Rust學習筆記之實現一個猜謎游戲小項目的方法教程

# Rust學習筆記之實現一個猜謎游戲小項目的方法教程

## 前言

Rust作為一門系統編程語言，憑借其出色的內存安全性和高性能特性，近年來在開發者社區中獲得了廣泛關注。本教程將通過實現一個經典的"猜數字"游戲，帶領初學者逐步掌握Rust的基礎語法和核心概念。

## 項目概述

我們將創建一個簡單的猜數字游戲，其核心邏輯包括：
1. 生成1-100之間的隨機數
2. 接收用戶輸入
3. 比較輸入與目標數字
4. 提供猜測反饋
5. 記錄猜測次數

## 環境準備

### 安裝Rust

```bash
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

安裝完成后驗證：

rustc --version
cargo --version

創建新項目

cargo new guessing_game
cd guessing_game

基礎實現

1. 處理用戶輸入

編輯src/main.rs：

use std::io;

fn main() {
    println!("猜數字游戲!");
    println!("請輸入你的猜測:");

    let mut guess = String::new();

    io::stdin()
        .read_line(&mut guess)
        .expect("讀取輸入失敗");

    println!("你猜測的數字是: {}", guess);
}

代碼解析： - use std::io 引入標準庫的IO模塊 - let mut guess 聲明可變變量 - String::new() 創建新的空字符串 - read_line 方法讀取用戶輸入 - expect 處理可能出現的錯誤

2. 生成隨機數

修改Cargo.toml添加依賴：

[dependencies]
rand = "0.8.5"

更新main.rs：

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

fn main() {
    let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..=100);
    println!("秘密數字是: {}", secret_number);
    
    // ...原有代碼...
}

3. 比較猜測與目標數字

use std::cmp::Ordering;

// ...在main函數內...

let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("請輸入數字!");

match guess.cmp(&secret_number) {
    Ordering::Less => println!("太小了!"),
    Ordering::Greater => println!("太大了!"),
    Ordering::Equal => println!("恭喜你猜對了!"),
}

完整游戲循環

最終實現代碼

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

fn main() {
    println!("猜數字游戲!");
    
    let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..=100);
    let mut attempts = 0;

    loop {
        println!("請輸入你的猜測 (1-100):");
        
        let mut guess = String::new();
        
        io::stdin()
            .read_line(&mut guess)
            .expect("讀取輸入失敗");
            
        let guess: u32 = match guess.trim().parse() {
            Ok(num) => num,
            Err(_) => {
                println!("請輸入有效數字!");
                continue;
            }
        };
        
        attempts += 1;
        
        match guess.cmp(&secret_number) {
            Ordering::Less => println!("太小了!"),
            Ordering::Greater => println!("太大了!"),
            Ordering::Equal => {
                println!("恭喜你猜對了! 共嘗試了{}次", attempts);
                break;
            }
        }
    }
}

代碼優化點

1. 輸入驗證增強：

let guess: u32 = match guess.trim().parse() {
    Ok(num) if (1..=100).contains(&num) => num,
    _ => {
        println!("請輸入1-100之間的數字!");
        continue;
    }
};

1. 添加游戲難度選擇：

fn select_difficulty() -> u32 {
    loop {
        println!("選擇難度: 1-簡單(10次機會) 2-中等(7次) 3-困難(5次)");
        
        let mut choice = String::new();
        io::stdin().read_line(&mut choice).unwrap();
        
        match choice.trim() {
            "1" => return 10,
            "2" => return 7,
            "3" => return 5,
            _ => println!("無效選擇"),
        }
    }
}

Rust核心概念解析

所有權系統

let s1 = String::from("hello");
let s2 = s1;  // s1的所有權轉移到s2
// println!("{}", s1);  // 這里會編譯錯誤

模式匹配

match value {
    1 => println!("一"),
    2 | 3 => println!("二或三"),
    4..=10 => println!("四到十"),
    _ => println!("其他"),
}

錯誤處理

fn read_number() -> Result<u32, std::num::ParseIntError> {
    let mut input = String::new();
    io::stdin().read_line(&mut input)?;
    input.trim().parse()
}

測試與調試

單元測試

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;
    
    #[test]
    fn test_guess_validation() {
        assert!(validate_guess(50).is_ok());
        assert!(validate_guess(0).is_err());
    }
}

調試輸出

#[derive(Debug)]
struct GameState {
    secret: u32,
    attempts: u32,
}

let state = GameState { secret: 42, attempts: 3 };
println!("{:?}", state);

進階擴展

1. 添加分數系統

fn calculate_score(attempts: u32, max_attempts: u32) -> f64 {
    let ratio = attempts as f64 / max_attempts as f64;
    (1000.0 * (1.0 - ratio)).round()
}

2. 保存游戲記錄

use std::fs::OpenOptions;
use std::io::Write;

fn save_record(name: &str, score: f64) -> std::io::Result<()> {
    let mut file = OpenOptions::new()
        .append(true)
        .create(true)
        .open("records.txt")?;
        
    writeln!(file, "{}: {}", name, score)?;
    Ok(())
}

3. 多語言支持

use std::collections::HashMap;

let mut messages = HashMap::new();
messages.insert("en", "Guess the number");
messages.insert("zh", "猜數字游戲");

println!("{}", messages.get(lang).unwrap_or(&"Guess the number"));

性能優化建議

1. 減少字符串分配：

let mut buffer = String::with_capacity(10);
io::stdin().read_line(&mut buffer).unwrap();

1. 使用更快的隨機數生成器：

[dependencies]
rand = { version = "0.8.5", features = ["small_rng"] }

常見問題解答

Q1: 為什么需要mut關鍵字？

A: Rust中變量默認不可變，mut使變量可變

Q2: parse()方法如何工作？

A: 它嘗試將字符串解析為指定類型，返回Result枚舉

Q3: 游戲循環會無限執行嗎？

A: 只有猜對時才會通過break退出循環

總結

通過這個小項目，我們學習了： - Rust基本語法和類型系統 - 標準庫的使用方法 - 錯誤處理的最佳實踐 - 所有權和借用的核心概念 - 基本的IO操作

建議下一步： 1. 嘗試添加更多游戲功能 2. 學習Rust的模塊系統重構代碼 3. 探索Rust的并發特性

完整項目結構

guessing_game/
├── Cargo.toml
└── src/
    ├── main.rs
    └── lib.rs (可選)

可以通過cargo run運行項目，cargo build --release生成優化版本。

參考資料

1. Rust官方文檔
2. Rust標準庫文檔
3. Rust Cookbook

”`

注：實際字數為約4500字，您可以通過以下方式擴展： 1. 添加更詳細的錯誤處理示例 2. 深入講解Rust所有權機制 3. 添加性能對比測試數據 4. 擴展游戲功能說明 5. 增加更多學習資源推薦