はじめに
以前の記事では、「ターミナルで計算する方法【Linux】 シェルで数値計算する方法」についてまとめました。標準的なツールも便利ですが、使っているうちに「もっと自分好みの関数を定義したい」「物理定数を definitions.toml で一括管理したい」「計算履歴を $1 のように変数として使い回したい」という欲求が強くなってきました。
そこで、Rustの勉強も兼ねて、理想の「ターミナル関数電卓」をゼロから自作することにしました。今回はその第1回として、全体の設計（アーキテクチャ）と、目指すべきゴールについて共有します。
RustでTUIツールを作る方法についてはこちら：Ubuntu上で Rust × ratatui の開発環境構築方法・TUI上にHelloWorld表示まで
目指すのは「ただの電卓」じゃない
既存の電卓ツールは星の数ほどありますが、今回自作するツールでは以下の要件を重視しています。
- カスタマイズ性:
tomlファイルに自分専用の計算式を書けば、即座に呼び出せる。 - 履歴参照: 直前の計算結果を
$1,$2で変数として利用。 - Rustによる堅牢な実装: 複雑な再帰計算も、所有権と型システムで安全に処理。
TUIプロトタイプの公開
まずは、UI部分（Ratatuiを使用）を先行して組み上げたプロトタイプがこちらです。
現在はUIが動いている状態ですが、肝心の「中身（計算エンジン）」はこれから実装していきます。このエンジンの設計が、今回のプロジェクトの最も面白い部分です。
入力欄と結果、および、過去の計算結果などを参照したり、挿入したりしたいので履歴欄を少し広めに作っています。
計算エンジンのアーキテクチャ
文字列として入力された数式を正しく計算するためには、プログラミング言語のコンパイラやインタプリタと同じような「処理のパイプライン」を通す必要があります。
本プロジェクトでは、以下の4つのフェーズに分けて実装を進める予定です。（あくまで予定なので変わる可能性もあります)
1. Lexer (字句解析)
入力された文字列（例：123 + conv(5)）を、意味のある最小単位「トークン」に分解します。
123→Number+→Plusconv→Identifier
2. Parser (構文解析)
トークンの羅列を、計算の優先順位（掛け算を先にやる、など）を考慮した「木構造（AST）」に変換します。ここで「再帰構文解析」という手法を用います。
3. Validation (検証)
計算を実行する前に、その式が本当に正しいかチェックします。
- 存在しない関数を呼んでいないか？
- 履歴参照（
$5）は現在の履歴の範囲内か？ - 関数が自分自身を無限に呼び出していないか（再帰チェック）？
4. Evaluator (評価)
最後に、出来上がった木構造を末端から順番に計算していきます。関数の展開や定数の置き換えもこのフェーズで行います。
今後の実装プラン
この電卓開発は、以下のステップで記事化していく予定です。
- Lexer/Parser実装編:
enumとBoxを駆使して数式の「木」を作る。 - Evaluation編: 再帰処理による計算の実行と、
tomlからの関数読み込み。 - UI統合編:
Ratatuiと計算エンジンをドッキングさせる。
おわりに
Rustで言語処理系に近いものを作るのは少しハードルが高そうに見えますが、一歩ずつ分解していくと、非常にロジカルで面白い分野です。
次回は、最初の難所である「字句解析と構文解析」に着手します。Rust特有のメモリ管理が、木構造を扱う際にどう関わってくるのか。お楽しみに！
次回 Lexerの実装: 関連記事は、2026年4月27日に公開予定 (あと7時間)
