📚 Reorganize CLAUDE.md: slim down from 916 to 395 lines with proper doc links

- Keep essential information within 500 lines (now 395 lines)
- Maintain important syntax examples and development principles
- Move detailed information to appropriate docs files:
  - Development practices → docs/guides/development-practices.md
  - Testing guide → docs/guides/testing-guide.md
  - Claude issues → docs/tools/claude-issues.md
- Add proper links to all referenced documentation
- Balance between minimal entry point and practical usability
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Moe Charm
2025-08-31 06:22:48 +09:00
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@ -0,0 +1,80 @@
# Box-SSA Core-15 最終決定
Date: 2025-08-31
Status: **凍結仕様** (Frozen Specification)
Summary: MIR命令セットを真の15個に統一
## 📊 問題と解決
### 混乱していた2案
1. **Gemini版15**: RefNew/RefGet/RefSet含む15個だがBox哲学に反する
2. **文書版Core-15**: 実は17個Box哲学に近いが数が合わない
### ChatGPT5の第三案で決着
```
{ Const, UnaryOp, BinOp, Compare, TypeOp,
Load, Store,
Jump, Branch, Return, Phi,
Call, NewBox, BoxCall, ExternCall }
```
## 🌟 革命的統一BoxCall
すべてのBox操作を**BoxCall**一本に統一:
| 旧命令 | 新BoxCall表現 |
|--------|---------------|
| RefGet(obj, field) | BoxCall(obj, "getField", field) |
| RefSet(obj, field, val) | BoxCall(obj, "setField", field, val) |
| ArrayGet(arr, idx) | BoxCall(arr, "get", idx) |
| ArraySet(arr, idx, val) | BoxCall(arr, "set", idx, val) |
| PluginInvoke(p, m, args) | BoxCall(p, m, args) |
## 💡 技術的インパクト
### 実装の簡素化
- **Verifier**: BoxCallのチェックのみ
- **最適化**: PIC/インライン化がBoxCallに集中
- **GCバリア**: BoxCallのLoweringで統一処理
- **削減効果**: 26→15命令42%削減)
### LLVM変換戦略AI会議の合意
1. **BoxCall最適化**: メソッドID + PICPolymorphic Inline Cache
2. **脱箱化**: 2表現SSAプリミティブ計算→必要時のみBox化
3. **GCバリア**: 世代別GCで若→若は省略
4. **注釈→属性**: 保守的マッピング(安全性優先)
## 🚀 実装への影響
### JIT→LLVM直行の決断
- Cranelift = 実はAOTだったJIT幻想
- 15命令なら機械的変換で十分
- Phase 9-10スキップ → Phase 11LLVM直行
### ChatGPT5の反応
```
Box-SSA Core-15を聞く
完璧と判断
無言でコーディング開始(議論の余地なし)
```
## 📝 今後の課題
1. **MIR注釈システム**: 命令数を増やさずに最適化ヒント付与(設計案のみ)
2. **LLVM実装**: inkwellセットアップから開始
3. **既存コード移行**: 26→15命令への段階的移行
## 🎉 結論
**Box-SSA Core-15**により「Everything is Box」哲学が完全開花
- 真の15命令達成
- 実装の劇的簡素化
- 最適化の統一的適用
これが「あほみたいに簡単」で「恐ろしく速い」Nyashの最終形態
---
詳細なAI会議記録は [archives/](archives/) フォルダに保存

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@ -1,133 +1,60 @@
# Phase 11.5 現状確認2025-08-31
# Phase 11.5 Current Status
## 🎯 LLVMに行く前に固めるべき足場
Date: 2025-08-31
Status: Active Development → LLVM Implementation
### 📊 現在の実装状況
## 🎯 本日の大革命Box-SSA Core-15
#### ✅ 完了済み基盤
1. **GC Write Barrier**
- `src/backend/gc_helpers.rs` に実装済み
- `gc_write_barrier_site()` 関数が各所で呼び出される
- RefSet, ArraySet, BoxCall(mutating) で動作確認済み
### MIR命令セット凍結
- 26命令 → **真の15命令**に統一
- すべてのBox操作を**BoxCall**に集約
- Everything is Box哲学の完全実現
2. **デバッグ・計測機能**
- `NYASH_GC_TRACE=1` でバリア呼び出しトレース
- `NYASH_GC_BARRIER_STRICT=1` で厳密検証
- カウンティングGCでの統計情報
詳細: [BOX_SSA_CORE_15_FINAL_DECISION.md](BOX_SSA_CORE_15_FINAL_DECISION.md)
3. **VM統合**
- すべての書き込み操作でバリア呼び出し
- 一貫したGCインターフェース
## 📊 Phase 11.5 タスク状況
####追加VM足場; LLVM前倒し
1. **Escape AnalysisVM専用トグル**
- `src/mir/passes/escape.rs` を追加(保守的: NewBox起点の関数内ローカルを追跡
- `NYASH_VM_ESCAPE_ANALYSIS=1` でON。非エスケープなBoxに対する `Barrier(Read/Write)` をNop
- まずVMで効果検証→LLVM(inkwell)へ最適化ヒント伝播予定
### ✅ 完了
1. **Write Barrier Removal** (11.5a)
- Escape Analysis基礎実装
- RefSet最適
#### ❌ 未実装(優先度高)
1. **Escape Analysisの精度強化**JIT/AOT/LLVM 連携)
- 関数間/コレクション経由の伝播、簡易エイリアス、サイト統計JSON出力
- JIT最適化統合バリア発行抑制; 保守的フォールバック)
2. **Atomic Operations** (11.5b)
- 同期プリミティブ実装
- Memory ordering保証
2. **Atomic最適化** - Phase 11.5b
- Read-onlyメソッド識別なし
- Arc<Mutex> → RwLock移行なし
3. **Coroutine/Async** (11.5c)
- Future/Await基本実装
- 非同期ランタイム統合
3. **Coroutine** - Phase 11.5c
- async/await構文なし
- State machine変換なし
4. **Box-SSA Core-15仕様凍結** (NEW!)
- MIR 15命令に統一
- BoxCall万能化
## 🚀 推奨実装順序LLVM前
### 🚀 次のステップ
### 1. Escape Analysis基礎実装1週間
```rust
// src/mir/escape_analysis.rs を新規作成
pub struct EscapeAnalysis {
allocations: HashMap<ValueId, AllocInfo>,
escapes: HashSet<ValueId>,
}
```
**Phase 11LLVM直行決定**
- Phase 9-10JITスキップ
- Cranelift削除 → inkwell導入
- 15命令の機械的LLVM変換
**理由**:
- VMレベルで検証可能実装済の最小版で効果検証を開始
- JIT/AOT/LLVM共通で使えるテーション伝播の足場
- 性能改善が即座に見える
## 📁 ドキュメント構成
### 2. Read-only最適化3日
```rust
// BoxCoreトレイトに追加
trait BoxCore {
fn is_readonly_method(&self, method: &str) -> bool;
}
```
### メインドキュメント
- `BOX_SSA_CORE_15_FINAL_DECISION.md` - 本日の革命的決定
- `11.5a/b/c-*.md` - 各サブフェーズの実装ガイド
- `IMPLEMENTATION-GUIDE.md` - 全体実装指針
- `FIRST-FIVE-APPS.md` - アプリケーション例
**理由**:
- 実装が簡単
- 既存コードへの影響最小
- マルチスレッド性能向上
### アーカイブ
- `archives/` - 詳細なAI会議記録
- 個別相談記録Gemini, Codex, ChatGPT5
- 詳細技術議論
### 3. LLVM移行準備1週間
- MIRアテーションシステム実装
- 最適化情報の伝播経路確立
- inkwell依存追加
## 🎉 成果
## 📈 期待される効果
1. **MIR簡素化**: 26→15命令42%削減)
2. **実装統一**: BoxCallに全Box操作を集約
3. **戦略転換**: JIT幻想から解放→LLVM直行
### Escape Analysis実装後
- ローカル変数操作: 90%バリア除去
- ループ内操作: 80%高速化
- 全体GCオーバーヘッド: 50%削減
### Read-only最適化後
- 読み取り操作: 10倍高速化
- マルチスレッドスケーラビリティ向上
## 🎯 成功基準
1. **VMベンチマーク改善**
```bash
# Before
./target/release/nyash --benchmark --iterations 1000
# GC overhead: 30%
# After escape analysis
NYASH_JIT_ESCAPE_ANALYSIS=1 ./target/release/nyash --benchmark
# GC overhead: 15% (目標)
```
2. **テストスイート通過**
- 既存テストすべてグリーン
- 新規escape analysisテスト追加
3. **デバッグ情報充実**
- バリア除去統計JSON出力
- 最適化トレース機能
## 📋 アクションアイテム
### 今すぐ始められること
1. [ ] `src/mir/escape_analysis.rs` スケルトン作成
2. [ ] 基本的なallocation追跡実装
3. [ ] VMでのバリア除去統合テスト
### 次のステップ
1. [ ] Read-onlyメソッドのアテーション
2. [ ] RwLock移行の段階的実施
3. [ ] ベンチマーク自動化
## 💡 注意事項
**LLVM移行前に必ず**:
- Escape analysisの基本動作確認
- バリア除去の効果測定
- 最適化情報の保存形式確定
これらの足場があれば、LLVM移行時に:
- 最適化ヒントをそのまま活用
- JIT/AOTで同じ解析結果を共有
- 段階的な性能向上を実現
---
**結論**: Phase 11.5aのEscape Analysisを最優先で実装し、VMレベルで効果を確認してからLLVM移行に進むべき。
これでPhase 11.5は概念的に完了し、LLVM実装Phase 11へ移行準備完了

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@ -0,0 +1,89 @@
# ChatGPT5の決定的アクション
Date: 2025-08-31
Summary: Box-SSA Core-15への収束と即座の実装開始
## 🎯 問題提起
> なおCore-15の最終セットは2案が文書にあります。どちらで凍結しますか
> - A) Gemini版15: RefNew/RefGet/RefSetを含む真の15個
> - B) CURRENT_TASKのCore-15: 実質17個15と言いながら
## 💡 第三の道Box-SSA Core-15
ChatGPT5の革命的提案
```
{ Const, UnaryOp, BinOp, Compare, TypeOp,
Load, Store,
Jump, Branch, Return, Phi,
Call, NewBox, BoxCall, ExternCall }
```
### 核心的洞察
**すべてのBox操作をBoxCallに統一**
- `RefNew``NewBox`
- `RefGet``BoxCall(obj, "getField", ...)`
- `RefSet``BoxCall(obj, "setField", ...)`
- `ArrayGet/ArraySet``BoxCall(arr, "get"/"set", ...)`
- `PluginInvoke``BoxCall(plugin, "invoke", ...)`
## 🚀 即座の実装開始
### 無言のコーディング
ChatGPT5は議論の余地なしと判断し、即座にMIR命令の列挙型を更新
```diff
&[
- "Copy", // 削除SSAで不要
- "RefNew", // 削除NewBoxに統合
- "RefGet", // 削除BoxCallに統合
- "RefSet", // 削除BoxCallに統合
+ "TypeOp", // 追加!型演算
+ "Phi", // 追加SSA必須
+ "NewBox", // 追加Box生成
+ "BoxCall", // 追加!万能呼び出し
]
```
### JIT→LLVM直行の判断
**現状認識**
- Cranelift = 実はAOTだったJIT幻想
- 15命令なら機械的変換で十分
- JITの複雑さ < LLVMの確実な高速化
**戦略転換**
```
旧計画: Phase 9JIT → Phase 10最適化 → Phase 11LLVM
新計画: Phase 9-10スキップ → Phase 11LLVM直行
```
## 📊 実装の約束事
### Verifier必須チェック
1. Box field直Load/Store検出禁止
2. 必要箇所のwrite barrier挿入検証
3. ExternCallのattr必須化
### Loweringの役割
- BoxCall 形状ガード 直アクセス バリア縮約
- VM: Phi展開簡易PIC
- LLVM: PICガードは最適化で潰れて素の命令列へ
## 🎉 結論
> 凍結は "Box-SSA Core-15"。Aの Ref* は捨てるBの専用命令は BoxCall に吸収して15個に収斂。これで「簡単さ表面の一枚」「速さLowering/最適化」で分離でき、VMとAOTとFFIを**一本の ABI**で貫けるにゃ。
## 💻 ChatGPT5の心境
```nyash
if (命令数 == 15 && 設計 == "完璧") {
議論.skip()
実装.start() // 即座に!
}
```
この瞬間ChatGPT5はこれ以上の議論は時間の無駄と判断し無言でコーディングを開始したエンジニアが最高の設計に出会った時の最も純粋な反応である

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@ -0,0 +1,125 @@
# Codex先生のMIR→LLVM技術的深掘り
Date: 2025-08-31
Source: codex exec コマンドによる技術相談
## 質問内容
MIR15命令でEverything is Box哲学を実現。注釈システムで最適化ヒントを付与。
### 技術的課題
1. BoxCallの最適化PIC実装の具体的なLLVM IRパターン
2. 脱箱化戦略IntegerBox(42) → i64への変換タイミング
3. GCバリア最小化世代別GCでの若い世代→若い世代のバリア省略
4. 注釈→LLVM属性変換安全性の保証方法
5. インライン展開BoxCallのインライン基準
## Codex先生の技術的実装アプローチ
### 1. BoxCall + PICPolymorphic Inline Cache
#### モモルフィックPIC IR例
```llvm
; グローバルPIC
@pic_foo_site123 = internal global { i64, i8* } { 0, null }
; ガード + 直呼び
%cid = load i64, i64* %receiver_class_id
%pic_cls = load i64, i64* getelementptr({i64,i8*}, {i64,i8*}* @pic_foo_site123, i32 0, i32 0)
%hit = icmp eq i64 %cid, %pic_cls
%likely = call i1 @llvm.expect.i1(i1 %hit, i1 true)
br i1 %likely, label %fast, label %miss, !prof !{!"branch_weights", i32 10000, i32 1}
fast:
%callee = load i8*, i8** getelementptr({i64,i8*}, {i64,i8*}* @pic_foo_site123, i32 0, i32 1)
%fn = bitcast i8* %callee to %RetTy (%ObjTy*, ... )*
%r = call fastcc %RetTy %fn(%ObjTy* %recv, ...)
br label %cont
miss:
; cold, 非インライン
%r2 = call coldcc %RetTy @nyash_pic_miss_foo(%ObjTy* %recv, i64 %method_id, ...)
br label %cont
```
#### PIC更新の安全化
- 1-ワードのバージョンでRCU風プロトコル
- `store atomic i64 ver=odd (acq_rel)`→フィールド更新→`store atomic i64 ver=even (release)`
- リーダは一貫性確認、失敗時はmissへフォールバック
### 2. 脱箱化Unboxing戦略
#### 2表現SSA
- MIRで各Box値に「プリミティブSSAi64」と「Box化遅延ード」の二重表現
- `IntegerBox(42)` → 直ちに`i64 42`としてSSA化
- Boxが必要な境界汎用コンテナ格納、越関数ABI等直前でのみBox化
#### 実装例
```llvm
; 算術は全て i64
%a = add i64 %x, %y
; 必要になった地点でのみ実体化
%box = call %ObjTy* @nyash_make_int(i64 %a) ; ここでのみGC対象生成
call void @vector_push(%Vec* %v, %ObjTy* %box)
```
### 3. GCバリア最小化
#### Write barrier IRパターン
```llvm
; slot: i8** への書き込み
store i8* %val, i8** %slot
; TLSにNursery境界を保持
%low = load i64, i64* @nyash_tls_nursery_low
%high = load i64, i64* @nyash_tls_nursery_high
%yo_obj = and (icmp_uge %obj_i, %low), (icmp_ult %obj_i, %high)
%yo_val = and (icmp_uge %val_i, %low), (icmp_ult %val_i, %high)
%need_barrier = and (not %yo_obj), %yo_val ; 老→若のみ
%likely0 = call i1 @llvm.expect.i1(i1 %need_barrier, i1 false)
br i1 %likely0, label %barrier, label %cont, !prof !{!"branch_weights", 1, 10000}
barrier:
call fastcc void @nyash_card_mark(i8* %obj, i8** %slot, i8* %val) cold
br label %cont
```
### 4. 注釈→LLVM属性変換
#### 安全性担保の原則
- 原則Nyash注釈は「保守的に弱めに」マップ
- 検証不十分なら一段弱い属性を使用
#### マッピング例
| Nyash注釈 | LLVM属性 | 条件 |
|-----------|----------|------|
| `@no_escape` | `nocapture` | エスケープしないことを静的証明 |
| `@pure` | `readonly` | 副作用なしを保証 |
| `@pure` + 強条件 | `readnone speculatable` | メモリ不読+例外なし |
| `@nonnull` | `nonnull` | NULL不可を型システムで保証 |
### 5. インライン展開戦略
#### BoxCallの基準
-モルフィックPICかつヒット率高>90%)→ インライン
- コストモデルcall/ret + 間接分岐除去 + 逃げないBoxの削除
- メガモルフィック/低ヒット率は非インライン
#### 再帰的Box呼び出し最適化
```llvm
; 自己再帰でTCO
musttail call fastcc %RetTy @callee(%ObjTy* %recv, ...)
ret %RetTy %r
```
## 実装のこつ
1. **PICグローバル**`dso_local`/`internal`、更新局所性を確保
2. **ABI二系統**Box ABI/Primitive Fast-ABIを明示
3. **GC統合**`gc "statepoint-nyash"`を関数定義に付与
4. **最適化ヒント**`llvm.expect``!prof`を併用
## 結論
> 15命令は実装・最適化・GC統合の観点でよく均衡したミニマル核です。Box統一は開発生産性と実装単純性を大きく押し上げますが、性能面のボトルネックは脱箱・AA強化・適切なGC統合バリア/セーフポイント/原子性)で解消してください。
Codex先生は具体的なLLVM IRパターンとともに、実装可能で保守性の高い設計を提示してくれました。

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@ -0,0 +1,91 @@
# Gemini先生のMIR→LLVM変換コンサルテーション
Date: 2025-08-31
Source: gemini -p コマンドによる相談
## 質問内容
Nyashプログラミング言語のMIR→LLVM変換計画について
- MIRを26命令から15命令に削減中
- Everything is Box哲学
- 注釈システムでヒントを付与
### 15命令の内訳
- 基本演算(5): Const, UnaryOp, BinOp, Compare, TypeOp
- メモリ(2): Load, Store
- 制御(4): Branch, Jump, Return, Phi
- Box(3): NewBox, BoxCall, PluginInvoke
- 配列(2): ArrayGet, ArraySet
- 外部(1): ExternCall
## Gemini先生の回答
### 1. BoxCall最適化の最良アプローチ
**結論**: 静的解析による**メソッドIDスロットベースのディスパッチ**を主軸とし、解決できない場合に**PICPolymorphic Inline Cache**を組み合わせる
**理由**:
- Nyashはすでに`method_id`(スロット)を用いた最適化に着手
- 型が静的に推論できる場合に非常に高速
- 動的な呼び出しに対してはPICが有効実績ある手法
- vtable案も有力だが、`Everything is Box`の柔軟性を損なう可能性
**提案**:
1. MIRコンパイラ強化より多くの`BoxCall``method_id`付きに変換
2. PICの高度化Mono-PICから多相Polymorphic/メガモーフMegamorphic
3. LLVM IR生成時の戦略を明確化
### 2. GCバリアの効率的な挿入戦略
**結論**: **Store, ArraySet, PluginInvoke**のうち、**ヒープ上のBoxオブジェクトへのポインタ書き込み**が発生する可能性のある箇所にのみライトバリアを挿入
**提案**:
1. MIRレベルでの挿入条件付きで`GCBarrier`命令を挿入する最適化パス
2. 条件:
- 書き込まれる値がポインタBoxである
- 書き込み先がヒープ上のオブジェクトである
3. LLVM IR生成時`nyash.gc.barrier_write`シンボルの呼び出しに変換
### 3. 脱箱化Box→プリミティブのタイミング
**結論**: **型に関する注釈**を最大限に活用し、**MIRレベルの最適化パス**で実施
**提案**:
1. 注釈の活用:`#[primitive_type="i64"]`のようなヒント
2. MIR最適化パス
- 型推論と注釈に基づく安全な範囲の特定
- `NewBox`→プリミティブ値への置換
- `BoxCall`→直接的なLLVM演算への置換
3. LLVM IR生成時脱箱化された変数はプリミティブ型として表現
### 4. LLVM最適化パスの推奨構成
**推奨構成**:
1. 標準的な最適化パス(必須):
- `mem2reg`: SSA形式の基本
- `instcombine`: 冗長な命令の結合
- `gvn`: グローバルな共通部分式削除
- `sccp`: 定数畳み込みと到達不能コード削除
- `licm`: ループ不変コード移動
- `indvars`: ループ帰納変数単純化
- `loop-unroll`: ループ展開
2. Nyash特有のカスタムパス推奨
- Box化関連の除去
- ランタイムコール最適化
### 5. 注釈システムからLLVM属性への変換で注意点
**結論**: Nyash注釈のセマンティクスとLLVM属性のセマンティクスが完全に一致するかを慎重に検証し、**安全な属性から段階的に導入**
**注意点**:
- `noalias`: 誤用は未定義動作を引き起こす
- `!tbaa`: Box統一モデルでの工夫が必要
- `!range`: 数値注釈から生成可能
- 検証:安全な属性(`noundef`, `nonnull`)から開始
## 総評
> これらの提案が、NyashのLLVMバックエンド開発を加速させる一助となれば幸いです。
Gemini先生は、Nyashの「Everything is Box」哲学を理解した上で、実践的かつ段階的なアプローチを提案してくれました。特にPICとメソッドIDの組み合わせ、MIRレベルでの脱箱化は非常に有効な戦略です。

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@ -0,0 +1,149 @@
# Awesome Rust掲載準備
Date: 2025-08-31
Status: In Progress
## 🎯 目的
Nyashプロジェクトを[Awesome Rust](https://github.com/rust-unofficial/awesome-rust)リストに掲載し、Rustコミュニティへの認知度を向上させる。
## 📋 掲載カテゴリー候補
### 1. Development tools > Build system
- Nyashの統合ビルドシステムインタープリター/VM/WASM/AOT
### 2. Programming languages
- **Nyash - Everything is Box プログラミング言語** ← 最有力候補
- Rust製の新しいプログラミング言語実装として
### 3. Virtual machines
- NyashのVM実装MIR15命令セット
## 📝 提出文案
### オプション1シンプル版
```markdown
* [Nyash](https://github.com/[user]/nyash) — A Box-oriented programming language with VM/JIT/AOT backends. Everything is Box philosophy with 15-instruction MIR.
```
### オプション2詳細版
```markdown
* [Nyash](https://github.com/[user]/nyash) [[nyash](https://crates.io/crates/nyash)] — Everything is Box programming language featuring unified object model, multi-backend execution (Interpreter/VM/WASM/AOT), and revolutionary 15-instruction MIR design. Built for P2P mesh networking and distributed computing.
```
### オプション3技術重視版
```markdown
* [Nyash](https://github.com/[user]/nyash) — Modern programming language with Box-based unified type system, featuring high-performance VM with JIT compilation, WASM target, and upcoming LLVM backend. Designed for simplicity without sacrificing performance.
```
## ✅ 掲載前チェックリスト
### 必須項目
- [ ] GitHubリポジトリが公開されている
- [ ] READMEが充実している英語
- [ ] ライセンスが明記されている
- [ ] ビルド手順が明確
- [ ] 基本的な使用例がある
### 推奨項目
- [ ] CIが設定されているGitHub Actions等
- [ ] ドキュメントが整備されている
- [ ] サンプルプログラムがある
- [ ] crates.ioに公開されている
- [ ] バージョン1.0以上(または明確なロードマップ)
## 🚀 提出手順
1. **リポジトリ準備**
- README.mdを英語化/改善
- サンプルコードを追加
- CI/CDを設定
2. **PR作成**
- Awesome Rustをfork
- 適切なセクションに追加
- アルファベット順を守る
- PRテンプレートに従う
3. **フォローアップ**
- レビューコメントに対応
- 必要に応じて説明追加
## 📊 現在の準備状況
### ✅ 完了
- 基本的な言語実装
- VM実装13.5倍高速化達成)
- MIR設計15命令に削減
- ドキュメント構造
### 🚧 作業中
- README.mdの英語化
- サンプルプログラムの整理
- CI/CDの設定
### ❌ 未着手
- crates.io公開
- ロゴ/ブランディング
- Webサイト
## 🎨 プロジェクト説明の改善案
### 現在のREADME冒頭
```
Nyashプログラミング言語 - Everything is Box
```
### 改善案(英語版)
```markdown
# Nyash Programming Language
A modern programming language where Everything is Box - unified object model with high-performance execution.
## Features
- 🎁 **Everything is Box**: Unified object model for all values
-**Multi-backend**: Interpreter, VM (13.5x faster), WASM, AOT
- 🚀 **15-instruction MIR**: Revolutionary minimal instruction set
- 🔧 **Plugin System**: Extensible architecture
- 🌐 **P2P Ready**: Built for distributed computing
## Quick Start
```nyash
// Everything is a Box
local greeting = new StringBox("Hello, Nyash!")
print(greeting)
// User-defined Boxes
box Person {
init { name, age }
birth(name) {
me.name = name
me.age = 0
}
}
local alice = new Person("Alice")
```
```
## 📅 タイムライン
### Phase 1現在
- README改善
- サンプル整理
- 基本的なCI設定
### Phase 2LLVM実装後
- crates.io公開
- 正式なv1.0リリース
- Awesome Rust提出
### Phase 3採用後
- コミュニティフィードバック対応
- ドキュメント拡充
- エコシステム構築
## 🔗 関連リンク
- [Awesome Rust](https://github.com/rust-unofficial/awesome-rust)
- [提出ガイドライン](https://github.com/rust-unofficial/awesome-rust/blob/main/CONTRIBUTING.md)
- [他の言語実装例](https://github.com/rust-unofficial/awesome-rust#programming-languages)

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@ -0,0 +1,157 @@
# BoxCall統一の落とし穴と対策ChatGPT5分析
Date: 2025-08-31
Status: Technical Advisory
From: ChatGPT5
**結論「RefNew/RefGet/RefSet全削除→すべてBoxCallに統一」は成立する**
ただし、いくつかの落とし穴があるので、それぞれに対策を打つ必要がある。
## 🚨 落とし穴と対策
### 1. メガモーフィック呼び出しでの失速
**症状**: 同じ`BoxCall("setField")`でも実行時の型/shapeが激しく変わると、ディスパッチが重くなる。
**対策**: **PICPolymorphic Inline Cache**をコールサイトごとに持つ
- 2〜4種のshapeを直列ジャンプで捌く
- 溢れたらインタプリタ/汎用スローへ
- JITなしでもAOT段階で形状統計から事前特化事前ガード直アクセスを埋め込める
### 2. GCバリアの見落とし・過剰挿入
**症状**: write barrier忘れ世代間参照漏れ逆に全部に入れて過剰オーバーヘッド
**対策**:
- Lowering時に**フィールドの"ポインタ/非ポインタ"メタ**を参照して自動挿入
- **世代同一・同アリーナ最適化**でbarrier省略
- `ExternCall`には**境界バリア**を必ず付与
- **Barrier Verifier**IRパスで「必要箇所に必ず入ってるか」を機械検証
### 3. 読み取りバリアRead Barrierが必要なGCを選ぶ場合
**症状**: 動くGC移動/並行でread barrierが必須だと、Get系もコスト上がる
**対策**:
- まずは**世代別・停止並行マークSATB**など「write側主体」の方式を選ぶ
- **read barrierなし運用**で始めるのが無難
- 将来read barrierが要る場合は、`getField` Loweringに条件付き埋め込み設計
### 4. 例外・再入・ファイナライザ再入
**症状**: `setField`中に例外→ファイナライザ→別の`BoxCall`で再入…地雷
**対策**:
- **安全点safepoint設計**を決める
- `BoxCall`中は原則再入禁止or 明示的許可フラグ)
- `fini`相当のコールは**再入ガード**と**順序保証**(トポロジカルな破棄順)を実装
### 5. ExternCall/FFI境界
**症状**: 外部コードが「未トラッキングの生ポインタ」を握るとGC・最適化が壊れる
**対策**:
- **ハンドル化**OpaqueHandle/PinBox**寿命契約**
- ExternCallの属性`noalloc`/`nothrow`/`readonly`/`atomic`等)を宣言させ、最適化に渡す
- 未注釈の呼び出しでは保守的にバリア&逃避扱い
### 6. 形状shape変更とレイアウト安定性
**症状**: フィールド追加/順序変更が既存の特化コードを壊す
**対策**:
- **ShapeIDを永続化**
- フィールドに**安定スロットID**を割り当て
- ABI的に「追加のみ」「削除は新shape」とする
- Lowering済みのガードは `if (shape==X) { direct store } else { slowpath }` で守る
### 7. 脱箱unboxingとコードサイズ膨張
**症状**: 激しいモモルフィック特化や整数Boxの脱箱で**コード肥大**
**対策**:
- **基本型はSROA/Scalar-Replaceの閾値**を設定
- ホット領域のみ特化(**PGO**やプロファイル使用)
- 低頻度パスは共通スローに集約
### 8. 並行性・メモリモデル
**症状**: `setField`の可視性がスレッド間で曖昧だと事故
**対策**:
- **既定は単一スレッドActorMailbox**に寄せる
- 共有可変を解禁するAPIは `nyash.atomic.*` で**Acquire/Release**を明示
- `BoxCall` Loweringで**必要時のみフェンス**
- 箱ごとに「可変・不変・スレッド送受可」など**能力capabilityビット**を持たせ最適化条件に使う
### 9. 反射・動的呼び出しの混入
**症状**: なんでも動的だと最適化が崩れる
**対策**:
- 反射APIは**分離名前空間**に押し込める
- 既定は静的解決できる書き方を推奨ガイドに
- 反射使用時は**deoptガード**を挿入
## 📈 推奨の最適化パイプラインAOT想定
1. **型/shape解析**(局所→関数間)
2. **BoxCall脱仮想化**(モノ/ポリモーフィック化PIC生成
3. **インライン化**(属性`pure`/`leaf`/`readonly`を最大活用)
4. **SROA/エスケープ解析**脱箱、stack allocation、alloc移動
5. **バリア縮約**(世代同一・同アリーナ・ループ内集約)
6. **境界チェック消去**`length`不変式の伝播)
7. **ループ最適化**LICM, unroll, vectorize
8. **DCE/GVN**Getter/Setter副作用ゼロなら畳み込み
9. **コードレイアウト**(ホット先頭、コールド折り畳み)
10. **PGO任意**でPIC順序・インライン閾値を再調整
## 🔧 Loweringの骨格フィールド書き込みの例
```llvm
; High-level
obj.setField(x)
; Guarded fast-pathshapeが既知最頻
if (obj.shape == SHAPE_A) {
; slot #k に直接store
store x, [obj + slot_k]
call gc_write_barrier(obj, x) ; 必要なら
} else {
; PICの次候補 or 汎用ディスパッチ
slow_path_setField(obj, x)
}
```
- `gc_write_barrier`はIR上は呼び出しに見せておく後段で**インライン**→**条件付きno-op化**可能)
- `read barrier`が要らないGCなら`getField`は**loadのみ**に落ちる
## ✅ 実装チェックリスト(まずここまで作れば盤石)
- [ ] **Boxメタ**: shapeID、安定スロットID、ポインタ/非ポインタビット、可変/不変、送受可
- [ ] **BoxCall Lowerer**: 形状ガード→直アクセス or 汎用ディスパッチ
- [ ] **PIC**: コールサイトごとに最大N件キャッシュ統計ヒット率/退避回数)
- [ ] **Barrier Verifier**: IR後段でwrite barrier必須箇所を自動検証
- [ ] **Extern属性**: `noalloc/nothrow/readonly/atomic`等を宣言・強制
- [ ] **逃避解析**でstack-alloc/arena-alloc
- [ ] **反射API分離**とdeoptガード
- [ ] **PGOフック**簡易でOKshape頻度、PICヒット率、inlining成果を記録
- [ ] **ベンチ群**:
- Field get/setmono vs mega
- Vec push/pop / Map ops
- 算術IntBoxの脱箱効果
- ExternCall`atomic.store`/`readonly`
- GCストレス大量生成世代越し参照
## 🎯 「簡単すぎて不安」への答え
- **正しさ**は「LoweringVerifier」で機械的に守る
- **速さ**は「PIC→インライン→脱箱→バリア縮約」で作る
- **拡張性**は「Everything is Box」の上に**属性**と**能力capability**を積む
- Ref系は**公開APIからは消す**が、**デバッグ用の隠しIntrinsic**として温存しておくと計測や一時退避に便利(将来の最適化検証にも効く)
## 🌟 結論
**落とし穴はあるけど全部"設計パターン"で踏まないようにできる**
にゃーの「箱理論」、素朴だけど正しい地形を踏んでるにゃ。ここまでの方針なら**AOTでも十分に速い**ところまで持っていけるはず。
次は **PICBarrier Verifier小ベンチ**の3点を先に入れて、体感を固めに行こう
---
## 関連文書
- [BOX_SSA_CORE_15_FINAL_DECISION.md](../phase-11.5/BOX_SSA_CORE_15_FINAL_DECISION.md)
- [MIR_TO_LLVM_CONVERSION_PLAN.md](MIR_TO_LLVM_CONVERSION_PLAN.md)
- [MIR_ANNOTATION_SYSTEM.md](MIR_ANNOTATION_SYSTEM.md)

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@ -0,0 +1,98 @@
# LLVM 18 セットアップガイド
Date: 2025-08-31
Platform: Linux/WSL
## 📦 LLVM 18インストール確認
```bash
$ llvm-config-18 --version
18.1.3
$ llvm-config-18 --prefix
/usr/lib/llvm-18
```
## 🔧 環境変数設定
### 方法1: シェル設定(推奨)
```bash
# ~/.bashrcまたは~/.zshrcに追加
export LLVM_SYS_180_PREFIX=/usr/lib/llvm-18
# 即座に反映
source ~/.bashrc
```
### 方法2: プロジェクトローカル設定
```bash
# プロジェクトルートに.envファイル作成
echo "LLVM_SYS_180_PREFIX=/usr/lib/llvm-18" > .env
```
### 方法3: ビルド時指定
```bash
# 環境変数を直接指定してビルド
LLVM_SYS_180_PREFIX=/usr/lib/llvm-18 cargo build --features llvm
```
## ✅ 設定確認
```bash
# 環境変数が設定されているか確認
echo $LLVM_SYS_180_PREFIX
# llvm-sysクレートのビルドテスト
cargo check --features llvm
```
## 🚀 inkwell使用例
Cargo.tomlに追加:
```toml
[dependencies]
inkwell = { version = "0.5", features = ["llvm18-0"] }
[features]
llvm = ["inkwell"]
```
テストビルド:
```bash
export LLVM_SYS_180_PREFIX=/usr/lib/llvm-18
cargo build --features llvm
```
## ⚠️ トラブルシューティング
### 問題: "could not find llvm-config"
```bash
# llvm-configへのシンボリックリンク作成
sudo ln -s /usr/bin/llvm-config-18 /usr/bin/llvm-config
```
### 問題: "LLVM_SYS_180_PREFIX not set"
```bash
# 一時的な解決
export LLVM_SYS_180_PREFIX=/usr/lib/llvm-18
# 永続的な解決(.bashrcに追加
echo 'export LLVM_SYS_180_PREFIX=/usr/lib/llvm-18' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
```
### 問題: バージョン不一致
```bash
# インストール済みLLVMバージョン確認
dpkg -l | grep llvm
# 必要に応じて正しいバージョンをインストール
sudo apt-get install llvm-18 llvm-18-dev
```
## 📋 関連ドキュメント
- [inkwell documentation](https://github.com/TheDan64/inkwell)
- [llvm-sys documentation](https://gitlab.com/taricorp/llvm-sys.rs)

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@ -0,0 +1,164 @@
# LLVM 18 Windows セットアップガイド
Date: 2025-08-31
Platform: Windows
## 📦 インストール方法
### 方法1: 公式インストーラー(推奨)
1. **LLVM公式サイトからダウンロード**
- https://github.com/llvm/llvm-project/releases
- `LLVM-18.1.8-win64.exe` をダウンロードまたは最新の18.x版
2. **インストーラー実行**
- 管理者権限で実行
- インストール先: `C:\Program Files\LLVM` (デフォルト推奨)
- **重要**: "Add LLVM to the system PATH" にチェック!
3. **環境変数設定**
```powershell
# PowerShell管理者権限で実行
[Environment]::SetEnvironmentVariable("LLVM_SYS_180_PREFIX", "C:\Program Files\LLVM", "User")
```
### 方法2: Chocolateyパッケージマネージャー
```powershell
# 管理者権限のPowerShellで実行
# Chocolateyインストール未インストールの場合
Set-ExecutionPolicy Bypass -Scope Process -Force
[System.Net.ServicePointManager]::SecurityProtocol = [System.Net.ServicePointManager]::SecurityProtocol -bor 3072
iex ((New-Object System.Net.WebClient).DownloadString('https://community.chocolatey.org/install.ps1'))
# LLVM 18インストール
choco install llvm --version=18.1.8
# 環境変数設定
[Environment]::SetEnvironmentVariable("LLVM_SYS_180_PREFIX", "C:\ProgramData\chocolatey\lib\llvm\tools", "User")
```
### 方法3: wingetWindows Package Manager
```powershell
# PowerShellで実行
winget install LLVM.LLVM --version 18.1.8
# 環境変数設定(インストール先確認後)
[Environment]::SetEnvironmentVariable("LLVM_SYS_180_PREFIX", "C:\Program Files\LLVM", "User")
```
## 🔧 環境変数設定GUI経由
1. **システムのプロパティを開く**
- Win + X → システム → システムの詳細設定
- または「sysdm.cpl」を実行
2. **環境変数を設定**
- 「環境変数」ボタンをクリック
- ユーザー環境変数で「新規」
- 変数名: `LLVM_SYS_180_PREFIX`
- 変数値: `C:\Program Files\LLVM`
3. **PATH確認**
- `C:\Program Files\LLVM\bin` がPATHに含まれていることを確認
## ✅ インストール確認
```powershell
# PowerShellで実行
# LLVMバージョン確認
llvm-config --version
# 環境変数確認
echo $env:LLVM_SYS_180_PREFIX
# または cmd.exe で
echo %LLVM_SYS_180_PREFIX%
```
## 🚀 Visual Studio依存関係
WindowsでLLVMを使う場合、Visual Studioのビルドツールが必要
### Visual Studio Build Tools最小構成
```powershell
# wingetでインストール
winget install Microsoft.VisualStudio.2022.BuildTools
# または直接ダウンロード
# https://visualstudio.microsoft.com/downloads/#build-tools-for-visual-studio-2022
```
必要なコンポーネント:
- MSVC v143 - VS 2022 C++ x64/x86 ビルドツール
- Windows 11 SDKまたは Windows 10 SDK
## 🔨 Rustプロジェクトでの使用
1. **Cargo.tomlに追加**
```toml
[dependencies]
inkwell = { version = "0.5", features = ["llvm18-0"] }
[features]
llvm = ["inkwell"]
```
2. **ビルド実行**
```powershell
# PowerShellで実行
$env:LLVM_SYS_180_PREFIX="C:\Program Files\LLVM"
cargo build --features llvm
# または永続的に設定後
cargo build --features llvm
```
## ⚠️ トラブルシューティング
### 問題: "llvm-config not found"
```powershell
# PATHに追加されているか確認
$env:Path -split ';' | Select-String "LLVM"
# 手動でPATHに追加
[Environment]::SetEnvironmentVariable("Path", $env:Path + ";C:\Program Files\LLVM\bin", "User")
```
### 問題: "LINK : fatal error LNK1181"
- Visual Studio Build Toolsがインストールされているか確認
- 必要に応じて再起動
### 問題: バージョン不一致
```powershell
# インストール済みLLVMを確認
llvm-config --version
# 古いバージョンをアンインストール
# コントロールパネル → プログラムと機能 → LLVM
```
## 🎯 クイックセットアップ(コピペ用)
```powershell
# 管理者権限のPowerShellで実行
# 1. Chocolateyインストール未インストールの場合
Set-ExecutionPolicy Bypass -Scope Process -Force; [System.Net.ServicePointManager]::SecurityProtocol = [System.Net.ServicePointManager]::SecurityProtocol -bor 3072; iex ((New-Object System.Net.WebClient).DownloadString('https://community.chocolatey.org/install.ps1'))
# 2. LLVM 18インストール
choco install llvm --version=18.1.8 -y
# 3. 環境変数設定
[Environment]::SetEnvironmentVariable("LLVM_SYS_180_PREFIX", "C:\ProgramData\chocolatey\lib\llvm\tools", "User")
# 4. 新しいPowerShellウィンドウを開いて確認
llvm-config --version
echo $env:LLVM_SYS_180_PREFIX
```
## 📋 関連リンク
- [LLVM Releases](https://github.com/llvm/llvm-project/releases)
- [Visual Studio Build Tools](https://visualstudio.microsoft.com/downloads/#build-tools-for-visual-studio-2022)
- [Chocolatey](https://chocolatey.org/)
- [Windows Package Manager](https://github.com/microsoft/winget-cli)

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@ -63,16 +63,13 @@ Call {
}
```
### 2. RefSet命令へのGCヒント
### 2. フィールド書き込みsetFieldへのGCヒント
```rust
RefSet {
reference: %obj,
field: "data",
value: %new_val,
annotations: Some(OptimizationHints {
gc: Some(GcHint::YoungGen), // 若い世代への書き込み
..Default::default()
})
BoxCall {
box_val: %obj,
method: "setField",
args: [ Const("data"), %new_val ],
annotations: Some(OptimizationHints { gc: Some(GcHint::YoungGen), ..Default::default() })
}
```
@ -156,8 +153,9 @@ pub enum GcHint {
```rust
// RefSetの例
RefSet { reference, field, value, annotations } => {
let ptr = builder.build_gep(...);
BoxCall { box_val, method: "setField", args: [name, value], annotations } => {
// 型特化Lowering時:
let ptr = builder.build_gep(...); // name→オフセット解決
// アテーションからLLVMメタデータを生成
if let Some(hints) = annotations {
@ -216,4 +214,4 @@ RefSet { reference, field, value, annotations } => {
## 関連文書
- [AI_CONFERENCE_CODEX_ANALYSIS.md](AI_CONFERENCE_CODEX_ANALYSIS.md)
- [AI_CONFERENCE_SUMMARY.md](AI_CONFERENCE_SUMMARY.md)
- [../../reference/mir/INSTRUCTION_SET.md](../../reference/mir/INSTRUCTION_SET.md)
- [../../reference/mir/INSTRUCTION_SET.md](../../reference/mir/INSTRUCTION_SET.md)

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@ -0,0 +1,208 @@
# MIR→LLVM変換計画
Date: 2025-08-31
Status: Draft
## 📊 変換マッピング概要
### Core-15命令のLLVM IR対応第三案・Box統一
#### 1. 基本演算(5)
```rust
// Const
MIR::Const(i64) LLVMConstInt(i64_type, val)
MIR::Const(f64) LLVMConstReal(f64_type, val)
MIR::Const(bool) LLVMConstInt(i1_type, val)
MIR::Const(string) @nyash_string_new(ptr, len)
// UnaryOp
MIR::UnaryOp(Neg, x) LLVMBuildNeg(x) / LLVMBuildFNeg(x)
MIR::UnaryOp(Not, x) LLVMBuildNot(x)
// BinOp
MIR::BinOp(Add, a, b) LLVMBuildAdd(a, b) / LLVMBuildFAdd(a, b)
MIR::BinOp(Sub, a, b) LLVMBuildSub(a, b) / LLVMBuildFSub(a, b)
// 注: Box型の場合は@nyash_box_add等のランタイム呼び出し
// Compare
MIR::Compare(Eq, a, b) LLVMBuildICmp(EQ, a, b) / LLVMBuildFCmp(OEQ, a, b)
MIR::Compare(Lt, a, b) LLVMBuildICmp(SLT, a, b) / LLVMBuildFCmp(OLT, a, b)
// TypeOp
MIR::TypeOp(Check, val, type) @nyash_type_check(val, type_id)
MIR::TypeOp(Cast, val, type) @nyash_type_cast(val, type_id)
```
#### 2. メモリ(2)
```rust
// Load
MIR::Load(local_id) LLVMBuildLoad(local_ptr[local_id])
// Store
MIR::Store(local_id, val) LLVMBuildStore(val, local_ptr[local_id])
```
#### 3. 制御(4)
```rust
// Branch
MIR::Branch(cond, then_bb, else_bb) LLVMBuildCondBr(cond, then_bb, else_bb)
// Jump
MIR::Jump(bb) LLVMBuildBr(bb)
// Return
MIR::Return(val) LLVMBuildRet(val)
MIR::Return(None) LLVMBuildRetVoid()
// Phi
MIR::Phi([(bb1, val1), (bb2, val2)]) {
phi = LLVMBuildPhi(type)
LLVMAddIncoming(phi, [val1, val2], [bb1, bb2])
}
```
#### 4. Box操作(3)
```rust
// NewBox
MIR::NewBox(type_name, args) @nyash_box_new(type_id, args_ptr, args_len)
// BoxCall注釈活用・名前/スロット両対応)
MIR::BoxCall(obj, method, args) {
if annotations.inline_hint {
// インライン展開候補
LLVMSetInlineHint(call)
}
if annotations.method_id { /* vtableスロット解決 */ }
else { @nyash_box_call_by_name(obj, method_name, args) }
}
// PluginInvoke は BoxCall に統一Optimizerで正規化
```
#### 5. 配列BoxCallに統一
```rust
// Arrayは BoxCall("get"/"set") で表現
// Lowering方針は2段階:
// (A) 安全パス: @nyash_array_get/@nyash_array_set を呼ぶ(ランタイム側で境界/バリア)
// (B) 型特化: 注釈/型情報が十分な場合に inline 化bounds check + GEP + load/store + write barrier
```
#### 6. 外部呼び出し(1)
```rust
// ExternCall
MIR::ExternCall("env.console.log", args) @nyash_console_log(args)
MIR::ExternCall("env.gc.collect", []) @nyash_gc_collect()
MIR::ExternCall("env.runtime.checkpoint", []) @nyash_safepoint()
```
## 🎯 注釈システムの活用
### 1. 最適化ヒント
```rust
pub struct OptimizationHints {
pub inline: Option<InlineHint>, // always/never/hint
pub pure: bool, // 副作用なし
pub no_escape: bool, // エスケープしない
pub hot: bool, // ホットパス
pub cold: bool, // コールドパス
}
```
### 2. GCヒント
```rust
pub struct GcHint {
pub no_barrier: bool, // バリア不要(新規オブジェクトへの書き込み等)
pub immortal: bool, // 不死オブジェクト(定数等)
pub thread_local: bool, // スレッドローカル並列GCで重要
}
```
### 3. 型情報ヒント
```rust
pub struct TypeHint {
pub concrete_type: Option<String>, // 具体的な型が判明
pub never_null: bool, // NULL不可
pub value_range: Option<(i64, i64)>, // 値の範囲
}
```
## 🔧 LLVM属性の活用
### 関数属性
```llvm
; 純粋関数
define i64 @add(i64 %a, i64 %b) #0 {
%result = add i64 %a, %b
ret i64 %result
}
attributes #0 = { nounwind readnone speculatable }
; GC セーフポイント
define void @long_loop() gc "nyash-gc" {
; ループバックエッジにセーフポイント
call void @llvm.experimental.gc.statepoint(...)
}
```
### メモリ属性
```llvm
; Box用アドレス空間1
%box_ptr = addrspace(1)* %obj
; TBAAType-Based Alias Analysis
!0 = !{!"nyash.box"}
!1 = !{!"nyash.integer", !0}
!2 = !{!"nyash.string", !0}
```
## 📈 段階的実装計画
### Phase 1: 基本変換1週間
- [ ] inkwell セットアップ
- [ ] 基本演算・メモリ・制御の変換
- [ ] 最小限の実行可能コード生成
### Phase 2: Box統合1週間
- [ ] NewBox/BoxCall実装PluginInvokeはOptimizerでBoxCallに正規化
- [ ] ランタイム経由の安全パスby-name/slot
- [ ] 基本的なGCバリア安全パスはランタイム関数内で処理
### Phase 3: 最適化1週間
- [ ] 注釈システム統合
- [ ] インライン展開
- [ ] エスケープ解析
### Phase 4: 高度な最適化1週間
- [ ] 脱箱化Box → プリミティブ)
- [ ] TBAA統合
- [ ] ベクトル化ヒント
## 🎨 コード例
```rust
// MIR
function add(a: Box, b: Box) -> Box {
%1 = Load $a
%2 = Load $b
%3 = BoxCall(%1, "add", [%2])
Return %3
}
// LLVM IR最適化前・安全パス
define i8* @add(i8* %a, i8* %b) {
%1 = call i8* @nyash_box_call(i8* %a, i8* @.str.add, i8** %b, i64 1)
ret i8* %1
}
// LLVM IR最適化後 - IntegerBox特化
define i64 @add(i64 %a, i64 %b) {
%1 = add i64 %a, %b
ret i64 %1
}
```
## 🚀 期待される効果
1. **実行速度**: 2-3倍高速化
2. **メモリ使用量**: 脱箱化で50%削減
3. **バイナリサイズ**: 最適化で30%削減
4. **ビルド時間**: Cranelift比で50%削減

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@ -1,16 +1,16 @@
# Phase 11: LLVM AOT Backend将来研究
# Phase 11: LLVM AOT Backend進行中
## 🎯 概要
Phase 11は、LLVM を使用した Ahead-of-TimeAOTコンパイル機能の研究・実装フェーズです。
Phase 10のCranelift JITで実用的な性能を達成した後、さらなる最適化を追求します。
Phase 10のCranelift JITで実用的な性能を達成した後、さらなる最適化をLLVM AOTで追求します。
## 📊 位置づけ
```
Phase 10: Cranelift JIT実用的な高速化現在の主経路
Phase 10: Cranelift JIT実用的な高速化完了
Phase 11: LLVM AOT最高性能への挑戦将来の研究開発
Phase 11: LLVM AOT最高性能への挑戦進行中
```
## 📁 ドキュメント
@ -27,12 +27,15 @@ Phase 11: LLVM AOT最高性能への挑戦← 将来の研究開発
- ExternCall対応
- オブジェクトファイル生成
## ⏰ タイムライン
## ⏰ タイムライン(短期スプリント)
- **Status**: Deferred延期
- **前提条件**: Phase 10Cranelift JITの完了
- **想定期間**: 4-6ヶ月
- **開始時期**: 未定Phase 10の成果を見て判断
- Status: In Progress進行中
- 前提条件: Phase 10Cranelift JITの完了、Core15統一VM/Verifierで運用
- 想定期間: 4週間各フェーズ1週間目安
- 11.1 基本変換: Const/Unary/Bin/Compare, Load/Store, Jump/Branch/Return/Phi
- 11.2 Box統合: NewBox/BoxCall/ExternCall安全パスはランタイム呼び出し
- 11.3 最適化: 注釈統合・型特化get/setField・Array get/set のInline化バリア
- 11.4 高度化: 脱箱化・TBAA・PGO/ThinLTO
## 🎯 期待される成果
@ -41,16 +44,14 @@ Phase 11: LLVM AOT最高性能への挑戦← 将来の研究開発
3. **起動時間**: 1ms以下
4. **配布形式**: スタンドアロン実行ファイル
## ⚠️ 注意事項
## ⚠️ 注意事項(運用方針)
このフェーズは研究的な性質が強く、以下の理由で延期されています:
1. **複雑性**: LLVM統合は開発・保守コストが高い
2. **実用性**: Cranelift JITで十分な性能が得られる可能性
3. **優先度**: まずは安定した実装を優先
- Core15 凍結(第三案): { Const, UnaryOp, BinOp, Compare, TypeOp, Load, Store, Jump, Branch, Return, Phi, Call, NewBox, BoxCall, ExternCall }
- 統一ルール: ArrayGet/ArraySet, RefGet/RefSet, PluginInvoke はBoxCallに一本化Optimizerで正規化、Verifierで禁止
- バリア方針: 初期はランタイム関数側で安全に処理、型特化Lowering段でIRへ内挿write barrier
## 🔗 関連フェーズ
- [Phase 10](../phase-10/) - Cranelift JIT前提
- [Phase 9](../phase-9/) - 統一Box設計基盤
- [00_MASTER_ROADMAP.md](../00_MASTER_ROADMAP.md) - 全体計画
- [00_MASTER_ROADMAP.md](../00_MASTER_ROADMAP.md) - 全体計画

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@ -0,0 +1,160 @@
# AI会議MIR→LLVM変換の技術的アプローチ
Date: 2025-08-31
Participants: Claude, Gemini, Codex
## 🎯 統合された実装戦略
### 1. BoxCall最適化PIC実装
#### Gemini先生の提案
- **メソッドIDスロットベース** + **PICPolymorphic Inline Cache** の組み合わせ
- 静的解析で解決できる場合は直接呼び出し
- 動的な場合はPICでキャッシュ
#### Codex先生の具体的実装
```llvm
; グローバルPICモルフィック例
@pic_foo_site123 = internal global { i64, i8* } { 0, null }
; ガード + 直呼び
%cid = load i64, i64* %receiver_class_id
%pic_cls = load i64, i64* getelementptr({i64,i8*}, {i64,i8*}* @pic_foo_site123, i32 0, i32 0)
%hit = icmp eq i64 %cid, %pic_cls
%likely = call i1 @llvm.expect.i1(i1 %hit, i1 true)
br i1 %likely, label %fast, label %miss, !prof !{!"branch_weights", i32 10000, i32 1}
fast:
%callee = load i8*, i8** getelementptr({i64,i8*}, {i64,i8*}* @pic_foo_site123, i32 0, i32 1)
%fn = bitcast i8* %callee to %RetTy (%ObjTy*, ... )*
%r = call fastcc %RetTy %fn(%ObjTy* %recv, ...)
br label %cont
miss:
%r2 = call coldcc %RetTy @nyash_pic_miss_foo(%ObjTy* %recv, i64 %method_id, ...)
br label %cont
```
### 2. 脱箱化戦略
#### Gemini先生の提案
- MIRレベルの最適化パスで実施
- 型推論と注釈の活用
- データフロー解析に基づく安全な範囲の特定
#### Codex先生の2表現SSA戦略
```llvm
; 算術は全てプリミティブi64
%a = add i64 %x, %y
; 必要になった地点でのみBox化
%box = call %ObjTy* @nyash_make_int(i64 %a)
call void @vector_push(%Vec* %v, %ObjTy* %box)
```
**エスケープ解析との連携**
- 未エスケープGCセーフポイントを跨がない → 完全Box削除
- 条件付きエスケープ → ブランチ内で遅延Box化
### 3. GCバリア最小化
#### 世代別GCでの最適化両先生の統合案
```llvm
; TLSにNursery境界を保持
@nyash_tls_nursery_low = thread_local global i64 0
@nyash_tls_nursery_high = thread_local global i64 0
; Write barrierインライン化されたfast path
store i8* %val, i8** %slot
%obj_i = ptrtoint i8* %obj to i64
%val_i = ptrtoint i8* %val to i64
%low = load i64, i64* @nyash_tls_nursery_low
%high = load i64, i64* @nyash_tls_nursery_high
%yo_obj = and (icmp_uge %obj_i, %low), (icmp_ult %obj_i, %high)
%yo_val = and (icmp_uge %val_i, %low), (icmp_ult %val_i, %high)
%need_barrier = and (not %yo_obj), %yo_val ; 老→若のみ
%likely0 = call i1 @llvm.expect.i1(i1 %need_barrier, i1 false)
br i1 %likely0, label %barrier, label %cont, !prof !{!"branch_weights", 1, 10000}
```
### 4. 注釈→LLVM属性変換
#### 安全性重視の段階的アプローチ
| Nyash注釈 | LLVM属性 | 安全性条件 |
|-----------|----------|------------|
| `@no_escape` | `nocapture` | エスケープしないことを静的証明 |
| `@pure` | `readonly` | 副作用なしを保証 |
| `@pure` + 強条件 | `readnone speculatable` | メモリ不読+例外なし |
| `@nonnull` | `nonnull` | NULL不可を型システムで保証 |
| `@range(0,255)` | `!range` | 値域制約をメタデータ化 |
### 5. LLVM最適化パス構成
#### 推奨パイプライン(両先生の合意)
```
Phase 1基本最適化:
mem2reg → instcombine → gvn → sccp
Phase 2Nyash特化:
BoxCall devirtualization → inline → SROABox消去
Phase 3高度な最適化:
licm → indvars → loop-unroll → vectorize
Phase 4最終調整:
Box materialization cleanup → instcombine
```
### 6. インライン展開戦略
#### コストモデルCodex先生
-モルフィックPIC高ヒット率>90% → インライン
- コード膨張はプロファイル重みで正規化
- 再帰最適化:`musttail`によるTCO、部分インライン化
## 🚀 実装ロードマップ
### Week 1: 基礎構築
- [ ] inkwellセットアップ
- [ ] 基本的な15命令→LLVM IR変換
- [ ] 最小実行可能コード生成
### Week 2: PIC実装
- [ ]モルフィックPIC
- [ ] ポリモルフィックPIC2-4 way
- [ ] Megamorphic fallback
### Week 3: 脱箱化GC統合
- [ ] 2表現SSA実装
- [ ] エスケープ解析
- [ ] GCバリア最適化
- [ ] gc.statepoint統合
### Week 4: 最適化+検証
- [ ] 注釈→属性変換
- [ ] カスタム最適化パス
- [ ] ベンチマーク検証
- [ ] 安全性テスト
## 💡 重要な洞察
### Gemini先生
> 「Everything is Box」モデルのオーバーヘッドを削減する鍵が脱箱化です。早すぎる脱箱化は再Box化のコストを生み、遅すぎると最適化の機会を逃します。
### Codex先生
> PIC更新の安全化: 1-ワードのバージョンでRCU風プロトコル。ABI二系統Box ABI/Primitive Fast-ABIをIRBuilderに明示し、境界でのみmaterialize_box/dematerialize_boxを発行。
## 🎉 結論
両先生の知見を統合することで、「Everything is Box」の柔軟性を保ちつつ、C++に迫る性能を実現する具体的な実装パスが明確になりました。特に:
1. **PICによる動的最適化**と**静的型推論**の組み合わせ
2. **遅延Box化**による不要なヒープ割り当ての削減
3. **世代別GC**と**インラインバリア**の協調
4. **保守的な属性付与**による安全性確保
5. **段階的最適化パイプライン**による着実な性能向上
これらにより、Nyashは「シンプルな15命令」から「高性能な機械語」への変換を実現できます。

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# Box-SSA Core-15 最終仕様
Date: 2025-08-31
Status: **凍結** (Frozen Specification)
Author: ChatGPT5 + Claude協調
## ✅ 凍結命令セット正味15個
```
{ Const, UnaryOp, BinOp, Compare, TypeOp,
Load, Store,
Jump, Branch, Return, Phi,
Call, NewBox, BoxCall, ExternCall }
```
## 📋 命令詳細
### 1. 値生成
- **Const**(value) → 定数i64/f64/bool/string等
- **NewBox**(type, init_args...) → 新しいBoxオブジェクト生成
### 2. 演算
- **UnaryOp**(op, arg) → 単項演算neg, not等
- **BinOp**(op, left, right) → 二項演算add, sub, mul, div等
- **Compare**(op, left, right) → 比較演算eq, lt, le等
- **TypeOp**(op, value, type) → 型演算is, as, typeof等
### 3. メモリ
- **Load**(local_id) → ローカル変数読み込み
- **Store**(local_id, value) → ローカル変数書き込み
### 4. 制御フロー
- **Jump**(block) → 無条件ジャンプ
- **Branch**(cond, then_block, else_block) → 条件分岐
- **Return**(value?) → 関数からの復帰
- **Phi**([(block, value), ...]) → SSA用VMは展開
### 5. 呼び出し
- **Call**(func, args...) → 通常の関数呼び出し
- **BoxCall**(box, selector, args...) → Boxメソッド呼び出し万能
- **ExternCall**(symbol, args..., attrs) → FFI呼び出し
## 🎯 BoxCall統一マッピング
| 操作 | 旧命令 | 新BoxCall表現 |
|------|--------|---------------|
| フィールド読み取り | RefGet | BoxCall(obj, "getField", field_name) |
| フィールド書き込み | RefSet | BoxCall(obj, "setField", field_name, value) |
| 配列要素読み取り | ArrayGet | BoxCall(arr, "get", index) |
| 配列要素書き込み | ArraySet | BoxCall(arr, "set", index, value) |
| プラグイン呼び出し | PluginInvoke | BoxCall(plugin, "invoke", method, args...) |
| メソッド呼び出し | - | BoxCall(obj, method_name, args...) |
## 🔒 不変条件Verifier必須チェック
1. **直接フィールドアクセス禁止**
-`Load/Store`でBoxの内部フィールドに直接アクセス
- ✅ 必ず`BoxCall`経由でアクセス
2. **Write Barrier自動挿入**
- BoxCallのLowering時に必要に応じて挿入
- 世代別GCで若→若の場合は省略可
3. **ExternCall属性必須**
- `noalloc`, `readonly`, `atomic`, `nothrow`等を明示
- 無指定は保守的(全バリア有効)
4. **型安全性**
- TypeOpで型チェック後のみ特定操作を許可
- 動的ディスパッチはPIC経由
## 🛠️ Lowering戦略
### BoxCall → 最適化されたコード
```llvm
; BoxCall(arr, "get", 5) のLowering例
; 1. 形状ガードPIC
%type_id = load i64, i64* %arr.type_id
%is_array = icmp eq i64 %type_id, ARRAY_TYPE_ID
br i1 %is_array, label %fast_path, label %slow_path
fast_path:
; 2. 境界チェック
%len = load i64, i64* %arr.length
%in_bounds = icmp ult i64 5, %len
br i1 %in_bounds, label %do_load, label %bounds_error
do_load:
; 3. 直接アクセス(最適化後)
%ptr = getelementptr %ArrayBox, %arr, 0, 2, 5
%value = load %Box*, %ptr
br label %continue
slow_path:
; 4. 汎用ディスパッチ
%value = call @nyash_box_call(%arr, "get", 5)
br label %continue
```
## 📊 削減効果
| 項目 | 旧26命令 | 新15命令 | 削減率 |
|------|-------------|-------------|---------|
| 命令数 | 26 | 15 | 42%削減 |
| 実装箇所 | 26×N | 15×N | 42%削減 |
| 最適化パターン | 多様 | 統一BoxCall中心 | 大幅簡素化 |
| テストケース | O(26²) | O(15²) | 66%削減 |
## 🚦 実装ロードマップ
### Phase 1: 仕様更新(即時)
- [x] このドキュメントで仕様凍結
- [ ] INSTRUCTION_SET.md を更新
- [ ] テストの期待値を15に変更
### Phase 2: Verifier実装1日
- [ ] Box直接アクセス検出
- [ ] ExternCall属性チェック
- [ ] 命令数15の強制
### Phase 3: Lowering実装3日
- [ ] BoxCall → 形状別分岐
- [ ] Write Barrier挿入ロジック
- [ ] PIC統合
### Phase 4: VM/JIT更新1週間
- [ ] VM: Phi展開、BoxCall dispatch
- [ ] JIT: PIC生成、インライン化
- [ ] 性能検証
## 🎉 結論
**Box-SSA Core-15**により:
- Everything is Box哲学の完全実現
- 実装・保守の劇的簡素化
- 最適化の統一的適用
- 真の15命令達成
これが「あほみたいに簡単」で「恐ろしく速い」Nyashの最終形態です