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【typenum】 16 非零标记及改进建议

ds 2025/8/18 7:31:42

一、源码

这段代码定义了一个标记 trait NonZero，用于在类型系统中表示"非零"的数值类型。这是 Rust 类型级编程(type-level programming)的典型模式，常见于类型算术(type-level arithmetic)库中。

定义

/// A **marker trait** to designate that a type is not zero. All number types in this
/// crate implement `NonZero` except `B0`, `U0`, and `Z0`.
pub trait NonZero: Sealed {}

B1实现（bit.rs）

impl NonZero for B1 {}

UInt实现（uint.rs）

impl<U: Unsigned, B: Bit> NonZero for UInt<U, B> {}

PInt、NInt实现（int.rs）

impl<U: Unsigned + NonZero> NonZero for PInt<U> {}
impl<U: Unsigned + NonZero> NonZero for NInt<U> {}

二、核心定义 (marker_traits.rs)


pub trait NonZero: Sealed {}

标记 trait：没有方法或关联类型，仅用于类型分类
作用：标识该类型代表非零值
Sealed：这是一个密封 trait，防止外部类型实现
注释说明：除了 B0、U0 和 Z0 外，所有数值类型都实现此 trait

三、各类型实现

位类型实现 (bit.rs)


impl NonZero for B1 {}

B1 表示二进制位 1
只有 B1 实现 NonZero，B0 不实现（符合"非零"定义）

无符号整数实现 (uint.rs)


impl<U: Unsigned, B: Bit> NonZero for UInt<U, B> {}

UInt<U, B> 是类型级无符号整数的通用结构
任何由 Unsigned 类型 U 和位 B 组成的 UInt 都自动是非零
注意：UInt<UTerm, B0>（即 U0）不实现此 trait

有符号整数实现 (int.rs)


impl<U: Unsigned + NonZero> NonZero for PInt<U> {}  // 正整数
impl<U: Unsigned + NonZero> NonZero for NInt<U> {}  // 负整数

PInt 表示正整数，NInt 表示负整数
只有当底层无符号类型 U 是 NonZero 时，它们才是 NonZero
例如：
- PInt 是 NonZero（因为 U1 是 NonZero）
- PInt 不是 NonZero（因为 U0 不是 NonZero）

四、设计意义

类型安全：


fn divide<T: NonZero>(numerator: i32, _denominator: T) -> i32 {numerator / unsafe { std::mem::transmute::<T, i32>(_denominator) }
}

保证除数永远不会是零

编译时验证：

trait SafeDivision {type Output;}impl<T: NonZero> SafeDivision for T {type Output = Self;}

与零类型互补：

Zero trait 和 NonZero trait 共同覆盖所有数值类型
通过 trait 约束可以明确区分零/非零场景

五、典型使用场景

类型级算术运算：


fn generic_fn<T: NonZero>() {// 保证T不是零类型
}

安全数学运算：

struct Ratio<N, D: NonZero> {numerator: N,denominator: D,}

硬件寄存器操作（确保不写零值到特定寄存器）

这种模式在需要编译时保证数值属性的场景非常有用，特别是嵌入式开发、密码学、区块链等对安全性要求高的领域。

六、改进建议

正整数类型改名

原类型	新命名	数学含义	扩展性设计
UInt<U,B>	UPos<U,B>	二进制无符号正整数 (2*U + B)	保留U前缀与无符号体系一致
PInt	SPos	有符号正整数	S前缀（Signed）为小数/浮点数预留

负整数类型改名

原类型	新命名	数学含义	扩展性设计
NInt	SNeg	有符号负整数	明确负号语义，支持后续小数/浮点数实现

扩展预留设计


/// 有符号类型标记（为小数预留）
pub trait Sign {const IS_POSITIVE: bool;
}impl<U: Unsigned> Sign for SPos<U> {const IS_POSITIVE: bool = true;
}impl<U: Unsigned> Sign for SNeg<U> {const IS_POSITIVE: bool = false;
}/// 未来可扩展的小数类型
pub struct SFrac<U: Unsigned, S: Sign> { /*...*/ }