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Box-First統一文法アーキテクチャ再設計
🚨 現在の設計の問題点
1. 密結合の罠
// ❌ 現在の設計: 各層がUnifiedGrammarEngineに直接依存
impl Tokenizer {
fn tokenize(&mut self) {
self.engine.is_keyword() // 直接参照！
}
}
2. 根が這う実装
// ❌ UnifiedKeyword構造体が全層の情報を持つ
struct UnifiedKeyword {
token_type: TokenType, // Tokenizer層
semantic_action: Action, // Parser層
mir_instruction: MirOp, // MIR層
vm_opcode: VmOp, // VM層
jit_pattern: JitPattern, // JIT層
// すべてが絡み合っている！
}
3. 巨大な神オブジェクト
// ❌ UnifiedGrammarEngineが全てを知っている
struct UnifiedGrammarEngine {
keywords: KeywordRegistry,
syntax: SyntaxRules,
semantics: SemanticRules,
execution: ExecutionSemantics,
// 責任が多すぎる！
}
🎯 Box-First再設計
核心思想: 「箱に入れて、箱同士をつなぐ」
┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ GrammarBox │ │ TokenBox │ │ ParserBox │
│ (定義のみ) │ --> │ (Token化) │ --> │ (構文解析) │
└─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘
| |
v v
┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ SemanticBox │ <---------------------- │ ASTBox │
│ (意味解釈) │ │ (構文木) │
└─────────────┘ └─────────────┘
|
v
┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ MIRBox │ --> │ VMBox │ │ JITBox │
│ (中間表現) │ │ (実行) │ │ (コンパイル) │
└─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘
📦 各箱の責任と境界
1. GrammarBox - 純粋な定義の箱
// 定義だけを持つ、実装を持たない
box GrammarBox {
init { definitions }
// キーワード定義を返すだけ
getKeywordDef(word) {
return me.definitions.keywords.get(word)
}
// 演算子定義を返すだけ
getOperatorDef(symbol) {
return me.definitions.operators.get(symbol)
}
}
// キーワード定義は純粋なデータ
box KeywordDef {
init { literal, category, aliases }
// 実装なし、データのみ
}
2. TokenBox - トークン化だけの責任
box TokenBox {
init { grammarBox } // 定義への参照のみ
tokenize(text) {
local tokens = []
// GrammarBoxに聞くだけ、自分では判断しない
loop(text.hasMore()) {
local word = text.readWord()
local def = me.grammarBox.getKeywordDef(word)
if def {
tokens.push(new Token(def.category, word))
} else {
tokens.push(new Token("IDENTIFIER", word))
}
}
return tokens
}
}
3. SemanticBox - 意味解釈の箱
box SemanticBox {
init { } // 他の箱に依存しない！
// 純粋関数として実装
add(left, right) {
// String + String
if left.isString() and right.isString() {
return new StringBox(left.value + right.value)
}
// Number + Number
if left.isNumber() and right.isNumber() {
return new IntegerBox(left.value + right.value)
}
// エラー
return new ErrorBox("Type mismatch")
}
coerceToString(value) {
// 各型の変換ロジック
if value.isString() { return value }
if value.isNumber() { return new StringBox(value.toString()) }
// ...
}
}
4. MIRBuilderBox - AST→MIR変換の箱
box MIRBuilderBox {
init { semanticBox } // セマンティクスへの参照のみ
buildFromAST(ast) {
// ASTの種類に応じてMIRを生成
if ast.type == "BinaryOp" {
return me.buildBinaryOp(ast)
}
// ...
}
buildBinaryOp(ast) {
local left = me.buildFromAST(ast.left)
local right = me.buildFromAST(ast.right)
// セマンティクスに聞いて、適切なMIR命令を選択
if ast.op == "+" {
// SemanticBoxに型情報を聞く
local mirOp = me.selectAddInstruction(left.type, right.type)
return new MIRNode(mirOp, left, right)
}
}
}
🔄 疎結合の実現方法
1. インターフェース（契約）による結合
// 各箱は最小限のインターフェースだけを公開
trait TokenProvider {
fn next_token(&mut self) -> Option<Token>;
}
trait SemanticProvider {
fn apply_operator(&self, op: &str, args: &[Value]) -> Result<Value>;
}
trait MIRProvider {
fn get_instruction(&self, index: usize) -> &MIRInstruction;
}
2. メッセージパッシング
// 箱同士は直接呼び出さず、メッセージで通信
box ParserBox {
parseExpression() {
// TokenBoxにメッセージを送る
local token = me.sendMessage(me.tokenBox, "nextToken")
// 結果を処理
if token.type == "NUMBER" {
return new NumberNode(token.value)
}
}
}
3. イベント駆動
// 文法変更時の通知システム
box GrammarBox {
updateKeyword(word, newDef) {
me.definitions.keywords.set(word, newDef)
// 変更を通知（購読者に伝える）
me.notify("keyword_changed", word)
}
}
box TokenBox {
init { grammarBox }
constructor() {
// 文法変更を購読
me.grammarBox.subscribe("keyword_changed", me.onKeywordChanged)
}
onKeywordChanged(word) {
// キャッシュをクリア
me.clearCache()
}
}
📐 ビルド時生成の箱化
GeneratorBox - コード生成も箱
box GeneratorBox {
init { grammarBox, outputPath }
generate() {
local grammar = me.grammarBox.getDefinitions()
// 各層向けのコードを生成
me.generateTokens(grammar.keywords)
me.generateParseTables(grammar.syntax)
me.generateSemanticTables(grammar.operators)
}
generateTokens(keywords) {
local code = "pub enum Token {\n"
keywords.forEach((name, def) => {
code += " " + name + ",\n"
})
code += "}\n"
me.writeFile("generated/tokens.rs", code)
}
}
🎯 密結合を避ける設計原則
1. 単一責任の原則
- GrammarBox: 定義の管理のみ
- TokenBox: トークン化のみ
- ParserBox: 構文解析のみ
- SemanticBox: 意味解釈のみ
2. 依存関係の逆転
// ❌ 悪い例: 具象に依存
box VMBox {
init { mirBuilder: MIRBuilderBox } // 具象型に依存
}
// ✅ 良い例: 抽象に依存
box VMBox {
init { mirProvider: MIRProvider } // インターフェースに依存
}
3. Open/Closed原則
// 新しい演算子の追加が既存コードを変更しない
box OperatorRegistry {
init { operators }
register(symbol, handler) {
me.operators.set(symbol, handler)
}
apply(symbol, args) {
local handler = me.operators.get(symbol)
if handler {
return handler.apply(args)
}
return new ErrorBox("Unknown operator")
}
}
🔧 段階的移行（箱単位）
Phase 1: GrammarBox導入
- grammar.yamlをGrammarBoxでラップ
- 既存コードはGrammarBox経由でアクセス
Phase 2: TokenBox分離
- Tokenizerの機能をTokenBoxに移動
- GrammarBoxへの依存を最小化
Phase 3: SemanticBox独立
- 演算子実装をSemanticBoxに集約
- 純粋関数として実装
Phase 4: 箱間通信の確立
- メッセージパッシング導入
- イベントシステム構築
📊 疎結合度の測定
1. 依存関係グラフ
GrammarBox (依存なし)
↓
TokenBox → GrammarBox (1依存)
ParserBox → TokenBox (1依存)
SemanticBox (依存なし)
MIRBox → SemanticBox (1依存)
VMBox → MIRBox (1依存)
JITBox → MIRBox (1依存)
2. 変更影響範囲
- 新キーワード追加: GrammarBoxのみ
- 新演算子追加: GrammarBox + SemanticBoxのみ
- 新バックエンド追加: 既存箱への変更なし
🚀 期待される効果
- 真の疎結合: 各箱が独立して開発・テスト可能
- 容易な拡張: 新しい箱の追加が既存を壊さない
- 明確な境界: 責任の所在が明確
- 並行開発: チームが独立して各箱を開発可能
これで「Everything is Box」哲学に忠実な、真に疎結合な統一文法アーキテクチャが実現されます。