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【PhysUnits】4.1 类型级比特位实现解释（boolean.rs）

ops 2025/8/23 2:21:27

一、源码

该代码实现了一个类型级(type-level)的布尔系统，允许在编译时进行布尔运算。

//! 类型级比特位实现
//!
//! 这些是基础的比特位类型，作为本库中其他数值类型的构建基础
//!
//! 已实现的**类型运算符**：
//!
//! - 来自 `core::ops` 的：`BitAnd`(与), `BitOr`(或), `BitXor`(异或) 和 `Not`(非)
//! - 比较操作：`PartialEq`, `Eq`
//! - 转换操作：`From<bool>`, `Into<bool>`
//!
//! 别名定义：
//! - `P1` = `True` (逻辑真/正一)
//! - `Z0` = `False` (逻辑假/零)
//!
//! 示例：
//! ```
//! use your_crate::{P1, Z0, Boolean};
//!
//! let t = P1::new();
//! let f = Z0::new();
//!
//! assert_eq!(t & t, P1);
//! assert_eq!(t | f, P1);
//! assert_eq!(t ^ t, Z0);
//! assert_eq!(!t, Z0);
//! ```use core::ops::{BitAnd, BitOr, BitXor, Not};
use crate::sealed::Sealed;/// 编译时比特位的标记特征
pub trait Boolean: Sealed + Copy + Default + 'static {const BOOL: bool;fn new() -> Self;fn to_bool() -> bool {Self::BOOL}fn as_bool(&self) -> bool {Self::BOOL}
}/// 类型级比特位0（逻辑假）
#[derive(Eq, PartialEq, Ord, PartialOrd, Clone, Copy, Debug, Default)]
pub struct False;/// 类型级比特位0的别名（零）
pub type Z0 = False;impl False {#[inline(always)]pub const fn new() -> Self {False}
}/// 类型级比特位1（逻辑真）
#[derive(Eq, PartialEq, Ord, PartialOrd, Clone, Copy, Debug, Default)]
pub struct True;/// 类型级比特位1的别名（正一）
pub type P1 = True;impl True {#[inline(always)]pub const fn new() -> Self {True}
}impl Sealed for False {}
impl Sealed for True {}impl Boolean for False {const BOOL: bool = false;#[inline(always)] fn new() -> Self { Self }
}impl Boolean for True {const BOOL: bool = true;#[inline(always)] fn new() -> Self { Self }
}// 实现所有逻辑运算（保持原有实现）
// ... [原有所有BitAnd/BitOr/BitXor/Not的实现保持不变]// 测试用例需要更新以包含别名测试
#[cfg(test)]
mod tests {use super::*;#[test]fn test_aliases() {let p1 = P1::new();let z0 = Z0::new();assert_eq!(p1, True);assert_eq!(z0, False);assert!(P1::BOOL);assert!(!Z0::BOOL);}#[test]fn test_boolean_ops_with_aliases() {let p1 = P1::new();let z0 = Z0::new();assert_eq!(p1 & p1, P1);assert_eq!(p1 | z0, P1);assert_eq!(p1 ^ p1, Z0);assert_eq!(!p1, Z0);}#[test]fn test_boolean_ops() {let t = True::new();let f = False::new();assert_eq!(t & t, True);assert_eq!(t & f, False);assert_eq!(f & t, False);assert_eq!(f & f, False);assert_eq!(t | t, True);assert_eq!(t | f, True);assert_eq!(f | t, True);assert_eq!(f | f, False);assert_eq!(t ^ t, False);assert_eq!(t ^ f, True);assert_eq!(f ^ t, True);assert_eq!(f ^ f, False);assert_eq!(!t, False);assert_eq!(!f, True);}#[test]fn test_conversions() {let t: &dyn Boolean = true.into();assert!(t.as_bool());let f: &dyn Boolean = false.into();assert!(!f.as_bool());assert!(bool::from(True::new()));assert!(!bool::from(False::new()));}
}

二、主要组件

Boolean trait

定义了类型级布尔值的基本行为和操作
包含编译时常量BOOL表示布尔值
提供构造方法new()和转换方法to_bool()/as_bool()
标记为Sealed防止外部实现

布尔类型

False: 表示逻辑假/0
True: 表示逻辑真/1

类型别名:

Z0 = False (零)

P1 = True (正一)

实现的操作

逻辑运算:
- Not(非): !
- BitAnd(与): &
- BitOr(或): |
- BitXor(异或): ^
比较: PartialEq, Eq
转换: From, Into

三、关键实现细节

常量值:

False::BOOL = false
True::BOOL = true

逻辑运算实现:

每种运算都为所有可能的组合提供了具体实现
例如True & False返回False

转换操作:

可以从运行时bool转换为类型级布尔值
也可以从类型级布尔值转换回运行时bool

性能优化:

使用#[inline(always)]确保零运行时开销
所有操作都在编译时完成

四、使用示例

use your_crate::{P1, Z0};let t = P1::new();  // True
let f = Z0::new();  // Falseassert_eq!(t & t, P1);  // True AND True = True
assert_eq!(t | f, P1);  // True OR False = True
assert_eq!(t ^ t, Z0);  // True XOR True = False
assert_eq!(!t, Z0);     // NOT True = False