【PhysUnits】15.6 引入P1后的左移运算(shl.rs)

一、源码

代码实现了Rust的类型级二进制数的左移运算(<<),使用类型系统在编译期进行计算。

rust 复制代码
use super::basic::{Z0, P1, N1, B0, B1, NonZero, NonOne, Unsigned};
use super::sub1::Sub1;
use core::ops::Shl;

// ==================== 左移运算(<<) ====================
// Z0 << U
impl<R: Unsigned> Shl<R> for Z0 {
    type Output = Z0;
    fn shl(self, _: R) -> Self::Output {
        Z0  // 0 << n = 0
    }
}

// P1 << U
impl Shl<Z0> for P1 {// P1 << Z0
    type Output = Self;
    fn shl(self, _: Z0) -> Self::Output {
        self
    }
}

impl Shl<P1> for P1 {// P1 << P1
    type Output = B0<P1>;
    fn shl(self, _: P1) -> Self::Output {
        B0::new()
    }
}

impl<R: Unsigned + NonZero + NonOne + Sub1> Shl<R> for P1
where
    P1: Shl<<R as Sub1>::Output>
{// P1 << 超过1的数
    type Output = B0<<P1 as Shl<R::Output>>::Output>;
    fn shl(self, _: R) -> Self::Output {
        B0::new()
    }
}

// N1 << U
impl Shl<Z0> for N1 {// N1 << Z0
    type Output = Self;
    fn shl(self, _: Z0) -> Self::Output {
        self
    }
}

impl Shl<P1> for N1 {// N1 << P1
    type Output = B0<N1>;
    fn shl(self, _: P1) -> Self::Output {
        B0::new()
    }
}

impl<R: Unsigned + NonZero + NonOne + Sub1> Shl<R> for N1
where
    N1: Shl<<R as Sub1>::Output>
{// P1 << 超过1的数
    type Output = B0<<N1 as Shl<R::Output>>::Output>;
    fn shl(self, _: R) -> Self::Output {
        B0::new()
    }
}

// B0 << U
impl<H: NonZero> Shl<Z0> for B0<H> {// B0 << Z0
    type Output = Self;
    fn shl(self, _: Z0) -> Self::Output {
        self
    }
}

impl<H: NonZero> Shl<P1> for B0<H> {// B0 << P1
    type Output = B0<B0<H>>;
    fn shl(self, _: P1) -> Self::Output {
        B0::new()
    }
}

impl<H: NonZero, R: Unsigned + NonZero + NonOne + Sub1> Shl<R> for B0<H>
where
    B0<H>: Shl<<R as Sub1>::Output>
{// B0 << 超过1的数
    type Output = B0<<B0<H> as Shl<R::Output>>::Output>;
    fn shl(self, _: R) -> Self::Output {
        B0::new()
    }
}

// B1 << U
impl<H: NonZero> Shl<Z0> for B1<H> {// B1 << Z0
    type Output = Self;
    fn shl(self, _: Z0) -> Self::Output {
        self
    }
}

impl<H: NonZero> Shl<P1> for B1<H> {// B1 << P1
    type Output = B0<B1<H>>;
    fn shl(self, _: P1) -> Self::Output {
        B0::new()
    }
}

impl<H: NonZero, R: Unsigned + NonZero + NonOne + Sub1> Shl<R> for B1<H>
where
    B1<H>: Shl<<R as Sub1>::Output>
{// B1 << 超过1的数
    type Output = B0<<B1<H> as Shl<R::Output>>::Output>;
    fn shl(self, _: R) -> Self::Output {
        B0::new()
    }
}

二、类型和trait引入

rust 复制代码
use super::basic::{Z0, P1, N1, B0, B1, NonZero, NonOne, Unsigned};
use super::sub1::Sub1;
use core::ops::Shl;
  • 从父模块引入基础类型:

    • Z0: 表示0

    • P1: 表示+1

    • N1: 表示-1

    • B0, B1: 二进制位(0和1)

    • 标记trait: NonZero, NonOne, Unsigned

  • Sub1: 减1操作

  • Shl: Rust的左移运算符trait

三、零的左移实现

rust 复制代码
impl<R: Unsigned> Shl<R> for Z0 {
    type Output = Z0;
    fn shl(self, _: R) -> Self::Output {
        Z0  // 0 << n = 0
    }
}
  • 任何数左移0还是0

  • 适用于所有无符号类型R

四、正一(P1)的左移

rust 复制代码
impl Shl<Z0> for P1 { // P1 << 0 = P1
    type Output = Self;
    fn shl(self, _: Z0) -> Self::Output { self }
}

impl Shl<P1> for P1 { // P1 << 1 = B0<P1> (即10,二进制表示)
    type Output = B0<P1>;
    fn shl(self, _: P1) -> Self::Output { B0::new() }
}

impl<R: Unsigned + NonZero + NonOne + Sub1> Shl<R> for P1
where P1: Shl<<R as Sub1>::Output> {
    type Output = B0<<P1 as Shl<R::Output>>::Output>;
    fn shl(self, _: R) -> Self::Output { B0::new() }
}
  • 分三种情况处理:

    • 移0位:保持不变

    • 移1位:变成B0(二进制10)

    • 移多位:递归处理

五、负一(N1)的左移

rust 复制代码
impl Shl<Z0> for N1 { ... }  // 同P1
impl Shl<P1> for N1 { ... }  // 同P1
impl<R: Unsigned + NonZero + NonOne + Sub1> Shl<R> for N1 { ... }  // 同P1
  • 处理逻辑与P1完全相同

六、B0(二进制0)的左移

rust 复制代码
impl<H: NonZero> Shl<Z0> for B0<H> { ... }  // 移0位
impl<H: NonZero> Shl<P1> for B0<H> { ... }  // 移1位
impl<H: NonZero, R: Unsigned + NonZero + NonOne + Sub1> Shl<R> for B0<H> { ... }  // 移多位
  • 在二进制数前补0:

    • B0 << 1 = B0<B0>

    • 递归处理多位移动

七、B1(二进制1)的左移

rust 复制代码
impl<H: NonZero> Shl<Z0> for B1<H> { ... }  // 移0位
impl<H: NonZero> Shl<P1> for B1<H> { ... }  // 移1位
impl<H: NonZero, R: Unsigned + NonZero + NonOne + Sub1> Shl<R> for B1<H> { ... }  // 移多位
  • 类似B0,但在二进制数低位补0

八、关键点总结

  1. 递归处理:多位移动通过递归减1实现

  2. 类型级计算:所有操作在编译期确定

  3. 二进制表示:

  • B0表示在二进制数H低位加0

  • B1表示在二进制数H低位加1

  1. 特殊值处理:
  • P1表示+1(二进制1)

  • N1表示-1

  • Z0表示0

这种实现方式常用于需要编译期计算的场景,如物理单位系统、矩阵运算等,可以完全消除运行时开销。

相关推荐
刘彬_bing1 小时前
Rust 锁的终极指南:为什么标准库不够用?第三方锁如何拯救你的并发性能!
rust
Rust研习社3 小时前
Rust Clone 特征保姆级解读:显式复制到底怎么用?
开发语言·后端·rust
好家伙VCC1 天前
**发散创新:基于Rust的轻量级权限管理库设计与开源许可证实践**在现代分布式系统中,**权限控制(RBAC
java·开发语言·python·rust·开源
@atweiwei1 天前
用 Rust 构建agent的 LLM 应用的高性能框架
开发语言·后端·rust·langchain·eclipse·llm·agent
skilllite作者1 天前
Spec + Task 作为「开发协议层」:Rust 大模型辅助的标准化、harness 化与可回滚
开发语言·人工智能·后端·安全·架构·rust·rust沙箱
zsqw1231 天前
以 Rust 为例,聊聊线性类型,以及整个类型系统
rust·编译器
Rust研习社1 天前
Rust Tracing 实战指南:从基础用法到生产级落地
rust
分布式存储与RustFS1 天前
MinIO迎来“恶龙”?RustFS这款开源存储简直“不讲武德”
架构·rust·开源·对象存储·minio·企业存储·rustfs
数据知道2 天前
claw-code 源码分析:从 TypeScript 心智到 Python/Rust——跨栈移植时类型、边界与错误模型怎么对齐?
python·ai·rust·typescript·claude code·claw code