了秘密数字的那个 `prinln!` 给删掉。下面的清单 2-6 给出了最终代码。
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文件名：`src/main.rs`
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```rust
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use rand::Rng;
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use std::cmp::Ordering;
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use std::io;
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use std::process;
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fn main() {
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loop {
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println! ("\n---猜出这个数来！---");
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let secret_number: u32 = rand::thread_rng().gen_range(1..101);
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// println! ("随机生成的秘密数字为：{}", secret_number);
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loop {
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println! ("请输入你猜的数。（ ‘Q/quit’ 退出游戏）");
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let mut guess: String = String::new();
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io::stdin()
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.read_line(&mut guess)
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.expect("读取行失败......");
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if guess.trim().eq("Q") || guess.trim().eq("quit") { process::exit(0); }
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// let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("请输入一个数字！");
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let guess: u32 = match guess.trim().parse() {
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Ok(num) => num,
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Err(_) => { println! ("请输入一个数字！"); continue },
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};
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println! ("你猜的数为：{}", guess);
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match guess.cmp(&secret_number) {
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Ordering::Less => println! ("太小了！"),
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Ordering::Greater => println! ("太大了！"),
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Ordering::Equal => {
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println! ("你赢了！");
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break
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},
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}
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}
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}
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}
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*清单 2-6：完全的猜数游戏代码*
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## 小结
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到了这里，就成功构建了这个猜数游戏。恭喜！
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该项目以动手的方式，教了许多新的 Rust 概念：`let`，`match` 等关键字，函数、运用外部代码箱及更多。在接下来的几章中，会更深入地掌握这些概念。第 3 章涵盖了大多数编程语言都有的一些概念，诸如变量、数据类型及函数，并展示了如何在 Rust 中使用他们。第 4 章对 Rust 中的所有权（ownership）进行了探索，所有权是一项令到 Rust 不同于其他语言的特性。第 5 章对结构体（structs）和方法语法（method syntax）进行了讨论，而第 6 章解释了枚举的原理。
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