# 工具函数库 - 自然语言实现规范

## 1. 模块概述

- **功能定位**: 提供Claude Code系统中通用的工具函数、辅助方法和共享逻辑组件
- **核心职责**: 实现跨模块复用的纯函数、数据处理工具、性能优化工具和开发辅助函数
- **设计目标**: 实现99.9%的函数纯性、零副作用、高性能执行和100%的单元测试覆盖

## 2. 接口定义

### 2.1 输入接口
- **functionCategory**: enum, ["data", "async", "validation", "format", "crypto", "debug"], 必填, 无默认值
- **operationType**: string, 具体操作类型, 长度3-30字符, 必须符合camelCase规范
- **inputData**: unknown, 待处理数据, 支持任意类型, 必须可序列化
- **options**: Record<string, unknown>, 可选配置参数, 默认空对象

### 2.2 输出接口
- **正常返回**: 根据函数类型返回相应数据结构, 保证类型安全和不可变性
- **异常返回**: 错误码3001-3050, 包含错误类型、原始错误和堆栈跟踪信息
- **性能指标**: 函数执行时间<10ms(99%), 内存占用<1MB, CPU使用率<5%

## 3. 核心逻辑

### 3.1 主要处理流程
1. **输入验证**: 类型检查、边界值验证、null/undefined处理、参数规范化
2. **数据预处理**: 数据清洗、格式转换、编码处理、结构调整
3. **核心计算**: 执行具体的业务逻辑、算法计算、数据变换
4. **结果后处理**: 数据格式化、类型转换、结果验证、元数据添加
5. **缓存管理**: 计算结果缓存、缓存失效策略、内存管理
6. **错误处理**: 异常捕获、错误信息标准化、错误恢复策略

### 3.2 关键算法
- **深度克隆算法**: 基于结构化克隆算法，支持循环引用检测，性能优化至O(n)复杂度
- **异步队列算法**: 基于Promise和生成器的并发控制，支持限流、重试和错误隔离
- **数据验证算法**: 基于JSON Schema的高性能验证器，支持自定义验证规则和异步验证

## 4. 状态管理

### 4.1 内部状态
- **functionCache**: Map<string, CacheEntry>, 函数结果缓存, 初始值空Map
- **performanceMetrics**: Map<string, PerformanceData>, 性能监控数据, 初始值空Map
- **errorStatistics**: Map<string, ErrorStats>, 错误统计信息, 初始值空Map
- **configRegistry**: Map<string, unknown>, 工具函数配置注册表, 初始值默认配置

### 4.2 持久化
- **存储方式**: 内存缓存为主，关键性能数据持久化到本地存储
- **缓存策略**: LRU缓存策略，TTL=600秒，最大缓存条目1000个
- **数据一致性**: 无状态设计确保一致性，缓存失效时自动重新计算

## 5. 异常处理

### 5.1 异常分类
- **参数错误**: 错误码3001-3010, 输入参数类型错误、值越界、格式不正确
- **计算错误**: 错误码3011-3020, 数学计算溢出、除零错误、精度丢失
- **资源错误**: 错误码3021-3030, 内存不足、超时错误、网络不可达
- **逻辑错误**: 错误码3031-3040, 业务逻辑错误、状态不一致、条件不满足

### 5.2 监控日志
- **关键监控点**: 函数执行时间分布、错误率统计、内存使用峰值、缓存命中率
- **日志记录**: TRACE级别记录函数调用，DEBUG级别记录参数和返回值，ERROR级别记录异常
- **告警机制**: 函数错误率>1%触发告警，执行时间>100ms触发性能告警

## 6. 性能要求

- **响应时间**: 简单函数<1ms，复杂计算<10ms，异步操作<100ms
- **并发处理**: 支持1000+并发函数调用，无锁设计，线程安全
- **资源限制**: 单次调用内存<1MB，总内存占用<50MB，CPU时间片<10ms

## 7. 安全考虑

- **权限控制**: 敏感函数访问控制，防止未授权调用
- **数据安全**: 输入数据清理，防止代码注入和XSS攻击
- **攻击防护**: 函数调用频率限制，资源耗尽保护，恶意输入检测

## 8. 依赖关系

### 8.1 上游依赖
- **类型系统**: 使用通用类型定义和类型检查工具
- **配置系统**: 读取工具函数的配置参数和开关
- **日志系统**: 记录函数执行日志和性能数据

### 8.2 下游调用
- **所有业务模块**: 为所有模块提供通用工具函数
- **Agent引擎**: 提供消息处理、状态管理等辅助函数
- **UI组件**: 提供数据格式化、验证等前端工具函数

## 9. 测试验证

### 9.1 单元测试
- **纯函数测试**: 相同输入产生相同输出，无副作用验证，边界条件测试
- **异步函数测试**: Promise处理、错误传播、超时处理、并发安全性
- **性能测试**: 执行时间基准测试，内存使用量测试，并发压力测试
- **覆盖率要求**: 代码覆盖率100%，分支覆盖率100%，异常路径覆盖100%

### 9.2 集成测试
- **模块集成测试**: 与其他模块的集成使用场景测试
- **性能集成测试**: 大规模数据处理性能，系统整体性能影响
- **兼容性测试**: 不同Node.js版本兼容性，不同操作系统兼容性

## 10. AI编译器指令

- **实现语言**: TypeScript，使用函数式编程范式，严格的类型约束
- **代码风格**: 纯函数设计，不可变数据结构，函数组合模式，lodash-fp风格
- **第三方库**: lodash(数据处理)、ramda(函数式编程)、ajv(数据验证)、crypto-js(加密)
- **部署方式**: Tree-shaking友好的模块化设计，按需导入，零运行时依赖

## 特定实现要求

### 核心工具函数分类
```typescript
// 数据处理工具
export namespace DataUtils {
  export function deepClone<T>(obj: T): T;
  export function deepMerge<T>(...objects: Partial<T>[]): T;
  export function pick<T, K extends keyof T>(obj: T, keys: K[]): Pick<T, K>;
  export function omit<T, K extends keyof T>(obj: T, keys: K[]): Omit<T, K>;
  export function groupBy<T, K extends PropertyKey>(array: T[], keySelector: (item: T) => K): Record<K, T[]>;
}

// 异步处理工具
export namespace AsyncUtils {
  export function debounce<Args extends unknown[]>(fn: (...args: Args) => void, delay: number): (...args: Args) => void;
  export function throttle<Args extends unknown[]>(fn: (...args: Args) => void, interval: number): (...args: Args) => void;
  export function retry<T>(fn: () => Promise<T>, options: RetryOptions): Promise<T>;
  export function timeout<T>(promise: Promise<T>, ms: number): Promise<T>;
  export function concurrent<T>(tasks: (() => Promise<T>)[], concurrency: number): Promise<T[]>;
}

// 验证工具
export namespace ValidationUtils {
  export function isValidEmail(email: string): boolean;
  export function isValidURL(url: string): boolean;
  export function isValidFilePath(path: string): boolean;
  export function validateSchema<T>(data: unknown, schema: JSONSchema): data is T;
  export function sanitizeInput(input: string): string;
}

// 格式化工具
export namespace FormatUtils {
  export function formatBytes(bytes: number): string;
  export function formatDuration(milliseconds: number): string;
  export function formatDate(date: Date, format: string): string;
  export function truncateText(text: string, maxLength: number): string;
  export function slugify(text: string): string;
}

// 加密工具
export namespace CryptoUtils {
  export function generateHash(data: string, algorithm?: 'sha256' | 'md5'): string;
  export function encrypt(data: string, key: string): string;
  export function decrypt(encryptedData: string, key: string): string;
  export function generateRandomString(length: number): string;
  export function compareSecure(a: string, b: string): boolean;
}

// 调试工具
export namespace DebugUtils {
  export function createLogger(namespace: string): Logger;
  export function measurePerformance<T>(fn: () => T, name?: string): T;
  export function deepInspect(obj: unknown, options?: InspectOptions): string;
  export function createStackTrace(): string;
  export function formatError(error: Error): FormattedError;
}
```

### 性能优化工具
```typescript
// 缓存管理器
export class CacheManager<K, V> {
  private cache = new Map<K, CacheEntry<V>>();
  private maxSize: number;
  private ttl: number;
  
  set(key: K, value: V): void;
  get(key: K): V | undefined;
  has(key: K): boolean;
  delete(key: K): boolean;
  clear(): void;
  size(): number;
  cleanup(): number; // 返回清理的条目数
}

// 内存池管理器
export class ObjectPool<T> {
  private pool: T[] = [];
  private createFn: () => T;
  private resetFn: (obj: T) => void;
  
  constructor(createFn: () => T, resetFn: (obj: T) => void, initialSize?: number);
  acquire(): T;
  release(obj: T): void;
  size(): number;
  drain(): void;
}
```

### 函数式编程工具
实现高阶函数、函数组合、管道操作等函数式编程工具，提供强大的数据处理和逻辑组合能力，确保代码的可读性和可维护性。