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🌟 Nyash アーキテクチャ再設計提案

Status: Historical

by Codex exec (2025-08-21)

🎯 核心的洞察

「実装詳細共有」から「モデル共有・実行時共有」への転換

現在の問題の本質は、InterpreterとVMが「実装詳細」を共有しようとしていること。正しいアプローチは「モデル（宣言）」と「ランタイム（実行環境）」を共有し、実行戦略だけを分離すること。

🏗️ 新アーキテクチャ層構造

┌─────────────┐
│  AST/Model  │ ← 純粋なデータモデル（依存なし）
└──────┬──────┘
       │
┌──────▼──────┐
│   Runtime   │ ← 型システム・クラス管理・インスタンス生成
└──────┬──────┘
       │
┌──────┴──────┬──────────┬────────────┐
│ Interpreter │    VM    │  Plugins   │
└─────────────┴──────────┴────────────┘

各層の責務

AST/Model層

• 言語の純データモデル
• BoxDeclaration、ASTNode、型シグネチャ
• 実行時情報を含まない

Runtime層

• BoxClass/BoxFactoryによる型システム
• インスタンス生成とライフサイクル管理
• メソッドディスパッチと呼び出し規約

Backend層

• Interpreter: AST直接実行
• VM: MIR/Bytecode実行
• 両者ともRuntimeを通じてBoxを操作

🔧 具体的な設計

1. BoxDeclarationの移動

// core::model::box_declaration.rs
pub struct BoxDeclaration {
    pub name: String,
    pub type_params: Vec<TypeParam>,
    pub fields: Vec<FieldDecl>,
    pub methods: Vec<MethodDecl>,
    pub static_methods: Vec<StaticDecl>,
    pub attrs: AttrSet,
    pub source_span: Option<Span>,
}

pub struct FieldDecl {
    pub name: String,
    pub ty: TypeRef,
    pub attrs: AttrSet,
}

pub struct MethodDecl {
    pub name: String,
    pub sig: FnSig,
    pub body: FnBodyRef,  // AST or MIR reference
}

2. NyashRuntimeの導入

// runtime::mod.rs
pub struct NyashRuntime {
    box_registry: BoxRegistry,
    type_space: TypeSpace,
    fn_space: FnSpace,
}

pub struct ExecutionSession {
    runtime: Arc<NyashRuntime>,
    root_box: SharedBox,
    frames: Vec<Frame>,
    env: Environment,
}

// SharedBox = Arc<dyn NyashBox>
pub type SharedBox = Arc<dyn NyashBox>;

3. BoxClass/Factoryシステム

// runtime::box_class.rs
pub trait BoxClass: Send + Sync {
    fn name(&self) -> &str;
    fn instantiate(
        &self, 
        args: &[SharedBox], 
        sess: &mut ExecutionSession
    ) -> Result<SharedBox>;
    fn lookup_method(&self, name: &str) -> Option<MethodHandle>;
    fn lifecycle(&self) -> Option<&dyn BoxLifecycle>;
}

pub trait BoxFactory: Send + Sync {
    fn can_build(&self, decl: &BoxDeclaration) -> bool;
    fn build_class(
        &self, 
        decl: &BoxDeclaration, 
        rt: &NyashRuntime
    ) -> Result<Arc<dyn BoxClass>>;
}

pub trait BoxLifecycle {
    fn on_birth(&self, ctx: &mut InstanceCtx) -> Result<()>;
    fn on_fini(&self, ctx: &mut InstanceCtx);
}

4. 統一されたBox管理

// runtime::registry.rs
pub struct BoxRegistry {
    classes: RwLock<HashMap<String, Arc<dyn BoxClass>>>,
    factories: RwLock<Vec<Arc<dyn BoxFactory>>>,
}

impl BoxRegistry {
    pub fn register_class(&self, class: Arc<dyn BoxClass>) {
        // 登録処理
    }
    
    pub fn get_class(&self, name: &str) -> Option<Arc<dyn BoxClass>> {
        // クラス取得
    }
    
    pub fn create_instance(
        &self,
        class_name: &str,
        args: &[SharedBox],
        sess: &mut ExecutionSession
    ) -> Result<SharedBox> {
        let class = self.get_class(class_name)?;
        class.instantiate(args, sess)
    }
}

📋 実装手順（最小破壊的移行）

Step 1: BoxDeclarationの移動

// 1. core::model モジュールを作成
// 2. BoxDeclarationを移動
// 3. インタープリターで一時的に別名を使用
use core::model::BoxDeclaration as InterpreterBoxDecl;

Step 2: NyashRuntimeの骨組み作成

// 最初は空の実装から始める
pub struct NyashRuntime {
    // 段階的に追加
}

pub struct NyashRuntimeBuilder {
    // SharedStateからの移行を支援
}

Step 3: BoxFactoryのdyn化

// 現在の trait BoxFactory を使用
// すべて Arc<dyn BoxFactory> として扱う

Step 4: グローバル登録の排除

// 削除: register_user_defined_factory(...)
// 追加: NyashRuntimeBuilder::with_factory(...)

Step 5: SharedStateの段階的分解

// 一時的なシム
pub struct SharedStateShim {
    runtime: Arc<NyashRuntime>,
    session: ExecutionSession,
}

// 互換性のためのFrom実装
impl From<SharedState> for SharedStateShim {
    // 移行ロジック
}

Step 6-8: 統一と最適化

• Interpreter/VMのコンストラクタ統一
• birth/finiライフサイクルの一元化
• 最終的なSharedState削除

🎯 得られる利点

1. 依存関係の明確化

   • VM→Interpreter依存が完全に解消
   • 両者はRuntimeのみに依存

2. テスタビリティ向上

   • グローバル状態なし
   • 並行テスト可能

3. 保守性向上

   • 責務が明確に分離
   • 新しいBackend追加が容易

4. Everything is Box哲学の貫徹

   • 統一的なBox管理
   • birth/finiライフサイクルの一元化

⚠️ 実装上の注意点

1. trait objectは必ずArc<dyn Trait>

   • Arc<Trait>は使わない
   • dynキーワードを忘れない

2. 段階的移行

   • 各ステップでテストが通ることを確認
   • 互換性レイヤーを活用

3. ロックの最小化

   • Runtimeは基本的に不変
   • 必要最小限のRwLock使用

---

この設計により、Nyashはよりシンプルでエレガントなアーキテクチャとなり、InterpreterとVMの統合が自然に実現されます。