【学Rust写CAD】25 变量类（variable.rs）

源码

rust 复制代码

/*
 * 变量结构体 Variable
 * 该结构体泛型参数 T 需满足 Numeric 约束
 */

use std::ops::{Mul, Add, Neg, Sub};
//use super::constant::{Zero, One, DecOne};
use super::fixed::Fixed;

/// 定义 Numeric trait，约束 T 必须实现基本数值运算
pub trait Numeric: 
    Mul<Output = Self> + 
    Add<Output = Self> + 
    Sub<Output = Self> + 
    Neg<Output = Self> + 
    Copy + 
    Sized 
{}

// 为基本类型实现 Numeric
impl Numeric for i32 {}
impl Numeric for f32 {}
impl Numeric for f64 {}
impl Numeric for Fixed {}

/// 变量结构体，封装一个泛型值 T
#[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq)]
pub struct Variable<T: Numeric>(pub T);

/// 实现 Variable 与 Variable 的乘法运算
/// V * V
impl<T: Numeric> Mul<Variable<T>> for Variable<T> {
    type Output = Self;

    fn mul(self, b: Self) -> Self::Output {
        Variable(self.0 * b.0)
    }
}

/// 实现 Variable 与 Variable 的加法运算
/// V + V
impl<T: Numeric> Add for Variable<T> {
    type Output = Self;

    fn add(self, b: Self) -> Self::Output {
        Variable(self.0 + b.0)
    }
}

/// 实现 Variable 的取反运算
/// -V
impl<T: Numeric> Neg for Variable<T> {
    type Output = Self;

    fn neg(self) -> Self::Output {
        Variable(-self.0)
    }
}

/// 实现 Variable 与 Variable 的减法运算
/// V - V
impl<T: Numeric> Sub for Variable<T> {
    type Output = Self;

    fn sub(self, b: Self) -> Self::Output {
        Variable(self.0 - b.0)
    }
}

// ========== 跨类型运算 ==========

impl Add<Fixed> for f32 {
    type Output = f32;
    fn add(self, rhs: Fixed) -> f32 {
        self + f32::from(rhs)
    }
}

impl Mul<Fixed> for f32 {
    type Output = f32;
    fn mul(self, rhs: Fixed) -> f32 {
        self * f32::from(rhs)
    }
}

impl Add<Fixed> for f64 {
    type Output = f64;
    fn add(self, rhs: Fixed) -> f64 {
        self + f64::from(rhs)
    }
}

impl Mul<Fixed> for f64 {
    type Output = f64;
    fn mul(self, rhs: Fixed) -> f64 {
        self * f64::from(rhs)
    }
}

代码分析

这段代码定义了一个泛型结构体 Variable 和相关运算实现，主要用于封装数值类型并提供算术运算功能。它与以前的variable.rs类似，针对Zero, One, DecOne结构体及2D CAD精简了代码。下面逐步解释：

Numeric Trait 定义

rust 复制代码

pub trait Numeric: 
    Mul<Output = Self> +  // 可乘
    Add<Output = Self> +  // 可加
    Sub<Output = Self> +  // 可减
    Neg<Output = Self> +  // 可取负
    Copy +               // 可拷贝
    Sized                // 大小固定
{}

这个 trait 定义了数值类型需要满足的基本运算能力，任何实现 Numeric 的类型必须支持乘法、加法、减法和取反运算，并且是可拷贝的、大小固定的类型。

为基本类型实现 Numeric

rust 复制代码

impl Numeric for i32 {}
impl Numeric for f32 {}
impl Numeric for f64 {}
impl Numeric for Fixed {}

为四种类型实现了 Numeric trait：32位整数、32位浮点数、64位浮点数和一个自定义的定点数 Fixed 。

Variable 结构体

rust 复制代码

#[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq)]
pub struct Variable<T: Numeric>(pub T);

这是一个泛型结构体，包装了一个 Numeric 类型的值。它派生了一些常用 trait：

Debug: 可打印调试信息
Clone/Copy: 可克隆/拷贝
PartialEq: 可比较相等性

基本运算实现
为 Variable 实现了四种基本运算：

乘法

rust 复制代码

impl<T: Numeric> Mul<Variable<T>> for Variable<T> {
    fn mul(self, b: Self) -> Self::Output {
        Variable(self.0 * b.0)
    }
}

实现 Variable * Variable 的运算，返回新的 Variable。

加法

rust 复制代码

impl<T: Numeric> Add for Variable<T> {
    fn add(self, b: Self) -> Self::Output {
        Variable(self.0 + b.0)
    }
}

实现 Variable + Variable 的运算。

取反

rust 复制代码

impl<T: Numeric> Neg for Variable<T> {
    fn neg(self) -> Self::Output {
        Variable(-self.0)
    }
}

实现 -Variable 的运算。

减法

rust 复制代码

impl<T: Numeric> Sub for Variable<T> {
    fn sub(self, b: Self) -> Self::Output {
        Variable(self.0 - b.0)
    }
}

实现 Variable - Variable 的运算。

跨类型运算
实现了 Fixed 类型与 f32/f64 的混合运算：

rust 复制代码

// f32 + Fixed → f32
impl Add<Fixed> for f32 {
    fn add(self, rhs: Fixed) -> f32 {
        self + f32::from(rhs)
    }
}

// f32 * Fixed → f32
impl Mul<Fixed> for f32 {
    fn mul(self, rhs: Fixed) -> f32 {
        self * f32::from(rhs)
    }
}

// f64 + Fixed → f64
impl Add<Fixed> for f64 {
    fn add(self, rhs: Fixed) -> f64 {
        self + f64::from(rhs)
    }
}

// f64 * Fixed → f64
impl Mul<Fixed> for f64 {
    fn mul(self, rhs: Fixed) -> f64 {
        self * f64::from(rhs)
    }
}

这些实现允许浮点数与 Fixed 类型直接进行加减乘运算，运算结果会保持浮点类型。通过 From trait 将 Fixed 转换为浮点数后再运算。

总结

这段代码的主要目的是：

定义一个通用的数值包装类型 Variable
为包装类型实现基本算术运算
支持 Fixed 类型与浮点数的混合运算

这种设计常用于需要统一处理多种数值类型的场景，比如元素类型为泛型的矩阵计算等数学工具时。