PhysicalUnits

Swift で物理単位を型安全に扱うためのライブラリです。コンパイル時に単位の整合性を検証し、実行時のオーバーヘッドを最小限に抑えます。

特徴

型安全な単位変換: 異なる単位間の変換をコンパイル時に検証
物理公式の演算子: F = m * a、E = F * d、P = V * I などの物理公式を自然な構文で記述
SI プレフィックス対応: MetricUnit<BaseUnit> パターンにより nano から tera まで自動対応
高パフォーマンス: @frozen、@inlinable を活用した最適化
マルチプラットフォーム: iOS、macOS、watchOS、tvOS、visionOS 対応

インストール

Swift Package Manager

dependencies: [
    .package(url: "https://github.com/no-problem-dev/swift-physical-units.git", from: "1.0.0")
]

使い方

基本的な単位変換

import PhysicalUnits

// 長さ
let distance = Length(100, unit: .meters)
print(distance.kilometers)  // 0.1

// 質量
let mass = Mass(1, unit: .kilograms)
print(mass.grams)  // 1000.0

// 時間
let time = Duration(1, unit: .hours)
print(time.seconds)  // 3600.0

物理公式の計算

// 速度 = 距離 / 時間
let distance = Length(100, unit: .kilometers)
let time = Duration(2, unit: .hours)
let speed: Speed = distance / time
print(speed.kilometersPerHour)  // 50.0

// 力 = 質量 × 加速度
let mass = Mass(10, unit: .kilograms)
let acceleration = Acceleration(9.8, unit: .metersPerSecondSquared)
let force: Force = mass * acceleration
print(force.newtons)  // 98.0

// 電力 = 電圧 × 電流
let voltage = Voltage(100, unit: .volts)
let current = Current(5, unit: .amperes)
let power: Power = voltage * current
print(power.watts)  // 500.0

オームの法則

// V = IR
let current = Current(2, unit: .amperes)
let resistance = Resistance(50, unit: .ohms)
let voltage: Voltage = current * resistance
print(voltage.volts)  // 100.0

// I = V/R
let current2: Current = voltage / resistance
print(current2.amperes)  // 2.0

回転運動

// 角速度
let angle = Angle(360, unit: .degrees)
let time = Duration(1, unit: .seconds)
let angularSpeed: AngularSpeed = angle / time
print(angularSpeed.rpm)  // 60.0

// 線速度 = 角速度 × 半径
let radius = Length(0.5, unit: .meters)
let linearSpeed: Speed = angularSpeed * radius
print(linearSpeed.metersPerSecond)  // 3.14...

バッテリー容量

// 電荷量
let battery = Charge(milliampereHours: 5000)
print(battery.ampereHours)  // 5.0
print(battery.coulombs)  // 18000.0

// 放電時間の計算
let current = Current(500, unit: .milliamperes)
let dischargeTime: Duration = battery / current
print(dischargeTime.hours)  // 10.0

対応する次元

基本次元

次元	型	基準単位
長さ	`Length`	メートル (m)
質量	`Mass`	グラム (g)
時間	`Duration`	秒 (s)
温度	`Temperature`	ケルビン (K)
電流	`Current`	アンペア (A)
角度	`Angle`	ラジアン (rad)

派生次元

次元	型	基準単位	公式
速度	`Speed`	m/s	v = d/t
加速度	`Acceleration`	m/s²	a = v/t
力	`Force`	N (kg·m/s²)	F = ma
エネルギー	`Energy`	J (N·m)	E = Fd
電力	`Power`	W (J/s)	P = E/t
電圧	`Voltage`	V	V = IR
抵抗	`Resistance`	Ω	R = V/I
電荷	`Charge`	C (A·s)	Q = It
角速度	`AngularSpeed`	rad/s	ω = θ/t
周波数	`Frequency`	Hz	f = 1/T
面積	`Area`	m²	A = l × w
体積	`Volume`	m³	V = l × w × h
圧力	`Pressure`	Pa	P = F/A

アーキテクチャ

PhysicalUnits/
├── Core/
│   ├── Measurement.swift      # ジェネリックな測定値型
│   ├── Unit.swift             # Unit プロトコル
│   └── MetricUnit.swift       # SI プレフィックス対応
├── Dimensions/
│   ├── Length/                # 長さ
│   ├── Mass/                  # 質量
│   ├── Duration/              # 時間
│   ├── Speed/                 # 速度
│   ├── Acceleration/          # 加速度
│   ├── Force/                 # 力
│   ├── Energy/                # エネルギー
│   ├── Power/                 # 電力
│   ├── Voltage/               # 電圧
│   ├── Current/               # 電流
│   ├── Resistance/            # 抵抗
│   ├── Charge/                # 電荷
│   ├── Angle/                 # 角度
│   ├── AngularSpeed/          # 角速度
│   ├── Frequency/             # 周波数
│   └── ...
└── Formulas/
    ├── KinematicsOperators.swift   # 運動学
    ├── MechanicsOperators.swift    # 力学
    ├── ElectricityOperators.swift  # 電気
    └── FrequencyOperators.swift    # 周波数・角速度

ライセンス

MIT License - 詳細は LICENSE を参照してください。