[RUST] 러스트 프로그래밍 공식 가이드(제2판) 2장 요약

새 프로젝트 준비

1장에서 생성했던 디렉터리인 projects로 이동하고 아래와 같이 카고를 이용하여 새 프로젝트를 생성하고, 작업 디렉터리를 변경

cargo new guessing_game
cd guessing_game

cargo run 명령문을 이용하여 프로그램을 컴파일하고 실행해 보기

$ cargo run
   Compiling guessing_game v0.1.0 (C:\projects\rust_learn\guessing_game)
    Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.82s
     Running `target\debug\guessing_game.exe`
Hello, world!

이처럼 run 명령어는 프로젝트를 빠르게 반복해서 실행해야할 때 유용

추릿값 처리하기

use std::io;

fn main() {
    println!("Guess the number!");

    println!("Please input your guess.");

    let mut guess = String::new();

    io::stdin()
        .read_line(&mut guess)
        .expect("Failed to read line");

    println!("You guessed: {guess}");
}

코드 분석

use std::io;

• 사용자의 입력을 받기 위해서는 io 입출력 라이브러리를 스코프로 가져와야 함 (main.rs 에서 사용할 수 있도록 한다는 의미)
  • io 라이브러리는 std라고 불리는 표준 라이브러리에 있음
    • io 라이브러리는 사용자의 입력을 받는 것을 포함하여 io와 관련된 기능들을 제공
• 프렐루드(prelude)
  • Rust가 모든 Rust 프로그램에 자동으로 가져오는 항목들의 목록
    • 위 코드에서는 String 타입을 사용하고 있지만 어디에도 use std::string::String; 같은 구문이 없음
    • 위 예시와 같이 자주 쓰이는 항목들은 Rust의 프렐루드에 포함되어서 자동으로 가져와짐
  • 만약 위 코드에서 처럼 원하는 타입이 프렐루드에 없다면 use 문을 활용하여 명시적으로 해당 타입을 가져와야 함

fn main() {}

• main 함수는 프로그램의 진입점(entrypoint)

    println!("Guess the number!");

    println!("Please input your guess.");

• println!은 문자열을 화면에 출력하는 매크로

let mut guess = String::new();

• 사용자의 입력값을 저장할 변수(variable)를 생성
  • let : 변수를 선언하는 키워드
  • mut : 변경 가능(mutable)한 변수
    • mut 가 없으면 값을 바꾸려고 할 때 컴파일 에러가 발생
      • cannot assign twice to immutable variable
      • Rust에서는 기본적으로 불변(immutable) 변수로 생성이되며, 한 번 정한 값은 바꿀 수 없음
  • = : 바인딩(bind)를 의미
    • let x = 5 가 있다면 좌변의 변수에 우변의 값을 바인딩
  • String : 문자열 타입
  • :: : 연관 함수(associated function)를 의미
    • String::new() 와 같이 이 타입과 관련된 함수를 호출할때 사용
      • 따라서, new 함수를 통해 String 인스턴스를 만들고 그것을 초기값으로 사용한다는 의미 (비어 있는 새 문자열을 생성)
      • String은 표준 라이브러리에서 제공하는 확장 가능한(growable) UTF-8 인코딩의 문자열 타입

io::stdin()
    .read_line(&mut guess)
    .expect("Failed to read line");

• 프로그램 첫 번째 라인에 use std::io;를 이용하여 표준 라이브러리의 입출력 기능을 가져왔고, io모듈의 연관 함수인 stdin을 호출하는 과정
  • stdin : 터미널의 표준 입력의 핸들을 나타내는 타입인 std::io::Stdin의 인스턴스를 돌려줌
• .read_line(&mut guess) : 사용자로부터 한 줄을 입력받아(줄 끝의 개행 문자\n 까지 포함하여 읽음) 주어진 변수에 추가하고 Result<T, E> 를 반환
  • &mut guess : &mut 은 가변 참조를 말하며, guess 는 문자열 변수를 의미
    • 메서드가 문자열의 내용물을 바꿀 수 있기 때문에 이 문자열 인수는 가변 이어야 함
    • & : 코드의 여러 부분에서 데이터를 여러 번 메모리로 복사하지 않고 접근하기 위한 방법을 제공하는 참조자(reference) 임을 나타냄 (현재 챕터에서는 참조자가 변수처럼 기본적으로 불변이라는 것만 알고 넘어가시면 됩니다.)
  • Result<T, E> : 결과가 성공일 수도 있고, 실패일 수도 있음을 나타내는 열거형(enumerate)

      enum Result<T, E> {
          Ok(T),
          Err(E),
      }
    

    • enum 은 하나의 타입이 여러 가지 형태 중 하나를 가질 수 있도록 정의할때 사용되며 enum에 정의된 상태값을 배리언트(variant) 라고 한다.

        enum Color {
            Red,
            Green,
            Blue,
        }
      

      • Color는 열거형 타입
      • Red, Green, Blue는 타입이 가질 수 있는 형태(값)
      • 위 예제에서 Red, Green, Blue는 모두 Color enum의 variant를 의미
        • Color::Red
        • Color::Green
        • Color::Blue
• .expect("Failed to read line") : Result 의 메서드로, Result 인스턴스가 Err일 경우 expect 메서드는 프로그램 작동을 멈추고 expect에 인수로 넘겼던 메시지를 출력함
  • expect를 호출하지 않는다면, 컴파일은 되지만 경고가 발생

      warning: unused `Result` that must be used
      --> src\main.rs:10:5
      |
      10 | /     io::stdin()
      11 | |         .read_line(&mut guess);
      | |______________________________^
      |
      = note: this `Result` may be an `Err` variant, which should be handled
      = note: `#[warn(unused_must_use)]` on by default
    

println!("You guessed: {guess}");

• {guess} : 사용자가 입력한 값을 담고 있는 문자열을 출력하며, {}는 자리표시자(placeholer)를 의미

let x = 5;
let y = 10;
println!("x = {x} and y + 2 = {}", y + 2); // x = 5 and y + 2 = 12 를 출력

• 어떤 표현식의 결괏값을 출력할 때는 빈 중괄호를 형식 문자열에 위치시키고, 그 뒤에 쉼표로 구분된 표현식들을 나열하여 각 중괄호에 순차적으로 출력하도록 할 수 있음

테스트

• 키보드로부터 입력받은 다음 그 값을 출력하는지 확인

    $ cargo run
    Compiling guessing_game v0.1.0 (C:\projects\rust_learn\guessing_game)
        Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.62s
        Running `target\debug\guessing_game.exe`
    Guess the number!
    Please input your guess.
    5 # 사용자 입력
    You guessed: 5
  

비밀번호 생성하기

• 사용자가 추리하기 위한 비밀번호 생성
  • 게임을 다시 하더라도 비밀번호를 매번 다르게 생성
  • 1 ~ 100 사이의 임의의 수(난수) 사용 (현재 표준 라이브러리 지원하지 않아 rand 크레이트를 이용)

크레이트를 사용하여 더 많은 기능 가져오기

• 크레이트 : 러스트 코드 파일들의 모음
  • 크레이트 종류
    • 바이너리 크레이트 : 실행 가능한 프로그램을 만드는 크레이트 (main 함수를 반드시 포함)
    • 라이브러리 크레이트 : 자체적으로 실행될 수 없고 다른 프로그램에서 사용되기 위한 크레이트(현재 장 에서는 rand 크레이트)
• rand 크레이트 사용
  • Cargo.toml

      [dependencies]
      rand = "0.8.5"
    

    • 어떤 섹션 헤더 이후의 모든 내용은 그 섹션에 포함되며 다음 섹션이 나타날 때 가지 계속됨
    • [dependencies] : 프로젝트가 의존하고 있는 외부 크레이트와 요구 버전을 명시
      • rand : 외부 크레이트
      • "0.8.5" : 사용할 크레이트 버전 지정
        • "^0.8.5" 의 축약형이며 최소 0.8.5 이상이지만 0.9.0 아래의 모든 버전을 의미
• cargo build

    $ cargo build
        Compiling cfg-if v1.0.1
        Compiling libc v0.2.174
        Compiling zerocopy v0.8.26
        Compiling getrandom v0.2.16
        Compiling rand_core v0.6.4
        Compiling ppv-lite86 v0.2.21
        Compiling rand_chacha v0.3.1
        Compiling rand v0.8.5
        Compiling guessing_game v0.1.0 (C:\projects\rust_learn\guessing_game)
            Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 1.37s
  

  • 외부 디펜던시를 포함시키면 카고는 crates.io 데이터의 복사본인 레지스트리(registry)에서 해당 디펜던시가 필요로 하는 모든 것들의 초신 버전을 가져옴
    • crates.io는 러스트 생태계의 개발자들이 다른 사람들도 이용할 수 있도록 러스트 오픈소스를 공개하는 곳
  • 레지스트리를 업데이트한 후 카고는 [dependencies] 섹션을 확인하고 아직 다운로드하지 않은 크레이트들을 다운로드
    • 지금의 경우 rand 만을 명시한다고 하였지만 카고는 rand가 작동하기 위해 의존하고 있는 다른 크레이트들도 함께 가져옴
  • 다운로드 된 크레이트들을 컴파일 하고, 사용 가능한 디펜던시와 함께 프로젝트를 컴파일

Cargo.lock

의존성 버전 고정(lock)을 통해 빌드 환경을 일관되게 유지하기 위한 파일

• 처음 프로젝트를 빌드할 때 카고는 기준을 만족하는 모든 디펜던시의 버전을 확인하고 Cargo.lock에 이를 기록
• 이후 프로젝트를 다시 빌드하게 되면 카고는 모든 버전을 다시 확인하지 않고 Cargo.lock 파일이 존재하는지 확인하여 그 안에 명시된 버전들을 사용

크레이트를 새 버전으로 업데이트하기

Cargo.lock 파일을 무시하고 Cargo.toml에 명시한 요구 사항에 맞는 최신 버전을 확인하고 해당 버전을 Cargo.lock 에 기록하고 싶은 경우 아래 명령어를 이용

cargo update

• cargo update의 결과로 만약 rand 크레이트가 새로운 버전 0.8.6 과 0.9.0 두 가지를 배포했다면 cargo update를 실행했을 때 아래와 같은 메시지를 볼 수 있음

  $cargo update
    Updating crates.io index
    Updating rand v0.8.5 0> v0.8.6
  

  임의의 숫자 생성

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

fn main() {
    println!("Guess the number!");

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

    println!("The secret number is: {secret_number}");

    println!("Please input your guess.");

    let mut guess = String::new();

    io::stdin()
        .read_line(&mut guess)
        .expect("Failed to read line");

    println!("You guessed: {guess}");
}

• use rand::Rng; : Rng는 난수 생성기를 구현한 메서드들을 정의한 크레이트이며 해당 메서드들을 이용하기 위해서는 반드시 스코프 내에 있어야 함
• let secret_number = rand::thread_rng().gen_range(1..=100);
  • rand::thread_rng : OS가 시드(seed)를 정하고 현재 스레드에서만 사용되는 난수 생성기
  • gen_range : 범위 표현식을 인수로 받아 해당 범위 내 임의의 숫자를 생성
    • (1..=100) : 범위 표현식 : start..=end 을 의미하며 start 와 end 값을 포함
• println!("The secret number is: {secret_number}"); : 테스트 목적으로 랜덤한 결과값을 출력 (추후 삭제 될 코드)
• 실행 결과 확인

    $ cargo run
        Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.05s
        Running `target/debug/guessing_game`
    Guess the number!
    The secret number is: 2
    Please input your guess.
    5 # 사용자 입력
    You guessed: 5
  

비밀번호와 추릿값 비교하기

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

fn main() {
    // --생략--

    println!("You guessed: {guess}");

    match guess.cmp(&secret_number) {
        Ordering::Less => println!("Too small!"),
        Ordering::Greater => println!("Too big!"),
        Ordering::Equal => println!("You win!"),
    }
}

• use std::cmp::Ordering; : use 구문을 하나 더 사용하여 표준 라이브러리로 부터 타입을 가져옴
  • Ordering : 열거형
    • 배리언트
      • Less
      • Greater
      • Equal
• match guess.cmp(&secret_number)
  • cmp 메서드 : 두 값을 비교하며 비교 가능한 모든 것들에 대해 호출할 수 있음
    • 비교하고 싶은 값들의 참조자를 받음
    • 위 예시에서는 guess와 secret_number를 비교
    • Ordering 열겨형을 반환
  • match 표현식
    • match 표현식은 갈래(arm)들로 이루어져 있으며, 하나의 갈래는 하나의 패턴(pattern)과 match표현식에서 주어진 값이 패턴과 맞다면 실행할 코드로 이루어져 있음
      • 갈래
        • 패턴 => 코드 한 묶음
        • match 안의 한 줄 또는 블록
      • 패턴
        • 값이 맞는지 검사하는 조건
        • 갈래의 왼쪽 부분
    • 주어진 값을 갈래의 패턴에 맞는지 순서대로 확인
    • 완전성 검사를 컴파일 타임에 진행하여 비교 대상이 가질 수 있는 모든 경우를 다 match 에서 처리해야함 (처리하지 않으면 컴파일 에러 발생)
    • cmp가 guess와 secret_number를 비교한 결과인 Ordering 값에 따라 무엇을 할 것인지 결정

컴파일

$ cargo build
   Compiling guessing_game v0.1.0 (C:\projects\rust_learn\guessing_game)
error[E0308]: mismatched types
   --> src/main.rs:22:21
    |
22  |     match guess.cmp(&secret_number) {
    |                 --- ^^^^^^^^^^^^^^ expected `&String`, found `&{integer}`
    |                 |
    |                 arguments to this method are incorrect
    |
    = note: expected reference `&String`
               found reference `&{integer}`

• 위 에러의 핵심은 일치하지 않는 타입(mismatched type) 이 있음에 대해 설명
  • 러스트는 강한 정적 타입 시스템을 가지고있지만 타입 추론(type inference)도 수행함
  • 만약 let guess = String::new()를 작성한다면 러스트는 guess가 String 타입이어야 함을 추론할 수 있으므로 타입을 작성하지 않아도 됨
  • 위 코드에서 secret_number는 정수형이며 타입 정보를 다른 곳에 추가하지 않았으므로 러스트는 기본적으로 i32라고 생각함
  • 러스트는 문자열과 정수형을 비교할 수 없음

컴파일 에러 해결

프로그램이 입력으로 읽은 String을 실제 숫자 타입으로 바꿔서 비밀번호와 숫자를 비교할 수 있도록 변경

{
    // --생략--
    let mut guess = String::new();

    io::stdin()
        .read_line(&mut guess)
        .expect("Failed to read line");

    // 추가된 라인
    let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("Please type a number!");

    println!("You guessed: {guess}");

    match guess.cmp(&secret_number) {
        Ordering::Less => println!("Too small!"),
        Ordering::Greater => println!("Too big!"),
        Ordering::Equal => println!("You win!"),
     }
}

• 러스트는 이전에 있던 guess 값을 새로운 값으로 가리는(shadow) 것을 허용함
  • 섀도잉(shadowing)
    • guess_str 과 guess와 같은 두 개의 고유 변수를 만들도록 강제하기 보다는 guess라는 변수 이름을 재사용하도록 해줌
    • 어떤 한 타입의 값을 다른 타입으로 바꾸고 싶을 때 자주 사용
• let guess: u32 = guess.trim().parse().expect("Please type a number!");
  • guess.trim().parse().expect()
    • 입력값을 문자열로 가지고 있던 원래 guess를 참조하고, String인스턴스의 trim 메서드를 이용해 처음과 끝 부분의 공백 문자들을(\n 혹은 \r\n) 제거(숫자형 데이터만 저장할 수 있는 u32와 문자열을 비교할 수 있게 하기 위해)
      • 사용자들은 추릿값을 입력한 뒤 read_line을 끝내기 위해 enter 키를 반드시 눌러야 하고, 이로 인하여 개행 문자가 문자열에 추가됨
        • 예를들어 사용자가 5를 입력한 뒤 엔터를 누르면 guess의 값은 5\n 처럼 됨 (윈도우에서는 5\r\n이 됨)
          • \n : 새로운 라인 을 의미
          • \r : 현재줄의 맨 앞으로 이동 (캐리지 리턴)
    • 문자열의 parse() 메서드는 문자열을 다른 타입으로 바꿔줌 (현재 코드에서는 문자열을 숫자로 바꾸는데 사용 됨)
  • let guess: u32
    • 필요로 하는 정확한 숫자 타입을 러스트에게 알려줌
    • : : 변수의 타입을 명시(type annotation)했음을 의미
    • u32 : 부호가 없는 32비트의 정수
    • 위의 변수 타입 명시를 통해 guess.cmp(&secret_number) 에서 secret_number의 타입도 u32이어야 한다고 추론할 수 있게 됨
  • expect(msg...)
    • 만약 parse() 가 문자열로부터 정수를 만들어낼 수 없어 Err Result 배리언트를 반환한다면, expect호출은 게임을 멈추고 제공한 메시지(msg...)를 출력

프로그램 실행

$ cargo run
   Compiling guessing_game v0.1.0 (C:\projects\rust_learn\guessing_game)
    Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.40s
     Running `target/debug/guessing_game`
 Guess the number!
The secret number is: 93
Please input your guess.
    24  
You guessed: 24
Too small!

전체 코드

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

fn main() {
    println!("Guess the number!");

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


    loop {
        println!("Please input your guess.");

        let mut guess = String::new();

        io::stdin()
            .read_line(&mut guess)
            .expect("Failed to read line");

        let guess: u32 = match guess.trim().parse() {
            Ok(num) => num,
            Err(_) => continue,
        };

        println!("You guessed: {guess}");

        match guess.cmp(&secret_number) {
            Ordering::Less => println!("Too small!"),
            Ordering::Greater => println!("Too big!"),
            Ordering::Equal => {
                println!("You win!");
                break;
            }
        }
    }
    
}

반복문을 이용하여 여러 번의 추리 허용하기

• loop 키워드는 무한 루프를 제공
  • 비밀번호는 한번만 생성하고, 추릿값을 반복문을 이용하여 비교

정답을 맞힌 후 종료하기

• 정답을 맞춘 경우 break 를 이용하여 loop를 종료
  • 버그로 인하여 프로그램이 정상 종료 되지 않는다면 Ctrl + c 를 눌러 강제 종료를 수행할 수 있습니다.

잘못된 입력값 처리하기

기존 expect 메서드 호출을 match 표현식으로 바꾸어 에러 발생 시 즉시 종료가 아닌 에러 처리로 변경

• parse 메서드는 Result 타입을 반환
  • Result 타입은 Ok 또는 Err 배리언트를 가진 열거형이므로 match 표현식을 이용하여 각 결과에 따른 처리
  • parse 에서 Ok 를 반환하는 경우
    • 성공적으로 문자열을 정수로 변환할 수 있는 경우
    • Ok 값은 첫 번째 갈래의 패턴에 매칭되고, match 표현식은 parse가 생성하여 Ok값 안에 넣어둔 num값을 반환
  • parse 에서 Err 를 반환하는 경우
    • 문자열을 정수로 변환하지 못한 경우
    • Err는 첫 번째 갈래의 패턴인 Ok(num)과는 매칭되지 않지만, 두번째 갈래의 Err(_)과 매칭 됨
      • 밑줄(_)은 포괄(catch-all)값 이라고 하며 모든 값에 매칭될 수 있음
      • 따라서 continue가 수행되어 loop의 다음 반복으로 가서 또 다른 추릿값을 요구하게 됨

결과 확인하기

$ cargo run
   Compiling guessing_game v0.1.0 (C:\projects\rust_learn\guessing_game)
    Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.22s
     Running `target/debug/guessing_game`
Guess the number!
Please input your guess.
10
You guessed: 10
Too small!
Please input your guess.
50
You guessed: 50
Too small!
Please input your guess.
70
You guessed: 70
Too big!
Please input your guess.
60
You guessed: 60
You win!