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# 🤖 Nyash MIR (Mid-level Intermediate Representation) - 統合リファレンス
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*26命令削減実装中・ChatGPT5仕様準拠 - 2025年8月17日版*
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## 🚨 **重要: MIR命令削減プロジェクト進行中**
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**現状**: 35命令実装（175%膨張）→ **目標**: 26命令（ChatGPT5仕様）
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**Gemini評価**: 削減戦略「極めて健全」「断行推奨」
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## 🎯 **MIR概要**
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Nyash MIRは、Everything is Box哲学を基盤とした中間表現です。現在35命令が実装され、インタープリター・VM・WASM・AOTの全バックエンドで統一された実行を実現します。
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### **🌟 主要特徴**
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- **Everything is Box**: 全データがBoxオブジェクトとして統一表現
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- **Effect System**: pure/mut/io/control効果による最適化基盤
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- **所有権管理**: 強参照森（ownership forest）+ weak参照システム
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- **非同期対応**: Future/Bus操作の言語レベル統合
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- **FFI/ABI統合**: ExternCall命令による外部API統一呼び出し
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## 🏗️ **命令分類 - 35命令全体系**
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### **Tier-0: コア演算 (8命令)**
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基本的な計算・制御フロー命令
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| 命令 | 形式 | 効果 | 説明 |
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| `Const` | `%dst = const value` | pure | 定数値生成 |
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| `BinOp` | `%dst = %lhs op %rhs` | pure | 二項演算（+,-,*,/等） |
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| `UnaryOp` | `%dst = op %operand` | pure | 単項演算（not, neg等） |
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| `Compare` | `%dst = %lhs cmp %rhs` | pure | 比較演算（==, !=, <等） |
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| `Branch` | `br %cond -> %then, %else` | control | 条件分岐 |
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| `Jump` | `jmp %target` | control | 無条件ジャンプ |
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| `Return` | `ret %value?` | control | 関数戻り |
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| `Phi` | `%dst = phi [%val1:%bb1, %val2:%bb2]` | pure | SSA φ関数 |
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### **Tier-1: メモリ・関数操作 (8命令)**
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メモリアクセス・関数呼び出し・型操作
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| 命令 | 形式 | 効果 | 説明 |
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| `Load` | `%dst = load %ptr` | pure | メモリ読み取り |
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| `Store` | `store %value -> %ptr` | mut | メモリ書き込み |
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| `Call` | `%dst = call %func(%args...)` | context | 関数呼び出し |
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| `BoxCall` | `%dst = %box.method(%args...)` | context | Boxメソッド呼び出し |
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| `NewBox` | `%dst = new_box "Type"(%args...)` | mut | Box生成 |
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| `TypeCheck` | `%dst = type_check %box "Type"` | pure | 型チェック |
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| `Cast` | `%dst = cast %value as Type` | pure | 型変換 |
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| `Copy` | `%dst = copy %src` | pure | 値コピー |
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### **Tier-2: 配列・デバッグ・制御 (7命令)**
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配列操作・デバッグ・例外処理
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| 命令 | 形式 | 効果 | 説明 |
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| `ArrayGet` | `%dst = %array[%index]` | pure | 配列要素取得 |
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| `ArraySet` | `%array[%index] = %value` | mut | 配列要素設定 |
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| `Debug` | `debug %value "message"` | io | デバッグ出力 |
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| `Print` | `print %value` | io | コンソール出力 |
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| `Nop` | `nop` | pure | 無操作 |
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| `Throw` | `throw %exception` | control | 例外発生 |
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| `Catch` | `catch %type -> %handler` | control | 例外捕捉 |
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### **Tier-3: 参照・非同期・外部API (12命令)**
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所有権管理・非同期処理・外部連携
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| 命令 | 形式 | 効果 | 説明 |
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| `Safepoint` | `safepoint` | io | セーフポイント |
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| `RefNew` | `%dst = ref_new %box` | pure | 参照生成 |
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| `RefGet` | `%dst = ref_get %ref.field` | pure | 参照経由読み取り |
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| `RefSet` | `ref_set %ref.field = %value` | mut | 参照経由書き込み |
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| `WeakNew` | `%dst = weak_new %box` | pure | weak参照生成 |
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| `WeakLoad` | `%dst = weak_load %weak_ref` | pure | weak参照読み取り |
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| `BarrierRead` | `barrier_read %ptr` | io | メモリバリア読み |
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| `BarrierWrite` | `barrier_write %ptr` | io | メモリバリア書き |
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| `FutureNew` | `%dst = future_new %value` | mut | Future生成 |
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| `FutureSet` | `future_set %future = %value` | mut | Future値設定 |
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| `Await` | `%dst = await %future` | io | Future待機 |
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| `ExternCall` | `%dst = extern_call iface.method(%args...)` | context | 外部API呼び出し |
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## 🎭 **Effect System - 4種類の効果**
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### **効果分類と最適化ルール**
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```rust
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pub enum Effect {
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Pure, // 再順序化可能、共通部分式除去可能
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Mut, // 同一リソースで順序保持必要
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Io, // 全順序保持必要（副作用あり）
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Control, // 制御フロー変更
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}
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```
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### **効果別命令分類**
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#### **Pure命令 (15命令)**
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```
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Const, BinOp, UnaryOp, Compare, Phi, Load, TypeCheck, Cast, Copy,
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ArrayGet, Nop, RefNew, RefGet, WeakNew, WeakLoad
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```
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#### **Mut命令 (7命令)**
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```
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Store, NewBox, ArraySet, RefSet, FutureNew, FutureSet
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```
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#### **Io命令 (6命令)**
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```
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Debug, Print, Safepoint, BarrierRead, BarrierWrite, Await
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```
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#### **Control命令 (4命令)**
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```
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Branch, Jump, Return, Throw, Catch
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```
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#### **Context依存命令 (3命令)**
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```
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Call, BoxCall, ExternCall
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```
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*効果は呼び出し先に依存*
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## 🔧 **重要なMIR実装詳細**
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### **ExternCall命令 - FFI/ABI統合**
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```rust
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ExternCall {
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dst: Option<ValueId>,
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iface_name: String, // "env.console", "nyash.math"等
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method_name: String, // "log", "sqrt"等
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args: Vec<ValueId>,
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effects: EffectMask, // BID仕様から決定
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}
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```
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**用途**: ブラウザーAPI・ネイティブライブラリ・プラグインの統一呼び出し
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### **所有権管理システム**
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#### **強参照森（Ownership Forest）**
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- 各Boxは最大1つの強参照を持つ（in-degree ≤ 1）
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- 強参照による循環は禁止（DAG構造保証）
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- `NewBox`, `RefSet`で所有権移転
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#### **weak参照システム**
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- 所有権を持たない軽量参照
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- `WeakNew`で生成、`WeakLoad`で安全アクセス
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- 参照先削除時は自動的にnull化
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### **非同期処理 - Future操作**
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```mir
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%future = FutureNew %initial_value // Future生成
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FutureSet %future = %result // 結果設定
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%value = Await %future // 結果取得（ブロッキング）
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## 🚀 **バックエンド別対応状況**
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### **実装済みバックエンド**
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| バックエンド | 対応命令数 | 主要用途 | 特徴 |
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|-------------|-----------|----------|------|
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| **Interpreter** | 35/35 | デバッグ・開発 | 全命令完全対応 |
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| **VM** | 35/35 | 高速実行 | レジスタベース |
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| **WASM** | 30/35 | Web配布 | ExternCall→import対応 |
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| **AOT準備** | 計画中 | ネイティブ | LLVM IR生成予定 |
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### **バックエンド固有の最適化**
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#### **VM バックエンド**
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- レジスタベース実行
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- 局所最適化（ローカルBus elision）
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- 直接スレッド化
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#### **WASM バックエンド**
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- メモリ線形化（文字列は (ptr,len)）
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- ExternCall → import宣言自動生成
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- ホスト側JavaScript連携
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## 📊 **MIR最適化パス**
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### **Pure命令最適化**
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- **共通部分式除去 (CSE)**: 同一pure計算の除去
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- **不変コード移動 (LICM)**: ループ外移動
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- **定数畳み込み**: コンパイル時計算
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### **Effect-aware最適化**
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- **Mut順序保持**: 同一リソースアクセス順序維持
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- **Io順序保持**: 全Io命令の順序保証
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- **Bus elision**: ローカル通信の直接アクセス化
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## 🧪 **テスト・検証**
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### **MIR検証項目**
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- [ ] **所有権森検証**: strong in-degree ≤ 1
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- [ ] **強循環禁止**: 強参照のDAG構造保証
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- [ ] **weak参照安全性**: 失効時null化
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- [ ] **効果注釈正確性**: 各命令の効果分類
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- [ ] **型安全性**: Box型システム整合性
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### **バックエンド互換性テスト**
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```bash
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# 全バックエンドMIR一致テスト
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./target/release/nyash --dump-mir program.nyash > interpreter.mir
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./target/release/nyash --backend vm --dump-mir program.nyash > vm.mir
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./target/release/nyash --backend wasm --dump-mir program.nyash > wasm.mir
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diff interpreter.mir vm.mir && diff vm.mir wasm.mir
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## 🔮 **将来計画**
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### **Phase 10: AOT/JIT対応**
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- LLVM IR生成バックエンド
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- ExternCall → ネイティブ関数呼び出し
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- 高度な最適化パス統合
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### **Phase 11: MIR v2設計**
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- 命令数最適化（35 → 25命令目標）
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- BID統合（Box Interface Definition）
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- リソース所有権拡張（own<T>, borrow<T>）
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## 📚 **関連ドキュメント**
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- **FFI/ABI仕様**: `docs/説明書/reference/box-design/ffi-abi-specification.md`
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- **実装詳細**: `src/mir/instruction.rs`
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- **Phase計画**: `docs/予定/native-plan/copilot_issues.txt`
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**最終更新**: 2025年8月17日
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**実装ベース**: 35命令完全対応
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**次期計画**: BID統合プラグインシステム（Phase 9.75f-BID）
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