feat: QR 矩阵 + 功能图案绘制

core/src/matrix/grid.rs

@@ -1 +1,35 @@
-// FIXME: 模块矩阵 — Task 7
+/// QR 码模块矩阵
+#[derive(Clone)]
+pub struct Matrix {
+    pub size: u8,
+    pub modules: Vec<Vec<bool>>,   // true = 暗(黑), false = 亮(白)
+    pub reserved: Vec<Vec<bool>>,   // true = 功能图案占用，不可放数据
+}
+
+impl Matrix {
+    pub fn new(size: u8) -> Self {
+        let modules = vec![vec![false; size as usize]; size as usize];
+        let reserved = vec![vec![false; size as usize]; size as usize];
+        Matrix { size, modules, reserved }
+    }
+
+    pub fn get(&self, x: u8, y: u8) -> bool {
+        self.modules[y as usize][x as usize]
+    }
+
+    pub fn set(&mut self, x: u8, y: u8, value: bool) {
+        self.modules[y as usize][x as usize] = value;
+    }
+
+    /// 标记为功能图案保留区域
+    pub fn reserve(&mut self, x: u8, y: u8) {
+        if x < self.size && y < self.size {
+            self.reserved[y as usize][x as usize] = true;
+        }
+    }
+
+    /// 是否被功能图案占用（不可放置数据）
+    pub fn is_reserved(&self, x: u8, y: u8) -> bool {
+        x < self.size && y < self.size && self.reserved[y as usize][x as usize]
+    }
+}

core/src/matrix/patterns.rs

@@ -1 +1,168 @@
-// FIXME: 功能图案 — Task 7
+use crate::matrix::grid::Matrix;
+
+/// 放置定位图案（3 个角上的大回字形，7×7）
+pub fn place_finder_patterns(matrix: &mut Matrix) {
+    let positions = [
+        (0u8, 0u8),                        // 左上
+        (matrix.size - 7, 0),               // 右上
+        (0, matrix.size - 7),               // 左下
+    ];
+
+    for &(fx, fy) in &positions {
+        for dy in 0..7u8 {
+            for dx in 0..7u8 {
+                let is_dark = match (dx, dy) {
+                    // 外边框
+                    (0, _) | (6, _) | (_, 0) | (_, 6) => true,
+                    // 中间 3×3 方块
+                    (2..=4, 2..=4) => true,
+                    _ => false,
+                };
+                let x = fx + dx;
+                let y = fy + dy;
+                matrix.set(x, y, is_dark);
+                matrix.reserve(x, y);
+            }
+        }
+    }
+}
+
+/// 放置时序图案（行 6 和列 6 的黑白交替线）
+pub fn place_timing_patterns(matrix: &mut Matrix) {
+    let size = matrix.size;
+    // 水平时序线 (y = 6)
+    for x in 8..size - 8 {
+        matrix.set(x, 6, x % 2 == 0);
+        matrix.reserve(x, 6);
+    }
+    // 垂直时序线 (x = 6)
+    for y in 8..size - 8 {
+        matrix.set(6, y, y % 2 == 0);
+        matrix.reserve(6, y);
+    }
+}
+
+/// 放置所有对齐图案（5×5 回字形）
+pub fn place_alignment_patterns(matrix: &mut Matrix, positions: &[u8]) {
+    for &cy in positions {
+        for &cx in positions {
+            if is_near_finder(cx, cy, matrix.size) {
+                continue;
+            }
+            place_single_alignment(matrix, cx, cy);
+        }
+    }
+}
+
+fn place_single_alignment(matrix: &mut Matrix, cx: u8, cy: u8) {
+    let x0 = cx - 2;
+    let y0 = cy - 2;
+    for dy in 0..5u8 {
+        for dx in 0..5u8 {
+            let is_dark = match (dx, dy) {
+                (0, _) | (4, _) | (_, 0) | (_, 4) => true,
+                (2, 2) => true,
+                _ => false,
+            };
+            let x = x0 + dx;
+            let y = y0 + dy;
+            matrix.set(x, y, is_dark);
+            matrix.reserve(x, y);
+        }
+    }
+}
+
+/// 检查坐标是否与定位图案重叠
+fn is_near_finder(x: u8, y: u8, size: u8) -> bool {
+    let s = size as i16;
+    let x = x as i16;
+    let y = y as i16;
+    // 左上角
+    if x - 2 < 7 && y - 2 < 7 { return true; }
+    // 右上角
+    if x + 2 >= s - 7 && y - 2 < 7 { return true; }
+    // 左下角
+    if x - 2 < 7 && y + 2 >= s - 7 { return true; }
+    false
+}
+
+/// 预留格式信息区域（15 bit）
+pub fn reserve_format_areas(matrix: &mut Matrix) {
+    let size = matrix.size;
+    // 定位图案旁的格式信息条
+    for i in 0..9u8 {
+        // 左上水平
+        if i != 6 { matrix.reserve(i, 8); }
+        // 左上垂直
+        if i != 6 { matrix.reserve(8, i); }
+        // 右上垂直
+        if i + size - 8 < size { matrix.reserve(size - 1 - i, 8); }
+        // 左下水平
+        if i + size - 8 < size { matrix.reserve(8, size - 1 - i); }
+    }
+    // 暗模块位置
+    if size > 8 {
+        matrix.set(8, size - 8, true);
+        matrix.reserve(8, size - 8);
+    }
+}
+
+/// 预留版本信息区域（版本 ≥ 7，18 bit）
+pub fn reserve_version_areas(matrix: &mut Matrix) {
+    let size = matrix.size;
+    for i in 0..6u8 {
+        for j in 0..3u8 {
+            // 右上角旁边 (左下方向)
+            matrix.reserve(size - 11 + j, i);
+            // 左下角旁边 (右上方向)
+            matrix.reserve(i, size - 11 + j);
+        }
+    }
+}
+
+#[cfg(test)]
+mod tests {
+    use super::*;
+
+    #[test]
+    fn test_finder_patterns_v1() {
+        let mut m = Matrix::new(21);
+        place_finder_patterns(&mut m);
+        // 三个角的定位图案外边框应有暗模块
+        assert!(m.get(0, 0));
+        assert!(m.get(20, 0));
+        assert!(m.get(0, 20));
+        // 定位图案中心 (3,3) 是暗的
+        assert!(m.get(3, 3));
+    }
+
+    #[test]
+    fn test_finder_patterns_reserved() {
+        let mut m = Matrix::new(21);
+        place_finder_patterns(&mut m);
+        // 定位图案区域应全被标记为保留
+        assert!(m.is_reserved(0, 0));
+        assert!(m.is_reserved(6, 6));
+    }
+
+    #[test]
+    fn test_timing_patterns_alternate() {
+        let mut m = Matrix::new(21);
+        place_timing_patterns(&mut m);
+        assert!(m.get(8, 6));   // 偶数 = 暗
+        assert!(!m.get(9, 6));  // 奇数 = 亮
+    }
+
+    #[test]
+    fn test_alignment_patterns_v2() {
+        let mut m = Matrix::new(25);
+        place_alignment_patterns(&mut m, &[6, 18]);
+        // v2 对齐位置 [6, 18]，但 (6,6) (6,18) (18,6) 都与定位图案重叠被跳过，
+        // 只有 (18, 18) 实际绘制
+        assert!(m.get(18, 18), "对齐图案中心 (18,18) 应为暗模块");
+        // 被跳过的位置不应该有对齐图案轨迹
+        assert!(!m.is_reserved(6, 6), "(6,6) 与定位图案重叠，不应标记为保留");
+        assert!(!m.is_reserved(6, 18), "(6,18) 与左下定位图案重叠");
+        assert!(!m.is_reserved(18, 6), "(18,6) 与右上定位图案重叠");
+    }
+}