# 自然语言编程规范 3.0

> "代码即文档，文档即代码" - 面向AI编译器的自然语言编程标准

## 1. 规范概述

### 1.1 自然语言编程理念
自然语言编程3.0标准建立在"AI编译器可以理解和执行自然语言规范"的基础上，通过结构化的自然语言描述，直接生成高质量的可执行代码。

### 1.2 核心设计原则
- **语义明确性**: 每个描述必须具有唯一的技术语义
- **结构规范性**: 遵循严格的10章节文档结构
- **可编译性**: 自然语言描述必须能被AI编译器准确理解
- **可维护性**: 规范更新即代码更新，文档与代码完全同步

### 1.3 适用场景
- 复杂系统架构设计
- 核心算法逻辑描述
- 业务流程规范定义
- API接口规范说明
- 数据结构设计规范

## 2. 文档结构规范

### 2.1 标准10章节结构

每个模块的自然语言规范必须严格遵循以下结构：

```markdown
# 模块名称

## 1. 模块概述
### 1.1 功能定位
### 1.2 核心职责
### 1.3 设计目标

## 2. 接口定义
### 2.1 输入输出规范
### 2.2 参数验证规则
### 2.3 返回格式定义

## 3. 核心逻辑
### 3.1 处理流程描述
### 3.2 关键算法说明
### 3.3 数据结构定义

## 4. 状态管理
### 4.1 内部状态定义
### 4.2 状态生命周期
### 4.3 持久化策略

## 5. 异常处理
### 5.1 异常分类体系
### 5.2 监控日志策略
### 5.3 错误恢复机制

## 6. 性能要求
### 6.1 响应时间目标
### 6.2 并发处理能力
### 6.3 资源使用限制

## 7. 安全考虑
### 7.1 权限控制机制
### 7.2 数据安全保护
### 7.3 攻击防护措施

## 8. 依赖关系
### 8.1 上游依赖模块
### 8.2 下游调用接口
### 8.3 配置依赖项目

## 9. 测试验证
### 9.1 单元测试规范
### 9.2 集成测试场景
### 9.3 验收标准定义

## 10. AI编译器指令
### 10.1 实现语言选择
### 10.2 代码风格要求
### 10.3 部署方式规范
```

### 2.2 章节内容要求

**第1章 - 模块概述**:
- 必须明确说明模块在整体系统中的定位
- 列出3-5个核心职责，每个职责用一句话描述
- 设定明确的性能、可靠性、可扩展性目标

**第2章 - 接口定义**:
- 使用TypeScript风格的接口描述
- 详细说明每个参数的类型、范围、默认值
- 定义返回值结构和所有可能的错误码

**第3章 - 核心逻辑**:
- 使用流程图或伪代码描述主要处理流程
- 对关键算法提供详细的数学或逻辑描述
- 明确定义所有内部数据结构

**第4章 - 状态管理**:
- 列出所有内部状态变量及其含义
- 描述状态变化的触发条件和时机
- 说明状态持久化的方式和时机

**第5章 - 异常处理**:
- 建立分层的异常处理体系
- 定义日志记录的级别和格式
- 描述错误恢复的具体策略

**第6-9章**: 按照相同的详细程度要求
**第10章**: 必须包含具体的AI编译器指令

## 3. 语义描述规范

### 3.1 技术术语一致性

**数据类型描述**:
```
✅ 正确: "userId参数必须是非空字符串类型，长度在1-50字符之间"
❌ 错误: "用户ID不能为空"

✅ 正确: "返回Promise<UserInfo>类型，包含用户的基本信息对象"
❌ 错误: "返回用户信息"
```

**流程描述规范**:
```
✅ 正确: "当接收到用户请求时，首先验证参数有效性，然后查询数据库，最后返回格式化结果"
❌ 错误: "处理用户请求"

✅ 正确: "使用双重缓冲机制：主缓冲区处理当前请求，副缓冲区预加载下一批数据"
❌ 错误: "使用缓冲机制提高性能"
```

### 3.2 逻辑关系表达

**条件逻辑**:
```markdown
当 condition1 为真时：
  执行 action1
否则，当 condition2 为真时：
  执行 action2
否则：
  执行 defaultAction
```

**循环逻辑**:
```markdown
对于每个 item 在 collection 中：
  1. 验证 item 的有效性
  2. 如果 item 有效，则处理 item
  3. 将处理结果添加到结果集
```

**异步处理**:
```markdown
异步执行以下步骤：
  1. 启动任务A（不等待完成）
  2. 启动任务B（不等待完成）
  3. 等待任务A和任务B都完成
  4. 合并A和B的结果
```

### 3.3 性能指标量化

**响应时间**:
```
✅ 正确: "99%的请求必须在100毫秒内完成"
❌ 错误: "响应要快"

✅ 正确: "平均响应时间不超过50毫秒，P95响应时间不超过200毫秒"
❌ 错误: "性能要好"
```

**并发能力**:
```
✅ 正确: "支持1000个并发连接，每秒处理10000个请求"
❌ 错误: "支持高并发"
```

**资源使用**:
```
✅ 正确: "内存使用不超过512MB，CPU使用率不超过80%"
❌ 错误: "资源使用合理"
```

## 4. AI编译器指令规范

### 4.1 实现语言指定

```markdown
### 10.1 实现语言
- **主语言**: TypeScript 5.0+
- **运行环境**: Node.js 18+ / Browser ES2022+
- **框架依赖**: React 18 (UI组件) / Express 4 (服务端)
- **构建工具**: Vite 4.0+ / Webpack 5.0+
```

### 4.2 代码风格规范

```markdown
### 10.2 代码风格
- **格式化工具**: Prettier 3.0，使用默认配置
- **静态检查**: ESLint 8.0 + @typescript-eslint/recommended
- **命名规范**: 
  - 变量/函数: camelCase (例: getUserInfo)
  - 类/接口: PascalCase (例: UserManager)
  - 常量: UPPER_SNAKE_CASE (例: MAX_RETRY_COUNT)
  - 文件名: kebab-case (例: user-manager.ts)
```

### 4.3 架构模式指定

```markdown
### 10.3 架构模式
- **设计模式**: 观察者模式 + 策略模式
- **依赖注入**: 使用构造函数注入
- **错误处理**: 统一错误类继承体系
- **异步处理**: Promise + async/await，避免回调地狱
```

### 4.4 性能优化指令

```markdown
### 10.4 性能优化
- **内存管理**: 使用对象池模式，及时释放大对象
- **缓存策略**: LRU缓存，最大1000个条目
- **并发控制**: 最大10个并发任务，使用信号量控制
- **懒加载**: 按需加载非核心模块
```

## 5. 数据结构描述规范

### 5.1 接口定义规范

```markdown
用户信息接口定义：
```typescript
interface UserInfo {
  id: string;          // 用户唯一标识，非空字符串
  name: string;        // 用户姓名，1-50字符
  email: string;       // 邮箱地址，符合RFC5322标准
  createdAt: Date;     // 创建时间，ISO 8601格式
  isActive: boolean;   // 账户状态，true表示激活
  roles: UserRole[];   // 用户角色数组，至少包含一个角色
}

type UserRole = 'admin' | 'user' | 'guest';
```

配置对象定义：
```typescript
interface SystemConfig {
  database: {
    host: string;      // 数据库主机地址
    port: number;      // 端口号，1-65535
    username: string;  // 用户名，非空
    password: string;  // 密码，最少8位
  };
  redis: {
    url: string;       // Redis连接URL
    maxRetries: number; // 最大重试次数，默认3
  };
  logging: {
    level: 'debug' | 'info' | 'warn' | 'error';
    output: 'console' | 'file' | 'both';
  };
}
```
```

### 5.2 算法描述规范

```markdown
**算法名称**: 双重缓冲异步消息队列算法

**输入**: 消息流 MessageStream
**输出**: 处理结果流 ResultStream

**算法步骤**:
1. 初始化主缓冲区 primaryBuffer 和副缓冲区 secondaryBuffer
2. 启动两个异步任务：
   - 任务A: 从 MessageStream 读取消息到当前活跃缓冲区
   - 任务B: 处理非活跃缓冲区中的消息
3. 当活跃缓冲区达到阈值时：
   - 切换主副缓冲区角色
   - 通知处理任务开始处理新的非活跃缓冲区
4. 重复步骤2-3直到输入流结束

**时间复杂度**: O(n)，其中n为消息总数
**空间复杂度**: O(k)，其中k为缓冲区大小
**并发安全**: 使用原子操作保证缓冲区切换的原子性
```

### 5.3 状态机描述规范

```markdown
**状态机名称**: Agent执行状态机

**状态定义**:
- IDLE: 空闲状态，等待新任务
- PLANNING: 规划状态，分析任务需求
- EXECUTING: 执行状态，运行具体工具
- WAITING: 等待状态，等待用户确认
- ERROR: 错误状态，处理异常情况

**状态转换规则**:
```
IDLE → PLANNING: 接收到新任务
PLANNING → EXECUTING: 规划完成且无需用户确认
PLANNING → WAITING: 规划完成但需要用户确认
WAITING → EXECUTING: 用户确认继续执行
EXECUTING → IDLE: 任务执行完成
任何状态 → ERROR: 发生不可处理的异常
ERROR → IDLE: 错误处理完成
```

**不变量**:
- 任何时刻只能处于一个状态
- 状态转换必须经过定义的路径
- ERROR状态可以从任何状态进入
```

## 6. 测试规范描述

### 6.1 单元测试规范

```markdown
**测试模块**: UserManager类

**测试用例组1: 用户创建功能**
- 测试用例1.1: 正常用户创建
  - 输入: 有效的用户信息对象
  - 期望: 返回创建成功的用户对象，包含自动生成的ID
  - 验证: 用户信息完整性、ID唯一性、创建时间正确性

- 测试用例1.2: 无效邮箱格式
  - 输入: 包含无效邮箱的用户信息
  - 期望: 抛出ValidationError异常
  - 验证: 异常类型、错误消息、错误码

- 测试用例1.3: 重复邮箱创建
  - 输入: 已存在邮箱的用户信息
  - 期望: 抛出DuplicateError异常
  - 验证: 异常处理、数据库状态不变

**性能测试要求**:
- 用户创建操作必须在50毫秒内完成
- 支持1000个用户的批量创建在5秒内完成
- 内存使用不超过100MB
```

### 6.2 集成测试规范

```markdown
**集成测试场景**: Agent与EditTool集成

**测试场景1**: 文件编辑完整流程
1. Agent接收文件编辑请求
2. 调用ReadTool读取目标文件
3. 验证文件状态和权限
4. 调用EditTool执行编辑操作
5. 验证编辑结果的正确性
6. 更新文件状态追踪

**验证点**:
- 文件读取状态正确追踪
- 编辑操作9层验证通过
- 文件内容变更正确性
- 状态更新的原子性
- 错误回滚机制有效性

**性能要求**:
- 整个流程在200毫秒内完成
- 支持10个并发编辑操作
- 内存泄漏检测通过
```

## 7. 错误处理描述规范

### 7.1 异常分类体系

```markdown
**系统级异常** (SystemError):
- FileSystemError: 文件系统操作失败
- NetworkError: 网络连接异常
- DatabaseError: 数据库操作异常
- ConfigurationError: 配置加载失败

**业务级异常** (BusinessError):
- ValidationError: 参数验证失败
- AuthorizationError: 权限验证失败
- ResourceNotFoundError: 资源不存在
- ConflictError: 资源冲突

**用户级异常** (UserError):
- InvalidInputError: 用户输入无效
- RateLimitError: 请求频率超限
- QuotaExceededError: 配额超出限制
```

### 7.2 错误恢复策略

```markdown
**重试机制**:
- 网络异常: 指数退避重试，最多3次
- 数据库连接异常: 立即重试1次，失败后等待5秒再重试
- 文件锁定异常: 随机延迟100-500ms后重试，最多10次

**降级策略**:
- API服务不可用时，返回缓存数据
- 数据库查询超时时，使用预设默认值
- 第三方服务异常时，跳过非关键步骤

**故障隔离**:
- 使用断路器模式防止故障扩散
- 独立的错误处理线程，避免阻塞主流程
- 资源池隔离，防止单个请求耗尽所有资源
```

## 8. 安全规范描述

### 8.1 权限控制模型

```markdown
**基于角色的访问控制(RBAC)**:

角色定义：
- SuperAdmin: 系统超级管理员，拥有所有权限
- Admin: 普通管理员，拥有用户管理和内容管理权限
- User: 普通用户，拥有基本操作权限
- Guest: 访客用户，只有只读权限

权限定义：
- READ: 读取资源的权限
- WRITE: 修改资源的权限
- DELETE: 删除资源的权限
- EXECUTE: 执行操作的权限

权限检查流程：
1. 提取用户身份令牌
2. 验证令牌有效性和过期时间
3. 获取用户角色信息
4. 检查角色是否拥有所需权限
5. 记录权限检查日志
```

### 8.2 数据安全保护

```markdown
**敏感数据处理**:
- 密码使用bcrypt算法加密，盐值长度12位
- 个人身份信息(PII)使用AES-256加密存储
- API密钥使用专用的密钥管理服务
- 数据传输使用TLS 1.3加密

**数据脱敏规则**:
- 邮箱地址: 保留前2位和域名，中间用***替代
- 手机号码: 保留前3位和后2位，中间用****替代
- 身份证号: 保留前4位和后2位，中间用**********替代
- 银行卡号: 只显示后4位，其余用****替代
```

## 9. 监控与日志规范

### 9.1 日志记录规范

```markdown
**日志级别定义**:
- DEBUG: 详细的调试信息，仅在开发环境使用
- INFO: 一般信息，记录正常的业务流程
- WARN: 警告信息，表示潜在问题但不影响功能
- ERROR: 错误信息，表示功能异常但系统可继续运行
- FATAL: 致命错误，表示系统无法继续运行

**结构化日志格式**:
```json
{
  "timestamp": "2024-01-01T10:00:00.000Z",
  "level": "INFO",
  "module": "UserManager",
  "action": "createUser",
  "userId": "12345",
  "message": "用户创建成功",
  "duration": 45,
  "metadata": {
    "userAgent": "Claude Code 3.0",
    "clientIP": "192.168.1.100"
  }
}
```

**日志采样策略**:
- DEBUG日志: 采样率1%，避免影响性能
- INFO日志: 全量记录
- WARN/ERROR日志: 全量记录，立即写入持久化存储
```

### 9.2 性能监控规范

```markdown
**关键指标监控**:
- 响应时间: P50、P95、P99分位数
- 吞吐量: QPS (每秒请求数)
- 错误率: 4xx、5xx错误占比
- 系统资源: CPU使用率、内存使用率、磁盘I/O

**告警规则定义**:
- P95响应时间 > 500ms，持续5分钟 → 发送警告
- 错误率 > 5%，持续3分钟 → 发送紧急告警
- CPU使用率 > 80%，持续10分钟 → 发送警告
- 内存使用率 > 90%，持续5分钟 → 发送紧急告警

**监控数据存储**:
- 实时数据: Redis存储，保留24小时
- 历史数据: InfluxDB存储，保留30天
- 聚合数据: MySQL存储，永久保存
```

## 10. 版本控制与发布规范

### 10.1 版本号规范

```markdown
**语义化版本控制**:
版本格式: MAJOR.MINOR.PATCH[-PRERELEASE]

- MAJOR: 不兼容的API修改
- MINOR: 向后兼容的功能性新增
- PATCH: 向后兼容的bug修复
- PRERELEASE: 预发布版本标识(alpha, beta, rc)

示例:
- 3.0.0: 主要版本发布
- 3.1.0: 新功能版本
- 3.1.1: bug修复版本
- 3.2.0-alpha.1: 预发布版本
```

### 10.2 发布流程规范

```markdown
**自动化发布流程**:
1. 代码合并到main分支
2. 自动触发CI/CD流水线
3. 执行完整的测试套件
4. 生成版本号和变更日志
5. 构建和打包应用
6. 部署到预发布环境
7. 执行自动化验收测试
8. 部署到生产环境
9. 执行健康检查
10. 发送发布通知

**回滚策略**:
- 自动回滚触发条件:
  - 健康检查失败
  - 错误率超过10%
  - 响应时间增加超过50%
- 回滚时间: 5分钟内完成
- 数据一致性: 使用数据库事务保证
```

---

**规范总结**: 本规范提供了完整的自然语言编程标准，确保AI编译器能够准确理解和执行自然语言规范，实现"文档即软件"的目标。

**应用要求**: 所有模块的.md文档必须严格遵循此规范，确保生成代码的质量和一致性。