【unitrix】 3.0 基本结构体(types.rs)
一、源码
这段代码定义了一个类型级(type-level)的数字系统，用于在编译时表示和处理数字。它使用了Rust的类型系统和泛型编程来实现。
use core::marker::PhantomData;
use crate::sealed::Sealed;// Special floating-point values
#[derive(Debug, PartialEq, Default)]
pub enum Special {#[default]Nan, // Not a NumberInfinity, // Positive infinityNegInfinity,// Negative infinity
}// Basic numeric type representations/// Terminal representation for decimal 0
/// - Atomic constant in type system
/// - Cannot be used as generic parameter for B0/B1
#[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Debug, Default)]
pub struct Z0;/// Positive sign terminator / numeric 1 representation
/// - Standalone: value 1
/// - As generic parameter:
/// - Current bit is 1
/// - Higher bits are 0
/// - Example: B1<P1> represents 011 (+3)
#[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Debug, Default)]
pub struct P1;/// Negative sign terminator / numeric -1 representation
/// - Standalone: value -1
/// - As generic parameter:
/// - Current bit is 1
/// - Higher bits are 1
/// - Example: B0<N1> represents ...1110 (-2)
#[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Debug, Default)]
pub struct N1;/// Binary digit 0 for two's complement
/// - H: Higher bits
/// - Example: B0<P1> represents 010 (+2)
#[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Debug)]
pub struct B0<H>(PhantomData<H>);impl<H> Default for B0<H> {fn default() -> Self { B0(PhantomData) }
}/// Binary digit 1 for two's complement
/// - H: Higher bits
/// - Example: B1<P1> represents 011 (+3)
#[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Debug)]
pub struct B1<H>(PhantomData<H>);impl<H> Default for B1<H> {fn default() -> Self { B1(PhantomData) }
}/// Floating-point number in type-level scientific notation (M × 2^E)
/// - Mantissa: Significand (includes sign)
/// - Exponent: In two's complement
/// - Supports NaN, +∞, -∞
#[derive(Clone, Copy, Debug)]
pub struct Float<Mantissa, Exponent>(PhantomData<(Mantissa, Exponent)>);impl<Mantissa, Exponent> Default for Float<Mantissa, Exponent> {fn default() -> Self { Float(PhantomData) }
}/// Bridge between library types and primitive numeric types
/// - Enables mixed operations between custom and primitive types
/// - Provides type-safe operator overloading
/// - Example: Var(3) + P1 → i32 + type-level 1
#[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq, Default)]
pub struct Var<T>(pub T);// Constructors
impl Z0 { #[inline] pub fn new() -> Self { Z0 } }
impl P1 { #[inline] pub fn new() -> Self { P1 } }
impl N1 { #[inline] pub fn new() -> Self { N1 } }impl<H> B0<H> { #[inline] pub fn new() -> Self { B0(PhantomData) }
}impl<H> B1<H> { #[inline] pub fn new() -> Self { B1(PhantomData) }
}impl<Mantissa, Exponent> Float<Mantissa, Exponent> {#[inline] pub fn new() -> Self { Float(PhantomData) }
}// Sealed trait implementations
impl Sealed for Special {}
impl Sealed for Z0 {}
impl Sealed for P1 {}
impl Sealed for N1 {}
impl<H> Sealed for B0<H> {}
impl<H> Sealed for B1<H> {}
impl<Mantissa, Exponent> Sealed for Float<Mantissa, Exponent> {}
impl Sealed for Var<i8> {}
impl Sealed for Var<i16> {}
impl Sealed for Var<i32> {}
impl Sealed for Var<i64> {}
impl Sealed for Var<i128> {}
impl Sealed for Var<isize> {}
impl Sealed for Var<f32> {}
impl Sealed for Var<f64> {}
二、代码分析
- 特殊浮点值 (Special 枚举)
pub enum Special {#[default]Nan, // 非数字Infinity, // 正无穷NegInfinity,// 负无穷
}
表示浮点数中的特殊值：NaN(非数字)、正无穷和负无穷。
- 基本数字类型表示
Z0
pub struct Z0;
表示十进制数字0的终止符，是类型系统中的原子常量。
P1 和 N1
pub struct P1; // 正1
pub struct N1; // 负1
-
P1：表示正1，也可以作为正号的终止符
-
N1：表示负1，也可以作为负号的终止符
- 二进制数字表示 (用于补码)
B0 和 B1
pub struct B0<H>(PhantomData<H>); // 二进制0
pub struct B1<H>(PhantomData<H>); // 二进制1
使用泛型表示二进制数字：
-
B0 表示二进制0
-
B1 表示二进制1
-
H 是更高位的类型参数
使用 PhantomData 来保持类型参数但不占用实际存储空间
- 浮点数表示 (Float)
pub struct Float<Mantissa, Exponent>(PhantomData<(Mantissa, Exponent)>);
用类型级科学计数法表示浮点数：
-
Mantissa：尾数/有效数字(包含符号)
-
Exponent：指数(用补码表示)
-
支持特殊值(NaN, ±∞)
- 桥梁类型 (Var)
pub struct Var<T>(pub T);
在库类型和原始数值类型之间建立桥梁：
+允许自定义类型和原始类型之间的混合操作
+提供类型安全的运算符重载
+例如：Var(3) + P1 表示 i32 + 类型级1
-
构造函数
为所有类型提供了简单的构造函数(new())，使用PhantomData来构造泛型类型。 -
Sealed trait 实现
impl Sealed for Special {}
// ...其他类型的实现...
实现了Sealed trait，这是一种设计模式，用于限制哪些类型可以实现特定的trait，防止外部类型实现这些trait。
三、设计特点：
-
类型级编程：使用Rust的类型系统在编译时表示和处理数字
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零运行时开销：所有信息都在类型中表示，运行时没有额外开销
-
安全抽象：通过Sealed trait限制实现，保证类型安全
-
灵活扩展：可以表示整数、浮点数及其各种运算
这种设计常见于需要编译时计算或验证的领域，如物理单位系统、金融计算等，可以在编译时捕获更多的错误。