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【unitrix】 4.20 类型级二进制数减法实现解析(sub.rs)

news 2025/7/12 16:16:11

一、源码

这段代码实现了一个用于统计二进制补码整数位数的系统，支持多种自定义数值类型（Z0、P1、N1、B0、B1）。

use core::mem::size_of;
use crate::number::{Z0, P1, N1, B0, B1, Var};/// 统计二进制位数的 trait
pub trait BitLength {fn bit_length(self) -> usize;
}// 基本类型实现
impl BitLength for Z0 {fn bit_length(self) -> usize { 0 }  // Z0 不算位数
}impl BitLength for P1 {fn bit_length(self) -> usize { 1 }  // P1 = +1 (1位)
}impl BitLength for N1 {fn bit_length(self) -> usize { 1 }  // N1 = -1 (1位)
}/// B0<H> 的位数 = 1 (当前位) + H 的位数
impl<H> BitLength for B0<H>
whereH: BitLength,
{fn bit_length(self) -> usize {1 + self.0.bit_length()  // 递归调用（运行时，不会触发编译器递归检查）}
}/// B1<H> 的位数 = 1 (当前位) + H 的位数
impl<H> BitLength for B1<H>
whereH: BitLength,
{fn bit_length(self) -> usize {1 + self.0.bit_length()  // 递归调用（运行时）}
}/// 检查位数是否超过 Var<T> 的 T 的位数限制
pub fn check_bit_length<T>(value: impl BitLength) -> bool
whereT: PrimitiveInt,  // 假设 Primitive 是整数类型（如 i32, i64）
{let max_bits = size_of::<T>() * 8;  // 如 i32 = 32 位value.bit_length() <= max_bits
}

二、核心设计

类型定义

Z0：表示数值0（0位）
P1：表示+1（1位）
N1：表示-1（1位）
B0/B1：递归结构，表示二进制补码的高位部分

关键Trait


pub trait BitLength {fn bit_length(self) -> usize;  // 按值消费self
}

所有数值类型必须实现该trait来计算自身位数
按值传递（self而非&self）要求类型必须实现Copy或调用时转移所有权

三、位数计算规则

基本类型

类型	位数	解释
Z0	0	数值0不占有效位
P1	1	二进制1（+1）
N1	1	二进制1（-1的补码）

复合类型

B0<H>：当前位0 + 高位位数


1 + self.0.bit_length()

B1<H>：当前位1 + 高位位数

1 + self.0.bit_length()

四、边界检查函数


pub fn check_bit_length<T>(value: impl BitLength) -> bool
whereT: PrimitiveInt,
{let max_bits = size_of::<T>() * 8;  // 计算T类型的位数容量value.bit_length() <= max_bits     // 比较实际位数
}

功能：检查数值的位数是否不超过Var中T的位数限制
示例：

let num = B0(B1(P1)); // 二进制01（十进制+1，2位）assert!(check_bit_length::<i32>(num)); // 检查是否适合i32（32位）

五、关键实现细节

递归解析

B0<B1>的解析过程：

+B0.bit_length() → 1 + B1.bit_length()
- B1.bit_length() → 1 + P1.bit_length()
- P1.bit_length() → 1
- 最终结果：1 + 1 + 1 = 3位

所有权处理

所有方法使用self而非&self，意味着：
- 类型应实现Copy（如#[derive(Copy, Clone)]）
- 或调用时转移所有权（适合一次性使用的场景）

泛型约束


impl<H> BitLength for B0<H> where H: BitLength

确保嵌套类型H也必须实现BitLength

六、使用示例


// 定义结构体（需实现Copy）
#[derive(Copy, Clone)]
struct P1;// 计算B0(B1(P1))的位数
let num = B0(B1(P1));
assert_eq!(num.bit_length(), 3);// 检查是否适合i8
assert!(check_bit_length::<i8>(num)); // 3 <= 8