# Pattern Matching基盤実装計画 - Macro Revolution前哨戦 **策定日**: 2025-09-18 **優先度**: 最高（Gemini/Codex推奨） **期間見積もり**: 2週間 **依存関係**: Phase 16マクロ実装の必須前提条件 ## 🎯 なぜPattern Matchingが最優先なのか？ ### Gemini の洞察 > **Pattern Matchingは、代数的データ型を扱うための根源的な機能です。これにより、条件分岐やデータ分解のロジックが劇的にクリーンで安全になります。** ### Codex の技術的理由 > **ASTは複雑なツリー構造** → **Pattern Matchingが最適なツール** > **マクロシステム自体の実装がクリーンになる** > **膨大なif let、switch、visitorパターンの回避** ### 戦略的重要性 1. **基礎機能**: 言語のデータ操作能力という土台を固める 2. **マクロ実装ツール**: ASTパターンマッチングで安全な操作が可能 3. **段階的成功**: 単体でも価値の明確な機能 4. **実装準備**: マクロシステムの基盤ツールとして機能 ## 🏗️ 実装アーキテクチャ設計 ### Pattern Matching構文設計 ```nyash // 基本的なmatch式 local result = match value { 0 => "zero", 1 => "one", 2..10 => "small", _ => "other" } // Box destructuring（構造パターン） match user_box { UserBox(name, age) => { print("User: " + name + ", Age: " + age) }, AdminBox(name, permissions) => { print("Admin: " + name) }, _ => { print("Unknown box type") } } // ガード付きパターン match request { HttpRequest(method, path) if method == "GET" => handle_get(path), HttpRequest(method, path) if method == "POST" => handle_post(path), HttpRequest(method, _) => error("Unsupported method: " + method) } // ネストした構造パターン match response { Ok(UserBox(name, ProfileBox(email, age))) => { print("Success: " + name + " (" + email + ")") }, Err(ErrorBox(code, message)) => { print("Error " + code + ": " + message) } } ``` ### AST表現設計 ```rust // Rust側での内部表現 #[derive(Debug, Clone)] pub enum Pattern { // リテラルパターン Literal(LiteralValue), // 変数バインディング Variable(String), // ワイルドカード Wildcard, // 範囲パターン Range { start: Box, end: Box }, // 構造パターン（Box destructuring） Struct { box_name: String, fields: Vec }, // OR パターン Or(Vec), // ガード付きパターン Guard { pattern: Box, condition: Expr }, } #[derive(Debug, Clone)] pub struct MatchArm { pub pattern: Pattern, pub guard: Option, pub body: Expr, } #[derive(Debug, Clone)] pub struct MatchExpr { pub scrutinee: Expr, // マッチ対象 pub arms: Vec, } ``` ## 🔧 実装フェーズ ### Phase PM.1: 基本構文実装（1週間） #### Day 1-2: パーサー拡張 - [ ] `match` キーワードの追加 - [ ] パターン構文の解析 - [ ] `=>` 記号の処理 - [ ] ガード条件（`if`）の解析 #### Day 3-4: AST構築 - [ ] Pattern/MatchExpr AST nodes - [ ] パターンバインディングの処理 - [ ] スコープ管理の実装 - [ ] 型検査の基礎 #### Day 5-7: 基本動作確認 - [ ] リテラルパターンのテスト - [ ] 変数バインディングのテスト - [ ] ワイルドカードのテスト - [ ] 基本的なmatch式の動作確認 ### Phase PM.2: 高度パターン実装（1週間） #### Day 8-10: 構造パターン - [ ] Box destructuring実装 - [ ] ネストした構造の処理 - [ ] フィールド名による分解 - [ ] 型安全性の確保 #### Day 11-12: 範囲・ガード - [ ] 範囲パターン（`1..10`） - [ ] ガード条件（`if`） - [ ] 複雑な条件式の処理 - [ ] パフォーマンス最適化 #### Day 13-14: 統合テスト - [ ] 複雑なパターンの組み合わせ - [ ] エラーハンドリング - [ ] 網羅性チェック（exhaustiveness） - [ ] コード生成の確認 ## 🎯 MIR Lowering戦略 ### Pattern Matching → MIR14変換 ```nyash // 入力コード match value { 0 => "zero", 1..5 => "small", _ => "other" } ``` ``` // 生成されるMIR14（概念的） %temp1 = compare %value, 0 branch %temp1, @case_zero, @check_range @check_range: %temp2 = compare %value, 1, gte %temp3 = compare %value, 5, lte %temp4 = binop %temp2, %temp3, and branch %temp4, @case_small, @case_default @case_zero: %result = const "zero" jump @match_end @case_small: %result = const "small" jump @match_end @case_default: %result = const "other" jump @match_end @match_end: // %result contains the final value ``` ### 最適化戦略 - **Jump table**: 整数パターンの最適化 - **Decision tree**: 複雑なパターンの効率的分岐 - **Exhaustiveness**: コンパイル時の網羅性チェック ## 🧪 テスト戦略 ### 最小テストケース ```nyash // Test 1: 基本パターン local result1 = match 42 { 0 => "zero", 42 => "answer", _ => "other" } assert result1 == "answer" // Test 2: 範囲パターン local result2 = match 7 { 1..5 => "small", 6..10 => "medium", _ => "large" } assert result2 == "medium" // Test 3: Box destructuring local user = new UserBox("Alice", 25) local greeting = match user { UserBox(name, age) => "Hello " + name + "!", _ => "Hello stranger!" } assert greeting == "Hello Alice!" // Test 4: ガード条件 local result4 = match 15 { x if x < 10 => "small", x if x < 20 => "medium", _ => "large" } assert result4 == "medium" ``` ### エラーケース ```nyash // 網羅性エラー（意図的） match value { 0 => "zero" // エラー: 他のケースが網羅されていない } // 型エラー（意図的） match string_value { 42 => "number" // エラー: 型が合わない } // 到達不可能コード（意図的） match value { _ => "catch all", 0 => "unreachable" // 警告: 到達不可能 } ``` ## 🔗 マクロシステムとの統合準備 ### AST Pattern Matching API Pattern Matchingが完成すると、マクロ実装で以下のAPIが使用可能になる： ```rust // マクロでのAST操作例 fn expand_derive_equals(input: &AstNode) -> Result { match input { AstNode::BoxDef { name, fields, .. } => { // パターンマッチングでBoxの構造を安全に分解 let method_body = generate_equals_body(fields)?; Ok(AstNode::MethodDef { name: "equals".to_string(), body: method_body, .. }) }, _ => Err("@derive can only be applied to box definitions") } } ``` ### マクロ展開での活用例 ```nyash // マクロが受け取るAST box UserBox { name: StringBox age: IntegerBox } // パターンマッチングによる安全な変換 match target_ast { BoxDef(name, fields) => { match fields { [Field("name", StringBox), Field("age", IntegerBox)] => { // 特定の構造に対する最適化生成 generate_optimized_equals(name, fields) }, _ => { // 汎用的な生成 generate_generic_equals(name, fields) } } } } ``` ## 📋 完了条件と受け入れ基準 ### Phase PM.1完了条件 - [ ] 基本的なmatch式が動作 - [ ] リテラル・変数・ワイルドカードパターン実装 - [ ] MIR14への正常なLowering - [ ] PyVM・LLVMバックエンドで実行可能 ### Phase PM.2完了条件 - [ ] Box destructuringが動作 - [ ] 範囲パターン・ガード条件実装 - [ ] 網羅性チェックの基本実装 - [ ] 複雑なネストパターンの処理 ### 最終受け入れ基準 - [ ] 全テストケースの通過 - [ ] エラーメッセージの品質確保 - [ ] パフォーマンス基準の達成 - [ ] マクロシステム実装への準備完了 ## 🚀 次のステップ ### Pattern Matching完了後 1. **AST操作基盤実装**（Phase 16.2） 2. **HIRパッチエンジン設計**（Phase 16.3） 3. **@derive(Equals)最小実装**（Phase 16.4） ### 期待される効果 - **マクロ実装の土台**が確実に構築される - **複雑なAST操作**が安全かつ簡潔に記述可能 - **コード品質**の大幅な向上 - **開発効率**の革命的改善 --- **Pattern Matching基盤により、Nyash Macro Revolutionの成功が確実になる。** *「まず土台を固める」- 全AI賢者の一致した戦略的判断。*