Phase v5-0 refactor: ENV統一・マクロ化・構造体最適化

- ENV initialization を sentinel パターンで統一
  - ENV_UNINIT/ENABLED/DISABLED 定数追加
  - __builtin_expect で初期化チェックを最適化
  - small_heap_v5_enabled/class_mask を統一パターンに変更

- ポインタマクロ化（O(1) segment/page 計算）
  - SMALL_SEGMENT_V5_BASE_FROM_PTR: ptr から segment base を mask で計算
  - SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_IDX: segment 内の page_idx を shift で計算
  - SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_META: page_meta への O(1) access（bounds check付き）
  - SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_MAGIC: magic 検証
  - SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_PTR: Fail-Fast validation pipeline

- SmallClassHeapV5 に partial_count 追加
  - partial ページリストのカウンタを追加（refill/retire 最適化用）

- SmallPageMetaV5 の field 再配置（L1 cache 最適化）
  - hot fields (free_list, used, capacity) を先頭に集約
  - metadata (class_idx, flags, page_idx, segment) を後方配置
  - total 24B、offset コメント追加

- route priority ENV 追加
  - HAKMEM_ROUTE_PRIORITY={v4|v5|auto}（default: v4）
  - enum small_route_priority 定義
  - small_route_priority() 関数追加

- segment_size override ENV 追加
  - HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_SEGMENT_SIZE（default: 2MiB）
  - power of 2 & >= 64KiB validation

挙動: 完全不変（v5 route は呼ばれない、ENV default OFF）
テスト: Mixed 16–1024B で 43.0–43.8M ops/s（変化なし）、SEGV/assert なし

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CURRENT_TASK.md

@@ -114,16 +114,17 @@
      - Mixed 16–1024B: v4 ON で SEGV なし（小幅回帰許容）
    - **方針**: C6 v4 は研究箱として**安定化完了**。本線には載せない（既存 mid/pool v1 を使用）。
 
-4. **Phase v5-0（SmallObject v5 設計・型/IF スケルトン）** ✅ 完了
+4. **Phase v5-0（SmallObject v5 refactor: ENV統一・マクロ化・構造体最適化）** ✅ 完了
-   - **内容**: v5 の型定義・インターフェース・ENV ゲートのみ追加（機能は完全 OFF）
+   - **内容**: v5 基盤の改善・最適化（挙動は完全不変）
-   - **ファイル**:
+   - **改善項目**:
-     - `docs/analysis/SMALLOBJECT_V5_DESIGN.md` - v5 設計ドキュメント
+     - ENV initialization を sentinel パターンで統一（ENV_UNINIT/ENABLED/DISABLED + `__builtin_expect`）
-     - `core/box/smallobject_hotbox_v5_box.h` - HotBox v5 型
+     - ポインタマクロ化: `BASE_FROM_PTR`, `PAGE_IDX`, `PAGE_META`, `VALIDATE_MAGIC`, `VALIDATE_PTR`
-     - `core/box/smallsegment_v5_box.h` - Segment v5 型
+     - SmallClassHeapV5 に `partial_count` 追加
-     - `core/box/smallobject_cold_iface_v5.h` - ColdIface v5 IF
+     - SmallPageMetaV5 の field 再配置（hot fields 先頭集約 → L1 cache 最適化, 24B）
-     - `core/box/smallobject_v5_env_box.h` - ENV ゲート
+     - route priority ENV 追加: `HAKMEM_ROUTE_PRIORITY={v4|v5|auto}`
-     - `core/smallobject_hotbox_v5.c` - 実装 stub（fallback）
+     - segment_size override ENV 追加: `HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_SEGMENT_SIZE`
    - **挙動**: 完全不変（v5 route は呼ばれない、ENV デフォルト OFF）
+   - **テスト**: Mixed 16–1024B で 43.0–43.8M ops/s（変化なし）、SEGV/assert なし
    - **目標**: v5-1 で C6-only stub → v5-2 で本実装 → v5-3 で Mixed に段階昇格
 
 ---

core/box/smallobject_hotbox_v5_box.h

@@ -10,21 +10,26 @@
 #define NUM_SMALL_CLASSES_V5 8  // C0–C7
 
 // SmallPageMetaV5: v5 ページメタデータ
+// Hot fields (alloc/free 頻繁アクセス) を先頭に集約（L1 cache 最適化）
 typedef struct SmallPageMetaV5 {
-    void*     free_list;      // フリーリスト先頭
+    // Hot fields (alloc/free 頻繁アクセス)
-    uint16_t  used;           // 使用中ブロック数
+    void*     free_list;      // フリーリスト先頭 (offset 0)
-    uint16_t  capacity;       // このページの総容量
+    uint16_t  used;           // 使用中ブロック数 (offset 8)
-    uint8_t   class_idx;      // size class index
+    uint16_t  capacity;       // このページの総容量 (offset 10)
-    uint8_t   flags;          // reserved
+
-    uint16_t  page_idx;       // segment 内でのページインデックス
+    // Metadata（初期化時のみ）
-    void*     segment;        // SmallSegmentV5* への backpointer
+    uint8_t   class_idx;      // size class index (offset 12)
-} SmallPageMetaV5;
+    uint8_t   flags;          // reserved (offset 13)
+    uint16_t  page_idx;       // segment 内でのページインデックス (offset 14)
+    void*     segment;        // SmallSegmentV5* への backpointer (offset 16)
+} SmallPageMetaV5;  // total 24B
 
 // SmallClassHeapV5: サイズクラス毎のホットヒープ状態
 typedef struct SmallClassHeapV5 {
     SmallPageMetaV5* current;      // 現在のページ（alloc 中）
     SmallPageMetaV5* partial_head; // partial ページリスト
     SmallPageMetaV5* full_head;    // full ページリスト
+    uint32_t         partial_count; // partial ページ数
 } SmallClassHeapV5;
 
 // SmallHeapCtxV5: per-thread ホットヒープコンテキスト

core/box/smallobject_v5_env_box.h

@@ -7,29 +7,42 @@
 
 #include <stdlib.h>
 #include <string.h>
+#include <stdint.h>
+
+// ENV sentinel values
+#define ENV_UNINIT   (-1)
+#define ENV_ENABLED  (1)
+#define ENV_DISABLED (0)
+
+// route priority enum
+enum small_route_priority {
+    ROUTE_PRIORITY_V4   = 0,
+    ROUTE_PRIORITY_V5   = 1,
+    ROUTE_PRIORITY_AUTO = 2,
+};
 
 // small_heap_v5_enabled() - グローバル v5 enable check
 static inline int small_heap_v5_enabled(void) {
-    static int g_enabled = -1;
+    static int g_enabled = ENV_UNINIT;
-    if (g_enabled == -1) {
+    if (__builtin_expect(g_enabled == ENV_UNINIT, 0)) {
         const char* e = getenv("HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_ENABLED");
-        g_enabled = (e && *e && *e != '0') ? 1 : 0;
+        g_enabled = (e && *e && *e != '0') ? ENV_ENABLED : ENV_DISABLED;
     }
-    return g_enabled;
+    return (g_enabled == ENV_ENABLED);
 }
 
 // small_heap_v5_class_mask() - v5 対象クラスのビットマスク
 static inline uint32_t small_heap_v5_class_mask(void) {
-    static uint32_t g_mask = (uint32_t)-1;  // sentinel
+    static int g_mask = ENV_UNINIT;  // sentinel
-    if (g_mask == (uint32_t)-1) {
+    if (__builtin_expect(g_mask == ENV_UNINIT, 0)) {
         const char* e = getenv("HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_CLASSES");
         if (e && *e) {
-            g_mask = (uint32_t)strtoul(e, NULL, 0);
+            g_mask = (int)strtoul(e, NULL, 0);
         } else {
             g_mask = 0x0;  // default: OFF
         }
     }
-    return g_mask;
+    return (uint32_t)g_mask;
 }
 
 // small_heap_v5_class_enabled() - 指定クラスが v5 有効か
@@ -53,4 +66,46 @@ static inline int small_heap_v5_c7_enabled(void) {
     return small_heap_v5_class_enabled(7);
 }
 
+// small_route_priority() - route priority (v4/v5/auto)
+// ENV: HAKMEM_ROUTE_PRIORITY={v4|v5|auto}, default: v4
+static inline int small_route_priority(void) {
+    static int g_priority = ENV_UNINIT;
+    if (__builtin_expect(g_priority == ENV_UNINIT, 0)) {
+        const char* e = getenv("HAKMEM_ROUTE_PRIORITY");
+        if (e && *e) {
+            if (strcmp(e, "v5") == 0) {
+                g_priority = ROUTE_PRIORITY_V5;
+            } else if (strcmp(e, "auto") == 0) {
+                g_priority = ROUTE_PRIORITY_AUTO;
+            } else {
+                g_priority = ROUTE_PRIORITY_V4;  // default or "v4"
+            }
+        } else {
+            g_priority = ROUTE_PRIORITY_V4;  // default
+        }
+    }
+    return g_priority;
+}
+
+// small_heap_v5_segment_size() - segment size override
+// ENV: HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_SEGMENT_SIZE, default: 2MiB (2*1024*1024)
+static inline size_t small_heap_v5_segment_size(void) {
+    static int g_size = ENV_UNINIT;
+    if (__builtin_expect(g_size == ENV_UNINIT, 0)) {
+        const char* e = getenv("HAKMEM_SMALL_HEAP_V5_SEGMENT_SIZE");
+        if (e && *e) {
+            size_t sz = (size_t)strtoul(e, NULL, 0);
+            // validate: must be power of 2, >= 64KiB
+            if (sz >= (64 * 1024) && (sz & (sz - 1)) == 0) {
+                g_size = (int)sz;
+            } else {
+                g_size = (2 * 1024 * 1024);  // fallback to default
+            }
+        } else {
+            g_size = (2 * 1024 * 1024);  // default: 2MiB
+        }
+    }
+    return (size_t)g_size;
+}
+
 #endif // HAKMEM_SMALLOBJECT_V5_ENV_BOX_H

core/box/smallsegment_v5_box.h

@@ -14,6 +14,48 @@
 #define SMALL_SEGMENT_V5_MAGIC      0xDEADBEEF
 #define SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_SHIFT 16                   // log2(64KiB)
 
+// ポインタマクロ - O(1) segment/page 計算
+
+// SMALL_SEGMENT_V5_BASE_FROM_PTR(ptr) - ptr から segment base を mask で計算
+#define SMALL_SEGMENT_V5_BASE_FROM_PTR(ptr) \
+    ((SmallSegmentV5*)((uintptr_t)(ptr) & ~(SMALL_SEGMENT_V5_SIZE - 1)))
+
+// SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_IDX(seg, ptr) - segment 内の page_idx を shift で計算
+#define SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_IDX(seg, ptr) \
+    (((uintptr_t)(ptr) - (uintptr_t)(seg)->base) >> SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_SHIFT)
+
+// SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_META(seg, ptr) - page_meta への O(1) access（bounds check付き）
+#define SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_META(seg, ptr) \
+    ({  \
+        SmallSegmentV5* _seg = (seg); \
+        if (__builtin_expect(!_seg, 0)) { \
+            (SmallPageMetaV5*)NULL; \
+        } else { \
+            size_t _idx = SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_IDX(_seg, (ptr)); \
+            (__builtin_expect(_idx < _seg->num_pages, 1)) ? \
+                &_seg->page_meta[_idx] : (SmallPageMetaV5*)NULL; \
+        } \
+    })
+
+// SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_MAGIC(seg) - magic 検証
+#define SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_MAGIC(seg) \
+    (__builtin_expect((seg) && (seg)->magic == SMALL_SEGMENT_V5_MAGIC, 1))
+
+// SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_PTR(ptr) - Fail-Fast validation pipeline
+// ptr が valid な v5 segment 内にあるかを検証
+#define SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_PTR(ptr) \
+    ({  \
+        int _valid = 0; \
+        if (__builtin_expect((ptr) != NULL, 1)) { \
+            SmallSegmentV5* _seg = SMALL_SEGMENT_V5_BASE_FROM_PTR(ptr); \
+            if (SMALL_SEGMENT_V5_VALIDATE_MAGIC(_seg)) { \
+                size_t _idx = SMALL_SEGMENT_V5_PAGE_IDX(_seg, (ptr)); \
+                _valid = (_idx < _seg->num_pages); \
+            } \
+        } \
+        _valid; \
+    })
+
 // SmallSegmentV5: セグメント構造体
 typedef struct SmallSegmentV5 {
     uintptr_t        base;           // セグメント先頭アドレス