rename description
[liba.git] / src / lib.rs
blobb34d7d1991a72863720aa80e94ae7649406deb60
1 /*!
2 An algorithm library based on C/C++
4 ## Installation
6 Add this to your `Cargo.toml`:
8 ```toml
9 [dependencies]
10 liba = "0.1"
11 ```
14 #![warn(missing_docs)]
15 #![allow(non_camel_case_types)]
16 #![cfg_attr(not(features = "std"), no_std)]
18 /// Equivalent to C's int type.
19 pub type int = core::ffi::c_int;
20 /// Equivalent to C's unsigned int type.
21 pub type uint = core::ffi::c_uint;
22 /// floating-point number stored using `f64`
23 #[cfg(not(feature = "float"))]
24 pub type float = f64;
25 /// floating-point number stored using `f32`
26 #[cfg(feature = "float")]
27 pub type float = f32;
29 extern "C" {
30     fn a_u32_sqrt(x: u32) -> u16;
31     fn a_u64_sqrt(x: u64) -> u32;
34 /// square root of an unsigned integer
35 #[inline(always)]
36 pub fn u32_sqrt(x: u32) -> u16 {
37     unsafe { a_u32_sqrt(x) }
39 /// square root of an unsigned integer
40 #[inline(always)]
41 pub fn u64_sqrt(x: u64) -> u32 {
42     unsafe { a_u64_sqrt(x) }
45 extern "C" {
46     fn a_f32_rsqrt(x: f32) -> f32;
47     fn a_f64_rsqrt(x: f64) -> f64;
50 /// reciprocal of square-root, `\frac{1}{\sqrt{x}}`
51 #[inline(always)]
52 pub fn f32_rsqrt(x: f32) -> f32 {
53     unsafe { a_f32_rsqrt(x) }
55 /// reciprocal of square-root, `\frac{1}{\sqrt{x}}`
56 #[inline(always)]
57 pub fn f64_rsqrt(x: f64) -> f64 {
58     unsafe { a_f64_rsqrt(x) }
61 extern "C" {
62     fn a_hash_bkdr_(pdata: *const u8, nbyte: usize, value: u32) -> u32;
63     fn a_hash_sdbm_(pdata: *const u8, nbyte: usize, value: u32) -> u32;
66 /// a hash function whose prime number is 131
67 #[inline(always)]
68 pub fn hash_bkdr(block: &[u8], value: u32) -> u32 {
69     unsafe { a_hash_bkdr_(block.as_ptr(), block.len(), value) }
71 /// a hash function whose prime number is 65599
72 #[inline(always)]
73 pub fn hash_sdbm(block: &[u8], value: u32) -> u32 {
74     unsafe { a_hash_sdbm_(block.as_ptr(), block.len(), value) }
77 mod test {
78     extern crate std;
79     #[test]
80     fn usqrt() {
81         std::println!("{}", crate::u32_sqrt(u32::MAX));
82         std::println!("{}", crate::u64_sqrt(u64::MAX));
83     }
84     #[test]
85     fn rsqrt() {
86         std::println!("1/sqrt({})={}", 4, crate::f32_rsqrt(4.0));
87         std::println!("1/sqrt({})={}", 4, crate::f64_rsqrt(4.0));
88     }
89     #[test]
90     fn hash() {
91         let text: [u8; 10] = *b"0123456789";
92         std::println!("{}", crate::hash_bkdr(&text, 0));
93         std::println!("{}", crate::hash_sdbm(&text, 0));
94     }
97 /// Cyclic Redundancy Check for 8 bits
98 #[repr(C)]
99 pub struct crc8 {
100     /// Cyclic Redundancy Check comparison table
101     pub table: [u8; 0x100],
104 extern "C" {
105     fn a_crc8m_init(table: *mut u8, poly: u8);
106     fn a_crc8l_init(table: *mut u8, poly: u8);
107     fn a_crc8(table: *const u8, pdate: *const u8, nbyte: usize, value: u8) -> u8;
110 impl crc8 {
111     /// initialize for MSB CRC-8
112     #[inline(always)]
113     pub fn new_msb(poly: u8) -> Self {
114         let mut ctx: Self = Self { table: [0; 0x100] };
115         unsafe { a_crc8m_init(ctx.table.as_mut_ptr(), poly) };
116         ctx
117     }
118     /// initialize for LSB CRC-8
119     #[inline(always)]
120     pub fn new_lsb(poly: u8) -> Self {
121         let mut ctx: Self = Self { table: [0; 0x100] };
122         unsafe { a_crc8l_init(ctx.table.as_mut_ptr(), poly) };
123         ctx
124     }
125     /// generate for MSB CRC-8
126     #[inline(always)]
127     pub fn gen_msb(&mut self, poly: u8) -> &mut Self {
128         unsafe { a_crc8m_init(self.table.as_mut_ptr(), poly) };
129         self
130     }
131     /// generate for LSB CRC-8
132     #[inline(always)]
133     pub fn gen_lsb(&mut self, poly: u8) -> &mut Self {
134         unsafe { a_crc8l_init(self.table.as_mut_ptr(), poly) };
135         self
136     }
137     /// calculate for CRC-8
138     #[inline(always)]
139     pub fn eval(self, block: &[u8], value: u8) -> u8 {
140         unsafe { a_crc8(self.table.as_ptr(), block.as_ptr(), block.len(), value) }
141     }
144 #[test]
145 fn crc8() {
146     extern crate std;
147     {
148         let ctx = crate::crc8::new_msb(0x07);
149         assert_eq!(ctx.eval(b"0123456789", 0), 0x45);
150     }
151     {
152         let ctx = crate::crc8::new_lsb(0x31);
153         assert_eq!(ctx.eval(b"0123456789", 0), 0x75);
154     }
157 /// Cyclic Redundancy Check for 16 bits
158 #[repr(C)]
159 pub struct crc16 {
160     /// Cyclic Redundancy Check comparison table
161     pub table: [u16; 0x100],
162     eval: unsafe extern "C" fn(*const u16, *const u8, usize, u16) -> u16,
165 extern "C" {
166     fn a_crc16m_init(table: *mut u16, poly: u16);
167     fn a_crc16l_init(table: *mut u16, poly: u16);
168     fn a_crc16m(table: *const u16, pdate: *const u8, nbyte: usize, value: u16) -> u16;
169     fn a_crc16l(table: *const u16, pdate: *const u8, nbyte: usize, value: u16) -> u16;
172 impl crc16 {
173     /// initialize for MSB CRC-16
174     #[inline(always)]
175     pub fn new_msb(poly: u16) -> Self {
176         let mut ctx: Self = Self {
177             table: [0; 0x100],
178             eval: a_crc16m,
179         };
180         unsafe { a_crc16m_init(ctx.table.as_mut_ptr(), poly) };
181         ctx
182     }
183     /// initialize for LSB CRC-16
184     #[inline(always)]
185     pub fn new_lsb(poly: u16) -> Self {
186         let mut ctx: Self = Self {
187             table: [0; 0x100],
188             eval: a_crc16l,
189         };
190         unsafe { a_crc16l_init(ctx.table.as_mut_ptr(), poly) };
191         ctx
192     }
193     /// generate for MSB CRC-16
194     #[inline(always)]
195     pub fn gen_msb(&mut self, poly: u16) -> &mut Self {
196         unsafe { a_crc16m_init(self.table.as_mut_ptr(), poly) };
197         self.eval = a_crc16m;
198         self
199     }
200     /// generate for LSB CRC-16
201     #[inline(always)]
202     pub fn gen_lsb(&mut self, poly: u16) -> &mut Self {
203         unsafe { a_crc16l_init(self.table.as_mut_ptr(), poly) };
204         self.eval = a_crc16l;
205         self
206     }
207     /// calculate for CRC-16
208     #[inline(always)]
209     pub fn eval(self, block: &[u8], value: u16) -> u16 {
210         unsafe { (self.eval)(self.table.as_ptr(), block.as_ptr(), block.len(), value) }
211     }
214 #[test]
215 fn crc16() {
216     extern crate std;
217     {
218         let ctx = crate::crc16::new_msb(0x1021);
219         assert_eq!(ctx.eval(b"0123456789", 0), 0x9C58);
220     }
221     {
222         let ctx = crate::crc16::new_lsb(0x8005);
223         assert_eq!(ctx.eval(b"0123456789", 0), 0x443D);
224     }
227 /// Cyclic Redundancy Check for 32 bits
228 #[repr(C)]
229 pub struct crc32 {
230     /// Cyclic Redundancy Check comparison table
231     pub table: [u32; 0x100],
232     eval: unsafe extern "C" fn(*const u32, *const u8, usize, u32) -> u32,
235 extern "C" {
236     fn a_crc32m_init(table: *mut u32, poly: u32);
237     fn a_crc32l_init(table: *mut u32, poly: u32);
238     fn a_crc32m(table: *const u32, pdate: *const u8, nbyte: usize, value: u32) -> u32;
239     fn a_crc32l(table: *const u32, pdate: *const u8, nbyte: usize, value: u32) -> u32;
242 impl crc32 {
243     /// initialize for MSB CRC-32
244     #[inline(always)]
245     pub fn new_msb(poly: u32) -> Self {
246         let mut ctx: Self = Self {
247             table: [0; 0x100],
248             eval: a_crc32m,
249         };
250         unsafe { a_crc32m_init(ctx.table.as_mut_ptr(), poly) };
251         ctx
252     }
253     /// initialize for LSB CRC-32
254     #[inline(always)]
255     pub fn new_lsb(poly: u32) -> Self {
256         let mut ctx: Self = Self {
257             table: [0; 0x100],
258             eval: a_crc32l,
259         };
260         unsafe { a_crc32l_init(ctx.table.as_mut_ptr(), poly) };
261         ctx
262     }
263     /// generate for MSB CRC-32
264     #[inline(always)]
265     pub fn gen_msb(&mut self, poly: u32) -> &mut Self {
266         unsafe { a_crc32m_init(self.table.as_mut_ptr(), poly) };
267         self.eval = a_crc32m;
268         self
269     }
270     /// generate for LSB CRC-32
271     #[inline(always)]
272     pub fn gen_lsb(&mut self, poly: u32) -> &mut Self {
273         unsafe { a_crc32l_init(self.table.as_mut_ptr(), poly) };
274         self.eval = a_crc32l;
275         self
276     }
277     /// calculate for CRC-32
278     #[inline(always)]
279     pub fn eval(self, block: &[u8], value: u32) -> u32 {
280         unsafe { (self.eval)(self.table.as_ptr(), block.as_ptr(), block.len(), value) }
281     }
284 #[test]
285 fn crc32() {
286     extern crate std;
287     {
288         let ctx = crate::crc32::new_msb(0x1EDC6F41);
289         assert_eq!(ctx.eval(b"0123456789", 0), 0x512B456E);
290     }
291     {
292         let ctx = crate::crc32::new_lsb(0x04C11DB7);
293         assert_eq!(ctx.eval(b"0123456789", 0), 0x450EAFB0);
294     }
297 /// Cyclic Redundancy Check for 64 bits
298 #[repr(C)]
299 pub struct crc64 {
300     /// Cyclic Redundancy Check comparison table
301     pub table: [u64; 0x100],
302     eval: unsafe extern "C" fn(*const u64, *const u8, usize, u64) -> u64,
305 extern "C" {
306     fn a_crc64m_init(table: *mut u64, poly: u64);
307     fn a_crc64l_init(table: *mut u64, poly: u64);
308     fn a_crc64m(table: *const u64, pdate: *const u8, nbyte: usize, value: u64) -> u64;
309     fn a_crc64l(table: *const u64, pdate: *const u8, nbyte: usize, value: u64) -> u64;
312 impl crc64 {
313     /// initialize for MSB CRC-64
314     #[inline(always)]
315     pub fn new_msb(poly: u64) -> Self {
316         let mut ctx: Self = Self {
317             table: [0; 0x100],
318             eval: a_crc64m,
319         };
320         unsafe { a_crc64m_init(ctx.table.as_mut_ptr(), poly) };
321         ctx
322     }
323     /// initialize for LSB CRC-64
324     #[inline(always)]
325     pub fn new_lsb(poly: u64) -> Self {
326         let mut ctx: Self = Self {
327             table: [0; 0x100],
328             eval: a_crc64l,
329         };
330         unsafe { a_crc64l_init(ctx.table.as_mut_ptr(), poly) };
331         ctx
332     }
333     /// generate for MSB CRC-64
334     #[inline(always)]
335     pub fn gen_msb(&mut self, poly: u64) -> &mut Self {
336         unsafe { a_crc64m_init(self.table.as_mut_ptr(), poly) };
337         self.eval = a_crc64m;
338         self
339     }
340     /// generate for LSB CRC-64
341     #[inline(always)]
342     pub fn gen_lsb(&mut self, poly: u64) -> &mut Self {
343         unsafe { a_crc64l_init(self.table.as_mut_ptr(), poly) };
344         self.eval = a_crc64l;
345         self
346     }
347     /// calculate for CRC-64
348     #[inline(always)]
349     pub fn eval(self, block: &[u8], value: u64) -> u64 {
350         unsafe { (self.eval)(self.table.as_ptr(), block.as_ptr(), block.len(), value) }
351     }
354 #[test]
355 fn crc64() {
356     extern crate std;
357     {
358         let ctx = crate::crc64::new_msb(0x000000000000001B);
359         assert_eq!(ctx.eval(b"0123456789", 0), 0xE4FFBEA588AFC790);
360     }
361     {
362         let ctx = crate::crc64::new_lsb(0x42F0E1EBA9EA3693);
363         assert_eq!(ctx.eval(b"0123456789", 0), 0xDA60676A5CDE0008);
364     }
367 #[allow(clippy::excessive_precision)]
368 const TAU: float = 6.28318530717958647692528676655900577;
370 /// High Pass Filter
371 #[repr(C)]
372 pub struct hpf {
373     /// filter coefficient
374     pub alpha: float,
375     /// filter output
376     pub output: float,
377     /// filter input
378     pub input: float,
381 impl hpf {
382     /// initialize for High Pass Filter
383     #[inline(always)]
384     pub fn new(fc: float, ts: float) -> Self {
385         Self {
386             alpha: 1.0 / (TAU * fc * ts + 1.0),
387             output: 0.0,
388             input: 0.0,
389         }
390     }
391     /// generate for High Pass Filter
392     #[inline(always)]
393     pub fn gen(&mut self, fc: float, ts: float) -> &mut Self {
394         self.alpha = 1.0 / (TAU * fc * ts + 1.0);
395         self
396     }
397     /// calculate for High Pass Filter
398     #[inline(always)]
399     pub fn iter(&mut self, x: float) -> float {
400         self.output = self.alpha * (self.output + x - self.input);
401         self.input = x;
402         self.output
403     }
404     /// zeroing for High Pass Filter
405     #[inline(always)]
406     pub fn zero(&mut self) -> &mut Self {
407         self.output = 0.0;
408         self.input = 0.0;
409         self
410     }
413 #[test]
414 fn hpf() {
415     extern crate std;
416     let mut a = crate::hpf::new(10.0, 0.01);
417     a.gen(10.0, 0.01).zero().iter(1.0);
420 #[allow(clippy::excessive_precision)]
421 const _1_TAU: float = 0.159154943091895335768883763372514362;
423 /// Low Pass Filter
424 #[repr(C)]
425 pub struct lpf {
426     /// filter coefficient
427     pub alpha: float,
428     /// filter output
429     pub output: float,
432 impl lpf {
433     /// initialize for Low Pass Filter
434     #[inline(always)]
435     pub fn new(fc: float, ts: float) -> Self {
436         Self {
437             alpha: ts / (_1_TAU / fc + ts),
438             output: 0.0,
439         }
440     }
441     /// generate for Low Pass Filter
442     #[inline(always)]
443     pub fn gen(&mut self, fc: float, ts: float) -> &mut Self {
444         self.alpha = ts / (_1_TAU / fc + ts);
445         self
446     }
447     /// calculate for Low Pass Filter
448     #[inline(always)]
449     pub fn iter(&mut self, x: float) -> float {
450         self.output *= 1.0 - self.alpha;
451         self.output += x * self.alpha;
452         self.output
453     }
454     /// zeroing for Low Pass Filter
455     #[inline(always)]
456     pub fn zero(&mut self) -> &mut Self {
457         self.output = 0.0;
458         self
459     }
462 #[test]
463 fn lpf() {
464     extern crate std;
465     let mut a = crate::lpf::new(10.0, 0.01);
466     a.gen(10.0, 0.01).zero().iter(1.0);
469 /// membership function
470 pub mod mf {
471     use crate::int;
472     /// none
473     pub const NUL: int = 0;
474     /// gaussian membership function
475     pub const GAUSS: int = 1;
476     /// gaussian combination membership function
477     pub const GAUSS2: int = 2;
478     /// generalized bell-shaped membership function
479     pub const GBELL: int = 3;
480     /// sigmoidal membership function
481     pub const SIG: int = 4;
482     /// difference between two sigmoidal membership functions
483     pub const DSIG: int = 5;
484     /// product of two sigmoidal membership functions
485     pub const PSIG: int = 6;
486     /// trapezoidal membership function
487     pub const TRAP: int = 7;
488     /// triangular membership function
489     pub const TRI: int = 8;
490     /// linear s-shaped saturation membership function
491     pub const LINS: int = 9;
492     /// linear z-shaped saturation membership function
493     pub const LINZ: int = 10;
494     /// s-shaped membership function
495     pub const S: int = 11;
496     /// z-shaped membership function
497     pub const Z: int = 12;
498     /// pi-shaped membership function
499     pub const PI: int = 13;
501     use crate::float;
502     extern "C" {
503         fn a_mf_gauss(x: float, sigma: float, c: float) -> float;
504         fn a_mf_gauss2(x: float, sigma1: float, c1: float, sigma2: float, c2: float) -> float;
505         fn a_mf_gbell(x: float, a: float, b: float, c: float) -> float;
506         fn a_mf_sig(x: float, a: float, c: float) -> float;
507         fn a_mf_dsig(x: float, a1: float, c1: float, a2: float, c2: float) -> float;
508         fn a_mf_psig(x: float, a1: float, c1: float, a2: float, c2: float) -> float;
509         fn a_mf_trap(x: float, a: float, b: float, c: float, d: float) -> float;
510         fn a_mf_tri(x: float, a: float, b: float, c: float) -> float;
511         fn a_mf_lins(x: float, a: float, b: float) -> float;
512         fn a_mf_linz(x: float, a: float, b: float) -> float;
513         fn a_mf_s(x: float, a: float, b: float) -> float;
514         fn a_mf_z(x: float, a: float, b: float) -> float;
515         fn a_mf_pi(x: float, a: float, b: float, c: float, d: float) -> float;
516     }
518     /// gaussian membership function
519     #[inline(always)]
520     pub fn gauss(x: float, sigma: float, c: float) -> float {
521         unsafe { a_mf_gauss(x, sigma, c) }
522     }
523     /// gaussian combination membership function
524     #[inline(always)]
525     pub fn gauss2(x: float, sigma1: float, c1: float, sigma2: float, c2: float) -> float {
526         unsafe { a_mf_gauss2(x, sigma1, c1, sigma2, c2) }
527     }
528     /// generalized bell-shaped membership function
529     #[inline(always)]
530     pub fn gbell(x: float, a: float, b: float, c: float) -> float {
531         unsafe { a_mf_gbell(x, a, b, c) }
532     }
533     /// sigmoidal membership function
534     #[inline(always)]
535     pub fn sig(x: float, a: float, c: float) -> float {
536         unsafe { a_mf_sig(x, a, c) }
537     }
538     /// difference between two sigmoidal membership functions
539     #[inline(always)]
540     pub fn dsig(x: float, a1: float, c1: float, a2: float, c2: float) -> float {
541         unsafe { a_mf_dsig(x, a1, c1, a2, c2) }
542     }
543     /// product of two sigmoidal membership functions
544     #[inline(always)]
545     pub fn psig(x: float, a1: float, c1: float, a2: float, c2: float) -> float {
546         unsafe { a_mf_psig(x, a1, c1, a2, c2) }
547     }
548     /// trapezoidal membership function
549     #[inline(always)]
550     pub fn trap(x: float, a: float, b: float, c: float, d: float) -> float {
551         unsafe { a_mf_trap(x, a, b, c, d) }
552     }
553     /// triangular membership function
554     #[inline(always)]
555     pub fn tri(x: float, a: float, b: float, c: float) -> float {
556         unsafe { a_mf_tri(x, a, b, c) }
557     }
558     /// linear s-shaped saturation membership function
559     #[inline(always)]
560     pub fn lins(x: float, a: float, b: float) -> float {
561         unsafe { a_mf_lins(x, a, b) }
562     }
563     /// linear z-shaped saturation membership function
564     #[inline(always)]
565     pub fn linz(x: float, a: float, b: float) -> float {
566         unsafe { a_mf_linz(x, a, b) }
567     }
568     /// s-shaped membership function
569     #[inline(always)]
570     pub fn s(x: float, a: float, b: float) -> float {
571         unsafe { a_mf_s(x, a, b) }
572     }
573     /// z-shaped membership function
574     #[inline(always)]
575     pub fn z(x: float, a: float, b: float) -> float {
576         unsafe { a_mf_z(x, a, b) }
577     }
578     /// pi-shaped membership function
579     #[inline(always)]
580     pub fn pi(x: float, a: float, b: float, c: float, d: float) -> float {
581         unsafe { a_mf_pi(x, a, b, c, d) }
582     }
584     #[cfg(test)]
585     mod test {
586         extern crate std;
587         #[test]
588         fn gauss2() {
589             for i in -4..=4 {
590                 let x = i as crate::float;
591                 std::println!("{:+} {}", x, crate::mf::gauss2(x, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0));
592             }
593         }
594         #[test]
595         fn gbell() {
596             for i in -4..=4 {
597                 let x = i as crate::float;
598                 std::println!("{:+} {}", x, crate::mf::gbell(x, 2.0, 4.0, 0.0));
599             }
600         }
601         #[test]
602         fn sig() {
603             for i in -4..=4 {
604                 let x = i as crate::float;
605                 std::println!("{:+} {}", x, crate::mf::sig(x, 2.0, 0.0));
606             }
607         }
608         #[test]
609         fn dsig() {
610             for i in -4..=4 {
611                 let x = i as crate::float;
612                 std::println!("{:+} {}", x, crate::mf::dsig(x, 5.0, -2.0, 5.0, 2.0));
613             }
614         }
615         #[test]
616         fn psig() {
617             for i in -4..=4 {
618                 let x = i as crate::float;
619                 std::println!("{:+} {}", x, crate::mf::psig(x, 5.0, -2.0, -5.0, 2.0));
620             }
621         }
622         #[test]
623         fn trap() {
624             for i in -3..=3 {
625                 let x = i as crate::float;
626                 std::println!("{:+} {}", x, crate::mf::trap(x, -2.0, -1.0, 1.0, 2.0));
627             }
628         }
629         #[test]
630         fn tri() {
631             for i in -2..=2 {
632                 let x = i as crate::float;
633                 std::println!("{:+} {}", x, crate::mf::tri(x, -1.0, 0.0, 1.0));
634             }
635         }
636         #[test]
637         fn lins() {
638             for i in -2..=2 {
639                 let x = i as crate::float;
640                 std::println!("{:+} {}", x, crate::mf::lins(x, -1.0, 1.0));
641             }
642         }
643         #[test]
644         fn linz() {
645             for i in -2..=2 {
646                 let x = i as crate::float;
647                 std::println!("{:+} {}", x, crate::mf::linz(x, -1.0, 1.0));
648             }
649         }
650         #[test]
651         fn s() {
652             for i in -2..=2 {
653                 let x = i as crate::float;
654                 std::println!("{:+} {}", x, crate::mf::s(x, -1.0, 1.0));
655             }
656         }
657         #[test]
658         fn z() {
659             for i in -2..=2 {
660                 let x = i as crate::float;
661                 std::println!("{:+} {}", x, crate::mf::z(x, -1.0, 1.0));
662             }
663         }
664         #[test]
665         fn pi() {
666             for i in -3..=3 {
667                 let x = i as crate::float;
668                 std::println!("{:+} {}", x, crate::mf::pi(x, -2.0, -1.0, 1.0, 2.0));
669             }
670         }
671     }
674 /// proportional integral derivative controller
675 #[repr(C)]
676 pub struct pid {
677     /// proportional constant
678     pub kp: float,
679     /// integral constant
680     pub ki: float,
681     /// derivative constant
682     pub kd: float,
683     /// maximum integral output
684     pub summax: float,
685     /// minimum integral output
686     pub summin: float,
687     /// controller integral output
688     pub sum: float,
689     /// maximum final output
690     pub outmax: float,
691     /// minimum final output
692     pub outmin: float,
693     /// controller final output
694     pub out: float,
695     /// cache variable
696     pub(crate) var: float,
697     /// cache feedback
698     pub fdb: float,
699     /// cache error
700     pub err: float,
703 impl Default for pid {
704     #[inline(always)]
705     fn default() -> Self {
706         Self {
707             kp: 0.0,
708             ki: 0.0,
709             kd: 0.0,
710             summax: float::INFINITY,
711             summin: -float::INFINITY,
712             sum: 0.0,
713             outmax: float::INFINITY,
714             outmin: -float::INFINITY,
715             out: 0.0,
716             var: 0.0,
717             fdb: 0.0,
718             err: 0.0,
719         }
720     }
723 extern "C" {
724     fn a_pid_kpid(ctx: *mut pid, kp: float, ki: float, kd: float);
725     fn a_pid_run(ctx: *mut pid, set: float, fdb: float) -> float;
726     fn a_pid_pos(ctx: *mut pid, set: float, fdb: float) -> float;
727     fn a_pid_inc(ctx: *mut pid, set: float, fdb: float) -> float;
728     fn a_pid_zero(ctx: *mut pid);
731 impl pid {
732     /// initialize for PID controller
733     #[inline(always)]
734     pub fn new() -> Self {
735         Self::default()
736     }
737     /// set proportional integral derivative constant for PID controller
738     #[inline(always)]
739     pub fn kpid(&mut self, kp: float, ki: float, kd: float) -> &mut Self {
740         unsafe { a_pid_kpid(self, kp, ki, kd) };
741         self
742     }
743     /// calculate for PID controller
744     #[inline(always)]
745     pub fn run(&mut self, set: float, fdb: float) -> float {
746         unsafe { a_pid_run(self, set, fdb) }
747     }
748     /// calculate for positional PID controller
749     #[inline(always)]
750     pub fn pos(&mut self, set: float, fdb: float) -> float {
751         unsafe { a_pid_pos(self, set, fdb) }
752     }
753     /// calculate for incremental PID controller
754     #[inline(always)]
755     pub fn inc(&mut self, set: float, fdb: float) -> float {
756         unsafe { a_pid_inc(self, set, fdb) }
757     }
758     /// zeroing for PID controller
759     #[inline(always)]
760     pub fn zero(&mut self) -> &mut Self {
761         unsafe { a_pid_zero(self) };
762         self
763     }
766 #[test]
767 fn pid() {
768     extern crate std;
769     let mut a = crate::pid::new();
770     a.kpid(10.0, 0.1, 1.0);
771     std::println!("{}", a.zero().pos(1.0, 0.0));
772     std::println!("{}", a.zero().inc(1.0, 0.0));
775 /// fuzzy PID controller operator
776 pub mod fuzzy {
777     use crate::uint;
778     /// min(a,b)
779     pub const CAP: uint = 1;
780     /// a*b
781     pub const CAP_ALGEBRA: uint = 2;
782     /// max(a+b-1,0)
783     pub const CAP_BOUNDED: uint = 3;
784     /// max(a,b)
785     pub const CUP: uint = 4;
786     /// a+b-a*b
787     pub const CUP_ALGEBRA: uint = 5;
788     /// min(a+b,1)
789     pub const CUP_BOUNDED: uint = 6;
790     /// sqrt(a,b)*sqrt(1-(1-a)*(1-b))
791     pub const EQU: uint = 0;
794 #[macro_export]
795 /// compute size of memory block for fuzzy PID controller
796 macro_rules! PID_FUZZY_BLOCK {
797     ($n:expr) => {{
798         core::mem::size_of::<uint>() * $n * 2 + core::mem::size_of::<float>() * $n * (2 + $n)
799     }};
802 /// fuzzy proportional integral derivative controller
803 #[repr(C)]
804 pub struct pid_fuzzy {
805     /// proportional integral derivative controller
806     pub pid: pid,
807     pub(crate) me: *const float,
808     pub(crate) mec: *const float,
809     pub(crate) mkp: *const float,
810     pub(crate) mki: *const float,
811     pub(crate) mkd: *const float,
812     pub(crate) idx: *mut uint,
813     pub(crate) val: *mut float,
814     /// fuzzy relational operator
815     pub(crate) op: extern "C" fn(float, float) -> float,
816     /// base proportional constant
817     pub kp: float,
818     /// base integral constant
819     pub ki: float,
820     /// base derivative constant
821     pub kd: float,
822     /// number of order in the square matrix
823     pub(crate) order: uint,
824     /// maximum number triggered by the rule
825     pub(crate) block: uint,
828 impl Default for pid_fuzzy {
829     #[inline(always)]
830     fn default() -> Self {
831         Self {
832             pid: pid::default(),
833             me: core::ptr::null(),
834             mec: core::ptr::null(),
835             mkp: core::ptr::null(),
836             mki: core::ptr::null(),
837             mkd: core::ptr::null(),
838             idx: core::ptr::null_mut(),
839             val: core::ptr::null_mut(),
840             op: unsafe { a_pid_fuzzy_op(fuzzy::EQU) },
841             kp: 0.0,
842             ki: 0.0,
843             kd: 0.0,
844             order: 0,
845             block: 0,
846         }
847     }
850 extern "C" {
851     fn a_pid_fuzzy_op(op: uint) -> extern "C" fn(float, float) -> float;
852     fn a_pid_fuzzy_set_op(ctx: *mut pid_fuzzy, op: uint);
853     fn a_pid_fuzzy_rule(
854         ctx: *mut pid_fuzzy,
855         num: uint,
856         me: *const float,
857         mec: *const float,
858         mkp: *const float,
859         mki: *const float,
860         mkd: *const float,
861     );
862     fn a_pid_fuzzy_block(ctx: *mut pid_fuzzy) -> *mut u8;
863     fn a_pid_fuzzy_set_block(ctx: *mut pid_fuzzy, ptr: *mut u8, num: usize);
864     fn a_pid_fuzzy_kpid(ctx: *mut pid_fuzzy, kp: float, ki: float, kd: float);
865     fn a_pid_fuzzy_run(ctx: *mut pid_fuzzy, set: float, fdb: float) -> float;
866     fn a_pid_fuzzy_pos(ctx: *mut pid_fuzzy, set: float, fdb: float) -> float;
867     fn a_pid_fuzzy_inc(ctx: *mut pid_fuzzy, set: float, fdb: float) -> float;
868     fn a_pid_fuzzy_zero(ctx: *mut pid_fuzzy);
871 impl pid_fuzzy {
872     /// initialize for fuzzy PID controller
873     #[inline(always)]
874     pub fn new() -> Self {
875         Self::default()
876     }
877     /// set rule base for fuzzy PID controller
878     #[inline(always)]
879     pub fn rule(
880         &mut self,
881         col: usize,
882         me: &[float],
883         mec: &[float],
884         mkp: &[float],
885         mki: &[float],
886         mkd: &[float],
887     ) -> &mut Self {
888         unsafe {
889             a_pid_fuzzy_rule(
890                 self,
891                 col as uint,
892                 me.as_ptr(),
893                 mec.as_ptr(),
894                 mkp.as_ptr(),
895                 mki.as_ptr(),
896                 mkd.as_ptr(),
897             )
898         };
899         self
900     }
901     /// set proportional integral derivative constant for fuzzy PID controller
902     #[inline(always)]
903     pub fn kpid(&mut self, kp: float, ki: float, kd: float) -> &mut Self {
904         unsafe { a_pid_fuzzy_kpid(self, kp, ki, kd) };
905         self
906     }
907     /// set memory block for fuzzy PID controller
908     #[inline(always)]
909     pub fn set_block(&mut self, ptr: &mut [u8], num: usize) -> &mut Self {
910         unsafe { a_pid_fuzzy_set_block(self, ptr.as_mut_ptr(), num) };
911         self
912     }
913     /// get memory block for fuzzy PID controller
914     #[inline(always)]
915     pub fn block(&mut self) -> &mut [u8] {
916         unsafe {
917             core::slice::from_raw_parts_mut(
918                 a_pid_fuzzy_block(self),
919                 PID_FUZZY_BLOCK!(self.block as usize),
920             )
921         }
922     }
923     /// set fuzzy relational operator for fuzzy PID controller
924     #[inline(always)]
925     pub fn op(&mut self, op: uint) -> &mut Self {
926         unsafe { a_pid_fuzzy_set_op(self, op) };
927         self
928     }
929     /// calculate for fuzzy PID controller
930     #[inline(always)]
931     pub fn run(&mut self, set: float, fdb: float) -> float {
932         unsafe { a_pid_fuzzy_run(self, set, fdb) }
933     }
934     /// calculate for positional fuzzy PID controller
935     #[inline(always)]
936     pub fn pos(&mut self, set: float, fdb: float) -> float {
937         unsafe { a_pid_fuzzy_pos(self, set, fdb) }
938     }
939     /// calculate for incremental fuzzy PID controller
940     #[inline(always)]
941     pub fn inc(&mut self, set: float, fdb: float) -> float {
942         unsafe { a_pid_fuzzy_inc(self, set, fdb) }
943     }
944     /// zeroing for fuzzy PID controller
945     #[inline(always)]
946     pub fn zero(&mut self) -> &mut Self {
947         unsafe { a_pid_fuzzy_zero(self) };
948         self
949     }
952 #[test]
953 #[allow(non_snake_case)]
954 fn pid_fuzzy() {
955     extern crate std;
956     let NL: float = -3.0;
957     let NM: float = -2.0;
958     let NS: float = -1.0;
959     let ZO: float = 0.0;
960     let PS: float = 1.0;
961     let PM: float = 2.0;
962     let PL: float = 3.0;
963     let me = [
964         [crate::mf::TRI as float, NL, NL, NM],
965         [crate::mf::TRI as float, NL, NM, NS],
966         [crate::mf::TRI as float, NM, NS, ZO],
967         [crate::mf::TRI as float, NS, ZO, PS],
968         [crate::mf::TRI as float, ZO, PS, PM],
969         [crate::mf::TRI as float, PS, PM, PL],
970         [crate::mf::TRI as float, PM, PL, PL],
971     ];
972     let NL: float = -3.0;
973     let NM: float = -2.0;
974     let NS: float = -1.0;
975     let ZO: float = 0.0;
976     let PS: float = 1.0;
977     let PM: float = 2.0;
978     let PL: float = 3.0;
979     let mec = [
980         [crate::mf::TRI as float, NL, NL, NM],
981         [crate::mf::TRI as float, NL, NM, NS],
982         [crate::mf::TRI as float, NM, NS, ZO],
983         [crate::mf::TRI as float, NS, ZO, PS],
984         [crate::mf::TRI as float, ZO, PS, PM],
985         [crate::mf::TRI as float, PS, PM, PL],
986         [crate::mf::TRI as float, PM, PL, PL],
987     ];
988     let NL: float = -15.0;
989     let NM: float = -10.0;
990     let NS: float = -5.0;
991     let ZO: float = 0.0;
992     let PS: float = 5.0;
993     let PM: float = 10.0;
994     let PL: float = 15.0;
995     let mkp = [
996         [NL, NL, NM, NM, NS, ZO, ZO],
997         [NL, NL, NM, NS, NS, ZO, PS],
998         [NM, NM, NM, NS, ZO, PS, PS],
999         [NM, NM, NS, ZO, PS, PM, PM],
1000         [NS, NS, ZO, PS, PS, PM, PM],
1001         [NS, ZO, PS, PM, PM, PM, PL],
1002         [ZO, ZO, PM, PM, PM, PL, PL],
1003     ];
1004     let NL: float = -3.0;
1005     let NM: float = -2.0;
1006     let NS: float = -1.0;
1007     let ZO: float = 0.0;
1008     let PS: float = 1.0;
1009     let PM: float = 2.0;
1010     let PL: float = 3.0;
1011     let mki = [
1012         [PL, PL, PM, PM, PS, ZO, ZO],
1013         [PL, PL, PM, PS, PS, ZO, ZO],
1014         [PL, PM, PS, PS, ZO, NS, NS],
1015         [PM, PM, PS, ZO, NS, NM, NM],
1016         [PM, PS, ZO, NS, NS, NM, NL],
1017         [ZO, ZO, NS, NS, NM, NL, NL],
1018         [ZO, ZO, NS, NM, NM, NL, NL],
1019     ];
1020     let mkd = [
1021         [NS, PS, PL, PL, PL, PM, NS],
1022         [NS, PS, PL, PM, PM, PS, ZO],
1023         [ZO, PS, PM, PM, PS, PS, ZO],
1024         [ZO, PS, PS, PS, PS, PS, ZO],
1025         [ZO, ZO, ZO, ZO, ZO, ZO, ZO],
1026         [NL, NS, NS, NS, NS, NS, NL],
1027         [NL, NM, NM, NM, NS, NS, NL],
1028     ];
1029     let mut block = [0u8; crate::PID_FUZZY_BLOCK!(2)];
1030     let mut a = pid_fuzzy::new();
1031     a.rule(
1032         me.len(),
1033         &me.concat(),
1034         &mec.concat(),
1035         &mkp.concat(),
1036         &mki.concat(),
1037         &mkd.concat(),
1038     )
1039     .kpid(10.0, 0.1, 1.0)
1040     .set_block(&mut block, 2);
1041     a.op(crate::fuzzy::EQU).zero();
1042     std::println!("{} {}", a.pos(1.0, 0.0), a.pos(1.0, 0.0));
1043     a.op(crate::fuzzy::EQU).zero();
1044     std::println!("{} {}", a.inc(1.0, 0.0), a.inc(1.0, 0.0));
1047 /// single neuron proportional integral derivative controller
1048 #[repr(C)]
1049 pub struct pid_neuro {
1050     /// proportional integral derivative controller
1051     pub pid: pid,
1052     /// proportional coefficient
1053     pub k: float,
1054     /// proportional weight
1055     pub wp: float,
1056     /// integral weight
1057     pub wi: float,
1058     /// derivative weight
1059     pub wd: float,
1060     /// error change
1061     pub ec: float,
1064 impl Default for pid_neuro {
1065     #[inline(always)]
1066     fn default() -> Self {
1067         Self {
1068             pid: pid::default(),
1069             k: 0.0,
1070             wp: 0.0,
1071             wi: 0.0,
1072             wd: 0.0,
1073             ec: 0.0,
1074         }
1075     }
1078 extern "C" {
1079     fn a_pid_neuro_kpid(ctx: *mut pid_neuro, k: float, kp: float, ki: float, kd: float);
1080     fn a_pid_neuro_wpid(ctx: *mut pid_neuro, wp: float, wi: float, wd: float);
1081     fn a_pid_neuro_run(ctx: *mut pid_neuro, set: float, fdb: float) -> float;
1082     fn a_pid_neuro_inc(ctx: *mut pid_neuro, set: float, fdb: float) -> float;
1083     fn a_pid_neuro_zero(ctx: *mut pid_neuro);
1086 impl pid_neuro {
1087     /// initialize for single neuron PID controller
1088     #[inline(always)]
1089     pub fn new() -> Self {
1090         Self::default()
1091     }
1092     /// set proportional integral derivative constant for single neuron PID controller
1093     #[inline(always)]
1094     pub fn kpid(&mut self, k: float, kp: float, ki: float, kd: float) -> &mut Self {
1095         unsafe { a_pid_neuro_kpid(self, k, kp, ki, kd) };
1096         self
1097     }
1098     /// set proportional integral derivative weight for single neuron PID controller
1099     #[inline(always)]
1100     pub fn wpid(&mut self, wp: float, wi: float, wd: float) -> &mut Self {
1101         unsafe { a_pid_neuro_wpid(self, wp, wi, wd) };
1102         self
1103     }
1104     /// calculate for single neuron PID controller
1105     #[inline(always)]
1106     pub fn run(&mut self, set: float, fdb: float) -> float {
1107         unsafe { a_pid_neuro_run(self, set, fdb) }
1108     }
1109     /// calculate for incremental single neuron PID controller
1110     #[inline(always)]
1111     pub fn inc(&mut self, set: float, fdb: float) -> float {
1112         unsafe { a_pid_neuro_inc(self, set, fdb) }
1113     }
1114     /// zeroing for single neuron PID controller
1115     #[inline(always)]
1116     pub fn zero(&mut self) -> &mut Self {
1117         unsafe { a_pid_neuro_zero(self) };
1118         self
1119     }
1122 #[test]
1123 fn pid_neuro() {
1124     extern crate std;
1125     let mut a = crate::pid_neuro::new();
1126     a.kpid(10.0, 1.0, 0.1, 1.0).wpid(1.0, 0.0, 0.0);
1127     std::println!("{}", a.inc(1.0, 0.0));
1128     a.zero();
1131 /// transfer function
1132 #[repr(C)]
1133 pub struct tf {
1134     /// input
1135     input: *mut float,
1136     /// output
1137     output: *mut float,
1138     /// numerator
1139     num_p: *const float,
1140     /// denominator
1141     den_p: *const float,
1142     /// numerator number
1143     num_n: uint,
1144     /// denominator number
1145     den_n: uint,
1148 extern "C" {
1149     fn a_tf_set_num(ctx: *mut tf, num_n: uint, num_p: *const float, input: *mut float);
1150     fn a_tf_set_den(ctx: *mut tf, den_n: uint, den_p: *const float, output: *mut float);
1151     fn a_tf_init(
1152         ctx: *mut tf,
1153         num_n: uint,
1154         num_p: *const float,
1155         input: *mut float,
1156         den_n: uint,
1157         den_p: *const float,
1158         output: *mut float,
1159     );
1160     fn a_tf_iter(ctx: *const tf, x: float) -> float;
1161     fn a_tf_zero(ctx: *const tf);
1164 impl tf {
1165     /// initialize for transfer function
1166     #[inline(always)]
1167     pub fn new(num: &[float], input: &mut [float], den: &[float], output: &mut [float]) -> Self {
1168         let mut ctx: Self = Self {
1169             input: core::ptr::null_mut(),
1170             output: core::ptr::null_mut(),
1171             num_p: core::ptr::null(),
1172             den_p: core::ptr::null(),
1173             num_n: 0,
1174             den_n: 0,
1175         };
1176         unsafe {
1177             a_tf_init(
1178                 &mut ctx,
1179                 num.len() as uint,
1180                 num.as_ptr(),
1181                 input.as_mut_ptr(),
1182                 den.len() as uint,
1183                 den.as_ptr(),
1184                 output.as_mut_ptr(),
1185             )
1186         };
1187         ctx
1188     }
1189     /// calculate for transfer function
1190     #[inline(always)]
1191     pub fn iter(&mut self, x: float) -> float {
1192         unsafe { a_tf_iter(self, x) }
1193     }
1194     /// zeroing for transfer function
1195     #[inline(always)]
1196     pub fn zero(&mut self) -> &mut Self {
1197         unsafe { a_tf_zero(self) };
1198         self
1199     }
1200     /// get input for transfer function
1201     #[inline(always)]
1202     pub fn input(&self) -> &[float] {
1203         unsafe { core::slice::from_raw_parts(self.input, self.num_n as usize) }
1204     }
1205     /// get numerator for transfer function
1206     #[inline(always)]
1207     pub fn num(&self) -> &[float] {
1208         unsafe { core::slice::from_raw_parts(self.num_p, self.num_n as usize) }
1209     }
1210     /// set numerator for transfer function
1211     #[inline(always)]
1212     pub fn set_num(&mut self, num: &[float], input: &mut [float]) -> &mut Self {
1213         unsafe { a_tf_set_num(self, num.len() as uint, num.as_ptr(), input.as_mut_ptr()) };
1214         self
1215     }
1216     /// get output for transfer function
1217     #[inline(always)]
1218     pub fn output(&self) -> &[float] {
1219         unsafe { core::slice::from_raw_parts(self.output, self.den_n as usize) }
1220     }
1221     /// get denominator for transfer function
1222     #[inline(always)]
1223     pub fn den(&self) -> &[float] {
1224         unsafe { core::slice::from_raw_parts(self.den_p, self.den_n as usize) }
1225     }
1226     /// set denominator for transfer function
1227     #[inline(always)]
1228     pub fn set_den(&mut self, den: &[float], output: &mut [float]) -> &mut Self {
1229         unsafe { a_tf_set_den(self, den.len() as uint, den.as_ptr(), output.as_mut_ptr()) };
1230         self
1231     }
1234 #[test]
1235 fn tf() {
1236     extern crate std;
1237     let num = [6.59492796e-05, 6.54019884e-05];
1238     let den = [-1.97530991, 0.97530991];
1239     let mut input = [0.0; 2];
1240     let mut output = [0.0; 2];
1241     let mut a = crate::tf::new(&num, &mut input, &den, &mut output);
1242     a.set_num(&num, &mut input).set_den(&den, &mut output);
1243     std::println!("{} {}", a.iter(10.0), a.iter(10.0));
1244     std::println!("{:?} {:?}", a.num(), a.input());
1245     std::println!("{:?} {:?}", a.den(), a.output());
1246     a.zero();
1249 /// bell-shaped velocity trajectory
1250 #[repr(C)]
1251 pub struct trajbell {
1252     /// total duration
1253     pub t: float,
1254     /// constant velocity phase
1255     pub tv: float,
1256     /// acceleration phase
1257     pub ta: float,
1258     /// deceleration phase
1259     pub td: float,
1260     /// time-interval in which the jerk is constant (j max or j min ) during the acceleration phase
1261     pub taj: float,
1262     /// time-interval in which the jerk is constant (j max or j min ) during the deceleration phase
1263     pub tdj: float,
1264     /// initial position
1265     pub p0: float,
1266     /// final position
1267     pub p1: float,
1268     /// initial velocity
1269     pub v0: float,
1270     /// final velocity
1271     pub v1: float,
1272     /// maximum velocity
1273     pub vm: float,
1274     /// maximum jerk
1275     pub jm: float,
1276     /// maximum acceleration
1277     pub am: float,
1278     /// maximum deceleration
1279     pub dm: float,
1282 impl Default for trajbell {
1283     #[inline(always)]
1284     fn default() -> Self {
1285         Self {
1286             t: 0.0,
1287             tv: 0.0,
1288             ta: 0.0,
1289             td: 0.0,
1290             taj: 0.0,
1291             tdj: 0.0,
1292             p0: 0.0,
1293             p1: 0.0,
1294             v0: 0.0,
1295             v1: 0.0,
1296             vm: 0.0,
1297             jm: 0.0,
1298             am: 0.0,
1299             dm: 0.0,
1300         }
1301     }
1304 extern "C" {
1305     fn a_trajbell_gen(
1306         ctx: *mut trajbell,
1307         jm: float,
1308         am: float,
1309         vm: float,
1310         p0: float,
1311         p1: float,
1312         v0: float,
1313         v1: float,
1314     ) -> float;
1315     fn a_trajbell_pos(ctx: *const trajbell, dt: float) -> float;
1316     fn a_trajbell_vel(ctx: *const trajbell, dt: float) -> float;
1317     fn a_trajbell_acc(ctx: *const trajbell, dt: float) -> float;
1318     fn a_trajbell_jer(ctx: *const trajbell, dt: float) -> float;
1321 impl trajbell {
1322     /// initialize for bell-shaped velocity trajectory
1323     #[inline(always)]
1324     pub fn new() -> Self {
1325         Self::default()
1326     }
1327     /// generate for bell-shaped velocity trajectory
1328     #[allow(clippy::too_many_arguments)]
1329     #[inline(always)]
1330     pub fn gen(
1331         &mut self,
1332         jm: float,
1333         am: float,
1334         vm: float,
1335         p0: float,
1336         p1: float,
1337         v0: float,
1338         v1: float,
1339     ) -> float {
1340         unsafe { a_trajbell_gen(self, jm, am, vm, p0, p1, v0, v1) }
1341     }
1342     /// calculate position for bell-shaped velocity trajectory
1343     #[inline(always)]
1344     pub fn pos(&mut self, dt: float) -> float {
1345         unsafe { a_trajbell_pos(self, dt) }
1346     }
1347     /// calculate velocity for bell-shaped velocity trajectory
1348     #[inline(always)]
1349     pub fn vel(&mut self, dt: float) -> float {
1350         unsafe { a_trajbell_vel(self, dt) }
1351     }
1352     /// calculate acceleration for bell-shaped velocity trajectory
1353     #[inline(always)]
1354     pub fn acc(&mut self, dt: float) -> float {
1355         unsafe { a_trajbell_acc(self, dt) }
1356     }
1357     /// calculate jerk for bell-shaped velocity trajectory
1358     #[inline(always)]
1359     pub fn jer(&mut self, dt: float) -> float {
1360         unsafe { a_trajbell_jer(self, dt) }
1361     }
1364 #[test]
1365 fn trajbell() {
1366     extern crate std;
1367     let dt = 0.5;
1368     {
1369         let mut a = crate::trajbell::new();
1370         std::print!("{} ", a.gen(3.0, 2.0, 3.0, 0.0, 10.0, 0.0, 0.0));
1371         std::println!(
1372             "[{}, {}, {}, {}]",
1373             a.pos(dt),
1374             a.vel(dt),
1375             a.acc(dt),
1376             a.jer(dt)
1377         );
1378     }
1381 /// cubic polynomial trajectory
1382 #[repr(C)]
1383 pub struct trajpoly3 {
1384     /// coefficients of position
1385     pub p: [float; 4],
1386     /// coefficients of velocity
1387     pub v: [float; 3],
1388     /// coefficients of acceleration
1389     pub a: [float; 2],
1392 extern "C" {
1393     fn a_trajpoly3_gen(ctx: *mut trajpoly3, ts: float, p0: float, p1: float, v0: float, v1: float);
1394     fn a_trajpoly3_pos(ctx: *const trajpoly3, dt: float) -> float;
1395     fn a_trajpoly3_vel(ctx: *const trajpoly3, dt: float) -> float;
1396     fn a_trajpoly3_acc(ctx: *const trajpoly3, dt: float) -> float;
1399 impl trajpoly3 {
1400     /// initialize for cubic polynomial trajectory
1401     #[inline(always)]
1402     pub fn new(ts: float, p0: float, p1: float, v0: float, v1: float) -> Self {
1403         let mut ctx: Self = Self {
1404             p: [0.0; 4],
1405             v: [0.0; 3],
1406             a: [0.0; 2],
1407         };
1408         unsafe { a_trajpoly3_gen(&mut ctx, ts, p0, p1, v0, v1) };
1409         ctx
1410     }
1411     /// generate for cubic polynomial trajectory
1412     #[inline(always)]
1413     pub fn gen(&mut self, ts: float, p0: float, p1: float, v0: float, v1: float) -> &mut Self {
1414         unsafe { a_trajpoly3_gen(self, ts, p0, p1, v0, v1) };
1415         self
1416     }
1417     /// calculate position for cubic polynomial trajectory
1418     #[inline(always)]
1419     pub fn pos(&mut self, dt: float) -> float {
1420         unsafe { a_trajpoly3_pos(self, dt) }
1421     }
1422     /// calculate velocity for cubic polynomial trajectory
1423     #[inline(always)]
1424     pub fn vel(&mut self, dt: float) -> float {
1425         unsafe { a_trajpoly3_vel(self, dt) }
1426     }
1427     /// calculate acceleration for cubic polynomial trajectory
1428     #[inline(always)]
1429     pub fn acc(&mut self, dt: float) -> float {
1430         unsafe { a_trajpoly3_acc(self, dt) }
1431     }
1434 #[test]
1435 fn trajpoly3() {
1436     extern crate std;
1437     let dt = 0.5;
1438     {
1439         let mut a = crate::trajpoly3::new(1.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
1440         std::println!("[{}, {}, {}]", a.pos(dt), a.vel(dt), a.acc(dt));
1441     }
1444 /// quintic polynomial trajectory
1445 #[repr(C)]
1446 pub struct trajpoly5 {
1447     /// coefficients of position
1448     pub p: [float; 6],
1449     /// coefficients of velocity
1450     pub v: [float; 5],
1451     /// coefficients of acceleration
1452     pub a: [float; 4],
1455 extern "C" {
1456     fn a_trajpoly5_gen(
1457         ctx: *mut trajpoly5,
1458         ts: float,
1459         p0: float,
1460         p1: float,
1461         v0: float,
1462         v1: float,
1463         a0: float,
1464         a1: float,
1465     );
1466     fn a_trajpoly5_pos(ctx: *const trajpoly5, dt: float) -> float;
1467     fn a_trajpoly5_vel(ctx: *const trajpoly5, dt: float) -> float;
1468     fn a_trajpoly5_acc(ctx: *const trajpoly5, dt: float) -> float;
1471 impl trajpoly5 {
1472     /// initialize for quintic polynomial trajectory
1473     #[allow(clippy::too_many_arguments)]
1474     #[inline(always)]
1475     pub fn new(
1476         ts: float,
1477         p0: float,
1478         p1: float,
1479         v0: float,
1480         v1: float,
1481         a0: float,
1482         a1: float,
1483     ) -> Self {
1484         let mut ctx: Self = Self {
1485             p: [0.0; 6],
1486             v: [0.0; 5],
1487             a: [0.0; 4],
1488         };
1489         unsafe { a_trajpoly5_gen(&mut ctx, ts, p0, p1, v0, v1, a0, a1) };
1490         ctx
1491     }
1492     /// generate for quintic polynomial trajectory
1493     #[allow(clippy::too_many_arguments)]
1494     #[inline(always)]
1495     pub fn gen(
1496         &mut self,
1497         ts: float,
1498         p0: float,
1499         p1: float,
1500         v0: float,
1501         v1: float,
1502         a0: float,
1503         a1: float,
1504     ) -> &mut Self {
1505         unsafe { a_trajpoly5_gen(self, ts, p0, p1, v0, v1, a0, a1) };
1506         self
1507     }
1508     /// calculate position for quintic polynomial trajectory
1509     #[inline(always)]
1510     pub fn pos(&mut self, dt: float) -> float {
1511         unsafe { a_trajpoly5_pos(self, dt) }
1512     }
1513     /// calculate velocity for quintic polynomial trajectory
1514     #[inline(always)]
1515     pub fn vel(&mut self, dt: float) -> float {
1516         unsafe { a_trajpoly5_vel(self, dt) }
1517     }
1518     /// calculate acceleration for quintic polynomial trajectory
1519     #[inline(always)]
1520     pub fn acc(&mut self, dt: float) -> float {
1521         unsafe { a_trajpoly5_acc(self, dt) }
1522     }
1525 #[test]
1526 fn trajpoly5() {
1527     extern crate std;
1528     let dt = 0.5;
1529     {
1530         let mut a = crate::trajpoly5::new(1.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
1531         std::println!("[{}, {}, {}]", a.pos(dt), a.vel(dt), a.acc(dt));
1532     }
1535 /// hepta polynomial trajectory
1536 #[repr(C)]
1537 pub struct trajpoly7 {
1538     /// coefficients of position
1539     pub p: [float; 8],
1540     /// coefficients of velocity
1541     pub v: [float; 7],
1542     /// coefficients of acceleration
1543     pub a: [float; 6],
1544     /// coefficients of jerk
1545     pub j: [float; 5],
1548 extern "C" {
1549     fn a_trajpoly7_gen(
1550         ctx: *mut trajpoly7,
1551         ts: float,
1552         p0: float,
1553         p1: float,
1554         v0: float,
1555         v1: float,
1556         a0: float,
1557         a1: float,
1558         j0: float,
1559         j1: float,
1560     );
1561     fn a_trajpoly7_pos(ctx: *const trajpoly7, dt: float) -> float;
1562     fn a_trajpoly7_vel(ctx: *const trajpoly7, dt: float) -> float;
1563     fn a_trajpoly7_acc(ctx: *const trajpoly7, dt: float) -> float;
1564     fn a_trajpoly7_jer(ctx: *const trajpoly7, dt: float) -> float;
1567 impl trajpoly7 {
1568     /// initialize for hepta polynomial trajectory
1569     #[allow(clippy::too_many_arguments)]
1570     #[inline(always)]
1571     pub fn new(
1572         ts: float,
1573         p0: float,
1574         p1: float,
1575         v0: float,
1576         v1: float,
1577         a0: float,
1578         a1: float,
1579         j0: float,
1580         j1: float,
1581     ) -> Self {
1582         let mut ctx: Self = Self {
1583             p: [0.0; 8],
1584             v: [0.0; 7],
1585             a: [0.0; 6],
1586             j: [0.0; 5],
1587         };
1588         unsafe { a_trajpoly7_gen(&mut ctx, ts, p0, p1, v0, v1, a0, a1, j0, j1) };
1589         ctx
1590     }
1591     /// generate for hepta polynomial trajectory
1592     #[allow(clippy::too_many_arguments)]
1593     #[inline(always)]
1594     pub fn gen(
1595         &mut self,
1596         ts: float,
1597         p0: float,
1598         p1: float,
1599         v0: float,
1600         v1: float,
1601         a0: float,
1602         a1: float,
1603         j0: float,
1604         j1: float,
1605     ) -> &mut Self {
1606         unsafe { a_trajpoly7_gen(self, ts, p0, p1, v0, v1, a0, a1, j0, j1) };
1607         self
1608     }
1609     /// calculate position for hepta polynomial trajectory
1610     #[inline(always)]
1611     pub fn pos(&mut self, dt: float) -> float {
1612         unsafe { a_trajpoly7_pos(self, dt) }
1613     }
1614     /// calculate velocity for hepta polynomial trajectory
1615     #[inline(always)]
1616     pub fn vel(&mut self, dt: float) -> float {
1617         unsafe { a_trajpoly7_vel(self, dt) }
1618     }
1619     /// calculate acceleration for hepta polynomial trajectory
1620     #[inline(always)]
1621     pub fn acc(&mut self, dt: float) -> float {
1622         unsafe { a_trajpoly7_acc(self, dt) }
1623     }
1624     /// calculate jerk for hepta polynomial trajectory
1625     #[inline(always)]
1626     pub fn jer(&mut self, dt: float) -> float {
1627         unsafe { a_trajpoly7_jer(self, dt) }
1628     }
1631 #[test]
1632 fn trajpoly7() {
1633     extern crate std;
1634     let dt = 0.5;
1635     {
1636         let mut a = crate::trajpoly7::new(1.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
1637         std::println!(
1638             "[{}, {}, {}, {}]",
1639             a.pos(dt),
1640             a.vel(dt),
1641             a.acc(dt),
1642             a.jer(dt)
1643         );
1644     }
1647 /// trapezoidal velocity trajectory
1648 #[repr(C)]
1649 pub struct trajtrap {
1650     /// total duration
1651     pub t: float,
1652     /// initial position
1653     pub p0: float,
1654     /// final position
1655     pub p1: float,
1656     /// initial velocity
1657     pub v0: float,
1658     /// final velocity
1659     pub v1: float,
1660     /// constant velocity
1661     pub vc: float,
1662     /// time before constant velocity
1663     pub ta: float,
1664     /// time after constant velocity
1665     pub td: float,
1666     /// position before constant velocity
1667     pub pa: float,
1668     /// position after constant velocity
1669     pub pd: float,
1670     /// acceleration before constant velocity
1671     pub ac: float,
1672     /// acceleration after constant velocity
1673     pub de: float,
1676 impl Default for trajtrap {
1677     #[inline(always)]
1678     fn default() -> Self {
1679         Self {
1680             t: 0.0,
1681             p0: 0.0,
1682             p1: 0.0,
1683             v0: 0.0,
1684             v1: 0.0,
1685             vc: 0.0,
1686             ta: 0.0,
1687             td: 0.0,
1688             pa: 0.0,
1689             pd: 0.0,
1690             ac: 0.0,
1691             de: 0.0,
1692         }
1693     }
1696 extern "C" {
1697     fn a_trajtrap_gen(
1698         ctx: *mut trajtrap,
1699         vm: float,
1700         ac: float,
1701         de: float,
1702         p0: float,
1703         p1: float,
1704         v0: float,
1705         v1: float,
1706     ) -> float;
1707     fn a_trajtrap_pos(ctx: *const trajtrap, dt: float) -> float;
1708     fn a_trajtrap_vel(ctx: *const trajtrap, dt: float) -> float;
1709     fn a_trajtrap_acc(ctx: *const trajtrap, dt: float) -> float;
1712 impl trajtrap {
1713     /// initialize for trapezoidal velocity trajectory
1714     #[inline(always)]
1715     pub fn new() -> Self {
1716         Self::default()
1717     }
1718     /// generate for trapezoidal velocity trajectory
1719     #[allow(clippy::too_many_arguments)]
1720     #[inline(always)]
1721     pub fn gen(
1722         &mut self,
1723         vm: float,
1724         ac: float,
1725         de: float,
1726         p0: float,
1727         p1: float,
1728         v0: float,
1729         v1: float,
1730     ) -> float {
1731         unsafe { a_trajtrap_gen(self, vm, ac, de, p0, p1, v0, v1) }
1732     }
1733     /// calculate position for trapezoidal velocity trajectory
1734     #[inline(always)]
1735     pub fn pos(&mut self, dt: float) -> float {
1736         unsafe { a_trajtrap_pos(self, dt) }
1737     }
1738     /// calculate velocity for trapezoidal velocity trajectory
1739     #[inline(always)]
1740     pub fn vel(&mut self, dt: float) -> float {
1741         unsafe { a_trajtrap_vel(self, dt) }
1742     }
1743     /// calculate acceleration for trapezoidal velocity trajectory
1744     #[inline(always)]
1745     pub fn acc(&mut self, dt: float) -> float {
1746         unsafe { a_trajtrap_acc(self, dt) }
1747     }
1750 #[test]
1751 fn trajtrap() {
1752     extern crate std;
1753     let dt = 0.5;
1754     {
1755         let mut a = crate::trajtrap::new();
1756         std::print!("{} ", a.gen(2.0, 2.0, -2.0, 0.0, 2.0, 0.0, 0.0));
1757         std::println!("[{}, {}, {}]", a.pos(dt), a.vel(dt), a.acc(dt));
1758     }
1761 /// version
1763 /// ## Examples
1765 /// ```
1766 /// println!(
1767 ///     "version {}.{}.{}+{}",
1768 ///     liba::version::major(),
1769 ///     liba::version::minor(),
1770 ///     liba::version::patch(),
1771 ///     liba::version::tweak()
1772 /// );
1773 /// ```
1774 #[repr(C)]
1775 pub struct version {
1776     /// major number
1777     pub major: uint,
1778     /// minor number
1779     pub minor: uint,
1780     /// third number
1781     pub third: uint,
1782     /// extra number
1783     pub extra: uint,
1784     /// alphabet
1785     pub alpha: [u8; 4],
1788 extern "C" {
1789     static a_version_major: uint;
1790     static a_version_minor: uint;
1791     static a_version_patch: uint;
1792     static a_version_tweak: u32;
1793     fn a_version_set_alpha(ctx: *mut version, alpha: *const u8);
1794     fn a_version_alpha(ctx: *const version, alpha: &mut [u8; 5]);
1795     fn a_version_parse(ctx: *mut version, ver: *const u8) -> uint;
1796     fn a_version_tostr(ctx: *const version, p: *mut u8, n: usize) -> int;
1797     fn a_version_cmp(ctx: *const version, rhs: *const version) -> int;
1798     fn a_version_lt(ctx: *const version, rhs: *const version) -> bool;
1799     fn a_version_gt(ctx: *const version, rhs: *const version) -> bool;
1800     fn a_version_le(ctx: *const version, rhs: *const version) -> bool;
1801     fn a_version_ge(ctx: *const version, rhs: *const version) -> bool;
1802     fn a_version_eq(ctx: *const version, rhs: *const version) -> bool;
1803     fn a_version_check(major: uint, minor: uint, patch: uint) -> int;
1806 impl version {
1807     /// initialize for version
1808     #[inline(always)]
1809     pub fn new(major: uint, minor: uint, third: uint) -> Self {
1810         Self {
1811             major,
1812             minor,
1813             third,
1814             extra: 0,
1815             alpha: [b'.', 0, 0, 0],
1816         }
1817     }
1818     /// set alphabet for version
1819     #[inline(always)]
1820     pub fn set_alpha(&mut self, alpha: &[u8]) {
1821         unsafe { a_version_set_alpha(self, alpha.as_ptr()) }
1822     }
1823     /// get alphabet for version
1824     #[inline(always)]
1825     pub fn alpha(&self, alpha: &mut [u8; 5]) {
1826         unsafe { a_version_alpha(self, alpha) }
1827     }
1828     /// parse version string to version
1829     #[inline(always)]
1830     pub fn parse(&mut self, ver: &str) -> uint {
1831         unsafe { a_version_parse(self, ver.as_ptr()) }
1832     }
1833     /// convert version to string
1834     #[inline(always)]
1835     pub fn tostr(&mut self, ver: &mut [u8]) -> int {
1836         unsafe { a_version_tostr(self, ver.as_mut_ptr(), ver.len()) }
1837     }
1838     /// algorithm library version check
1839     #[inline(always)]
1840     pub fn check(major: uint, minor: uint, patch: uint) -> int {
1841         unsafe { a_version_check(major, minor, patch) }
1842     }
1843     /// algorithm library version major
1844     #[inline(always)]
1845     pub fn major() -> uint {
1846         unsafe { a_version_major }
1847     }
1848     /// algorithm library version minor
1849     #[inline(always)]
1850     pub fn minor() -> uint {
1851         unsafe { a_version_minor }
1852     }
1853     /// algorithm library version patch
1854     #[inline(always)]
1855     pub fn patch() -> uint {
1856         unsafe { a_version_patch }
1857     }
1858     /// algorithm library version tweak
1859     #[inline(always)]
1860     pub fn tweak() -> u32 {
1861         unsafe { a_version_tweak }
1862     }
1865 impl PartialOrd for version {
1866     #[inline(always)]
1867     fn partial_cmp(&self, that: &version) -> Option<core::cmp::Ordering> {
1868         let ok: int = unsafe { a_version_cmp(self, that) };
1869         if ok > 0 {
1870             return Some(core::cmp::Ordering::Greater);
1871         }
1872         if ok < 0 {
1873             return Some(core::cmp::Ordering::Less);
1874         }
1875         Some(core::cmp::Ordering::Equal)
1876     }
1877     #[inline(always)]
1878     fn lt(&self, that: &version) -> bool {
1879         unsafe { a_version_lt(self, that) }
1880     }
1881     #[inline(always)]
1882     fn gt(&self, that: &version) -> bool {
1883         unsafe { a_version_gt(self, that) }
1884     }
1885     #[inline(always)]
1886     fn le(&self, that: &version) -> bool {
1887         unsafe { a_version_le(self, that) }
1888     }
1889     #[inline(always)]
1890     fn ge(&self, that: &version) -> bool {
1891         unsafe { a_version_ge(self, that) }
1892     }
1895 impl PartialEq for version {
1896     #[inline(always)]
1897     fn eq(&self, that: &version) -> bool {
1898         unsafe { a_version_eq(self, that) }
1899     }
1902 #[test]
1903 fn version() {
1904     extern crate std;
1905     impl core::fmt::Debug for version {
1906         fn fmt(&self, f: &mut core::fmt::Formatter<'_>) -> core::fmt::Result {
1907             let mut alpha = [0u8; 5];
1908             self.alpha(&mut alpha);
1909             f.debug_struct("version")
1910                 .field("major", &self.major)
1911                 .field("minor", &self.minor)
1912                 .field("third", &self.third)
1913                 .field("extra", &self.extra)
1914                 .field("alpha", &std::str::from_utf8(&alpha).unwrap())
1915                 .finish()
1916         }
1917     }
1918     std::println!("{}", crate::version::check(0, 0, 0));
1919     std::println!("major {}", crate::version::major());
1920     std::println!("minor {}", crate::version::minor());
1921     std::println!("patch {}", crate::version::patch());
1922     std::println!("tweak {}", crate::version::tweak());
1923     let v000 = version::new(0, 0, 0);
1924     let mut v001 = version::new(0, 0, 0);
1925     let mut ver = [0u8; 48];
1926     v001.parse("0.0.1-a.1");
1927     v001.tostr(&mut ver);
1928     std::println!("{:?}", v001);
1929     std::println!("{}", std::str::from_utf8(&ver).unwrap());
1930     assert!(v001 > v000);
1931     assert!(v000 < v001);
1932     assert!(v000 >= v000);
1933     assert!(v000 <= v000);
1934     assert!(v000 == v000);
1935     assert!(v000 != v001);