# GC切り替え可能な意味論的等価性 - 研究提案

作成日: 2025-08-27

## 研究テーマ

プログラミング言語において、ガベージコレクション（GC）の有効/無効を切り替えても、プログラムの動作が完全に同一となる「意味論的等価性」を保証する言語設計の研究。

## 研究背景

従来、プログラミング言語は以下の2つのカテゴリに分類される：

1. **GCあり言語**: Java, Go, Python等
   - 自動メモリ管理により開発が容易
   - 実行時オーバーヘッドが不可避

2. **GCなし言語**: C++, Rust等
   - 手動メモリ管理により高性能
   - 開発の複雑性が高い

この二分法を超えて、**同一のコードでGCあり/なしを切り替え可能**な第三の道を探求する。

## 研究目的

1. GC切り替え可能な言語の理論的基盤を確立
2. 意味論的等価性を保証する制約条件を明確化
3. 実用的な実装方法を提示
4. 開発効率と実行性能の両立を実証

## 主要概念

### 所有権森（Ownership Forest）

```
定義: オブジェクトグラフが以下の条件を満たすとき、所有権森と呼ぶ
1. 循環参照が存在しない（DAG性）
2. 各ノードが唯一の所有者を持つ（単一所有）
3. 解放順序が決定的である（決定性）
```

### 意味論的等価性

```
定義: プログラムPについて、以下が成立するとき意味論的等価という
∀input. execute_with_gc(P, input) = execute_without_gc(P, input)
```

## 研究計画

### Phase 1: 理論構築（3ヶ月）
- 形式的な言語モデルの定義
- 所有権森の数学的定式化
- 等価性証明の枠組み構築

### Phase 2: 実装（6ヶ月）
- Nyash言語での実装
- GC切り替え機構の開発
- リーク検出システムの構築

### Phase 3: 評価（3ヶ月）
- ベンチマークスイートの作成
- 性能評価実験
- 開発効率の測定

## 期待される成果

1. **学術的貢献**
   - 新しいメモリ管理パラダイムの提示
   - GCの役割に関する新しい視点
   - 形式的な等価性証明

2. **実用的貢献**
   - 開発時と本番時で異なる実行モード
   - メモリリークの早期発見
   - 性能とのトレードオフ解消

## 関連研究

- Region-based memory management
- Linear types and ownership
- Compile-time garbage collection
- Rust's ownership system

## 研究チーム

- 主研究者: [TBD]
- 共同研究者: Nyashプロジェクトチーム
- アドバイザー: [TBD]

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*この研究提案は随時更新されます*