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# Phase 8.5: MIR 25命令完全仕様実装（ ）
## 🎯 Issue概要
**最終決定** : AI大会議（ ）
**仕様確定** : ChatGPT5先生が「化け物に伸びる余白」と「実装の現実」のちょうど真ん中として設計した、**Nyashのコア価値（ ＋ ＋ ＋ ）
## 📋 確定版: MIR 25命令完全仕様
### **Tier-0: 普遍コア（ ）
```mir
（ ）
BinOp // 二項演算（ ）
Compare // 比較演算（ ）
Branch // 条件分岐（ ）
Jump // 無条件ジャンプ（ ）
Phi // SSA phi関数（ ）
Call // 外部関数呼び出し（ ）
Return // 関数戻り（ ）
```
**効果** : 将来のJIT/AOT/WASMすべてで必須の基盤
### **Tier-1: Nyashセマンティクス（ ）
```mir
（ ノ ）
BoxFieldLoad // Boxのフィールド読み（ ）
BoxFieldStore // Boxのフィールド書き（ ）
BoxCall // Boxのメソッド呼び出し（ ）
Safepoint // 分割finiや割込み許可ポイント（ ）
RefGet // 参照（強/弱を問わず） （ ）
RefSet // 参照の差し替え（ ） （ ）
WeakNew // weak ハンドル生成（ ） （ ）
WeakLoad // weak から生存チェック付きで強参照取得（ ） （ ）
WeakCheck // weak の生存確認（ ） （ ）
Send // Bus送信（ ）
Recv // Bus受信（ ）
```
**革命的価値** : **所有森＋ ＋ が言語一次市民として表現可能
### **Tier-2: 実装補助・最適化友好（ ）
```mir
（ ） （ ）
Adopt // 所有移管: this が子を強所有に取り込む（ ）
Release // 強所有を解除（ ） （ ）
MemCopy // 小さなメモリ移動（構造体/配列最適化フック） （ ）
AtomicFence // 並行時の順序保証（ ） （ ）
```
**位置づけ** : 言語仕様の裏方。無くても表現可能だが、**性能・安全検査・移植性**が安定
## 🔧 効果（ ）
### 効果分類と最適化ルール
```rust
pub enum Effect {
Pure , // 再順序化OK、CSE/LICM可能
Mut , // 同一Box/同一Fieldで依存保持
Io , // 再順序化禁止、副作用あり
Control , // 制御フロー変更
}
```
### 命令別効果定義
- **pure**: Const, BinOp, Compare, Phi, RefGet, WeakNew, WeakLoad, WeakCheck
- **mut**: BoxFieldStore, RefSet, Adopt, Release, MemCopy
- **io**: Send, Recv, Safepoint, AtomicFence
- **control**: Branch, Jump, Return, TailCall
- **context依存**: Call, BoxCall（ ）
## 🔍 検証（ ）
### 所有森検証ルール
```rust
// 1. 強参照のin-degree制約
fn verify_ownership_forest ( mir : & MirModule ) -> Result < (), VerifyError > {
for instruction in mir . instructions () {
match instruction {
NewBox { dst , .. } => verify_strong_indegree_one ( dst ) ? ,
Adopt { parent , child , .. } => verify_ownership_transfer ( parent , child ) ? ,
Release { ref_val , .. } => verify_release_safety ( ref_val ) ? ,
RefSet { target , new_ref , .. } => verify_refset_safety ( target , new_ref ) ? ,
_ => {}
}
}
}
// 2. 強循環禁止検証
fn verify_no_strong_cycles ( mir : & MirModule ) -> Result < (), VerifyError > {
// 強エッジのみ辿ってDAG（ ）
}
// 3. weak参照の決定的挙動
fn verify_weak_determinism ( mir : & MirModule ) -> Result < (), VerifyError > {
// WeakLoad/WeakCheckの失効時はnull/falseを返す（ ）
}
```
### 安全性検証項目
- [ ] **所有森** : `strong in-degree ≤ 1` （ ）
- [ ] **強循環禁止** : 強エッジのみ辿ってDAG（ ）
- [ ] **weak/強相互** : 双方向とも強 → エラー（ ）
- [ ] **RefSetの安全** : 強→強の差し替え時は旧所有元からのReleaseが伴うこと
- [ ] **WeakLoad/WeakCheck** : 失効時はnull/falseを返す（ ）
- [ ] **TailCall** : 末尾位置のみ可（ ）
- [ ] **Send/Recv** : at-least-once契約を満たすか、契約を明示
## 🚀 実装範囲・優先度
### Phase 8.5A: コア命令実装（最優先）
- [ ] **Tier-0完全実装** : 8命令の基盤確立
- [ ] **Tier-1 Box操作** : NewBox, BoxFieldLoad/Store, BoxCall
- [ ] **Tier-1 weak参照** : WeakNew, WeakLoad, WeakCheck
- [ ] **効果システム** : Effect注釈とVerifier基盤
### Phase 8.5B: 高度機能（重要）
- [ ] **所有移管** : Adopt, Release命令実装
- [ ] **最適化** : TailCall, MemCopy実装
- [ ] **並行制御** : AtomicFence実装
- [ ] **Bus操作** : Send, Recv統合
### Phase 8.5C: 検証・最適化（完成度）
- [ ] **Verifier完全実装** : 所有森・strong循環・安全性検証
- [ ] **バックエンド対応** : Interpreter/VM/WASM全対応
- [ ] **最適化パス** : pure再順序化・mut依存保持・io順序保証
## 🧪 代表的ロワリング実装例
### 1. look参照のロワリング
```nyash
local weak_ref = look parent.child
// MIRロワリング
%0 = WeakNew %parent_child_ref
%1 = WeakLoad %0 // 読み取り時に生存チェック
```
### 2. borrow{}ブロックのロワリング
```nyash
borrow parent.field {
use_field(parent.field)
}
// MIRロワリング
%0 = WeakNew %parent_field // ブロック先頭
%1 = WeakLoad %0
%2 = Call @use_field, %1
// ブロック末尾でハンドル破棄（ ）
```
### 3. Bus最適化（ ）
```nyash
send(data, local_receiver)
local result = recv(local_receiver)
// MIR最適化前
%0 = Send %data, %local_receiver
%1 = Recv %local_receiver
// MIR最適化後（
%0 = BoxFieldLoad %local_receiver, "buffer"
%1 = BoxFieldStore %local_receiver, "buffer", %data
// Send/Recv → 直接アクセスに縮退
```
## 🎯 バックエンド別実装指針
### Interpreter実装
```rust
// 25命令を素直に実装（ ）
match instruction {
MirInstruction ::NewBox { dst , box_type } => {
let box_val = create_box ( box_type );
self . set_value ( dst , box_val );
},
MirInstruction ::WeakCheck { dst , weak_ref } => {
let is_alive = self . check_weak_alive ( weak_ref );
self . set_value ( dst , Value ::Bool ( is_alive ));
},
MirInstruction ::TailCall { func , args } => {
self . prepare_tail_call ( func , args );
return TailCallResult ::Jump ;
},
// ... 他23命令
}
```
### VM実装
```rust
// Register-VM + direct-threading
// Send/Recvはローカル判定時にインライン化
impl VM {
fn execute_send ( & mut self , data : RegId , target : RegId ) {
if self . is_local_target ( target ) {
// ローカル最適化: 直接バッファ書き込み
self . local_buffer_write ( target , data );
} else {
// 通常のBus送信
self . bus_send ( data , target );
}
}
}
```
### WASM実装
```rust
// Send/Recvはhost import、MemCopyはmemory.copyに対応
fn compile_mem_copy ( & mut self , dst : WasmAddr , src : WasmAddr , size : u32 ) {
self . emit_wasm_instruction ( & WasmInstruction ::MemoryCopy {
dst_offset : dst ,
src_offset : src ,
size ,
});
}
fn compile_send ( & mut self , data : ValueId , target : ValueId ) {
// host importとして実装
self . emit_call_import ( "env.bus_send" , & [ data , target ]);
}
```
### JIT実装（ ）
```rust
// TailCall最適化、WeakLoadは世代タグでO(1)生存チェック
impl JITCompiler {
fn compile_weak_load ( & mut self , dst : RegId , weak_ref : RegId ) -> JITCode {
// 世代タグによる高速生存チェック
let generation_check = self . emit_generation_check ( weak_ref );
let load_value = self . emit_conditional_load ( weak_ref , generation_check );
self . emit_store_register ( dst , load_value )
}
}
```
## 🧪 テスト戦略
### 1. Golden MIR テスト
```bash
# 各サンプルのMIRダンプが全バックエンドで一致
./target/release/nyash --dump-mir test_golden_mir.nyash > golden.mir
./target/release/nyash --backend vm --dump-mir test_golden_mir.nyash > vm.mir
./target/release/nyash --backend wasm --dump-mir test_golden_mir.nyash > wasm.mir
diff golden.mir vm.mir && diff vm.mir wasm.mir
```
### 2. 行動一致テスト
```bash
# 同入力→同出力（ ）
./target/release/nyash --backend interpreter test_behavior.nyash > interp.out
./target/release/nyash --backend vm test_behavior.nyash > vm.out
./target/release/nyash --backend wasm test_behavior.nyash > wasm.out
diff interp.out vm.out && diff vm.out wasm.out
```
### 3. 性能スモークテスト
```bash
# 5種の代表ケースで性能継続検証
./target/release/nyash --benchmark add_loop.nyash
./target/release/nyash --benchmark map_getset.nyash
./target/release/nyash --benchmark alloc_free.nyash
./target/release/nyash --benchmark bus_local.nyash
./target/release/nyash --benchmark bus_actor.nyash
# 期待値: VMがinterp以上、WASMがVM以上
```
## ✅ 成功基準
### 必須基準（
- [ ] **25命令完全実装** : 全バックエンドで25命令サポート
- [ ] **効果システム動作** : pure/mut/io/control効果の正確な実装
- [ ] **Verifier動作** : 所有森・strong循環・安全性検証の動作確認
- [ ] **Golden MIRテスト** : 全テストケースでMIR一致
- [ ] **行動一致テスト** : 全バックエンドで出力一致
- [ ] **性能要件** : VM≥Interpreter、WASM≥VM
### 理想基準（長期価値）
- [ ] **最適化効果** : pure再順序化・CSE/LICM・Bus elision動作確認
- [ ] **所有森活用** : Adopt/Release/RefSetによる安全で効率的なメモリ管理
- [ ] **weak参照活用** : WeakCheck/WeakLoadによる軽量で安全な弱参照
- [ ] **JIT準備** : TailCall/MemCopyによる将来JIT最適化基盤
## 🤖 Copilot向け実装ガイド
### 実装順序推奨
1. **Tier-0基盤** : 8命令の確実な実装
2. **Box操作** : NewBox, BoxFieldLoad/Store（ ）
3. **weak参照** : WeakNew, WeakLoad, WeakCheck（ ）
4. **効果システム** : Effect注釈とVerifier統合
5. **高度機能** : Adopt/Release, TailCall等
6. **テスト** : Golden MIR・行動一致・性能検証
### 重要な設計原則
- **Everything is Box**: BoxFieldLoad/Storeで明確にBox中心設計
- **所有森**: strong in-degree ≤ 1を常時保証
- **決定的挙動**: WeakLoad/WeakCheckの失効時動作を一貫化
- **効果注釈**: 最適化パスの基盤となる正確な効果分類
### デバッグ支援
```bash
# MIR命令別実行トレース
./target/release/nyash --trace-mir-execution test.nyash
# 所有森検証
./target/release/nyash --verify-ownership-forest test.nyash
# 効果システム確認
./target/release/nyash --dump-mir-effects test.nyash
```
## 📊 期待される効果
### 技術的効果
- **所有森＋ ＋
- JIT/AOT最適化の強固な基盤確立
- バックエンド間の実装一貫性向上
### 開発効率向上
- 意味明確なMIRによるデバッグ性向上
- 最適化パス開発の大幅な容易化
- 長期保守コストの劇的削減
### パフォーマンス向上
- Bus elisionによる通信最適化
- pure命令の積極的再順序化
- TailCall/MemCopyによる実行効率化
---
**優先度** : Critical（
**担当** : Copilot + Claude協調実装
**仕様策定** : ChatGPT5 + AI大会議（ ）
**最終目標** : Nyashコア価値の完璧なIR化実現
Moe Charm