【unitrix】 1.8 常量约束(const_traits.rs)

一、源码

这段代码是用Rust实现的类型级数字系统，使用类型来表示整数并定义它们的属性。这是一种在编译时进行数学运算的技术，常用于需要编译时验证的场景。

use crate::sealed::Sealed;
use crate::number::{Z0, P1, N1, B0, B1};

// ========== Marker Traits Definition ==========
// ========== 标记特质定义 ==========

/// Integer type marker trait
/// 整数类型标记特质
pub trait Integer: Default+ Sealed + Copy + 'static {
    /// Convert to i32 (will be deprecated after Var implementation)
    /// 转换为i32 (Var方法完善后将取消)
    fn to_i32() -> i32;
}

/// Non-zero integer marker
/// 非零整数标记
pub trait NonZero: Integer {}

// Integer not equal to 1
/// 不等于1的整数标记
pub trait NonOne: Integer {}

/// Integer not equal to -1
/// 不等于-1的整数标记
pub trait NonNegOne: Integer {}

// Unsigned integer marker
/// 无符号整数标记
pub trait Unsigned: Integer {}

// ========== NonZero Implementations ==========
// ========== NonZero 实现 ==========
impl NonZero for P1 {}
impl NonZero for N1 {}
impl<H: NonZero> NonZero for B0<H> {}
impl<H: NonZero> NonZero for B1<H> {}

// ========== Integer Implementations ==========
// ========== Integer 实现 ==========

// Z0 represents 0
// Z0 表示 0
impl Integer for Z0 {
    #[inline(always)]
    fn to_i32() -> i32 {
        0
    }
}

// P1 represents +1
// P1 表示 +1
impl Integer for P1 {
    #[inline(always)]
    fn to_i32() -> i32 {
        1
    }
}

// N1 represents -1
// N1 表示 -1
impl Integer for N1 {
    #[inline(always)]
    fn to_i32() -> i32 {
        -1
    }
}

// B0 represents H * 2
// B0 表示 H * 2
impl<H: NonZero> Integer for B0<H> {
    #[inline(always)]
    fn to_i32() -> i32 {
        H::to_i32() * 2
    }
}

// B1 represents H * 2 + 1
// B1 表示 H * 2 + 1
impl<H: NonZero> Integer for B1<H> {
    #[inline(always)]
    fn to_i32() -> i32 {
        H::to_i32() * 2 + 1
    }
}

// ========== NonOne Implementations ==========
// ========== NonOne 实现 ==========
impl NonOne for Z0 {}
impl NonOne for N1 {}
impl<H: NonZero> NonOne for B0<H> {}
impl<H: NonZero> NonOne for B1<H> {}

// ========== NonNegOne Implementations ==========
// ========== NonNegOne 实现 ==========
impl NonNegOne for Z0 {}
impl NonNegOne for P1 {}
impl<H: NonZero> NonNegOne for B0<H> {}
impl<H: NonZero> NonNegOne for B1<H> {}

// ========== Unsigned Implementations ==========
// ========== Unsigned 实现 ==========
impl Unsigned for Z0 {}
impl Unsigned for P1 {}
impl<H: NonZero + NonNegOne> Unsigned for B0<H> {}
impl<H: NonZero + NonNegOne> Unsigned for B1<H> {}

二、代码分析

1. 基本结构

use crate::sealed::Sealed;
use crate::number::{Z0, P1, N1, B0, B1};

• 引入了密封模式(Sealed)和一些数字类型(Z0, P1, N1, B0, B1)

2. 标记特质(Trait)定义
   定义了一系列标记特质来描述数字类型的属性：

• Integer: 基础整数特质，要求实现Default、Sealed、Copy和’static，并提供一个to_i32()方法

• NonZero: 标记非零整数

• NonOne: 标记不等于1的整数

• NonNegOne: 标记不等于-1的整数

• Unsigned: 标记无符号整数(非负整数)

3. 数字类型表示
   系统使用类型来表示数字：

• Z0: 表示数字0

• P1: 表示+1

• N1: 表示-1

• B0: 表示H*2 (二进制表示，在末尾加0)

• B1: 表示H*2+1 (二进制表示，在末尾加1)

4. 实现细节

• NonZero实现: P1、N1和所有以B0、B1结尾的非零数字都是NonZero

• Integer实现:

• Z0转换为0

• P1转换为1

• N1转换为-1

• B0转换为H::to_i32() * 2

• B1转换为H::to_i32() * 2 + 1

• NonOne实现: 所有不等于1的类型

• NonNegOne实现: 所有不等于-1的类型

• Unsigned实现: 所有非负整数(0、1和所有以B0、B1结尾的非负非-1数字)

5. 设计模式

• 密封模式(Sealed): 防止外部类型实现这些特质

• 类型级编程: 使用类型而不是值来表示数字，在编译时进行计算

• 标记特质: 用于分类和约束类型

6. 用途
   这种设计通常用于:

• 编译时维度检查

• 类型安全的状态机

• 编译时计算的数学运算

• 需要强类型保证的领域

例如，可以创建类型安全的数组，其长度在类型中编码，并在编译时检查操作是否合法。

这种技术虽然增加了编译时复杂度，但可以提供更强的类型安全和运行时零成本抽象。