第9回：Loquat - インテリジェントシェル（前編）

～次世代シェル環境の基本設計～

はじめに

Loquatは、従来のUNIXシェルの概念を拡張し、AIパワードなインテリジェント機能を統合したシェル環境です。今回は基本設計とコマンド体系について解説します。

シェル環境の基本設計

// シェルのコアエンジン
pub struct LoquatShell {
    interpreter: CommandInterpreter,
    environment: Environment,
    history: CommandHistory,
    completion: CompletionEngine,
}

impl LoquatShell {
    pub async fn new(config: ShellConfig) -> Result<Self> {
        let environment = Environment::load_from_config(&config)?;
        let interpreter = CommandInterpreter::new(&environment);
        let history = CommandHistory::new(config.history_size);
        let completion = CompletionEngine::new(&environment);
        
        Ok(Self {
            interpreter,
            environment,
            history,
            completion,
        })
    }
    
    pub async fn run_interactive(&mut self) -> Result<()> {
        let mut rl = Editor::<CompletionEngine>::new()?;
        rl.set_completer(Some(self.completion.clone()));
        
        loop {
            let prompt = self.environment.get_prompt();
            match rl.readline(&prompt) {
                Ok(line) => {
                    self.history.add(line.clone());
                    self.execute_command(&line).await?;
                }
                Err(ReadlineError::Interrupted) => {
                    println!("^C");
                    continue;
                }
                Err(ReadlineError::Eof) => {
                    println!("exit");
                    break;
                }
                Err(err) => {
                    println!("Error: {:?}", err);
                    break;
                }
            }
        }
        Ok(())
    }
}

// コマンド解釈エンジン
pub struct CommandInterpreter {
    parser: CommandParser,
    evaluator: CommandEvaluator,
    builtins: BuiltinCommands,
}

impl CommandInterpreter {
    pub async fn execute(&self, input: &str) -> Result<CommandOutput> {
        // コマンドのパース
        let ast = self.parser.parse(input)?;
        
        // 構文木の最適化
        let optimized = self.optimizer.optimize(ast)?;
        
        // コマンドの評価と実行
        self.evaluator.evaluate(optimized).await
    }
}

コマンド体系の実装

// コマンドインターフェース
pub trait Command: Send + Sync {
    fn name(&self) -> &str;
    fn description(&self) -> &str;
    fn usage(&self) -> &str;
    
    async fn execute(&self, args: Args) -> Result<CommandOutput>;
    fn complete(&self, input: &str) -> Vec<String>;
}

// パイプライン処理
pub struct Pipeline {
    commands: Vec<Box<dyn Command>>,
    redirections: Vec<Redirection>,
}

impl Pipeline {
    pub async fn execute(&self) -> Result<CommandOutput> {
        let mut last_output = None;
        
        for (i, command) in self.commands.iter().enumerate() {
            let input = if i == 0 {
                None
            } else {
                last_output.take()
            };
            
            let output = self.execute_command(command, input).await?;
            last_output = Some(output);
        }
        
        Ok(last_output.unwrap_or_default())
    }
    
    async fn execute_command(
        &self,
        command: &Box<dyn Command>,
        input: Option<CommandOutput>
    ) -> Result<CommandOutput> {
        let mut args = Args::new();
        if let Some(input) = input {
            args.set_input(input);
        }
        
        command.execute(args).await
    }
}

// ビルトインコマンドの実装
pub struct BuiltinCommands {
    commands: HashMap<String, Box<dyn Command>>,
}

impl BuiltinCommands {
    pub fn register<C: Command + 'static>(&mut self, command: C) {
        self.commands.insert(command.name().to_string(), Box::new(command));
    }
    
    pub fn get_command(&self, name: &str) -> Option<&Box<dyn Command>> {
        self.commands.get(name)
    }
}

// CDコマンドの実装例
pub struct CdCommand {
    env: Arc<Environment>,
}

impl Command for CdCommand {
    fn name(&self) -> &str {
        "cd"
    }
    
    fn description(&self) -> &str {
        "Change the current directory"
    }
    
    fn usage(&self) -> &str {
        "cd [directory]"
    }
    
    async fn execute(&self, args: Args) -> Result<CommandOutput> {
        let path = args.get(0)
            .unwrap_or("~")
            .replace("~", &self.env.get_home_dir()?);
            
        std::env::set_current_dir(&path)?;
        self.env.set_current_dir(&path)?;
        
        Ok(CommandOutput::empty())
    }
    
    fn complete(&self, input: &str) -> Vec<String> {
        // ディレクトリ補完の実装
        vec![]
    }
}

パイプライン処理

// パイプライン処理の実装
pub struct PipelineExecutor {
    buffer_size: usize,
    thread_pool: ThreadPool,
}

impl PipelineExecutor {
    pub async fn execute_pipeline(&self, pipeline: Pipeline) -> Result<CommandOutput> {
        let (mut sender, mut receiver) = mpsc::channel(self.buffer_size);
        
        // パイプラインの各ステージを並行実行
        let mut handles = Vec::new();
        
        for command in pipeline.commands {
            let (stage_sender, stage_receiver) = mpsc::channel(self.buffer_size);
            
            let handle = self.thread_pool.spawn(async move {
                Self::execute_stage(command, stage_receiver, stage_sender).await
            });
            
            handles.push(handle);
            sender = stage_sender;
            receiver = stage_receiver;
        }
        
        // 全ステージの完了を待機
        for handle in handles {
            handle.await??;
        }
        
        Ok(receiver.recv().await.unwrap_or_default())
    }
    
    async fn execute_stage(
        command: Box<dyn Command>,
        mut input: mpsc::Receiver<CommandOutput>,
        output: mpsc::Sender<CommandOutput>,
    ) -> Result<()> {
        while let Some(input_data) = input.recv().await {
            let result = command.execute(Args::from(input_data)).await?;
            output.send(result).await?;
        }
        Ok(())
    }
}

実装例：カスタムシェルコマンドの実装

// インテリジェントな検索コマンド
pub struct SmartSearchCommand {
    index: SearchIndex,
    ranker: ResultRanker,
}

impl Command for SmartSearchCommand {
    fn name(&self) -> &str {
        "search"
    }
    
    fn description(&self) -> &str {
        "Intelligent file and content search"
    }
    
    async fn execute(&self, args: Args) -> Result<CommandOutput> {
        let query = args.get(0).ok_or(Error::MissingQuery)?;
        let options = SearchOptions::from_args(&args)?;
        
        // インデックスを使用した検索
        let results = self.index.search(query, &options).await?;
        
        // 結果のランク付けと並び替え
        let ranked_results = self.ranker.rank(results, &options);
        
        // 結果のフォーマット
        let output = ranked_results.into_iter()
            .map(|result| format!("{}: {}", result.score, result.path.display()))
            .collect::<Vec<_>>()
            .join("\n");
        
        Ok(CommandOutput::new(output))
    }
    
    fn complete(&self, input: &str) -> Vec<String> {
        self.index.suggest_completions(input)
    }
}

// スマート補完エンジン
pub struct SmartCompletion {
    history: Arc<CommandHistory>,
    context_analyzer: ContextAnalyzer,
    suggestion_engine: SuggestionEngine,
}

impl SmartCompletion {
    pub fn complete(&self, input: &str) -> Vec<Suggestion> {
        // 入力コンテキストの分析
        let context = self.context_analyzer.analyze(input);
        
        // 履歴ベースの提案
        let history_suggestions = self.get_history_suggestions(&context);
        
        // コンテキストベースの提案
        let context_suggestions = self.suggestion_engine.get_suggestions(&context);
        
        // 提案のマージとランク付け
        self.merge_and_rank_suggestions(history_suggestions, context_suggestions)
    }
}

今回のまとめ

インテリジェントシェルの基本アーキテクチャ
拡張可能なコマンド体系の実装
効率的なパイプライン処理
スマートな検索と補完機能

次回予告

第10回では、loquatのスクリプティング機能と対話的支援機能について解説します。プラグイン機構とスクリプトエンジンの実装について詳しく見ていきます。

参考資料

UNIX Shell Programming
Interactive Command Line Interfaces
Pipeline Design Patterns
Smart Command Line Tools