claude-code-from-scratch

Claude Code From Scratch

一步步，从零手写一个 Claude Code

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📖 想深入了解原理？ 姊妹项目 How Claude Code Works — 12 篇专题，33 万字，从源码级别深度解析 Claude Code 架构

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⚖️ 声明 / Disclaimer：这是一个从零手写 Claude Code 的学习项目，照着 Claude Code 的公开可观察行为和通用 Agent 写法来做，不保证和 Claude Code 真实内部实现一致。"Claude Code" 是 Anthropic 的商标，本项目和 Anthropic 没有关联。

Claude Code 有几十万行代码，读不动？

本项目用 约 5000 行代码（TypeScript 和 Python 两个版本分别写），从零手写 Claude Code 的核心：Agent Loop、13 个工具（含并行执行 + 流式早期启动）、4 层上下文压缩、语义记忆召回、技能系统、多 Agent、MCP 集成。参照的是 Claude Code 的公开可观察行为，每一步都对着它讲清差异在哪。

这不是 demo，是一份分步教程——13 章内容，跟着动手写几千行代码，从零理解一个 Coding Agent 的工作原理。而且每个代码章都能一条命令跑起来、不用 API key（见下方「每章代码都能跑」一节）。读完你就理解了 coding agent 的核心运作机制，无需啃那几十万行代码。

📖 分步教程

13 章内容，分两个阶段——先构建一个可用的 Coding Agent，再逐步添加进阶能力。每章都贴能跑的真实代码 + 与 Claude Code 的架构对照：

章节	内容	架构对照视角
Phase 1: 构建一个可用的 Coding Agent
1. Agent Loop	核心循环：调用 LLM → 执行工具 → 重复	agent.ts ↔ query.ts
2. 工具系统	13 个工具 + mtime 防护 + 延迟加载	tools.ts ↔ Tool.ts + 66 工具
3. System Prompt	提示词工程 + @include 语法	prompt.ts ↔ prompts.ts
4. CLI 与会话	REPL、Ctrl+C、会话持久化	cli.ts ↔ cli.tsx
5. 流式输出	双后端 + 流式工具执行 + 并行执行	agent.ts ↔ api/claude.ts
6. 权限与安全	5 模式 + 声明式规则 + 危险检测	tools.ts ↔ permissions/ (52KB)
7. 上下文管理	4 层压缩 + 大结果持久化	agent.ts ↔ compact/
Phase 2: 进阶能力
8. 记忆系统	4 类型记忆 + 语义召回 + 异步预取	memory.ts ↔ memory.ts
9. 技能系统	技能发现 + inline/fork 双模式	skills.ts ↔ SkillTool/
10. Plan Mode	只读规划 + 4 选项审批工作流	agent.ts ↔ EnterPlanMode
11. 多 Agent	Sub-Agent fork-return 多 Agent 架构	subagent.ts ↔ AgentTool/
12. MCP 集成	JSON-RPC over stdio 连接外部工具	mcp.ts ↔ mcpClient.ts
13. 架构对比	完整对比 + 扩展方向	全局
14. 功能测试	22 项手动测试覆盖全部功能	test/

▶ 每章代码都能跑（无需 API key）

读代码最怕读不懂又跑不起来，改一行也不知道对不对。所以每个代码章都配了一份能单独跑的最小实现：一条命令、不用 API key，就能看它真的转起来。

node steps/run.mjs --list     # 列出所有能跑的章节
node steps/run.mjs 7          # 跑第 7 章：对话变长了，它把旧消息压成摘要
node steps/run.mjs 7 --diff   # 只看这一章比上一章多写的那几行
node steps/run.mjs 7 --py     # 换成 Python 版

看到的输出是真跑出来的（本地 mock 模型驱动，不联网），--diff 标出的正是这一章新增的代码。想拿自己的 prompt 连真模型试，加 --live 就行。每章的这段代码、文档里贴的代码块、跑出来的那段输出，全从同一份源码生成——不会出现"文档说的和代码对不上"。

🚀 快速开始

TypeScript 版

git clone https://github.com/Windy3f3f3f3f/claude-code-from-scratch.git
cd claude-code-from-scratch
npm install && npm run build

Python 版（需要 Python 3.11+，详细说明）

cd python
pip install -e .
mini-claude-py          # 命令行入口（避免与 TS 版 mini-claude 冲突）
python -m mini_claude   # 或用 python -m 方式运行

配置 API

支持两种后端，通过环境变量自动识别：（支持自定义base url）

方式一：Anthropic 格式（推荐）

export ANTHROPIC_API_KEY="sk-ant-xxx"
# 可选：使用代理
export ANTHROPIC_BASE_URL="https://aihubmix.com"

方式二：OpenAI 兼容格式

export OPENAI_API_KEY="sk-xxx"
export OPENAI_BASE_URL="https://api.openai.com/v1"

默认模型为 claude-opus-4-6，可通过环境变量或命令行参数自定义：

export MINI_CLAUDE_MODEL="claude-sonnet-4-6"    # 环境变量方式
npm start -- --model gpt-4o                      # 命令行方式（优先级更高）

运行

TypeScript 版

npm start                    # 交互式 REPL 模式（推荐）
npm start -- --resume        # 恢复上次会话继续对话
npm start -- --yolo          # 跳过安全确认（危险命令自动执行）
npm start -- --plan          # Plan 模式：只分析不修改
npm start -- --accept-edits  # 自动批准文件编辑
npm start -- --dont-ask      # CI 模式：需确认的操作自动拒绝
npm start -- --max-cost 0.50 # 费用限制（美元）
npm start -- --max-turns 20  # 轮次限制

Python 版

mini-claude-py               # 交互式 REPL 模式（推荐）
mini-claude-py --resume      # 恢复上次会话继续对话
mini-claude-py --yolo        # 跳过安全确认
mini-claude-py --plan        # Plan 模式：只分析不修改
mini-claude-py --accept-edits # 自动批准文件编辑
mini-claude-py --dont-ask    # CI 模式：需确认的操作自动拒绝
mini-claude-py --max-cost 0.50 # 费用限制（美元）
mini-claude-py --max-turns 20  # 轮次限制

全局安装后可在任意目录使用：

TypeScript 版

npm link                     # 全局安装
cd ~/your-project
mini-claude                  # 直接启动

Python 版

cd python
pip install -e .             # 全局安装（editable 模式）
cd ~/your-project
mini-claude-py               # 直接启动

REPL 命令

命令	功能
/clear	清空对话历史
/cost	显示累计 token 用量和费用估算
/compact	手动触发对话压缩
/memory	列出所有已保存的记忆
/skills	列出可用的技能
/<skill>	调用已注册的技能（如 /commit）

详见 CLI 与会话 和 功能测试

⚖️ 与 Claude Code 的对比

维度	Claude Code	Mini Claude Code
定位	生产级编程智能体	学习 / 最小可用实现
工具数量	66+ 内置工具	13 个工具（6 核心 + web_fetch + tool_search + skill + agent + plan mode）
工具执行	并发 + streaming 早期启动	并行执行 + streaming 早期启动
上下文管理	4 级压缩流水线	4 层压缩 + 大结果持久化（>30KB）
权限系统	7 层 + AST 分析	5 种模式 + 声明式规则 + 正则检测
编辑验证	14 步流水线	引号容错 + 唯一性 + mtime 防护 + diff 输出
记忆系统	4 类型 + 语义召回	4 类型 + 语义召回 + 异步预取
技能系统	6 源 + inline/fork	2 源 + inline/fork
多 Agent	Sub-Agent + Coordinator + Swarm	Sub-Agent（3 内置 + 自定义 Agent）
MCP 集成	mcpClient.ts + 动态工具发现	McpManager + JSON-RPC over stdio
预算控制	USD/轮次/abort 三维	USD + 轮次限制
代码量	50 万+ 行	~5500 行（TS）/ ~5000 行（Python）

⚡ 核心能力

• Agent 循环：自动调用工具、处理结果、持续迭代，直到任务完成
• 13 个工具：读写编辑文件（mtime 防护）、搜索、Shell、WebFetch、ToolSearch（延迟加载）、技能、子 Agent、Plan Mode
• 流式输出：逐字实时显示，Anthropic + OpenAI 双后端，streaming 工具早期执行
• 并行工具执行：只读工具（read_file、grep_search 等）自动并发，2-3x 加速
• 4 层上下文压缩：budget 截断 → stale snip → microcompact → auto-compact + 大结果持久化（>30KB 写磁盘）
• 权限系统：5 种模式 + .claude/settings.json 声明式 allow/deny 规则 + 16 个危险命令正则
• 记忆系统：4 类型记忆 + 语义召回（sideQuery 调模型选择相关记忆）+ 异步预取
• 技能系统：.claude/skills/ 目录加载，支持 inline 注入和 fork 子 Agent 两种执行模式
• 多 Agent：Sub-Agent fork-return 模式（3 内置类型 + .claude/agents/ 自定义类型）
• MCP 集成：JSON-RPC over stdio 连接外部工具服务器，动态工具发现与调用转发
• System Prompt：@include 语法递归引入、.claude/rules/ 自动加载、模板变量替换
• Extended Thinking：支持 Anthropic 扩展思考（--thinking），adaptive/enabled/disabled 三模式
• 预算控制：--max-cost 费用限制 + --max-turns 轮次限制，超限自动停止
• 会话持久化：自动保存对话，--resume 恢复上次会话
• 跨平台：Windows / macOS / Linux，自动检测 shell（PowerShell / bash / zsh）
• 错误恢复：API 限流/过载时指数退避 + 随机抖动重试（最多 3 次），Ctrl+C 优雅中断

📁 项目结构

src/                # TypeScript 版
├── agent.ts        # Agent 循环：流式、并行执行、4 层压缩、预算   (2169 行)
├── tools.ts        # 工具：13 工具 + mtime 防护 + 延迟加载       (884 行)
├── autonomy.ts     # 自治：/goal 评估器 + /loop + Auto Mode 分类器 (464 行)
├── cli.ts          # CLI 入口：参数解析、REPL、预算 flags         (416 行)
├── memory.ts       # 记忆系统：4 类型 + 语义召回 + 异步预取       (392 行)
├── mcp.ts          # MCP 客户端：JSON-RPC over stdio             (277 行)
├── prompt.ts       # System Prompt：@include + 模板 + 注入       (253 行)
├── ui.ts           # 终端输出：彩色显示、格式化、子 Agent 显示    (215 行)
├── subagent.ts     # 子 Agent：3 内置 + 自定义 Agent 发现         (199 行)
├── skills.ts       # 技能系统：目录发现 + inline/fork 双模式      (175 行)
├── session.ts      # 会话持久化：保存/恢复/列表                   (63 行)
├── frontmatter.ts  # 共享 YAML frontmatter 解析器                (41 行)
                                                    总计: ~5500 行

python/             # Python 版（功能一致）
├── mini_claude/
│   ├── agent.py, tools.py, autonomy.py, __main__.py, ui.py,
│   ├── prompt.py, session.py, memory.py, skills.py, subagent.py,
│   ├── mcp_client.py, frontmatter.py
│   └── system_prompt.md
└── pyproject.toml                                  总计: ~5000 行

steps/              # 每章可运行的最小实现（单一真源 → 生成快照）
├── canonical/{ts,py}   # 教学代码真源，#step 标记按章切片
├── run.mjs             # node steps/run.mjs <N> [--diff|--py|--live|--list]
└── build.mjs, test.mjs # 生成快照 + 零 key 验证每一步

🏗️ 架构图

用户输入
  │
  ▼
┌─────────────────────────────────────┐
│          Agent Loop                 │
│                                     │
│  消息历史 → API (流式) → 实时输出   │
│       ▲                   │         │
│       │              ┌────┴───┐     │
│       │              │文本输出│     │
│       │              │工具调用│     │
│       │              └────┬───┘     │
│       │                   │         │
│       │   ┌───────┐ ┌────▼───┐     │
│       │   │截断保护│←│工具执行│     │
│       │   └───────┘ └────┬───┘     │
│       │                   │         │
│       │   ┌───────────────▼───┐     │
│       └───│Token 追踪 + 压缩 │     │
│           └───────────────────┘     │
└─────────────────────────────────────┘
  │
  ▼
任务完成 → 自动保存会话

🔗 相关项目

• how-claude-code-works — Claude Code 源码架构深度解析（12 篇专题，33 万字）

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@Windy3f3f3f3f	@davidweidawang	Kaibo Huang

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