【PhysUnits】15 完善的类型整数基本结构体(basic.rs)

一、源码

这段代码定义了一个类型系统，用于表示不同类型的数字（正数、负数、零、非零数等），并通过 trait 来标记这些类型的性质。

use crate::sealed::Sealed;
use core::marker::PhantomData;// ========== 基础类型定义 ==========
#[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Debug)]
pub struct B0<H>(pub PhantomData<H>);#[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Debug)]
pub struct B1<H>(pub PhantomData<H>);#[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Debug, Default)]
pub struct Z0;#[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Debug, Default)]
pub struct P1;//新增#[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Debug, Default)]
pub struct N1;impl<H> Default for B0<H>{fn default() -> Self{B0(PhantomData)}
}impl<H> Default for B1<H>{fn default() -> Self{B1(PhantomData)}
}// ========== Sealed 实现 ==========
impl<H> Sealed for B0<H> {}
impl<H> Sealed for B1<H> {}
impl Sealed for Z0 {}
impl Sealed for P1 {}
impl Sealed for N1 {}// ========== 标记特质定义 ==========
pub trait Positive: Sealed {}
pub trait Negative: Sealed {}
pub trait Integer: Sealed + Copy + Default + 'static {}
pub trait NonZero: Integer {}
pub trait NonOne: Integer {}
pub trait NonNegOne: Integer {}
pub trait Unsigned: Integer {}// ========== Positive 实现 ==========
impl Positive for P1 {} //原先B1<Z0>替换为P1
impl<H: Positive> Positive for B0<H> {}
impl<H: Positive> Positive for B1<H> {}// ========== Negative 实现 ==========
impl Negative for N1 {}
impl<H: Negative> Negative for B0<H> {}
impl<H: Negative> Negative for B1<H> {}// ========== NonZero 实现 ==========
impl NonZero for P1 {}
impl NonZero for N1 {}
impl<H: NonZero> NonZero for B0<H> {}
impl<H: NonZero> NonZero for B1<H> {}// ========== Integer 实现 ==========
impl Integer for P1 {}
impl Integer for N1 {}
impl<H: NonZero> Integer for B0<H> {}
impl<H: NonZero> Integer for B1<H> {}
impl Integer for Z0 {} //现在Z0仅单独使用// ========== NonOne 实现 ==========
impl NonOne for Z0 {}
impl NonOne for N1 {}
impl<H: NonZero> NonOne for B0<H> {}
impl<H: NonZero> NonOne for B1<H> {}// ========== NonNegOne 实现 ==========
impl NonNegOne for Z0 {}
impl NonNegOne for P1 {}
impl<H: NonZero> NonNegOne for B0<H> {}
impl<H: NonZero> NonNegOne for B1<H> {}// ========== Unsigned 实现 ==========
impl Unsigned for P1 {}
impl<H: NonZero + Positive> Unsigned for B0<H> {}
impl<H: NonZero + Positive> Unsigned for B1<H> {}
impl Unsigned for Z0 {}// ========== 构造函数 ==========
impl<H> B0<H> {#[inline]pub fn new() -> Self {B0(PhantomData)}
}impl<H> B1<H> {#[inline]pub fn new() -> Self {B1(PhantomData)}
}impl P1 {#[inline]pub fn new() -> Self {P1}
}impl N1 {#[inline]pub fn new() -> Self {N1}
}impl Z0 {#[inline]pub fn new() -> Self {Z0}
}

二、基础类型定义

定义了五种基本类型：

• B0 和 B1：泛型结构体，用于构建更复杂的数字类型。

• Z0：表示数字0

• P1：表示数字+1（新增的）

• N1：表示数字-1
  这些类型都派生了一些常见 trait（Eq, PartialEq, Clone, Copy, Debug）并实现了 Default trait。

三、Sealed实现

为所有基础类型实现了 Sealed trait。Sealed 是一个标记 trait，用于限制这些 trait 只能在本模块中被实现（防止外部类型实现这些 trait）。

四、标记特质定义

定义了一系列 trait 来标记数字的性质：

• Positive：正数

• Negative：负数

• Integer：整数（所有数字类型的基 trait）

• NonZero：非零

• NonOne：非一

• NonNegOne：非负一

• Unsigned：无符号数（零或正数）

五、各种特质的实现

为不同类型实现了上述特质：

• Positive：P1 和所有以 P1 为基础构建的正数

• Negative：N1 和所有以 N1 为基础构建的负数

• NonZero：所有不等于零的数

• Integer：所有整数类型

• NonNegOne：除了N1，其他都是非负一数

• Unsigned：P1和它们的组合是无符号数，Z0也是

六、构造函数

为所有类型提供了 new() 构造函数，方便创建实例。

七、设计目的

这个系统用来在类型级别表示和操作数字的，用于：

• 可以确保某个函数只接受正数类型

• 可以在编译期区分零和非零

• 可以构建更复杂的数字类型（如 B1<B0> 表示二进制形式的正数5）

八、特点

1. 零(Z0)现在是独立类型，不再像之前可能作为B0、B1的符号位

2. 新增了P1直接表示+1，简化了正数的表示，即与B0、B1配合使用时表示符号为正，该位为1，更高位都是0。

3. 使用类型参数H可以构建更复杂的数字（如B1<B0>表示5的二进制形式数字）

4. 使用泛型和类型组合来表示更复杂的数字

5. 通过 trait 约束来确保类型安全

6. 零 (Z0) 是一个独立的类型，不再与B0、B1组合使用

7. N1和新增的P1作为基本构建块，替代了之前可能使用的 B1

这种设计常见于需要编译期验证的领域，如维度检查、单位系统等。