Rust生成随机数的项目实践

2024-03-14 10:58:57 作者：IAKSH

Rust标准库中并没有随机数生成器,常见的解决方案是使用rand包,本文主要介绍了Rust生成随机数的项目实践,具有一定的参考价值,感兴趣的可以了解一下

Rust标准库中并没有随机数生成器，想要实现此类功能，你需要自行设计（纯Rust或FFI到C），或者使用第三方包。
一个常见的解决方案是使用rand包，该项目基于Apache-2.0 和 MIT协议开源，且拥有完备的文档：
rust-random/rand: A Rust library for random number generation. (github.com)

0x00 | 在Cargo中导入

在Cargo.toml的[dependencies]下加入以下内容即可：

rand = "*"

整个文件看起来会象是这样：

[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 | 生成随机数

rand包提供了rand::Rng以生成随机数，这是一个随机数生成器，它的使用是这样的：

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 | 给定范围生成随机数

Rng::gen_range函数能够在一个左闭又开的区间内生成随机值：

use rand::Rng;

fn main() {
	let mut rng = rand::thread_rng();
	println!("random integer: {}",rng.gen_range(0..10)); // 在[0,10)内生成随机整数
	println!("random float: {}",rng.gen_range(0.0..10.0)); // 在[0,10)内生成随机浮点数
}

Rng::gen_range函数使用方便，但当在相同范围内连续生成随机数时，其效果可能不尽人意。使用Uniform模块可以得到符合均匀分布的值，以改善这一问题。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是另一个包，它提供了基于rand包的数种分布模型，你可以在rand_distr - Rust (docs.rs)中找到相关信息。
以下是生成一个符合正态分布的随机数的实列：

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 | 给定类型生成随机值

rand包可以直接生成一个随机数元组：

use rand::Rng;

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

不过这种方法并不能指定随机数的范围，如果你真的需要限制其范围，可能需要手动生成每一个值。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包也允许你通过为Standard类实现Distribution特性以将随机数生成器集成到你的类中，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);
}

通过修改sample函数可以进一步指定范围和分布模型。

0x04 | 生成随机字符串

rand包可以生成一个指定长度的随机ASCII字符串，其样本为A-Z,a-z,0-9。
一个生成包含30个ASCII字符的随机字符串的例子如下：

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);
}

当然，也可以从指定的字符集中生成随机字符串：

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);
}

参考：
生成随机值 - Rust Cookbook 中文版 (rustwiki.org)

到此这篇关于Rust生成随机数的项目实践的文章就介绍到这了,更多相关Rust生成随机数内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！