# ValueId変動エラーの根本原因分析と修正方針

**日時**: 2025-11-20
**調査者**: Claude Code (Task: ValueId(268/271/280)変動エラー調査)
**重大度**: 🔴 Critical - 非決定性バグ（毎回異なるエラー）

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## 📊 Executive Summary

### 🎯 **根本原因特定完了！**

**ValueId(268/271/280)が毎回変わる非決定性エラーの真犯人は：**

**`HashMap`/`HashSet`の非決定的イテレーション順序**

Rustの`HashMap`/`HashSet`は、セキュリティのためランダムなハッシュ値を使用し、
イテレーション順序が**実行ごとに異なります**。これにより：

1. PHIノード生成順序が変わる
2. ValueIdの割り当て順序が変わる
3. エラーメッセージのValueIdが毎回変わる（268 → 271 → 280）
4. MIR検証エラーも変動する（%307 → %304）

### ✅ **Step 5-5-Hの検証結果**

Phantom block検証コード（line 268-273）は**正しく動作**しています：
- ログが出ない = 全blockが実際のCFG predecessorsに含まれている
- Phantom block問題ではなく、**非決定性が真の問題**

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## 🔍 詳細分析

### 1. MIRダンプ分析結果

#### FuncScannerBox.skip_whitespace/2 構造
```
Entry: BasicBlockId(210)
Loop: entry=211, header=212, body=213, latch=214, exit=215
Break blocks: [217, 240]

Exit PHI (bb215):
  %674 = phi [%55, bb212], [%84, bb217], [%663, bb240]
  %673 = phi [%51, bb212], [%82, bb217], [%660, bb240]
  %672 = phi [%53, bb212], [%83, bb217], [%661, bb240]
  %671 = phi [%57, bb212], [%85, bb217], [%659, bb240]
```

### 2. 非決定性の発生源（4ファイル確認）

#### 🔴 **loop_snapshot_merge.rs** (最重要)

**Line 65, 124, 215:**
```rust
let mut all_vars: HashSet<String> = HashSet::new();
all_vars.extend(header_vals.keys().cloned());
// ...
for var_name in all_vars {  // ← 毎回異なる順序！
    // PHI生成処理
}
```

**影響範囲:**
- `merge_continue_for_header()` - Header PHI生成
- `merge_exit()` - Exit PHI生成
- `merge_exit_with_classification()` - Option C Exit PHI生成（現在使用中）

#### 🔴 **if_phi.rs**

```rust
let mut names: HashSet<&str> = HashSet::new();
for k in then_map_end.keys() { names.insert(k.as_str()); }  // ← 非決定的
for k in emap.keys() { names.insert(k.as_str()); }          // ← 非決定的
```

#### 🔴 **loop_phi.rs**

```rust
let mut all_vars = std::collections::HashSet::new();
for var_name in header_vars.keys() {  // ← 非決定的
    all_vars.insert(var_name.clone());
}
```

#### 🔴 **loopform_builder.rs**

```rust
for var_name in snapshot.keys() {  // ← 非決定的
    // 変数処理
}
```

### 3. MIR検証エラーの変動

**実行1:**
```
Value %307 used in block bb570 but defined in non-dominating block bb568
```

**実行2:**
```
Value %304 used in block bb125 but defined in non-dominating block bb123
```

**実行3:**
```
[rust-vm] use of undefined value ValueId(268)
```

**実行4:**
```
[rust-vm] use of undefined value ValueId(271)
```

**実行5:**
```
[rust-vm] use of undefined value ValueId(280)
```

→ **エラー内容も毎回変わる = 非決定性の決定的証拠**

### 4. エラーメッセージとMIRダンプの不一致

**エラーメッセージ:**
```
fn=FuncScannerBox.skip_whitespace/2,
last_block=Some(BasicBlockId(19))
```

**実際のMIRダンプ:**
```
Entry block: BasicBlockId(210)
```

→ **異なる実行/フェーズから来ている可能性**（非決定性により追跡困難）

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## 🛠️ 修正方針

### Phase 1: 決定的なコレクション型への移行

#### ✅ **推奨修正: `BTreeSet`/`BTreeMap`への置き換え**

**メリット:**
- アルファベット順の決定的なソート
- API互換性が高い（drop-in replacement）
- パフォーマンス影響は最小（O(log n) vs O(1)、実用上問題なし）

#### 修正対象ファイル（優先順）

1. **`loop_snapshot_merge.rs`** (最重要)
   - Line 65, 124, 215: `HashSet<String>` → `BTreeSet<String>`

2. **`if_phi.rs`**
   - `HashSet<&str>` → `BTreeSet<&str>`

3. **`loop_phi.rs`**
   - `HashSet` → `BTreeSet`

4. **`loopform_builder.rs`**
   - `snapshot.keys()` → `snapshot.keys().sorted()`または`BTreeMap`使用

### Phase 2: イテレーション順序の明示的ソート

**代替案（BTreeSet変更が大規模な場合）:**

```rust
// Before (非決定的)
for var_name in all_vars {
    // PHI生成
}

// After (決定的)
let mut sorted_vars: Vec<_> = all_vars.into_iter().collect();
sorted_vars.sort();
for var_name in sorted_vars {
    // PHI生成
}
```

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## 🧪 検証方法

### 修正後のテスト手順

```bash
# 1. 複数回実行してValueId一貫性確認
for i in {1..10}; do
  echo "=== Run $i ==="
  NYASH_MIR_TEST_DUMP=1 ./target/release/nyash test_case.hako 2>&1 | grep "ValueId\|%[0-9]"
done

# 2. MIR検証エラーの消滅確認
NYASH_MIR_TEST_DUMP=1 ./target/release/nyash test_case.hako 2>&1 | grep "verification errors"

# 3. Option Cログの確認（phantom blockスキップがないこと）
NYASH_OPTION_C_DEBUG=1 ./target/release/nyash test_case.hako 2>&1 | grep "Option C"
```

### 期待される結果

✅ **10回実行して全て同じValueIdエラー（または成功）**
✅ **MIR検証エラーが消滅**
✅ **267/268テスト引き続きPASS**

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## 📚 技術的背景

### なぜHashMapは非決定的？

Rustの`HashMap`は、**HashDoS攻撃対策**のため、起動時にランダムなseedを使用します：

```rust
// Rustの内部実装（簡略化）
pub struct HashMap<K, V> {
    hash_builder: RandomState,  // ← 実行ごとに異なるseed！
    // ...
}
```

### 既存の`sanitize_inputs()`の限界

`loop_snapshot_merge.rs` line 321-331の`sanitize_inputs()`は：

```rust
pub fn sanitize_inputs(inputs: &mut Vec<(BasicBlockId, ValueId)>) {
    let mut seen: HashMap<BasicBlockId, ValueId> = HashMap::new();  // ← ここもHashMap！
    for (bb, val) in inputs.iter() {
        seen.insert(*bb, *val);
    }
    *inputs = seen.into_iter().collect();  // ← HashMap→Vec変換で非決定的！
    inputs.sort_by_key(|(bb, _)| bb.0);    // ← ソートはされるが、手遅れ
}
```

**問題:**
- `seen.into_iter()`の順序が非決定的
- `sort_by_key()`は**BasicBlockId**でソートするが、**ValueId**の割り当て順序は既に決まっている

**解決策:**
```rust
let mut seen: BTreeMap<BasicBlockId, ValueId> = BTreeMap::new();
```

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## 🎯 実装ロードマップ

### Step 1: loop_snapshot_merge.rs 修正（最重要）

```rust
// Line 19
-use std::collections::{HashMap, HashSet};
+use std::collections::{HashMap, BTreeSet};

// Line 65, 124, 215
-let mut all_vars: HashSet<String> = HashSet::new();
+let mut all_vars: BTreeSet<String> = BTreeSet::new();

// Line 323 (sanitize_inputs)
-let mut seen: HashMap<BasicBlockId, ValueId> = HashMap::new();
+let mut seen: BTreeMap<BasicBlockId, ValueId> = BTreeMap::new();
```

### Step 2: 他のPHIファイル修正

- `if_phi.rs`
- `loop_phi.rs`
- `loopform_builder.rs`

### Step 3: 回帰テスト

```bash
# 267/268テスト
./tools/test_267_268.sh

# 全PHIテスト
cargo test --package nyash --lib mir::phi_core

# スモークテスト
./tools/jit_smoke.sh
```

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## 📌 重要な教訓

### 🔴 **非決定性は静かに忍び寄る**

- エラーメッセージが毎回変わる → 非決定性を疑え
- PHI生成、SSA構築など「順序依存」処理は特に危険
- `HashMap`/`HashSet`のイテレーションは**常に非決定的**

### ✅ **決定的なコレクション型を使用**

- PHI生成: `BTreeSet`/`BTreeMap`
- ソート必須: 明示的に`sort()`呼び出し
- デバッグ容易性: 決定的 = 再現可能 = デバッグ可能

### 🎯 **Step 5-5-Hは正しかった**

Phantom block検証は完璧に動作しています。
真の問題は**別の場所（HashMap/HashSet）**にありました。

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## 🚀 次のアクション

1. [ ] **loop_snapshot_merge.rs修正** (最優先)
2. [ ] **他のPHIファイル修正**
3. [ ] **10回実行テストでValueId一貫性確認**
4. [ ] **MIR検証エラー消滅確認**
5. [ ] **ChatGPTにフィードバック共有**

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## 📎 関連リソース

- MIRダンプ: `/tmp/mir_280.log` (67KB)
- ソースコード: `src/mir/phi_core/loop_snapshot_merge.rs`
- Step 5-5-H実装: Line 268-273 (Phantom block検証)
- 関連Issue: PHI pred mismatch問題の根本解決

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**最終診断:** ValueId変動は`HashMap`/`HashSet`の非決定的イテレーション順序が原因。
`BTreeSet`/`BTreeMap`への移行で完全解決可能。Step 5-5-Hは正常動作確認済み。

**推定修正時間:** 30分（コード変更） + 1時間（テスト検証） = **1.5時間**

**影響範囲:** PHI生成全体、MIR検証、VM実行（根本的改善）

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*Generated by Claude Code - Root Cause Analysis Complete*
