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【Typenum】 3 类型位运算（bit.rs）

news 来源：原创 2025/7/23 17:46:54

一、源码

代码定义了一个类型级别的位（bit）系统，主要用于编译时的类型运算。

//! 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)
//! - 来自 `typenum` 的：`Same`(相同比较) 和 `Cmp`(比较)use crate::{private::InternalMarker, Cmp, Equal, Greater, Less, NonZero, PowerOfTwo, Zero};
use core::ops::{BitAnd, BitOr, BitXor, Not};pub use crate::marker_traits::Bit;/// 类型级比特位0
#[derive(Eq, PartialEq, Ord, PartialOrd, Clone, Copy, Hash, Debug, Default)]
#[cfg_attr(feature = "scale_info", derive(scale_info::TypeInfo))]
pub struct B0;impl B0 {/// 创建表示该比特位的单例实例#[inline]pub fn new() -> B0 {B0}
}/// 类型级比特位1
#[derive(Eq, PartialEq, Ord, PartialOrd, Clone, Copy, Hash, Debug, Default)]
#[cfg_attr(feature = "scale_info", derive(scale_info::TypeInfo))]
pub struct B1;impl B1 {/// 创建表示该比特位的单例实例#[inline]pub fn new() -> B1 {B1}
}/// 为B0实现Bit特征
impl Bit for B0 {const U8: u8 = 0;      // u8表示为0const BOOL: bool = false; // bool表示为false#[inline]fn new() -> Self {Self}#[inline]fn to_u8() -> u8 {0  // 转换为u8返回0}#[inline]fn to_bool() -> bool {false  // 转换为bool返回false}
}/// 为B1实现Bit特征
impl Bit for B1 {const U8: u8 = 1;      // u8表示为1const BOOL: bool = true;  // bool表示为true#[inline]fn new() -> Self {Self}#[inline]fn to_u8() -> u8 {1  // 转换为u8返回1}#[inline]fn to_bool() -> bool {true  // 转换为bool返回true}
}impl Zero for B0 {}       // 标记B0为零值类型
impl NonZero for B1 {}    // 标记B1为非零值类型
impl PowerOfTwo for B1 {} // 标记B1为2的幂次方类型/// 实现B0的逻辑非运算 (!0 = 1)
impl Not for B0 {type Output = B1;  // 输出类型为B1#[inline]fn not(self) -> Self::Output {B1  // 返回B1实例}
}/// 实现B1的逻辑非运算 (!1 = 0)
impl Not for B1 {type Output = B0;  // 输出类型为B0#[inline]fn not(self) -> Self::Output {B0  // 返回B0实例}
}/// 实现B0与任意比特位的与运算 (0 & B = 0)
impl<Rhs: Bit> BitAnd<Rhs> for B0 {type Output = B0;  // 输出类型总是B0#[inline]fn bitand(self, _: Rhs) -> Self::Output {B0  // 返回B0实例}
}/// 实现B1与B0的与运算 (1 & 0 = 0)
impl BitAnd<B0> for B1 {type Output = B0;  // 输出类型为B0#[inline]fn bitand(self, _: B0) -> Self::Output {B0  // 返回B0实例}
}/// 实现B1与B1的与运算 (1 & 1 = 1)
impl BitAnd<B1> for B1 {type Output = B1;  // 输出类型为B1#[inline]fn bitand(self, _: B1) -> Self::Output {B1  // 返回B1实例}
}/// 实现B0与B0的或运算 (0 | 0 = 0)
impl BitOr<B0> for B0 {type Output = B0;  // 输出类型为B0#[inline]fn bitor(self, _: B0) -> Self::Output {B0  // 返回B0实例}
}/// 实现B0与B1的或运算 (0 | 1 = 1)
impl BitOr<B1> for B0 {type Output = B1;  // 输出类型为B1#[inline]fn bitor(self, _: B1) -> Self::Output {B1  // 返回B1实例}
}/// 实现B1与任意比特位的或运算 (1 | B = 1)
impl<Rhs: Bit> BitOr<Rhs> for B1 {type Output = B1;  // 输出类型总是B1#[inline]fn bitor(self, _: Rhs) -> Self::Output {B1  // 返回B1实例}
}/// 实现B0与B0的异或运算 (0 ^ 0 = 0)
impl BitXor<B0> for B0 {type Output = B0;  // 输出类型为B0#[inline]fn bitxor(self, _: B0) -> Self::Output {B0  // 返回B0实例}
}/// 实现B1与B0的异或运算 (1 ^ 0 = 1)
impl BitXor<B0> for B1 {type Output = B1;  // 输出类型为B1#[inline]fn bitxor(self, _: B0) -> Self::Output {B1  // 返回B1实例}
}/// 实现B0与B1的异或运算 (0 ^ 1 = 1)
impl BitXor<B1> for B0 {type Output = B1;  // 输出类型为B1#[inline]fn bitxor(self, _: B1) -> Self::Output {B1  // 返回B1实例}
}/// 实现B1与B1的异或运算 (1 ^ 1 = 0)
impl BitXor<B1> for B1 {type Output = B0;  // 输出类型为B0#[inline]fn bitxor(self, _: B1) -> Self::Output {B0  // 返回B0实例}
}/// 比特位运算测试模块
#[cfg(test)]
mod bit_op_tests {use core::ops::{BitAnd, BitOr, BitXor, Not};use crate::{B0, B1};// 测试运算结果的宏，使用`Same`确保类型相等而不仅是值相等macro_rules! test_bit_op {($op:ident $Lhs:ident = $Answer:ident) => {{type Test = <<$Lhs as $op>::Output as $crate::Same<$Answer>>::Output;assert_eq!(<$Answer as $crate::Bit>::to_u8(),<Test as $crate::Bit>::to_u8());}};($Lhs:ident $op:ident $Rhs:ident = $Answer:ident) => {{type Test = <<$Lhs as $op<$Rhs>>::Output as $crate::Same<$Answer>>::Output;assert_eq!(<$Answer as $crate::Bit>::to_u8(),<Test as $crate::Bit>::to_u8());}};}#[test]fn bit_operations() {// 测试所有位运算组合test_bit_op!(Not B0 = B1);test_bit_op!(Not B1 = B0);test_bit_op!(B0 BitAnd B0 = B0);test_bit_op!(B0 BitAnd B1 = B0);test_bit_op!(B1 BitAnd B0 = B0);test_bit_op!(B1 BitAnd B1 = B1);test_bit_op!(B0 BitOr B0 = B0);test_bit_op!(B0 BitOr B1 = B1);test_bit_op!(B1 BitOr B0 = B1);test_bit_op!(B1 BitOr B1 = B1);test_bit_op!(B0 BitXor B0 = B0);test_bit_op!(B0 BitXor B1 = B1);test_bit_op!(B1 BitXor B0 = B1);test_bit_op!(B1 BitXor B1 = B0);}
}/// 实现B0与B0的比较 (0 == 0)
impl Cmp<B0> for B0 {type Output = Equal;  // 输出为相等#[inline]fn compare<P: InternalMarker>(&self, _: &B0) -> Self::Output {Equal  // 返回相等}
}/// 实现B0与B1的比较 (0 < 1)
impl Cmp<B1> for B0 {type Output = Less;  // 输出为小于#[inline]fn compare<P: InternalMarker>(&self, _: &B1) -> Self::Output {Less  // 返回小于}
}/// 实现B1与B0的比较 (1 > 0)
impl Cmp<B0> for B1 {type Output = Greater;  // 输出为大于#[inline]fn compare<P: InternalMarker>(&self, _: &B0) -> Self::Output {Greater  // 返回大于}
}/// 实现B1与B1的比较 (1 == 1)
impl Cmp<B1> for B1 {type Output = Equal;  // 输出为相等#[inline]fn compare<P: InternalMarker>(&self, _: &B1) -> Self::Output {Equal  // 返回相等}
}use crate::Min;
/// 实现B0与B0的最小值比较 (min(0,0)=0)
impl Min<B0> for B0 {type Output = B0;#[inline]fn min(self, _: B0) -> B0 {self  // 返回自身}
}/// 实现B0与B1的最小值比较 (min(0,1)=0)
impl Min<B1> for B0 {type Output = B0;#[inline]fn min(self, _: B1) -> B0 {self  // 返回自身}
}/// 实现B1与B0的最小值比较 (min(1,0)=0)
impl Min<B0> for B1 {type Output = B0;#[inline]fn min(self, rhs: B0) -> B0 {rhs  // 返回参数值}
}/// 实现B1与B1的最小值比较 (min(1,1)=1)
impl Min<B1> for B1 {type Output = B1;#[inline]fn min(self, _: B1) -> B1 {self  // 返回自身}
}use crate::Max;
/// 实现B0与B0的最大值比较 (max(0,0)=0)
impl Max<B0> for B0 {type Output = B0;#[inline]fn max(self, _: B0) -> B0 {self  // 返回自身}
}/// 实现B0与B1的最大值比较 (max(0,1)=1)
impl Max<B1> for B0 {type Output = B1;#[inline]fn max(self, rhs: B1) -> B1 {rhs  // 返回参数值}
}/// 实现B1与B0的最大值比较 (max(1,0)=1)
impl Max<B0> for B1 {type Output = B1;#[inline]fn max(self, _: B0) -> B1 {self  // 返回自身}
}/// 实现B1与B1的最大值比较 (max(1,1)=1)
impl Max<B1> for B1 {type Output = B1;#[inline]fn max(self, _: B1) -> B1 {self  // 返回自身}
}/// 比特位创建测试模块
#[cfg(test)]
mod bit_creation_tests {#[test]fn bit_creation() {{use crate::{B0, B1};let _: B0 = B0::new();  // 测试B0创建let _: B1 = B1::new();  // 测试B1创建}{use crate::{Bit, B0, B1};let _: B0 = <B0 as Bit>::new();  // 通过Bit特征创建B0let _: B1 = <B1 as Bit>::new();  // 通过Bit特征创建B1}}
}

二、解析

基础位类型

pub struct B0;  // 类型级二进制0
pub struct B1;  // 类型级二进制1

这两个空结构体分别表示逻辑值0和1
都实现了Bit特征，提供to_u8()和to_bool()转换方法

类型特征标记

impl Zero for B0 {}       // 标记0值
impl NonZero for B1 {}    // 标记非零值
impl PowerOfTwo for B1 {} // 标记2的幂次方

位运算实现
逻辑非(NOT)

impl Not for B0 { type Output = B1; }  // !0 = 1
impl Not for B1 { type Output = B0; }  // !1 = 0

逻辑与(AND)

// 0 & _ = 0
impl<Rhs: Bit> BitAnd<Rhs> for B0 { type Output = B0; }// 1 & 0 = 0
impl BitAnd<B0> for B1 { type Output = B0; }// 1 & 1 = 1
impl BitAnd<B1> for B1 { type Output = B1; }

逻辑或(OR)

// 0 | 0 = 0
impl BitOr<B0> for B0 { type Output = B0; }// 0 | 1 = 1
impl BitOr<B1> for B0 { type Output = B1; }// 1 | _ = 1
impl<Rhs: Bit> BitOr<Rhs> for B1 { type Output = B1; }

异或(XOR)

impl BitXor<B0> for B0 { type Output = B0; }  // 0^0=0
impl BitXor<B0> for B1 { type Output = B1; }  // 1^0=1
impl BitXor<B1> for B0 { type Output = B1; }  // 0^1=1
impl BitXor<B1> for B1 { type Output = B0; }  // 1^1=0

比较运算

impl Cmp<B0> for B0 { type Output = Equal; }   // 0 == 0
impl Cmp<B1> for B0 { type Output = Less; }    // 0 < 1
impl Cmp<B0> for B1 { type Output = Greater; } // 1 > 0
impl Cmp<B1> for B1 { type Output = Equal; }   // 1 == 1

最值运算

impl Min<B1> for B0 { type Output = B0; }  // min(0,1)=0
impl Max<B1> for B0 { type Output = B1; }  // max(0,1)=1
// ...其他组合类似

设计特点

零成本抽象：所有运算在编译期完成
类型安全：通过特征约束保证合法操作
可扩展性：作为其他数值类型的基础构件
模式化实现：统一的操作模板

典型应用场景

硬件寄存器位操作的类型安全抽象
编译期计算的布尔代数系统
类型级状态机的实现基础

这种类型级编程技术在嵌入式开发、协议解析等需要精确位控制的领域特别有用，能在编译阶段捕获位操作错误。

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编程日记 2025/7/18 21:34:13

无人甘蔗小车履带式底盘行走系统的研究

1.1 研究背景与意义 1.1.1 研究背景甘蔗作为全球最重要的糖料作物之一，在农业经济领域占据着举足轻重的地位。我国是甘蔗的主要种植国家，尤其是广西、广东、云南等地，甘蔗种植面积广泛，是当地农业经济的重要支柱产业。甘蔗不仅…...

编程日记 2025/7/22 20:20:48

Redis设计与实现——单机Redis实现

RedisDB RedisDB的核心结构键空间（dict*dict） 结构：哈希表（字典），键为字符串对象（SDS），值为 Redis 对象（字符串、列表、哈希等）。功能&#x…...

编程日记 2025/7/20 1:35:20

ES C++客户端安装及使用

介绍 Elasticsearch ， 简称 ES ，它是个开源分布式搜索引擎，它的特点有：分布式，零配置，自动发现，索引自动分片，索引副本机制，restful 风格接口，多数据源&…...

编程日记 2025/7/22 0:34:37

C++学习之STL学习

在经过前面的简单的C入门语法的学习后，我们开始接触C最重要的组成部分之一：STL 目录 STL的介绍什么是STL STL的历史 UTF-8编码原理（了解） UTF-8编码原理核心编码规则规则解析编码步骤示例 1. 确定码点范围 2. 转换为…...

编程日记 2025/7/20 1:29:35

【东枫科技】使用LabVIEW进行NVIDIA CUDA GPU 开发

文章目录工具包 CuLab - LabVIEW 的 GPU 工具包特性和功能功能亮点类似 LabVIEW 的 GPU 代码开发支持的功能数值类型和维数开发系统要求授权售价工具包 CuLab - LabVIEW 的 GPU 工具包 CuLab 是一款非常直观易用的 LabVIEW 工具包，旨在加速 Nvidia GPU 上的计算密…...

编程日记 2025/7/19 21:05:17

LangChain对话链：打造智能多轮对话机器人

LangChain对话链：打造智能多轮对话机器人目录 LangChain对话链：打造智能多轮对话机器人ConversationChain 是什么核心功能与特点基本用法示例内存机制自定义提示词应用场景与其他链的结合`SequentialChain` 是什么![在这里插入图片描述](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/0…...

编程日记 2025/7/14 0:05:33

MIT 6.S081 2020 Lab3 page tables 个人全流程

文章目录零、写在前面1、关于页表2、RISC-V Rv39页表机制3、虚拟地址设计4、页表项设计5、访存流程6、xv6 的页表切换7、页表遍历一、Print a page table1.1 说明1.2 实现二、A kernel page table per process2.1 说明2.2 初始化 / 映射相关2.3 用户内核页表的创建和回收2.4…...

编程日记 2025/7/19 7:57:51

spring cloud loadbalancer实现机房感知的负载均衡

1 概述在同城多机房情景下，各个机房各自部署一套微服务集群，正常情况下微服务调用在本机房闭环。在如下某些灾难情景，可以尝试拉远调用以最大程度维持业务连续性，这些情景例如： A机房多个服务器宕机。应用由于BUG发…...

编程日记 2025/7/20 7:52:29

vs2022配置opencv

一、下载opencv 1、进入https://opencv.org/官网下载 2、打开下载的exe开始安装，自己新建一个文件夹opencv作为安装路径 3、安装完成得到opencv文件内容 4、开始配置环境变量 4.1、复制下图的路径 4.2、添加到系统环境变量 5、配置VS项目环境 5.1、添加包含目录 …...

编程日记 2025/7/21 14:02:22

Appium-OppoA92S-真机记坑

问题现象使用Appium操作真机时候，需要安装AppiumSettings软件，但是实际操作，一直提示安装失败，安装包异常问题分析 [待定] 网上找到方式，都尝试过，无效问题解决取消开发者模式，USB连接手…...

编程日记 2025/7/23 1:15:41

ENSP-OSPF综合实验

AR4中通过ospf获取的其他区域路由信息，并且通过路由汇总后简化路由信息实现全网通，以及单向重发布，以及通过缺省双向访问， 通过stub简化过滤四类五类lsa，简化ospf路由信息通过nssa简化ospf信息区域汇总简化R4路由信…...

编程日记 2025/7/23 1:22:56

一、源码

二、解析

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