# JoinIR — 関数正規化 IR（関数と継続だけで制御を表現する層） 目的 - Hakorune の制御構造（`if` / `loop` / `break` / `continue` / `return`）を、**関数呼び出し＋継続（continuation）だけに正規化する IR 層**として設計する。 - これにより: - φ ノード = 関数の引数 - merge ブロック = join 関数 - ループ = 再帰関数（loop_step）＋ exit 継続（k_exit） - break / continue = 適切な関数呼び出し という形に落とし込み、LoopForm v2 / Exit PHI / BodyLocal / ExitLiveness の負担を**構造的に軽くする**。 前提・方針 - LoopForm / ControlForm は「構造の前段」として残す（削除しない）。 - JoinIR は「PHI/SSA の実装負担を肩代わりする層」として導入し、ヘッダ/exit φ や BodyLocal の扱いを **関数の引数と継続** に吸収していく。 - PHI 専用の箱（HeaderPhiBuilder / ExitPhiBuilder / BodyLocalPhiBuilder など）は、最終的には JoinIR 降ろしの補助に縮退させることを目標にする。 位置づけ - 変換パイプラインにおける位置: ```text AST → MIR（+LoopForm v2） → JoinIR → VM / LLVM ``` - AST / MIR では従来どおり Nyash 構文（if / loop 等）を扱い、 JoinIR 以降では **関数と値（Box＋Primitive）だけ**を見る。 --- ## 1. JoinIR のコアアイデア ### 1-1. 「ループ = 関数を何回も呼ぶこと」 通常の while/loop は: ```hako loop(i < n) { if i >= n { break } i = i + 1 } return i ``` JoinIR 的に見ると: ```text fn main(k_exit) { loop_step(0, k_exit) } fn loop_step(i, k_exit) { if i >= n { // break k_exit(i) } else { // continue loop_step(i + 1, k_exit) } } ``` - ループ本体 = `loop_step(i, k_exit)` という関数。 - `i` は LoopCarried（carrier）変数 → 関数の引数で表現。 - break = exit 継続 `k_exit` の呼び出し。 - continue = `loop_step` をもう一度呼ぶこと。 ### 1-2. 「if の merge = join 関数」 ソース: ```hako if cond { x = 1 } else { x = 2 } print(x) ``` JoinIR 的には: ```text fn main(k_exit) { if cond { then_branch(k_exit) } else { else_branch(k_exit) } } fn then_branch(k_exit) { x = 1 join_after_if(x, k_exit) } fn else_branch(k_exit) { x = 2 join_after_if(x, k_exit) } fn join_after_if(x, k_exit) { print(x) k_exit(0) } ``` - φ ノード = `join_after_if` の引数 `x`。 - merge ブロック = `join_after_if` 関数。 - 「どのブランチから来たか」の情報は、**関数呼び出し**に吸収される。 --- ## 2. JoinIR の型イメージ ※ Phase 26-H 時点では「設計のみ」を置いておき、実装は最小ケースから。 ### 2-1. 関数と継続 ```rust /// JoinIR 関数ID（MIR 関数とは別 ID でもよい） struct JoinFuncId(u32); /// 継続（join / ループ step / exit continuation）を識別するID struct JoinContId(u32); /// JoinIR 関数 struct JoinFunction { id: JoinFuncId, params: Vec, // 引数（φ に相当） body: Vec, // 命令列 exit_cont: Option, // 呼び出し元に返す継続（ルートは None） } ``` ### 2-2. 命令セット（最小） ```rust enum JoinInst { /// 通常の関数呼び出し: f(args..., k_next) Call { func: JoinFuncId, args: Vec, k_next: JoinContId, }, /// 継続呼び出し（join / exit 継続など） Jump { cont: JoinContId, args: Vec, }, /// ルート関数 or 上位への戻り Ret { value: Option, }, /// それ以外の演算は、現行 MIR の算術/比較/boxcall を再利用 Compute(MirLikeInst), } ``` ### 2-3. 継続の分類 - join 継続: - if の merge や、ループ body 終了後の「次の場所」を表す。 - loop_step: - ループ 1ステップ分の処理。 - exit 継続: - ループを抜けた後の処理（`k_exit`）。 - これらはすべて「関数 or 継続 ID」と「引数」で表現される。 --- ## 3. MIR/LoopForm から JoinIR への変換ルール（v0 草案） ここでは Phase 26-H で扱う最小のルールだけを書く。 ### 3-1. ループ（LoopForm v2）→ loop_step + k_exit 前提: LoopForm v2 が提供する情報 - preheader / header / body / latch / exit / continue_merge / break ブロック集合。 - LoopVarClassBox による分類（Pinned / Carrier / BodyLocalExit / BodyLocalInternal）。 変換方針（概略）: 1. LoopCarried 変数の集合 `C = {v1, v2, ...}` を求める。 2. 「ループを抜けた後で使う変数」の集合 `E` を ExitLiveness から得る（長期的には MirScanExitLiveness）。 3. JoinIR 上で: - `fn loop_step(C, k_exit)` を新設。 - ループ前の値から `loop_step(C0, k_exit0)` を呼び出す。 - body 内の `break` は `k_exit(E)` に変換。 - body 内の `continue` は `loop_step(C_next, k_exit)` に変換。 今の LoopForm / PhiBuilderBox がやっている仕事（header φ / exit φ 生成）は、 最終的には「`C` と `E` を決める補助」に寄せていくイメージになる。 ### 3-2. if → join_after_if 前提: - control_flow / if_form.rs で IfForm（cond / then / else / merge）が取れる。 変換方針: 1. merge ブロックで φ が必要な変数集合 `M = {x1, x2, ...}` を求める。 2. JoinIR 上で: - `fn join_after_if(M, k_exit)` を新設。 - then ブランチの末尾に `join_after_if(x1_then, x2_then, ..., k_exit)` を挿入。 - else ブランチの末尾に `join_after_if(x1_else, x2_else, ..., k_exit)` を挿入。 3. merge ブロックの本体は `join_after_if` に移す。 これにより、φ ノードは `join_after_if` の引数に吸収される。 --- ## 4. フェーズ計画（Phase 26-H 〜 27.x の流れ） ### Phase 26-H（現在フェーズ）— 設計＋ミニ実験 - スコープ: - JoinIR の設計ドキュメント（このファイル＋ phase-26-H/README）。 - `src/mir/join_ir.rs` に型だけ入れる（変換ロジックは最小）。 - 1 ケース限定の変換実験: - 例: `apps/tests/joinir_min_loop.hako` → MIR → JoinIR → JoinIR のダンプを Rust テストで確認。 - ゴール: - 「関数正規化 IR（JoinIR）が箱理論／LoopForm v2 と矛盾しない」ことを確認する。 - 大規模リプレースに進む価値があるか、感触を掴む。 ### Phase 27.x（仮）— 段階的な採用案（まだ構想段階） この段階はまだ「構想メモ」として置いておく。 - 27.1: LoopForm v2 → JoinIR の変換を部分的に実装 - まずは「break なしの loop + if」だけを対象にする。 - Exit φ / header φ の一部を JoinIR の引数に置き換える。 - 27.2: break / continue / BodyLocalExit を JoinIR で扱う - BodyLocalPhiBuilder / LoopExitLiveness の「決定」を JoinIR 引数設計に寄せる。 - ExitLiveness は JoinIR 関数の use/def から算出可能かを検証する。 - 27.3: SSA/PHI との役割調整 - LoopForm v2 / PhiBuilderBox は「JoinIR 生成補助」の位置付けに縮退。 - MirVerifier は JoinIR ベースのチェック（又は MIR/JoinIR 並列）に切り替え検討。 ※これら 27.x フェーズは、26-F / 26-G で現行ラインの根治が一段落してから進める前提。 --- ## 5. 他ドキュメントとの関係 - `docs/private/roadmap2/phases/phase-26-H/README.md` - Phase 26-H のスコープ（設計＋ミニ実験）、他フェーズ（25.1 / 26-F / 26-G）との関係を定義。 - `docs/development/architecture/loops/loopform_ssot.md` - LoopForm v2 / Exit PHI / 4箱構成（LoopVarClassBox / LoopExitLivenessBox / BodyLocalPhiBuilder / PhiInvariantsBox）の設計ノート。 - 将来、JoinIR を導入するときは「LoopForm v2 → JoinIR 変換の前段」としてこの SSOT を活かす。 このファイルは、JoinIR を「全部関数な言語」のコアとして扱うための設計メモだよ。 実際の導入は小さな実験（Phase 26-H）から始めて、問題なければ 27.x 以降で段階的に進める想定にしておく。 ## 6. φ と merge の対応表（抜粋） | 構文/概念 | JoinIR での表現 | φ/合流の扱い | |-----------|-----------------|--------------| | if/merge | join 関数呼び出し | join 関数の引数が φ 相当 | | loop | step 再帰 + k_exit 継続 | LoopCarried/Exit の値を引数で渡す | | break | k_exit 呼び出し | φ 不要（引数で値を渡す） | | continue | step 呼び出し | φ 不要（引数で値を渡す） | | return | 継続または ret | そのまま値を返す | ## 7. 26-H で増やす実装箱 / 概念ラベル - 実装として増やす（このフェーズで手を動かす） - `join_ir.rs`: `JoinFunction/JoinBlock/JoinInst` の最小定義とダンプ - LoopForm→JoinIR のミニ変換関数（1 ケース限定で OK） - 実験トグル（例: `NYASH_JOINIR_EXPERIMENT=1`）で JoinIR をダンプするフック - 概念ラベルのみ（27.x 以降で拡張を検討） - MirQueryBox のような MIR ビュー層（reads/writes/succs を trait 化） - LoopFnLoweringBox / JoinIRBox の分割（必要になったら分ける） - JoinIR 上での最適化や VM/LLVM 統合 このフェーズでは「箱を増やしすぎない」ことを意識し、型定義＋最小変換＋ダンプ確認だけに留める。