第六章：终端 UI——在命令行里做"前端"

“命令行不是 UI 的终点，而是另一种 UI 的起点。”

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6.1 反直觉的选型：在终端里用 React

当大多数人写 CLI 工具时，想到的是 console.log、process.stdout.write、或者最多加一个 chalk 上色。而 Claude Code 选择了一条截然不同的路：

Web 前端:    React → ReactDOM → 浏览器 DOM → 像素
Claude Code: React → 定制版 Ink → 虚拟终端 DOM → ANSI 字符序列 → 终端像素

这不是噱头——这是对终端 UI 复杂度的务实应对。Claude Code 的终端界面需要：

• 流式文字逐字渲染（LLM 输出）
• 代码块语法高亮
• 文件 diff 可视化
• 权限对话框（含多选项）
• 可滚动的对话历史（虚拟滚动）
• 底部固定状态栏
• Vim 模式光标
• 文字选中与复制
• 鼠标点击响应

对于这种复杂度，React 的声明式 UI + 组件化 + 状态驱动模型远比手写 ANSI 代码更可维护。

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6.2 Ink 渲染引擎：架构总览

Claude Code 没有直接使用开源的 Ink 库，而是在 src/ink/ 目录中维护了一份深度定制的 Fork 版本。

graph TB subgraph React层["React 层（声明式）"] R1[React 组件树] R2[React Compiler 优化] R3[Concurrent Mode] end subgraph InkCore["定制版 Ink 核心"] I1[reconciler.ts\nReact 协调器] I2[dom.ts\n虚拟 DOM] I3["layout/yoga.ts\nFlexbox 布局引擎"] I4[renderer.ts\n屏幕缓冲区渲染] I5[screen.ts\n字符格子缓冲区] I6[log-update.ts\n差异对比输出] I7[optimizer.ts\n差异补丁优化] end subgraph Terminal["终端输出层"] T1["termio/\nANSI/CSI/OSC 协议"] T2[terminal.ts\nstdout 写入] end React层 --> |commit| I1 I1 --> I2 I2 --> I3 I3 --> I4 I4 --> I5 I5 --> I6 I6 --> I7 I7 --> T1 T1 --> T2

核心渲染流水线（每帧 ~16ms）

阶段	文件	说明
1. React Commit	reconciler.ts	React Diff → DOM 操作（增/删/改节点）
2. Yoga Layout	layout/yoga.ts	计算 Flexbox 布局，得到每个节点的 (x, y, w, h)
3. Screen Buffer	renderer.ts + screen.ts	将 DOM 树渲染到字符格子矩阵（二维数组）
4. Diff	log-update.ts	对比前后两帧的字符格子，生成最小变更 Patch 列表
5. Optimize	optimizer.ts	合并/去重 Patch，减少终端写入次数
6. Write	terminal.ts + termio/	将 Patch 序列化为 ANSI 转义序列写入 stdout

帧率目标：FRAME_INTERVAL_MS = 16（约 60 FPS），通过 throttle 控制。

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6.3 虚拟 DOM：DOMElement 结构

Ink 的虚拟 DOM 并不是浏览器 DOM 的副本，而是专为终端设计的精简结构：

// src/ink/dom.ts

// 节点类型只有 6 种（vs 浏览器的几十种）
type ElementNames =
  | 'ink-root'          // 根节点
  | 'ink-box'           // 容器（对应 <Box>）
  | 'ink-text'          // 文本（对应 <Text>）
  | 'ink-virtual-text'  // 虚拟文本（不占布局空间）
  | 'ink-link'          // 超链接（OSC 8 协议）
  | 'ink-progress'      // 进度条
  | 'ink-raw-ansi'      // 原始 ANSI 字符串透传

type DOMElement = {
  nodeName: ElementNames
  attributes: Record<string, DOMNodeAttribute>
  childNodes: DOMNode[]

  // Yoga 布局节点
  yogaNode?: LayoutNode

  // 脏标记（触发重渲染）
  dirty: boolean
  isHidden?: boolean

  // 滚动状态（overflow: 'scroll' 的盒子）
  scrollTop?: number
  pendingScrollDelta?: number   // 积累的滚动量，每帧最多消费一定行数
  scrollHeight?: number
  stickyScroll?: boolean        // 自动吸附到底部

  // 事件处理器（与 attributes 分开存放，避免触发不必要重绘）
  _eventHandlers?: Record<string, unknown>
}

设计亮点：事件处理器与普通属性分开存储，因为处理器引用变化不应触发布局重算——这是针对终端渲染的专项优化，浏览器 DOM 没有这个问题。

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6.4 Flexbox 布局引擎（Yoga）

Claude Code 在终端里实现了完整的 Flexbox 布局。这依赖 Meta 开源的 Yoga 布局引擎（React Native 的同款布局引擎）。

graph LR A[" foo bar "] --> B[Yoga 计算] B --> C["foo bar\n（终端输出）"]

这意味着开发者可以用和 Web 一模一样的 flexDirection、padding、margin、width、alignItems 等属性来布局终端 UI。

// 使用方式和 Web 一样
<Box flexDirection="column" padding={1} borderStyle="round">
  <Text bold color="green">✓ 操作成功</Text>
  <Text dimColor>耗时 1.2s</Text>
</Box>

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6.5 屏幕缓冲区：字符格子与池化

screen.ts 定义了渲染的核心数据结构——字符格子（Cell）矩阵：

终端屏幕 = 二维数组，每个格子存储：
  ┌──────────────────────────────────┐
  │ charId: number   字符（池化 ID） │
  │ styleId: number  样式（池化 ID） │
  │ hyperlinkId: num 超链接（池化 ID）│
  │ cellWidth: 1|2   字符宽度        │
  └──────────────────────────────────┘

三级池化设计，极大减少内存分配：

// 字符串池：所有字符共享一个池，用整数 ID 代替字符串
class CharPool {
  intern(char: string): number  // 字符 → ID
  get(index: number): string    // ID → 字符

  // ASCII 快速路径：直接数组查找，跳过 Map.get
  private ascii: Int32Array     // charCode → index
}

// 样式池：ANSI 样式组合共享池
class StylePool { ... }

// 超链接池：OSC 8 超链接 URI 共享池
class HyperlinkPool { ... }

两帧缓冲（Double Buffering）：

class Ink {
  private frontFrame: Frame  // 上一帧（已输出到终端）
  private backFrame: Frame   // 当前帧（正在渲染）

  // 渲染完成后交换
  // diff(frontFrame, backFrame) → 只输出变化部分
}

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6.6 差异输出与 Patch 优化

6.1 Diff 算法

log-update.ts 对比前后两帧的屏幕缓冲区，生成 Patch[]（差异补丁列表）：

// Patch 类型（终端操作的抽象）
type Patch =
  | { type: 'stdout'; content: string }         // 输出文字
  | { type: 'cursorMove'; x: number; y: number }// 移动光标
  | { type: 'cursorTo'; x: number; y: number }  // 定位光标
  | { type: 'styleStr'; str: string }            // 切换样式
  | { type: 'hyperlink'; uri: string }           // 设置超链接
  | { type: 'cursorShow' | 'cursorHide' }        // 光标显隐
  | { type: 'clear'; count: number }             // 清除行
  | { type: 'carriageReturn' }                   // 回车

6.2 Patch 优化（optimizer.ts）

optimizer.ts 在单次遍历中应用 7 条优化规则：

规则 1: 跳过空 stdout patch（content === ''）
规则 2: 合并连续 cursorMove（两次移动 = 一次移动）
规则 3: 去除无效 cursorMove(0, 0)
规则 4: 合并相邻 styleStr（过渡序列连接）
规则 5: 去重连续同 URI 超链接
规则 6: 消除光标隐藏/显示的冗余对（hide + show = 无操作）
规则 7: 跳过 clear(0)

效果：减少写入 stdout 的次数，降低终端闪烁风险。

6.3 DECSTBM 滚动优化

在全屏（alt-screen）模式下，当对话历史末尾追加新内容时，无需重绘整个屏幕——使用 DECSTBM（DEC Set Top/Bottom Margin） 终端协议命令让终端自己滚动：

设置滚动区域 → CSI {top};{bottom} r
向上滚动 N 行 → CSI {N} S
只重绘新追加的行，而不是整个屏幕

这将长对话中每次 LLM 输出的渲染从 O(屏幕高度) 降低到 O(新增行数)。

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6.7 React 协调器定制（reconciler.ts）

reconciler.ts 是整个 Ink 的灵魂，它告诉 React 如何将虚拟 DOM 变化应用到终端 DOM：

// 使用 react-reconciler 创建自定义宿主环境
const reconciler = createReconciler({
  // 创建节点
  createInstance(type, props) {
    return createNode(type)  // 创建 DOMElement
  },

  // 创建文字节点
  createTextInstance(text) {
    return createTextNode(text)
  },

  // 将属性更新应用到节点
  commitUpdate(node, updatePayload, type, oldProps, newProps) {
    const changed = diff(oldProps, newProps)
    for (const [key, value] of Object.entries(changed)) {
      setAttribute(node, key, value)  // 更新属性
    }
    markDirty(node)  // 标记需要重渲染
  },

  // 父子节点操作
  appendChild, appendChildToContainer,
  insertBefore, insertInContainerBefore,
  removeChild, removeChildFromContainer,

  // 支持 React Concurrent Mode
  supportsMutation: true,
  supportsPersistence: false,
  supportsHydration: false,
})

markDirty(node) 机制：节点变化时只标记该节点脏，渲染时从脏节点向上传播，只重绘受影响的部分——这是 blit（位块传输）优化的基础。

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6.8 组件树全景

Claude Code 的完整 React 组件树：

graph TB App[" FpsMetricsProvider StatsProvider AppStateProvider"] REPL["（screens/REPL.tsx） 896KB 的核心屏幕"] subgraph Input["输入区域"] PI[" 文本输入 + 自动补全 Vim 模式 + 历史搜索"] end subgraph MsgArea["消息列表"] MSG[" 虚拟滚动 + 消息分组"] MR[" 单条消息容器"] MD[" 流式 Markdown 渲染"] HC[" 语法高亮代码块"] SD[" 文件 Diff 展示"] end subgraph Dialogs["对话框层"] PR[" 权限确认弹窗"] EPM[""] BPR[""] end subgraph Bottom["底部"] SP[" 思考动画"] SL[" 状态栏"] end App --> REPL REPL --> Input REPL --> MsgArea REPL --> Dialogs REPL --> Bottom MsgArea --> MR MR --> MD MR --> HC MR --> SD

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6.9 REPL.tsx——896KB 的"上帝组件"

screens/REPL.tsx 是整个 UI 系统最大的单文件（896KB），管理着交互界面的所有状态：

核心职责清单

职责	说明
消息历史	渲染所有对话消息，管理虚拟滚动
LLM 流式渲染	消费 query() 生成器，实时更新 UI
输入管理	用户键盘输入、斜杠命令补全、历史导航
权限弹窗	在合适时机弹出各类权限对话框
会话管理	恢复历史会话、后台模式、导出会话
IDE 桥接	与 VS Code / JetBrains 集成通信
语音输入	接收语音转文字的输入
Vim 模式	切换和管理 Vim 键位绑定
快捷键处理	全局快捷键（Ctrl+C、Ctrl+Z、Esc 等）
上下文压缩提示	token 接近上限时提示用户
React 状态协调	数十个 useState / useReducer 状态块

为什么是"上帝组件"

这是典型的"复杂度有其必要性"案例：

交互式 REPL 的本质 = 一个巨大的状态机

输入状态  × 消息状态  × 权限状态
  × 会话状态 × IDE 状态 × 模式状态...

这些状态高度互相依赖，分拆组件反而
增加了 prop drilling 和状态同步的复杂度。

Claude Code 选择接受这个"上帝组件"，并通过大量的 React.memo、useMemo、useCallback 来控制重渲染范围。

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6.10 虚拟滚动（VirtualMessageList）

对话历史可能包含数千条消息，全部渲染会导致严重性能问题。Claude Code 使用虚拟滚动（Virtual Scroll）只渲染可见区域的消息。

sequenceDiagram participant User as 用户滚动 participant VML as VirtualMessageList participant DOM as Ink DOM participant Screen as 屏幕缓冲区 User->>VML: 滚动事件 VML->>VML: 计算可见窗口\n[startIdx, endIdx] VML->>DOM: 卸载不可见消息 VML->>DOM: 挂载新进入视口的消息 DOM->>Screen: 只重绘变化区域 Screen->>User: 流畅滚动

OffscreenFreeze 组件：消息滚出视口时，通过 isHidden 标记冻结（不卸载 DOM，只隐藏），保留其测量尺寸用于布局计算，避免滚动时高度跳变。

滚动积累器：pendingScrollDelta 积累滚动量，每帧最多消费 SCROLL_MAX_PER_FRAME 行，快速滑动时显示中间帧而不是直接跳到目标位置，视觉上更流畅。

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6.11 Markdown 渲染：性能优先的混合策略

Markdown.tsx 渲染 Markdown 时采用了精心设计的混合策略：

// 三层缓存 + 快速路径

// 1. 检测是否有 Markdown 语法（避免无谓解析）
const MD_SYNTAX_RE = /[#*`|[>\-_~]|\n\n|^\d+\. |\n\d+\. /
function hasMarkdownSyntax(s: string): boolean {
  // 只检查前 500 字符（markdown 语法通常在开头）
  return MD_SYNTAX_RE.test(s.length > 500 ? s.slice(0, 500) : s)
}

// 2. LRU Token 缓存（500 条）
// marked.lexer 单次调用约 3ms，虚拟滚动时重复挂载会重复解析
const tokenCache = new Map<string, Token[]>()  // hash → tokens

// 3. 混合渲染策略
// - 表格 → React 组件（精确控制列宽对齐）
// - 代码块 → 语法高亮（HighlightedCode 组件）
// - 普通文本 → ANSI 字符串（formatToken 生成，性能最优）

快速路径：无 Markdown 语法的纯文本直接包装为单个 paragraph token，跳过 3ms 的解析步骤。这覆盖了大量简短回复和用户输入。

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6.12 语法高亮（HighlightedCode）

代码块的语法高亮使用 ColorFile（来自 cli-highlight 或类似库）：

// HighlightedCode.tsx
export const HighlightedCode = memo(function HighlightedCode({ code, filePath, width }) {
  // 通过 filePath 的扩展名选择语言（.ts → TypeScript，.py → Python 等）
  const ColorFile = expectColorFile()
  const colorFile = new ColorFile(code, filePath)

  // 使用 measureElement 获取实际渲染宽度
  // 避免代码块溢出终端边界
  const [measuredWidth, setMeasuredWidth] = useState(width || DEFAULT_WIDTH)

  // 如果用户禁用了语法高亮，回退到普通文本
  if (syntaxHighlightingDisabled) return <HighlightedCodeFallback ... />
})

measureElement(ref) 是 Ink 提供的 API，可以读取某个组件在 Yoga 布局计算后的实际宽度，用于动态适配终端宽度。

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6.13 Spinner：思考动画的工程学

Spinner 是 Claude 思考时最显眼的视觉反馈，其背后远比一个简单的旋转字符复杂。

src/components/Spinner/
├── index.ts
├── SpinnerGlyph.tsx       # 旋转字符（⠋⠙⠸⠴⠦⠇⠏...）
├── SpinnerAnimationRow.tsx # 完整的动画行（包含消息文字）
├── GlimmerMessage.tsx     # 字符逐个"闪光"的动画效果
├── ShimmerChar.tsx        # 单字符 shimmer 动画
├── FlashingChar.tsx       # 单字符闪烁效果
├── useShimmerAnimation.ts # shimmer 时序控制 hook
└── useStalledAnimation.ts # 超时"卡住"状态检测

动画分层：

组件	效果	场景
SpinnerGlyph	标准旋转点动画	所有思考状态
GlimmerMessage	文字由暗变亮逐字扫描	模型正在输出
ShimmerChar	单字符颜色波动	活跃工具调用
useStalledAnimation	检测是否长时间无进度	API 超时提示

Spinner 还会显示当前正在执行的"动词"（从 spinnerVerbs.ts 随机选取），增加趣味性：

⠙ Thinking...
⠸ Reading files...
⠴ Analyzing code...
⠦ Writing changes...

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6.14 StatusLine：状态栏的可扩展设计

底部状态栏（StatusLine.tsx）不只是显示几个静态字段——它是一个可编程的钩子扩展点：

// StatusLine 的输入数据（StatusLineCommandInput）
type StatusLineCommandInput = {
  model: { id: string; display_name: string }   // 当前模型
  workspace: {
    current_dir: string                         // 当前工作目录
    project_dir: string                         // 项目根目录
    added_dirs: string[]                        // 额外目录
  }
  version: string                               // Claude Code 版本
  output_style: { name: string; display_name: string }
  session_name?: string                         // 会话名称
  context: {
    used_tokens: number
    total_tokens: number
    usage_percentage: number                    // token 使用百分比
    cache_percentage: number
  }
  permission_mode: string                       // 权限模式
  rate_limits: {
    five_hour?: { used_percentage: number; resets_at: string }
    seven_day?: { used_percentage: number; resets_at: string }
  }
  vim_mode?: string                             // Vim 模式
  // ...
}

用户可以通过 Hook（statusLine 钩子）注入自定义脚本来生成状态栏内容：

# .claude/settings.json
{
  "hooks": {
    "StatusLine": [
      {
        "command": "~/my-status.sh"  # 自定义脚本输出状态栏文字
      }
    ]
  }
}

Claude Code 将上述数据作为 JSON 传给钩子脚本，脚本输出的文字直接渲染到状态栏。这让每个团队都能定制自己的状态栏信息。

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6.15 文字选中与复制

在终端全屏模式下，Claude Code 实现了完整的鼠标文字选中功能（selection.ts）：

操作支持：
  单击拖拽    → 字符级选择
  双击        → 词级选择
  三击        → 行级选择
  Shift+点击  → 扩展选择
  Ctrl+C      → 复制选中文字到剪贴板
  /search     → 高亮搜索匹配词（支持跨消息搜索）

选中状态机：

type SelectionState = {
  anchor: Point | null      // 拖拽起始点
  focus: Point | null       // 当前拖拽位置
  isDragging: boolean

  // 滚动超出视口时的文字积累器
  // （屏幕缓冲区只保存当前视口，滚出去的文字单独存）
  scrolledOffAbove: string[]
  scrolledOffBelow: string[]
  scrolledOffAboveSW: boolean[]  // soft-wrap 标记，用于还原真实换行
}

跨帧选中：选中状态由 Ink 实例持有，在每帧渲染后通过 applySelectionOverlay 在屏幕缓冲区上叠加反色高亮。选中逻辑在 Ink 类中而非 React 组件中，因为它需要直接操作屏幕缓冲区。

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6.16 Alt-Screen 模式与 Main-Screen 模式

Claude Code 支持两种渲染模式：

Alt-Screen（全屏模式）              Main-Screen（普通滚动模式）
──────────────────────              ────────────────────────────
类似 vim/less 的全屏界面             传统终端滚动
ESC ENTER_ALT_SCREEN                输出追加在上一行后
ESC EXIT_ALT_SCREEN 恢复              光标始终在底部
支持鼠标追踪                         不支持鼠标追踪
支持文字选中                         不支持跨屏幕选中
DECSTBM 滚动优化                     log-update 差量更新

选择哪种模式由 isFullscreenEnvEnabled() 决定，可通过环境变量 CLAUDE_FULLSCREEN=true 强制启用。

Alt-Screen 进入/退出序列：

// 进入全屏
ENTER_ALT_SCREEN = '\x1b[?1049h'  // 保存光标位置，切换到备用屏幕缓冲
ENABLE_MOUSE_TRACKING = ...        // 开启鼠标报告模式（用于点击/拖拽）

// 退出全屏（Ctrl+C 或 /exit）
DISABLE_MOUSE_TRACKING = ...
EXIT_ALT_SCREEN = '\x1b[?1049l'   // 恢复原始屏幕缓冲和光标位置

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6.17 主题系统（Theme）

Claude Code 使用 useTheme() hook 提供主题颜色：

// 通过 Ink 的 useTheme 获取颜色配置
const [theme] = useTheme()

// 组件中使用
<Text color={theme.permission}>Bash(npm test)</Text>
<Text color={theme.success}>✓ Done</Text>
<Text color={theme.error}>✗ Failed</Text>

主题支持明暗两种配色方案，根据终端背景色自动检测。HighlightedCode 的代码着色也会跟随主题。

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6.18 FPS 监控与性能优化

Claude Code 内置了 FPS 监控系统（FpsMetricsProvider）：

type FpsMetrics = {
  fps: number          // 当前帧率
  dropFrames: number   // 丢帧数
  // ...
}

帧时序拆分为 4 个阶段（通过 FrameEvent.phases 上报）：

renderer  → DOM 树 → Yoga 布局 → 屏幕缓冲区
diff      → 前后帧差异计算（最热路径）
optimize  → Patch 合并/去重
write     → 序列化 ANSI → stdout 写入

React Compiler 优化：所有组件源码都经过 React Compiler 编译，自动插入 _c(n)（memo cache）槽位，消除冗余的对象创建和组件重渲染。如 App.tsx 开头的：

import { c as _c } from "react/compiler-runtime"
export function App(t0) {
  const $ = _c(9)  // 9 个 memo 槽
  // ...
  if ($[0] !== children || $[1] !== initialState) {
    // 只在 props 变化时重建子树
    t1 = <AppStateProvider ...>{children}</AppStateProvider>
    $[0] = children
    $[1] = initialState
    $[2] = t1
  } else {
    t1 = $[2]  // 复用上次的结果
  }
}

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6.19 核心设计模式总结

通过对终端 UI 系统的全面分析，整理出 8 条核心工程模式：

#	模式	具体体现
1	声明式 UI	React 组件树，状态驱动界面更新
2	双缓冲渲染	frontFrame/backFrame，只输出差异
3	池化内存	CharPool/StylePool/HyperlinkPool，整数 ID 代替字符串
4	帧率限制	16ms 节流，避免 stdout 洪泛
5	虚拟滚动	只渲染可见消息，冻结屏外消息
6	分层缓存	Markdown 词法分析 LRU 缓存，Token 级别缓存
7	快速路径	无 Markdown 语法检测、ASCII 字符快速路径
8	可扩展 Hook	StatusLine 钩子让用户自定义状态栏

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6.20 核心文件速查表

文件	职责
src/ink/ink.tsx	Ink 主类：React 渲染生命周期、帧调度、事件处理
src/ink/reconciler.ts	React 协调器：虚拟 DOM → Ink DOM
src/ink/dom.ts	Ink DOM 节点定义与操作
src/ink/layout/yoga.ts	Yoga Flexbox 布局引擎封装
src/ink/renderer.ts	DOM 树 → 字符格子屏幕缓冲区
src/ink/screen.ts	屏幕缓冲区数据结构 + CharPool/StylePool
src/ink/log-update.ts	前后帧 Diff → Patch 序列
src/ink/optimizer.ts	Patch 合并/去重优化
src/ink/frame.ts	Frame 数据结构（screen + viewport + cursor）
src/ink/selection.ts	鼠标文字选中状态机
src/screens/REPL.tsx	主 REPL 界面（896KB 的核心屏幕）
src/components/App.tsx	顶层 Provider 包裹器
src/components/Messages.tsx	消息列表 + 虚拟滚动
src/components/Markdown.tsx	Markdown 渲染（hybrid 策略 + LRU 缓存）
src/components/HighlightedCode.tsx	语法高亮代码块
src/components/StatusLine.tsx	底部状态栏 + Hook 扩展点
src/components/Spinner/	思考动画组件族
src/ink/termio/	ANSI/CSI/OSC/SGR 终端协议实现