Rust 基礎

我們直接打開 main.rs 來寫我們的程式吧，首先 // 開頭的是程式的註解，它是給人看的，電腦看到會直接忽略，我直接使用註解來說明程式的內容，希望你可以照著程式碼自己打一遍，這樣做相信會比較有印像，當然，註解的部份可以不用照著打，你也可以用你自己的方式用註解做筆記。請照著底下的內容輸入：

// 宣告使用外部的函式庫 rand
// 這告訴我們的編譯器我們要使用 rand 這個套件
extern crate rand;

// 引入需要的函式，如果不引入的話我們就需要在程式中打出全名來，
// 比如像下面使用到的 thread_rng 的全名就是 rand::thread_rng ，
// 但這裡我們選擇引入 rand::prelude::* 這是個比較方便的寫法，
// 很多套件的作者為了使用者方便，都會提供個叫 prelude 的模組，
// 讓你可以快速的引入必要的函式，我們要使用的 thread_rng 也有包含在裡面，
// 但並不是每個套件作者都會這麼做，請注意。
use rand::prelude::*;

// 這是標準輸入，也就是來自鍵盤的輸入，我們等下要從鍵盤讀玩家的答案。
use std::io::stdin;

// 這是一備函式，函式就是一段的程式，
// 我們可以在一個程式裡根據不同的功能將程式拆成一個個的函式，
// 不過今天這個程式並不大，我們直接全部寫在 main 這個函式裡就好了，
// main 是個特殊的函式， Rust 的程式都會從 main 開始執行。
fn main() {
    // 我們在這定義了一個變數 ans 來當作我們的答案，
    // 將它設定成 1~100 之間的隨機數字
    let ans = thread_rng().gen_range(1, 100);

    // 這邊又定義了兩個變數，分別代表答案所在的上下範圍，
    // 之後我們要把這個範圍做為提示顯示給玩家，
    // 因為之後需要修改這兩個變數的值，所以這邊必須加上 mut 來表示這是可修改的
    let mut upper_bound = 100;
    let mut lower_bound = 1;

    // 這是迴圈，它會重覆的執行包在這裡面的內容，
    // 因為這邊的迴圈沒有條件，所以它會一直反覆的執行，
    // 直到執行到如 break 才會結束，
    // 等下還會介紹另外兩種有條件的迴圈
    loop {
        // 這邊要建一個用來暫放玩家輸入的答案用的變數，
        // String 是個存放一串文字用的型態，也就是字串型態，
        // String::new 會建立一個空的字串
        let mut input = String::new();

        // 這邊要印出提示使用者輸入的顯示，同時我們也印出答案所在的上下界，
        // println! 在印完會自動的換行，也就是接下來的輸入輸出會從下一行開始，
        // 而裡面的 {} 則是用來占位子用的，分別是我們要印出上下界的位置，
        // 之後傳給 println! 的變數就會被放在這兩個位置
        println!(
            "答案在 {}~{} 之間，請輸入一個數字",
            lower_bound, upper_bound
        );

        // 這邊我們使用 read_line 從鍵盤讀入一整行進來，
        // 也就是到玩家按下 Enter 的字都會讀進來，
        // 讀進來的文字會被放進 input 裡，
        // 而因為放進 input 代表著修改 input 的內容，
        // 所以這邊比較特別一點，我們要加上 &mut 來允許 read_line 修改 input ，
        // 而 read_line 會除了把輸入放進 input 外也會傳回是否有成功讀取輸入，
        // 於是這邊就使用了 expect 來處理，若回傳的值代表錯誤時，
        // expect 會印出使用者傳給它的訊息並結束掉程式
        stdin().read_line(&mut input).expect("Fail to read input");

        // trim() 會把字串前後的空白字元 (空格與換行) 去掉，
        // 而 parse::<i32>() 則是把字串從原本的文字型態轉換成數字，
        // 這樣我們在之後才可以拿它來跟答案做比較，
        // 我們這邊又重新定義了一次 input 來放轉換成數字後的結果，
        // 如果你有學過其它的語言可能會覺得奇怪，為什麼允許這麼做，
        // 這也是 Rust 一個有趣的地方， Rust 允許你重覆使用同一個變數名稱，
        // parse 也是回傳代表正確或錯誤的 Result 不過這次我們不用 expect 了，
        // 這次我們判斷是不是轉換失敗，如果是則代表玩家輸入了不是數字的東西，
        // 那我們就讓玩家再輸入一次， match 是用來比對多個條件的語法，之後
        // 會有一篇來介紹這個語法，因為它是 Rust 裡一個很強大的功能。
        let input = match input.trim().parse::<i32>() {
            // Ok 代表的是正確，同時它會包含我們需要的結果
            // 因此這邊把轉換完的數字拿出來後回傳
            // Rust 裡只要沒有分號，就會是回傳值
            Ok(val) => val,
            // Err 則是錯誤，它會包含一個錯誤訊息，不過我們其實不需要，
            // 這邊我們直接提示使用者要輸入數字並結束這次迴圈的執行
            Err(_) => {
                println!("Please input a number!!!");
                // continue 會直接跳到迴圈的開頭來執行，也就是 loop 的位置
                continue;
            }
        };

        // 這邊使用 if 來判斷玩家的答案跟正確答案是不是一樣，
        // if 會判斷裡面的判斷式成不成立，如果成立就執行裡面的程式，
        // 要注意的是判斷相等是雙等號，因為單個等於已經用在指定了。
        if input == ans {
            println!("恭喜你，你答對了");
            // break 則會直接結束迴圈的執行，
            // 於是我們就可以離開這個會一直跑下去的迴圈
            break;
        // 如果不一樣，而且玩家的答案比正確答案大的話就更新答案的上限
        } else if input > ans {
            upper_bound = input;
        // else 會在 if 的條件不成立時執行，並且可以串接 if 做連續的判斷，
        // 像上面一樣。都不是上面的情況的話就更新下限
        } else {
            lower_bound = input;
        }
    }
}

變數宣告

定義一個變數的語法是像這樣的：

let ans: i32 = 42;

變數是用來存放程式的資料用的，等號在這邊是指定的意思，並不是數學上的相等，我們把 42 指定給 ans 這個變數，而因為 42 是一個數字，因此我們把 ans 這個變數指定為 i32 這個整數型態，然而事實上大部份情況下其實是不需要給型態的，因為 Rust 可以自動的從初始值，也就是你一開始指定的值推導出你的變數的型態。

在 Rust 裡預設變數是不可以修改的，一但給了值就不能改變，如果要能修改就必須加上 mut ，這可以讓你在之後還能修改變數的值。

錯誤的範例：

let ans = 42;
ans = 123; // 這邊重新指定了值給 ans ，但 ans 並沒有宣告為可改變的

正確的範例：

let mut ans = 42;
ans = 123;

在 Rust 中的變數都必須要有初始值，如果沒有初始值會是一個錯誤，當然，你可以先宣告再給值，但只要有可能會發生沒有指定初始值的情況就會發生錯誤。

錯誤的範例：

let ans;
if true {
    ans = 42;
}
// 這邊我們沒有 else 的情況就使用了，所以 Rust 認為 ans 可能沒有初始值
println!("{}", ans);

正確的範例：

let ans;
if true {
    ans = 42;
} else {
    ans = 0;
}
println!("{}", ans);

基本型態

在電腦裡資料都有其型態，電腦必須知道資料屬於哪一種才能做出正確的處理，而 Rust 的基本型態則有：

以下為了說明都有在定義變數時把型態寫出來，但平常因為可以自動推導，所以並沒有必要寫出來。

• unit: 型態是 () ，同時值也是 () ，這是一個代表「無」的型態

//  就是「無」，你沒辦法拿這個值來做什麼
let unit: () = ();

• 布林值 bool: 值只有真 true 與假 false ，一個代表真假的型態，同時也是判斷式所回傳的型態

let t: bool = true;

// if 判斷的結果一定要是布林值，其實所有的判斷式的結果也都是布林值
if t {
    println!("這行會印出來");
}

if false {
    println!("這行不會印出來");
}

• 整數: 上面使用的 i32 就是整數，實際上整數家族有具有正負號的 i8 、 i16 、 i32 、 i64 、 i128 與只能有正整數的的 u8 、 u16 、 u32、 u64 、 u128 它們之間的差別在有沒有正負號，以及能存的數字最大的大小，平常通常只會用到 i32 ，先只要記得 i32 就行了

let num: i32 = 123;
// 數字你可以做基本的四則運算：加法 (+) 、減法 (-) 、乘法 (*) 、除法 (/)
// 和 取餘數 (%) ，當然也還有比如取絕對值之類的方法在，不過這邊先不提
println!("1 + 1 = {}", 1 + 1);
println!("10 % 3 = {}", 10 % 3);

• 浮點數： 就是小數，有 f32 與 f64 ，但平常只會用到 f64 ，浮點數也可以像整數一樣做計算，只是無法取餘數

let pi: f64 = 3.14;

• 字串: String ，代表的是一串的文字，另外還有切片型態的 str (這兩個詳細的差別之後再提) ，如果你要讀使用者的輸入或是要能夠修改內容的要用 String ，如果要放固定的字串 (比如顯示的訊息) 用 str

let message: &str = "這是個固定的訊息";
println!("{}", message);
let mut s: String = String::from("可以用 from 來建一個 String");
s.push_str("，同時你也可以增加內容在 String 的結尾");
println!("{}", s);

• 字元: char 一個字就是一個字元，比如 'a' 或是 '三' 也是

let c1: char = '中';
let c2: char = '文';
let c3: char = '也';
let c4: char = '行';

這邊為了說明都有在變數後加上型態，如果平常沒加型態而是讓編譯器自動推導的話，整數預設會使用 i32 ，符點數會使用 f64 ，但若之後把變數傳入了其它函式，則會配合那個函式的需求改變。

複合型態

• 陣列 (array) ：由一串相同型態與固定長度的資料組成的

// i32 是元素的型態， 4 則是長度
let mut array: [i32; 4] = [1, 2, 3, 4];

// 這邊印出第一個數字與最後一個數字，陣列的編號是從 0 開始的
println!("{}, {}", array[0], array[3]);

// 我們也可以修改元素的值，同樣的，請注意上面的定義是有加 mut 的
array[1] = 42;

• 元組 (tuple)：可由不同的型態組成

// 元組的型態要把每個欄位的型態都寫出來
let mut tuple: (i32, char) = (42, 'a');

// 印出第一個值
println!("{}", tuple.0);

// 改變第二個值
tuple.1 = 'c';

條件判斷 if

// if 裡面要放條件判斷，或是布林值，
// 條件判斷除了上面出現的 == 、 > 、 < 外還有個不等於
if 10 != 5 {
    println!("10 != 5");
}

如果要判斷多個條件可以用底下的方式串起來：

• && ：「且」，兩邊都成立時才成立
• || ：「或」，其中一邊成立就成立

if 2 > 1 && 3 > 2 {
    println!("2 > 1 且 3 > 2");
}

還有 ! 可以把判斷式的結果反轉，也就是把布林值的 true 變 false ， false 變 true：

if !false {
    println!("這行會印出來");
}

另外你可以用 if 來根據條件來指定變數：

let ans = if true {
// 請注意，這邊沒有分號
    42
} else {
    123
}; //  這邊要加分號

Rust 裡只要不加分號就會變回傳值

while

while 是有條件的迴圈，只有當條件滿足時才會繼續執行下去：

let mut i = 0;
while i < 5 {
    println!("i = {}", i);
    // 這是 i = i + 1; 的縮寫，數學運算都可以這樣寫
    if i == 3 {
        // 我們在 i 為 3 時就結束迴圈了，所以你會看到從 0 印到 3
        break;
    }
    i += 1;
}

而 break 可以用來中斷迴圈，而 continue 可以直接結束這次的迴圈，跳到迴圈的開頭執行。

for

for 是用來跑過一個「範圍」的資料的，比如像陣列，以後會再詳細介紹背後的機制。

for item in [1, 2, 3, 4, 5].iter() {
    println!("{}", item);
}

for item in 0..5 {
    println!("{}", item);
}

其中 0..5 是 Rust 的 range 代表的是 0~4 (不含結尾)，含結尾的話要寫成 0..=5 (有等號)，這代表一個數字的範圍，以後講到切片時會再提到。

函式

上面說了函式就是一小段的程式，如果你的程式裡出現了重覆的程式碼，你可以試著把程式碼抽出來變成函式，這樣以後要修改也會比較方便。

函式來自於數學的函數的觀念「給予一個值，會對應到另一個固定的值」，函式同樣的也需要輸入的值與輸出的值，底下是個範例：

// 這個函式有兩個整數的輸入值 a 與 b 並且回傳一個整數
// 函式的開頭是 fn 接下來跟著函式的名字，後面的括號裡放著函式的輸入
// 其中當作輸入的鑾數都一定要有型態，之後 -> 後放著的是回傳的型態
fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    // 這邊示範如何使用 return ，如果 a 與 b 都是 1 ，就直接回傳 2
    if a == 1 && b == 1 {
        // return 會提早結束函式的執行，並且把後面的值當成回傳值
        return 2;
    }
    // 注意這邊沒有括號，沒有括號的代表回傳值，當然你也可以像上面使用 return
    a + b
}

// 這個函式沒有寫出回傳值，這代表它其實會回傳一個 () ，只是可以省略不寫出來而已
fn print_number(num: i32) {
    println!("{}", num);
}

// 所以其實 main 函式回傳的也是 unit
fn main() {
    // 像這樣子就可以呼叫函式了
    let num = add(1, 2);
    print_number(num);

    // 你也可以寫在一起
    print_number(add(1, 2));
}

這篇我們很快的介紹了 Rust 的基本語法，下一篇要介紹的是 Rust 的參考，以及 Rust 中很重要的變數的所有權的觀念。