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【unitrix】 5.0 第二套类型级二进制数基本结构体(types2.rs)

ds 2025/7/14 7:18:04

一、源码

这是一个使用 Rust 类型系统实现类型级(type-level)二进制数的设计。

//! 类型级二进制数表示方案（第二套方案）
//!
//! 使用嵌套泛型结构体表示二进制数，支持整数和小数表示。use crate::sealed::Sealed;/// 类型级二进制数结构体
///
/// # 泛型参数说明
/// - `H`: 高位部分
///   - `I` 表示高位为1
///   - `O` 表示高位为0
///   - `B<H, L>` 表示嵌套的高位
///   - `Null` 仅用于顶层结构，表示无更高位
/// - `L`: 低位部分
///   - `I` 表示低位为1
///   - `O` 表示低位为0
///   - `B<H, L>` 表示小数部分
///   - `Null` 仅用于顶层结构，表示无小数部分
///
/// # 表示规则
/// - 整数部分使用嵌套的B结构体表示
/// - 小数部分通过低位的B结构体表示
/// - 规范化表示要求嵌套的B结构体高位不能为Null
#[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Debug)]
pub struct B<H, L>(pub H, pub L);/// 空类型标记，用于表示无更高位或无小数部分
#[derive(Eq, PartialEq, Ord, PartialOrd, Clone, Copy, Debug, Default)]
pub struct Null;impl Null {/// 创建新的Null实例#[inline(always)]pub const fn new() -> Self {Null}
}impl<H: Default, L: Default> Default for B<H, L> {fn default() -> Self {B(Default::default(), Default::default())}
}impl<H, L> B<H, L> {/// 创建新的二进制数实例#[inline]pub fn new(h: H, l: L) -> Self {B(h, l)}
}/// 类型级比特位0（逻辑假）
#[derive(Eq, PartialEq, Ord, PartialOrd, Clone, Copy, Debug, Default)]
pub struct O;impl O {/// 创建新的O实例#[inline(always)]pub const fn new() -> Self {Self}
}/// 类型级比特位1（逻辑真）
#[derive(Eq, PartialEq, Ord, PartialOrd, Clone, Copy, Debug, Default)]
pub struct I;impl I {/// 创建新的I实例#[inline(always)]pub const fn new() -> Self {I}
}// 为类型实现密封标记
impl<H, L> Sealed for B<H, L> {}
impl Sealed for O {}
impl Sealed for I {}
impl Sealed for Null {}

二、源码分析

核心设计理念：

使用泛型结构体 B<H, L> 表示二进制数，其中 H 是高位，L 是低位
通过类型组合来表示任意长度的二进制数
支持整数和小数的表示

主要类型定义：


pub struct B<H, L>(pub H, pub L);

二元组结构体，H 表示高位，L 表示低位
可以嵌套使用来表示多位二进制数

基本位类型：


pub struct O;  // 表示二进制0
pub struct I;  // 表示二进制1
pub struct Null;  // 表示空/无更高位4. 类型组合示例：+ B<I, O> 表示二进制补码 "10" (十进制-2)+ B<B<O, I>, O> 表示二进制 "010" (十进制2)+ B<I, B<I, Null>> 可以表示二进制 "1.1" (小数)+ B<I, Null> 可以表示二进制 "1.0" (小数)5. 实现细节：+ 所有类型都实现了常见的 trait (Eq, Debug 等)以便于使用+ 提供了 new() 构造函数+ 实现了 Default trait+ 使用 Sealed trait 进行封装保护6. 规范化规则：+ 嵌套的 B 结构体高位不能为 Null+ Null 只用于顶层结构表示边界7. 使用场景：+ 类型级编程+ 编译期计算+ 类型安全的二进制操作这种设计的主要优点是：+ 完全在类型系统层面实现，无运行时开销+ 类型安全 - 非法状态无法表示+ 可扩展 - 可以表示任意长度的二进制数+ 支持小数表示典型用例可能包括：+ 硬件寄存器映射+ 精确数值计算+ 协议解析+ 类型安全的位操作这个实现展示了 Rust 强大的类型系统和泛型能力，能够在编译期保证二进制数的正确性。