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Rust生成隨機數(shù)的項目實踐

更新時間：2024年03月14日 10:58:57 作者：IAKSH

Rust標準庫中并沒有隨機數(shù)生成器,常見的解決方案是使用rand包,本文主要介紹了Rust生成隨機數(shù)的項目實踐,具有一定的參考價值,感興趣的可以了解一下

Rust標準庫中并沒有隨機數(shù)生成器，想要實現(xiàn)此類功能，你需要自行設(shè)計（純Rust或FFI到C），或者使用第三方包。
一個常見的解決方案是使用rand包，該項目基于Apache-2.0 和 MIT協(xié)議開源，且擁有完備的文檔：
rust-random/rand: A Rust library for random number generation. (github.com)

0x00 | 在Cargo中導(dǎo)入

在Cargo.toml的[dependencies]下加入以下內(nèi)容即可：

rand = "*"

整個文件看起來會象是這樣：

[package]
name = "hello_world"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

# See more keys and their definitions at https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html

[dependencies]
rand = "*"

0x01 | 生成隨機數(shù)

rand包提供了rand::Rng以生成隨機數(shù)，這是一個隨機數(shù)生成器，它的使用是這樣的：

use rand::Rng;

fn main() {
	let mut rng = rand::thread_rng();
	let i: i32 = rng.gen();
	let f: f32 = rng.gen();
	println!("i={},f={}",i,f);
	println!("random u8: {}",rng.gen::<u8>());
	println!("random u32: {}",rng.gen::<u32>());
}

0x02 | 給定范圍生成隨機數(shù)

Rng::gen_range函數(shù)能夠在一個左閉又開的區(qū)間內(nèi)生成隨機值：

use rand::Rng;

fn main() {
	let mut rng = rand::thread_rng();
	println!("random integer: {}",rng.gen_range(0..10)); // 在[0,10)內(nèi)生成隨機整數(shù)
	println!("random float: {}",rng.gen_range(0.0..10.0)); // 在[0,10)內(nèi)生成隨機浮點數(shù)
}

Rng::gen_range函數(shù)使用方便，但當在相同范圍內(nèi)連續(xù)生成隨機數(shù)時，其效果可能不盡人意。使用Uniform模塊可以得到符合均勻分布的值，以改善這一問題。如下：

use rand::distributions::{Distribution, Uniform};

fn main() {
	let mut rng = rand::thread_rng();
	let die = Uniform::from(1..7);
	loop {
		let throw = die.sample(&mut rng);
		println!("Rool the die: {}",throw);
		if throw == 6 {
			break;
		}
	}
}

rand_distr是另一個包，它提供了基于rand包的數(shù)種分布模型，你可以在rand_distr - Rust (docs.rs)中找到相關(guān)信息。
以下是生成一個符合正態(tài)分布的隨機數(shù)的實列：

use rand_distr::{Distribution, Normal, NormalError};
use rand::thread_rng;
  
fn main() -> Result<(), NormalError> {
    let mut rng = thread_rng();
    let normal = Normal::new(2.0,3.0)?;
    let v = normal.sample(&mut rng);
    println!("spawn random num {} from N(2,6)",v);
    Ok(())
}

0x03 | 給定類型生成隨機值

rand包可以直接生成一個隨機數(shù)元組：

use rand::Rng;

fn main() {
	let mut rng = rand::thread_rng();
	let rand_tuple = rng.gen::<(i32,bool,f64)>();
	println!("Random tuple: {:?}",rand_tuple);
}

不過這種方法并不能指定隨機數(shù)的范圍，如果你真的需要限制其范圍，可能需要手動生成每一個值。比如：

use rand::Rng;

fn main() {
    let mut rng = rand::thread_rng();
    let rand_tuple = (
        rng.gen_range(0..100),
        rng.gen::<bool>(),
        rng.gen_range(0.0..1.0)
    );
    println!("Random tuple: {:?}", rand_tuple);
}

rand包也允許你通過為Standard類實現(xiàn)Distribution特性以將隨機數(shù)生成器集成到你的類中，如下：

use rand::Rng;
use rand::distributions::{Distribution, Standard};

#[derive(Debug)]
struct Point {
	x: i32,
	y: i32
}

impl Distribution<Point> for Standard {
	fn sample<R: Rng + ?Sized>(&self, rng: &mut R) -> Point {
		let (rand_x,rand_y) = rng.gen();
		Point {
			x: rand_x,
			y: rand_y
		}
	}
}

fn main() {
	let mut rng = rand::thread_rng();
	let rand_point: Point = rng.gen();
	println!("Random Point: {:?}",rand_point);
}

通過修改sample函數(shù)可以進一步指定范圍和分布模型。

0x04 | 生成隨機字符串

rand包可以生成一個指定長度的隨機ASCII字符串，其樣本為A-Z,a-z,0-9。
一個生成包含30個ASCII字符的隨機字符串的例子如下：

use rand::{thread_rng, Rng};
use rand::distributions::Alphanumeric;

fn main() {
	let rand_string: String = thread_rng()
		.sample_iter(&Alphanumeric)
		.take(30)
		.map(char::from)
		.collect();

	println!("{}", rand_string);
}

當然，也可以從指定的字符集中生成隨機字符串：

use rand::Rng;

fn main() {
    const CHARSET: &[u8] = b"123ABC?!";
    let mut rng = rand::thread_rng();
    let password: String = (0..30)
        .map(|_| {
            let idx = rng.gen_range(0..CHARSET.len());
            CHARSET[idx] as char
        })
        .collect();
        
    println!("{:?}", password);
}

參考：
生成隨機值 - Rust Cookbook 中文版 (rustwiki.org)

到此這篇關(guān)于Rust生成隨機數(shù)的項目實踐的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Rust生成隨機數(shù)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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