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# VariantBox設計詳細
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**作成日**: 2025-10-08
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**設計元**: ChatGPT Pro提案 + ultrathink 4タスク分析
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**状態**: 承認済み（セルフホスト完了後に実装）
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## 🎯 設計目標
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### 哲学的整合性
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- ✅ **Everything-is-Box**: VariantBox自体がBox、tag/fieldsもすべてBox
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- ✅ **MIR16維持**: 新命令なし、すべて既存のnewbox/boxcallに脱糖
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- ✅ **決定性**: ArrayBoxベースで再現性保証（MapBoxより優位）
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- ✅ **Plugin-First**: 開いたタグ拡張可能（EnumSchemaBox.extend()）
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### 技術的目標
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- 型安全性向上（閉じた型システム）
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- パターンマッチング構文
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- Option/Resultの改善
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## 🏗️ Core設計
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### VariantBox構造
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```hakorune
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// 判別共用体の最小表現
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box VariantBox {
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tag: StringBox // Variant識別子（Phase 25でSymbolBox化可能）
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fields: ArrayBox // 位置引数（常に配列、統一的API）
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birth(tag_str) {
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me.tag = new StringBox(tag_str)
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me.fields = new ArrayBox()
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}
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// 判定
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is_tag(name: StringBox) -> BoolBox {
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return me.tag.equals(name)
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}
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// フィールドアクセス（Fail-Fast）
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field(i: I64Box) -> Box {
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if i < 0 || i >= me.fields.len() {
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panic("VariantBox.field: index " + i.to_s() +
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" out of bounds (len=" + me.fields.len().to_s() + ")")
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}
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return me.fields.get(i)
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}
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// 安全版（Option返却、Phase 20.9で実装）
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try_field(i: I64Box) -> OptionBox {
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if i < 0 || i >= me.fields.len() {
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return Option.none()
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}
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return Option.some(me.fields.get(i))
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}
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// シリアライズ（決定性キャッシュ用）
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to_data() -> DataBox {
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return DataBox.of_array([
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DataBox.of_string(me.tag.to_s()),
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DataBox.of_array(me.fields.map(|f| (f as BaseValue).to_data()?))
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])
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}
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// デバッグ
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debug() -> StringBox {
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return me.tag + "(" + me.fields.join(", ") + ")"
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}
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}
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```
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**設計判断**:
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| 選択肢 | 採用 | 理由 |
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|--------|------|------|
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| **タグ型** | StringBox | SymbolBox未実装、即座に開始可能 |
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| **フィールド型** | ArrayBox | MapBoxより決定性高い、順序保証 |
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| **Arity** | 可変（0-N） | 単一値も複数値も統一的に扱える |
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### EnumSchemaBox（型安全性検証）
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```hakorune
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// enum定義のメタ情報管理
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static box EnumSchemaBox {
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name: StringBox // "Result", "Option" 等
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variants: MapBox // "Ok" -> VariantSchema
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register_variant(tag: StringBox, field_names: ArrayBox) {
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local schema = new VariantSchema()
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schema.tag = tag
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schema.field_names = field_names
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schema.arity = field_names.len()
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me.variants.set(tag, schema)
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}
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validate(v: VariantBox) -> Result {
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local schema = me.variants.get(v.tag)
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if schema == null {
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return Result.err("Unknown variant: " + v.tag)
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}
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if v.fields.len() != schema.arity {
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return Result.err("Arity mismatch: expected " + schema.arity +
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", got " + v.fields.len())
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}
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return Result.ok()
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||
}
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// プラグイン拡張（開いたタグ対応）
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extend(tag: StringBox, arity: I64Box) {
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me.register_variant(tag, []) // フィールド名なし版
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}
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}
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// Variant定義の詳細
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box VariantSchema {
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tag: StringBox
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field_names: ArrayBox // ["value"], ["lhs", "rhs"] 等
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arity: I64Box
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// 名前付きアクセス（Phase 20.9で実装）
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field_index(name: StringBox) -> I64Box {
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return me.field_names.index_of(name)
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}
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}
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```
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## 📋 @enumマクロ脱糖
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### 入力構文
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```hakorune
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@enum Result {
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Ok(value)
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Err(error)
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}
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```
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### 脱糖先（自動生成コード）
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```hakorune
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// 1. 名前空間static box
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static box Result {
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// 2. Schema登録
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_schema: EnumSchemaBox
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_init_schema() {
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me._schema = new EnumSchemaBox()
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me._schema.name = "Result"
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me._schema.register_variant("Ok", ["value"])
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||
me._schema.register_variant("Err", ["error"])
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}
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// 3. コンストラクタ関数
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Ok(value) {
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local v = new VariantBox("Ok")
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v.fields.push(value)
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return v
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}
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Err(error) {
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local v = new VariantBox("Err")
|
||
v.fields.push(error)
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return v
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}
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// 4. 判定ヘルパー
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is_ok(r: VariantBox) -> BoolBox {
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return r.is_tag("Ok")
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}
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is_err(r: VariantBox) -> BoolBox {
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||
return r.is_tag("Err")
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}
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// 5. アクセサ（型安全な値取り出し）
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as_ok(r: VariantBox) -> Box {
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if !me.is_ok(r) {
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panic("Expected Ok, got " + r.tag)
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}
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return r.field(0)
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}
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as_err(r: VariantBox) -> Box {
|
||
if !me.is_err(r) {
|
||
panic("Expected Err, got " + r.tag)
|
||
}
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||
return r.field(0)
|
||
}
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||
}
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// 初期化（モジュールロード時に実行）
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Result._init_schema()
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```
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**生成コード量**: 約40-60行/enum（2 Variant × 20-30行）
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## 🔄 @matchマクロ脱糖
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### 入力構文
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```hakorune
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flow handle_result(r: VariantBox) {
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@match r {
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||
Ok(v) => {
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||
console.log("Success: " + v)
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||
return v
|
||
}
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||
Err(e) => {
|
||
console.error("Error: " + e)
|
||
return null
|
||
}
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}
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||
}
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```
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### 脱糖先
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```hakorune
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flow handle_result(r: VariantBox) {
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||
if r.is_tag("Ok") {
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||
local v = r.field(0)
|
||
console.log("Success: " + v)
|
||
return v
|
||
} else if r.is_tag("Err") {
|
||
local e = r.field(0)
|
||
console.error("Error: " + e)
|
||
return null
|
||
} else {
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||
panic("Non-exhaustive match on Result: unexpected variant " + r.tag)
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}
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}
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```
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**脱糖ルール**:
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1. パターン解析: `Ok(v)` → タグ"Ok" + 変数束縛`v = r.field(0)`
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2. 分岐生成: `if ... else if ... else panic(...)`
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3. 網羅性チェック: else節で実行時エラー
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## 🎨 使用例
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### Option型
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```hakorune
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@enum Option {
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Some(value)
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None
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}
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// 使用例
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flow find_user(id: I64Box) -> VariantBox {
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if id > 0 {
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return Option.Some("User" + id.to_s())
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} else {
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return Option.None()
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}
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}
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flow main() {
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local result = find_user(42)
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@match result {
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Some(name) => print("Found: " + name)
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None => print("Not found")
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}
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}
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```
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### AST表現
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```hakorune
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@enum Expr {
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Lit(value: NumberBox)
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Var(name: StringBox)
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Add(lhs: Expr, rhs: Expr)
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}
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flow eval(e: Expr, env: MapBox) -> NumberBox {
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@match e {
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Lit(n) => return n
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Var(name) => return env.get(name)
|
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Add(lhs, rhs) => return eval(lhs, env) + eval(rhs, env)
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}
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}
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```
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## 🆚 代替案との比較
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### MapBox vs VariantBox
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| 要素 | MapBox | VariantBox | 判定 |
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|------|--------|-----------|------|
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| 決定性 | ❌ 順序不定 | ✅ 配列順序保証 | VariantBox勝利 |
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| 可読性 | ⚠️ `{tag: "Ok", value: 42}` | ✅ `Ok(42)` | VariantBox勝利 |
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| 性能 | ❌ ハッシュ計算 | ✅ 配列アクセス | VariantBox勝利 |
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| 既存実装 | ✅ 実装済み | ❌ 新規実装 | MapBox勝利 |
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**結論**: VariantBoxが技術的に優位
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### Box継承 vs VariantBox
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| 要素 | Box継承 | VariantBox | 判定 |
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|------|---------|-----------|------|
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| 型安全性 | ❌ 開いた型 | ✅ 閉じた型 | VariantBox勝利 |
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| 網羅性チェック | ❌ 不可能 | ✅ 可能 | VariantBox勝利 |
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| 既存機能 | ✅ マクロ不要 | ❌ マクロ必要 | Box継承勝利 |
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**結論**: VariantBoxが型安全性で優位
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### MIR拡張 vs マクロ脱糖
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| 要素 | MIR拡張 | マクロ脱糖 | 判定 |
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|------|---------|-----------|------|
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| 性能 | ✅ 最速 | ⚠️ やや遅い | MIR拡張勝利 |
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| MIR複雑化 | ❌ 16→19-20命令 | ✅ 16命令維持 | マクロ勝利 |
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| 実装コスト | ❌ 3バックエンド改修 | ✅ マクロ層のみ | マクロ勝利 |
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**結論**: マクロ脱糖が哲学整合・実装コストで優位
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## 📊 段階的導入戦略
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### MVP版（Phase 20.6）: 手動構築
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```hakorune
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// マクロなし、手動でVariantBox構築
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local some = new VariantBox("Some")
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some.fields.push(42)
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||
if some.is_tag("Some") {
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||
print(some.field(0)) // → 42
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}
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```
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**利点**: 即座に実装可能、概念検証
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### v1.0版（Phase 20.7）: @enumマクロ
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```hakorune
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@enum Option {
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Some(value)
|
||
None
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}
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||
|
||
local some = Option.Some(42)
|
||
if Option.is_some(some) {
|
||
print(Option.as_some(some)) // → 42
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||
}
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```
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**利点**: コンストラクタ自動生成、可読性向上
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### v2.0版（Phase 20.8）: @matchマクロ
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```hakorune
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@match some {
|
||
Some(v) => print(v)
|
||
None => print("empty")
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}
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```
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**利点**: パターンマッチング、網羅性チェック
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## 🚀 将来拡張
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### Phase 25: SymbolBoxタグ化
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```hakorune
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// StringBox → SymbolBox
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box VariantBox {
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tag: SymbolBox // :Some, :None （インターン済み）
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||
...
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||
}
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```
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**利点**: パフォーマンス向上、メモリ削減
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### Phase 25: 静的網羅性チェック
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```hakorune
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||
// コンパイル時エラー
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@match result {
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||
Ok(v) => ...
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||
// エラー: Err caseが不足
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}
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```
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**実装**: 型パス（Phase 25）で実現
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### Phase 30: GADT拡張
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```hakorune
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@enum Expr {
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Lit(n: NumberBox) -> Expr
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||
Add(lhs: Expr, rhs: Expr) -> Expr
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||
}
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```
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||
**利点**: 型安全性さらに向上
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## 🎓 設計原則まとめ
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### 採用された設計
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1. **VariantBox（tag: StringBox, fields: ArrayBox）**
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2. **@enum/@matchマクロ脱糖**
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3. **段階的導入（MVP→v1.0→v2.0）**
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4. **StringBoxタグ（SymbolBoxは後回し）**
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### 棄却された設計
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1. ❌ MapBoxベース（決定性低い）
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2. ❌ MIR命令拡張（MIR16維持に反する）
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3. ❌ 一括導入（リスク高い）
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### 成功の鍵
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- 既存マクロ基盤の活用（pattern.rs、engine.rs）
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- セルフホスト完了後の実装（Phase 15.7の後）
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- 80/20ルール適用（MVP版で80%の価値）
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**承認**: Phase 15.7完了後に実装開始
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**優先度**: Phase 20内でP2（推奨、但しP1マクロ基盤の後）
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