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Phase 16: Macro Revolution - 世界最強マクロシステムの構築

Date: 2025-09-19
Status: ACTIVE - AST Pattern Matching実装中
Target: 2025年12月完了

🎯 革命の概要

Everything is Box 設計の究極進化形として、世界初の Box-Based Macro System を実装。
Lisp、Rust、C++、Nim、Juliaを超越する次世代マクロ言語を目指す。

🔥 なぜ革命的か

従来のマクロシステム

// Rust: 型ごとに別実装が必要
#[derive(Debug)] struct A {}     // struct用実装
#[derive(Debug)] enum B {}       // enum用実装  
#[derive(Debug)] union C {}      // union用実装

Nyash: Box-Based Macro

// すべてがBoxなので、1つの実装で全対応！
@derive(Debug) box A {}          // 同じ実装
@derive(Debug) box B {}          // 同じ実装
@derive(Debug) box C {}          // 同じ実装

複雑度: O(型の種類 × マクロの種類) → O(マクロの種類)

🏗️ アーキテクチャ設計

Phase 1: AST Pattern Matching基盤

// 安全なASTパターンマッチング
match ast_node {
    BoxDeclaration { name, fields, methods, .. } => {
        // 型安全な変換処理
    }
    FunctionDeclaration { name: @fname, params: [first, ...rest] } => {
        // 束縛とワイルドカード対応
    }
}

Phase 2: Quote/Unquote システム

// 安全なコード生成
let template = quote! {
    $(method_name)(other) {
        return $(field_comparison_logic)
    }
}

// 型安全な展開
let generated = unquote! {
    template with {
        method_name: "equals",
        field_comparison_logic: generate_field_comparisons(box_fields)
    }
}

Phase 3: HIRパッチ式マクロエンジン

// MIR命令は増やさない！HIRレベルで変換
box MacroEngineBox {
    expand_derive(input_box: BoxAst) -> Vec<MethodAst> {
        // HIRレベルでパッチ適用
        // 既存MIR14命令セットで実行
    }
}

🎯 実装する実マクロ

@derive マクロファミリー

@derive(Equals, ToString, Clone, Debug)
box Person {
    name: StringBox
    age: IntegerBox
    address: AddressBox  // ネストしたBoxも自動対応
}

// 自動生成される:
// - equals(other) メソッド
// - toString() メソッド  
// - clone() メソッド
// - debug() メソッド

@test マクロ + ランナー

@test
test_person_creation() {
    local person = new Person("Alice", 25, new AddressBox("Tokyo"))
    assert_equals(person.name, "Alice")
    assert_equals(person.age, 25)
}

@test  
test_person_equals() {
    local p1 = new Person("Bob", 30, new AddressBox("Osaka"))
    local p2 = new Person("Bob", 30, new AddressBox("Osaka"))
    assert_equals(p1.equals(p2), true)
}

# テスト実行
nyash --run-tests my_program.nyash
# [TEST] test_person_creation ... OK
# [TEST] test_person_equals ... OK
# Tests: 2 passed, 0 failed

🛡️ ガードレール（安全性保証）

1. Hygiene（名前衝突回避）

macro generate_counter() {
    local temp = gensym("counter_temp")  // 自動でユニーク名生成
    quote! {
        local $(temp) = 0
        $(temp).increment()
    }
}

2. 循環検出・再帰制限

// マクロ展開時に自動チェック
macro recursive_macro(depth) {
    if macro_depth() > 100 {
        compile_error!("Macro recursion limit exceeded")
    }
}

3. 決定性・副作用なし

// ✅ 決定的なマクロ（推奨）
macro pure_derive(box_name, trait_name) {
    // 同じ入力なら常に同じ出力
    return generate_method(box_name, trait_name)
}

// ❌ 副作用のあるマクロ（禁止）
macro bad_macro() {
    println!("This is forbidden!")  // コンパイル時IO禁止
}

🎨 開発者体験

マクロ展開の可視化

# マクロ展開結果を表示
nyash --expand my_program.nyash

# 詳細トレース
NYASH_MACRO_TRACE=1 nyash my_program.nyash
# [MACRO] @derive(Equals) -> generating equals() method for Person
# [MACRO] @test -> collecting test_person_creation()  
# [MACRO] Expansion complete: 2 macros processed, 0 errors

エラーメッセージの親切さ

@derive(UnknownTrait)
box Person {}

// エラー例:
// error: Unknown derive trait 'UnknownTrait'
//   --> person.nyash:1:9
//    |
//  1 | @derive(UnknownTrait)
//    |         ^^^^^^^^^^^^
//    |
//    = help: Available traits: Equals, ToString, Clone, Debug
//    = note: Did you mean 'ToString'?

📊 他言語との比較優位性

言語	型安全性	学習コスト	デバッグ性	実行性能	表現力
Nyash	✅	🟢 Low	🟢 High	🟢 High	🟢 High
Rust	✅	🔴 High	🔴 Low	🟢 High	🟡 Medium
Lisp	❌	🔴 High	🔴 Low	🟡 Medium	🟢 High
C++	❌	🔴 Very High	🔴 Very Low	🟢 High	🟢 High
Nim	🟡	🟡 Medium	🟡 Medium	🟢 High	🟢 High

🚀 実装スケジュール

Week 1-2: AST Pattern Matching基盤

• AST定義の拡張（パターン用）
• パターンマッチング構文の実装
• 束縛・ワイルドカードサポート
• 基本テストケース

Week 3-4: Quote/Unquote システム

• Quote構文の実装
• Unquote展開エンジン
• スパン情報伝播
• エラー処理強化

Week 5-6: HIRパッチ式エンジン

• マクロエンジンコア実装
• HIRレベル変換処理
• MIR14命令互換性確保
• パフォーマンス最適化

Week 7-8: 実マクロ実装

• @derive(Equals, ToString)
• @test マクロ + ランナー
• CLI統合（--expand, --run-tests）
• ドキュメント・例示

Week 9-12: 安定化・拡張

• ガードレール強化
• エラーメッセージ改善
• 性能最適化・メモリ効率
• 実用アプリでの検証

🎯 成功指標

技術指標

• @derive マクロで100行→5行の圧縮達成
• マクロ展開時間 < 100ms（中規模プロジェクト）
• 型エラー100%コンパイル時検出
• メモリ使用量増加 < 20%

開発者体験指標

• 学習コスト: 30分でマクロ作成可能
• デバッグ時間: --expand で即座に問題特定
• エラー理解率: 初学者でも90%理解

🏆 世界制覇への道

この実装完了により、Nyashは：

1. Lisp超越: 型安全性と構造化でパワーアップ
2. Rust超越: 学習コストとデバッグ性で圧勝
3. C++超越: 安全性と開発効率で完全勝利
4. Nim超越: Box統一でさらに直感的
5. Julia超越: Python統合で科学計算も制覇

世界最強マクロ言語の地位を確立する！🌟

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