# JoinIR Architecture Overview (2025‑12‑08)

このドキュメントは、JoinIR ライン全体（Loop/If lowering, ExitLine, Boundary, 条件式 lowering）の
「箱」と「契約」を横串でまとめた設計図だよ。selfhost / JsonParser / hako_check など、
どの呼び出し元から見てもここを見れば「JoinIR 層の責務と流れ」が分かるようにしておく。

変更があったら、Phase ドキュメントではなく **このファイルを随時更新する** 方針。

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## 1. 不変条件（Invariants）

JoinIR ラインで守るべきルールを先に書いておくよ：

1. **JoinIR 内部は JoinIR ValueId だけ**
   - JoinIR lowering が発行する `JoinInst` の `ValueId` は、すべて `alloc_value()` で割り当てるローカル ID。
   - Rust/MIR 側の ValueId（`builder.variable_map` に入っている ID）は、JoinIR には直接持ち込まない。

2. **host ↔ join の橋渡しは JoinInlineBoundary 系だけ**
   - host から JoinIR への入力（ループ変数 / 条件専用変数）は
     - `JoinInlineBoundary.join_inputs + host_inputs`
     - `JoinInlineBoundary.condition_bindings`（ConditionBinding）
     だけで接続する。
   - 出力（キャリアの出口）は `JoinInlineBoundary.exit_bindings` に一本化する。

3. **LoopHeader PHI を SSA の単一源泉にする**
   - ループ変数とキャリアは **LoopHeaderPhiBuilder/LoopHeaderPhiInfo** でヘッダ PHI を作り、これを「現在値」の SSOT にする。
   - exit 用の PHI も組むが、変数再接続や expr_result 収集はヘッダ PHI を経由して行う（SSA‑undef 防止）。

4. **式としての戻り値とキャリア更新を分離する**
   - 「ループが式として値を返す」ケース（例: `let r = loop_min_while(...)`）の出口は **exit_phi_builder** が扱う。
   - 「ループが状態更新だけする」ケース（例: `trim` の `start/end`）の出口は **ExitLine（ExitMeta / ExitBinding / ExitLineReconnector）** だけが扱う。

5. **ループ制御 vs 条件式の分離**
   - ループの「形」（Pattern1–4, LoopFeatures）は control-flow 専用の箱が担当。
   - 条件式（`i < len && (ch == " " || ch == "\t")` 等）は **BoolExprLowerer / condition_to_joinir** が担当し、
     ループパターンは boolean ValueId だけを受け取る。

6. **Fail‑Fast**
   - JoinIR が対応していないループパターン / if パターンは、必ず `[joinir/freeze]` 等で明示的にエラーにする。
   - LoopBuilder 等へのサイレントフォールバックは禁止。

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## 2. 主な箱と責務

### 2.1 Loop 構造・検出ライン

- **LoopFeatures / LoopPatternKind / router**
  - ファイル:
    - `src/mir/loop_pattern_detection.rs`
    - `src/mir/builder/control_flow/joinir/patterns/router.rs`
    - `src/mir/builder/control_flow/joinir/patterns/ast_feature_extractor.rs`
  - 責務:
    - AST から break/continue/if‑else PHI などの特徴を抽出（ast_feature_extractor）。
    - `classify(&LoopFeatures)` で Pattern1–4 に分類し、テーブル駆動の `LOOP_PATTERNS` でルーティング。
    - ルータ順序は P4(continue) → P3(if‑phi) → P1(simple) → P2(break) で固定（優先度フィールドはデバッグ用）。

- **Pattern Lowerers (Pattern1–4)**
  - ファイル例:
    - `pattern1_minimal.rs`（Simple while）
    - `pattern2_with_break.rs`（break 付き / Trim 昇格パスを含む）
    - `pattern3_with_if_phi.rs`（if‑phi キャリア）
    - `pattern4_with_continue.rs`（continue を Select で表現）
  - 責務:
    - LoopScopeShape / AST / LoopFeatures を入力として JoinIR の `JoinModule` を構築。
    - `JoinFragmentMeta{ expr_result, exit_meta }` を返し、出口情報を ExitLine に渡す。
    - host/MIR の ValueId は一切扱わない（JoinIR ローカルの ValueId のみ）。

- **Scope / Env Builders**
  - `loop_scope_shape_builder.rs`: ループ本体ローカルの収集、LoopScopeShape 統一生成。
  - `condition_env_builder.rs`: 条件専用変数の環境と ConditionBinding を一括構築。

- **CommonPatternInitializer** (Phase 33-22)
  - ファイル: `src/mir/builder/control_flow/joinir/patterns/common_init.rs`
  - 責務:
    - 全 Pattern 共通の初期化ロジック統一化（ループ変数抽出 + CarrierInfo 構築）。
    - 全パターンで boundary.loop_var_name を確実に設定し、SSA‑undef を防ぐ。

- **JoinIRConversionPipeline** (Phase 33-22)
  - ファイル: `src/mir/builder/control_flow/joinir/patterns/conversion_pipeline.rs`
  - 責務:
    - JoinIR → MIR 変換フロー統一化（JoinModule → MirModule → merge_joinir_mir_blocks）。
    - JoinIR/MIR の関数数・ブロック数をログ出力し、全パターンが同じ入口でマージする。

### 2.2 条件式ライン（式の箱）

- **BoolExprLowerer / condition_to_joinir**
  - ファイル:
    - `src/mir/join_ir/lowering/bool_expr_lowerer.rs`
    - `src/mir/join_ir/lowering/condition_to_joinir.rs`
  - 責務:
    - 通常の if/while 条件を MIR Compare/BinOp/UnaryOp へ lowering。
    - ループ lowerer 用の「AST 条件 → JoinIR Compute 命令列」を ConditionEnv とセットで構築。

- **ConditionEnv/ConditionBinding + ConditionEnvBuilder**
  - ファイル:
    - `src/mir/join_ir/lowering/condition_env.rs`
    - `src/mir/builder/control_flow/joinir/patterns/condition_env_builder.rs`
  - 責務:
    - 変数名→JoinIR ValueId の環境を組み立て、host↔join の橋渡しを ConditionBinding に明示する。
    - Pattern 2 では break 条件の全変数をスキャンし、JoinInlineBoundary.condition_bindings に渡す。

- **LoopConditionScopeBox（Phase 170-D 実装済み）**
  - ファイル: `src/mir/loop_pattern_detection/loop_condition_scope.rs`
  - 責務:
    - 条件式の各変数を LoopParam / OuterLocal / LoopBodyLocal に分類。
    - 関数パラメータ誤分類バグは `condition_var_analyzer.rs` の修正で解消済み（OuterLocal として扱う）。

- **LoopBodyCarrierPromoter（Phase 171-C-2 実装済み）**
  - ファイル: `src/mir/loop_pattern_detection/loop_body_carrier_promoter.rs`
  - 責務:
    - LoopBodyLocal を Trim パターンとして bool キャリアへ昇格（substring + equality 連鎖を検出）。
    - 昇格成功 → CarrierInfo に統合し Pattern 2/4 へ橋渡し。昇格失敗は Fail‑Fast。
    - Pattern 2 は安全な Trim なら実際に前処理（substring 生成 + 空白比較の初期化）を emit してから JoinIR lowering。
    - Pattern 4 は Trim 昇格が起きた場合はガード付きでエラーにし、未実装を明示（Fail‑Fast）。

- **ContinueBranchNormalizer / LoopUpdateAnalyzer**
  - ファイル:
    - `src/mir/join_ir/lowering/continue_branch_normalizer.rs`
    - `src/mir/join_ir/lowering/loop_update_analyzer.rs`
  - 責務:
    - else-continue を then-continue へ正規化し、Select ベースの continue を簡潔にする。
    - ループ本体で実際に更新されるキャリアだけを抽出（Pattern 4 で不要キャリアを排除）。

### 2.3 キャリア / Exit / Boundary ライン

- **CarrierInfo / LoopUpdateAnalyzer**
  - ファイル:
    - `src/mir/join_ir/lowering/carrier_info.rs`
    - `src/mir/join_ir/lowering/loop_update_analyzer.rs`
  - 責務:
    - ループで更新される変数（carrier）を検出し、UpdateExpr を保持。
    - Pattern 4 では実際に更新されるキャリアだけを残す。

- **ExitMeta / JoinFragmentMeta**
  - ファイル: `carrier_info.rs`
  - 責務:
    - JoinIR lowerer が出口の JoinIR ValueId を記録（expr_result とキャリアを明確に分離）。

- **LoopHeader PHI Builder**
  - ファイル:
    - `src/mir/builder/control_flow/joinir/merge/loop_header_phi_info.rs`
    - `loop_header_phi_builder.rs`
  - 責務:
    - ループ変数とキャリアの PHI をヘッダブロックに生成し、entry/latch の 2 入力で SSA を確立。
    - instruction_rewriter が latch 側を埋めた後に finalize して挿入する。

- **JoinInlineBoundary**
  - ファイル: `src/mir/join_ir/lowering/inline_boundary.rs`
  - 主フィールド:
    - `join_inputs / host_inputs`：ループパラメータの橋渡し
    - `condition_bindings`：条件専用変数の橋渡し（JoinIR ValueId を明示）
    - `exit_bindings`：キャリア出口の橋渡し（carrier 名を明示）
    - `expr_result` / `loop_var_name`：expr result / ヘッダ PHI 生成用のメタ情報
  - 責務:
    - 「host ↔ JoinIR」の境界情報の SSOT。各パターン lowerer がここに全て詰めてから merge する。

- **BoundaryInjector**
  - ファイル: `src/mir/builder/joinir_inline_boundary_injector.rs`
  - 責務:
    - `join_inputs` と `condition_bindings` を entry block に Copy で注入し、JoinIR ローカル ID と host ID を接続。

- **ExitLine (ExitMetaCollector / ExitLineReconnector / ExitLineOrchestrator)**
  - ファイル:
    - `src/mir/builder/control_flow/joinir/merge/exit_line/mod.rs`
    - `exit_line/meta_collector.rs`
    - `exit_line/reconnector.rs`
  - 責務:
    - ExitMeta から exit_bindings を構築（Collector）。
    - 変数再接続はヘッダ PHI の dst を使って `builder.variable_map` を更新（Reconnector）。
    - expr 用の PHI には一切触れない（carrier 専用ライン）。

- **JoinInlineBoundaryBuilder（Phase 200-2 / Phase 201 完了）**
  - ファイル: `src/mir/join_ir/lowering/inline_boundary_builder.rs`
  - 責務:
    - JoinInlineBoundary の構築を Builder パターンで統一化。
    - フィールド直書きの散乱を防ぎ、inputs/outputs/condition_bindings/exit_bindings/loop_var_name/expr_result の設定を fluent API で実施。
    - **Phase 201 で Pattern1/2/3/4 全てに適用完了**（境界情報組み立てを 1 箇所に集約）。

- **JoinIRVerifier（Phase 200-3 追加）**
  - ファイル: `src/mir/builder/control_flow/joinir/merge/mod.rs`（debug_assertions 専用関数）
  - 責務:
    - LoopHeader PHI / ExitLine 契約をデバッグビルドで検証する門番。
    - `verify_loop_header_phis()`: loop_var_name がある場合にヘッダ PHI が存在するか確認。
    - `verify_exit_line()`: exit_bindings が exit block に対応しているか確認。
    - `verify_joinir_contracts()`: merge_joinir_mir_blocks() の最後で全契約を一括チェック。
    - release ビルドでは完全に除去される（`#[cfg(debug_assertions)]`）。

### 2.4 expr result ライン（式としての戻り値）

- **exit_phi_builder**
  - ファイル: `src/mir/builder/control_flow/joinir/merge/exit_phi_builder.rs`
  - 責務:
    - JoinIR fragment が `expr_result` を持つときに exit ブロックへ PHI を生成。
    - carrier_inputs も受け取り exit ブロックに PHI を作るが、再接続の SSOT は LoopHeader PHI（ExitLine はヘッダ PHI を使用）。

- **InstructionRewriter**
  - ファイル: `instruction_rewriter.rs`
  - 責務:
    - continuation 関数（k_exit）をスキップし、Return → exit ブロック Jump に変換。
    - `JoinFragmentMeta.expr_result` と exit_bindings をヘッダ PHI 経由で収集し、`exit_phi_inputs` / `carrier_inputs` を復活させた（SSA‑undef 修正済み）。
    - tail call を Branch/Jump に書き換えつつ、LoopHeaderPhiInfo に latch 入力を記録する。

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## 3. JoinIR → MIR 統合の全体フロー

1. Pattern router が AST/LoopFeatures から Pattern1–4 を選択し、各 lowerer が
   `(JoinModule, JoinFragmentMeta)` を生成。
2. `JoinInlineBoundary` が:
   - ループ入力（join_inputs/host_inputs）
   - 条件変数（condition_bindings）
   - キャリア出口（exit_bindings）
   を保持。
3. `merge_joinir_mir_blocks` が（マルチ関数対応）:
   - 全関数の BlockID を再割り当て（block_allocator）し、ValueId はパラメータを除外して収集。
   - Boundary の condition/exit Bindings の JoinIR ValueId も remap 対象に追加。
   - LoopHeader PHI を生成（loop_header_phi_builder）し、latch 側は instruction_rewriter が埋める。
   - instruction_rewriter で関数をマージしつつ Call→Jump に変換、k_exit 関数はスキップ。
   - BoundaryInjector で entry block に Copy を注入（join_inputs + condition_bindings）。
   - Header PHI を finalize → exit_phi_builder で expr_result/carrier の exit PHI を構築。
   - ExitLineOrchestrator がヘッダ PHI dst を使って variable_map を更新。
   - host の現在ブロックから JoinIR entry へ jump を張り、exit ブロックに切り替える。

この全体フローの詳細は `src/mir/builder/control_flow/joinir/merge/mod.rs` と
`phase-189-multi-function-mir-merge/README.md` を参照。

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## 4. selfhost / .hako JoinIR Frontend との関係

JoinIR は Rust 側だけでなく、将来的に .hako selfhost コンパイラ側でも生成・解析される予定だよ：

- .hako 側の JsonParser/分析箱は、Program JSON / MIR JSON v1 を読んで JoinIR/MIR を解析する。
- Rust 側 JoinIR ラインの設計変更（特に ValueId/ExitLine/Boundary 周り）は、
  **必ずこのファイルを更新してから** .hako 側にも段階的に反映する方針。

「JoinIR の仕様」「箱の責務」「境界の契約」は、このファイルを SSOT として運用していく。

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## 5. 関連ドキュメント

- `docs/development/current/main/10-Now.md`
  - 全体の「いまどこ」を短くまとめたダッシュボード。
- `docs/private/roadmap2/phases/phase-180-joinir-unification-before-selfhost/README.md`
  - JoinIR 統一フェーズ全体のロードマップと進捗。
- 各 Phase 詳細:
  - 185–188: Strict mode / LoopBuilder 削除 / Pattern1–4 基盤
  - 189–193: Multi-function merge / Select bridge / ExitLine 箱化
  - 171–172 / 33‑10/13: ConditionEnv, ConditionBinding, JoinFragmentMeta, ExitLineRefactor 等
- `docs/development/current/main/loop_pattern_space.md`
  - JoinIR ループパターン空間の整理メモ。  
    どの軸（継続条件 / break / continue / PHI / 条件変数スコープ / 更新パターン）でパターンを分けるか、  
    そして P1–P4 / Trim(P5) の位置づけと、今後追加候補のパターン一覧がまとまっている。