Rust 实现猜数游戏

没落英雄
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最近跟着学习HackQuest web3 相关的知识

这个平台的宗旨是：

FREE Web3 dev education platform Learn coding, join hackathon, build startup

HackQuest 这是一个适合所有人的 web3 编程平台。有很多 web3 相关的课程可以学习，除了课程外还有项目实战供大家去练习，检验自己的学习成果。

除了学习和实战外，这里还有一个黑客松专栏，可以通过参加黑客松赢取巨额奖池。

希望本文章可以起到抛砖引玉的作用，期待大家共同探索更广阔的领域。

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为什么学习 Rust

先说说 Arbitrum Stylus

2023年8月31日，Arbitrum 开发团队 Offchain Labs推出了下一代编程环境 Arbitrum Stylus 的代码和公共测试网。 Stylus 是对 Arbitrum Nitro 技术栈的升级，该技术栈支持 Arbitrum One、Arbitrum Nova 和 Arbitrum Orbit 链。此次升级在 EVM 中增加了第二个虚拟机，EVM 合约的行为完全如同它们在以太坊中的行为一样。我们称这种范式为 EVM+。

以太坊虚拟机（ Ethereum Virtual Machine，简称 EVM ）是以太坊区块链的核心组件之一，负责执行以太坊网络上的所有智能合约代码。EVM 是一个完全隔离的虚拟环境，可以在全球任何一个节点上以相同的方式执行代码，确保了以太坊网络的去中心化和安全性。

这第二个虚拟机执行的是 WebAssembly（ WASM ）而不是 EVM 字节码。有了 WASM 虚拟机，任何能够编译成 WASM 的编程语言都在 Stylus 的覆盖范围内。这就意味着传统互联网领域的程序员们如果熟练掌握 Rust、C、C++ 等可以编译为 WASM 的编程语言，那么他们无需额外学习 Solidity 等原生智能合约开发语言，也可以参与到区块链合约开发中。

WebAssembly（ WASM ）是一种为网络浏览器设计的低级字节码格式，开发者可以使用 C、C++、Rust 等多种语言编写代码，然后编译成 WASM。这为不同背景的开发者提供了更多的选择，使得他们可以使用自己熟悉的语言来开发 Web 应用程序。引入 WASM 到区块链技术，意味着开发者可以使用多种编程语言来编写智能合约，而不仅仅是 Solidity。

与使用 Solidity 相比，WASM 程序效率更高。这有很多原因，包括 Rust 和 C 的编译器开发几十年的历史。WASM 还拥有比 EVM 更快的运行时，导致执行速度更快。通常，使用 WASM 语言的合约与使用 Solidity 的合约相比，性能提升了10倍。 通过推出 Stylus，Arbitrum 为其开发者社区打开了一扇大门，将原本局限于大约20,000名 Solidity 开发者的圈子，扩展至包括数百万使用 Rust 和 C 语言的开发者，大大增加了参与和创新的可能性。

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猜数游戏需求

Bulls and Cows 是一款经典的猜数游戏，其中系统会生成一个随机数，玩家尝试猜测这个数字。每一次猜测后，系统会给出提示来帮助玩家逐步逼近正确答案。

Rust 中的 Cargo

  • Cargo 是 Rust 编程语言的包管理器和系统构建工具。就像你建造一座大楼需要工具和材料一样，Cargo 提供了你在 Rust 项目开发中所需的所有工具和库
  • Cargo 能帮助你从创建项目、下载项目依赖、编译代码、构建和测试、直至最后运行和部署你的项目，就像一个贴心的小助手，确保一切都井井有条的运行起来

准备工作

安装 Cargo

如果安装成功，将出现下面这行：

Rust is installed now. Great!

OK，这样就已经完成 Rust 安装啦。

vscode

Cargo 相关指令

cargo new (project's name) // 创建一个新的 cargo 项目
cargo build // 编译项目
cargo run // 对项目进行编译，然后再运行

创建项目

在命令行中执行以下命令进行创建项目

cargo new bulls_and_cows

创建项目后，可以看到 cargo 自动生成的文件和目录：

在 Rust 中，项目名通常使用小写字母，并用下划线代替空格来保持一致性和兼容性。

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管理依赖

  • 根目录有一个文件：Cargo.toml，它包含项目信息和依赖的配置信息。
  • [package]：记录着项目的元信息。name 项目名称，version 项目版本号，edition rust语言版本
  • [dependencies]：是项目依赖的列表，指明了你的项目需要哪些外部库及其版本。

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在 Cargo.toml 中，主要通过各种依赖段落来描述该项目的各种依赖项：

  • 基于 Rust 官方仓库 crates.io，通过版本说明来描述
  • 基于项目源代码的 git 仓库地址，通过 URL 来描述
  • 基于本地项目的绝对路径或者相对路径，通过类 Unix 模式的路径来描述

这三种形式具体写法如下：

[dependencies]
rand = "0.3"
hammer = { version = "0.5.0"}
color = { git = "https://github.com/bjz/color-rs" }
geometry = { path = "crates/geometry" }

项目流程

  • 生成随机数
  • 程序捕获用户输入的数字
  • 判定用户输入的数字是否等于生成的随机数

安装依赖

这里我们额外引入了一个 rand 库用来生成随机数，并指定使用 0.8 版本。

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直接把依赖写到 Cargo.toml 文件中，我们本地还是没有这个依赖包的，还需要在项目目录中额外执行一下 check 命令

cargo check

这个命令的作用是：

  • 根据 Cargo.toml 中的依赖列表下载缺失的依赖。
  • 将依赖解压到本地的 Cargo 缓存目录（通常在 $HOME/.cargo/registry）。
  • 编译并将二进制文件存放到 target 目录中。
  • 快速的检查一下代码能否编译通过。

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生成随机数

我们使用 rand 库来生成随机数。

  • 打开 main.rs 文件, 通常位于根目录的 src 目录下

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  • 使用 use 引入库，在文件顶部添加 use rand::Rng;。 这样我们就可以在接下来的代码中直接使用 rand 库提供的方法了。

  • 添加如下代码来生成一个 1 - 100 之间的随机数

let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..100);

secret_number: 声明一个变量用于存储生成的随机数 rand: 引入的库，包含了随机数生成的功能 thread_rng: 是 rand 库中的一个函数，他返回一个随机数生成器。 gen_range: 是随机数生成器的方法，用于生成一个指定范围内的随机数。1..100 定义了一个范围，这个范围包括起始值 1，但不包括结束值 100。

  • 添加尝试次数的记录 声明一个变量用来记录玩家尝试的次数，他不仅可以用来显示玩家当前的进度，还可以用来决定游戏何时结束
let mut attempts = 0;

程序捕获用户的输入

  • 引入 io 库

为了读取用户在终端的输入，我们需要使用 std::io 模块。 这个模块提供了各种处理输入和输出的功能，我们将用它来读取用户输入的数字。

use std::io;
  • 创建一个变量用来存储用户的输入

为了存储用户输入的数据，我们需要一个变量，这个变量是一个可变变量，因为用户可以多次输入，导致变量可以随时改变。

let mut input_data = String::new();

声明一个名为 input_data 的可变字符串变量，并初始化为 String::new() 空字符串。 String::new(): 创建一个新的空字符串，作为用户输入数据的存储容器。

  • 读取用户输入

接下来，使用 sto::io 模块中的 stdin 函数来读取用户的输入。

io::stdin().read_line(&mut input_data);

这行代码使用 stdin() 函数获取终端输入的句柄，并调用 read_line 方法，将用户输入的数据写入之前创建的 input_data 字符串。

借用(Borrowing) ：是指通过引用来获得数据的访问权，而不是所有权，用符号&表示。借用使得可以在不转移所有权的情况下，让多个部分同时访问相同的数据。Rust 的借用分为可变借用（mutable borrowing）和不可变借用（immutable borrowing）两种形式。

  • 使用 expect 处理错误

read_line() 方法在读取输入时可能会遇到各种问题，例如用户输入非法字符或输入过程中发生中断。

read_line() 方法会返回一个 Result 类型的值， 这是一个枚举，其值可以是 Ok 或 Err。 Ok: 表示操作成功，包含成功读取的字节数。 Err: 表示操作失败，包含错误信息

为了处理可能发生的错误，我们使用 expect 方法。 如果 read_line 方法返回一个 Err 值， expect 将会停止程序并显示你提供的错误信息，他可以帮你快速发现并处理错误。

io::stdin().read_line(&mut guess).expect("Something goes wraong")

这样，如果读取输入时出现错误，程序会停止运行， 并显示 "Something goes wraong"

  • 设置循环竞猜

现在我们需要考虑一个新的问题，就是一个游戏中，通常玩家不会一次就猜中正确的答案，因此我们需要提供多次猜测的机会。

在 Rust 中，我们可以使用 loop 关键字来创建一个无限循环，这样玩家就可以进行多次尝试

loop {
    prinln!("Please input a number:");
    let mut guess = String::new();
    io::stdin().read_line(&mut guess).expect("Something goes wrong");
}
  • 去除空白字符

当用户输入数据时，他们可能会在开始或结束时不小心加入空格或换行符。这些额外的空白符会干扰程序的判断逻辑。我们可以使用 trim 方法来清除这些不需要的字符。

let mut guess = String::new();
io::stdin().read_line(&mut guess).expect("Something goes wrong");
let guess = guess.trim();
  • 使用 parse 转换字符串 我们调用 parse 方法，将字符串转换为 u32 类型的整数:
let guess: u32 = match guess.trim().parse() {
    Ok(num) => num,
    Err() => {
        println!("Please input valid number");
    }
}

let guess: u32 = match guess.trim().parse() {} 这行代码尝试将去除空白符后的字符串解析为 u32 类型的整数，因此我们把原来的 guess 变量声明为 u32 整数类型；

match: parse 方法转换字符串为整数类型时，可能成功、也可能失败，所以我们使用 match 表达式允许我们处理每可能的结果 (Ok 和 Err) 并返回。

Ok(num) => num: 如果 parse 成功，Result 将会是 Ok(num), 其中 num 是解析得到的数值。此处， 我们使用 => 将得到的整数 num 直接返回。

Err(_) => {}: 如果 parse 失败, Result 会是 Err(), 其中 _ 是一个通配符，表示我们不关心具体的错误信息。并使用 continue 跳过本次循环，提示用户重新输入。

  • 两数比对 我们将使用 std 依赖中的 cmp 和 Ordering 来实现对比功能

cmp(): 方法是泛型， 可以用于比较多种类型的值， 比如整数，字符串，浮点数等。

use std::cmp::Ordering;

fn main() {
    let num1 = 42;
    let num2 = 30;
    
    match num1.cmp(&num2) {
        Ordering::Less => println!("{} 小于 {}", num1, num2),
        Ordering::Equal => println!("{} 等于 {}", num1, num2),
        Ordering::Greater => println!("{} 大于 {}", num1, num2),
    }
}

通过 match() 和 cmp() 方法对比两数， cmp 方法将返回一个 std::cmp::Ordering 的枚举，该枚举类有三个变体: Less, Equal, Greater 我们通过 match() 表达式来根据比较的结果执行不同的操作。

match guess.cmp(&secret_number) {
    Ordering::Less => {
        println!("too small!");
    },
    Ordering::Equal => {
        println!("Congratulation you're right!");
        break;
    },
    Ordering::Greater => println!("{} 大于 {}", num1, num2),
}
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