# Codex先生のNyash ABI実装戦略 (2025-09-01) ## 質問内容 Nyashプラグインシステムの ABI戦略について技術的相談です。 【背景】 Phase 12でNyashスクリプトプラグインシステムを実装中です。現在、プラグインインターフェースの設計で重要な判断が必要です。 【現状】 - 既存: C ABI(シンプル、高速、実績あり) - 提案: Nyash ABI(3×u64構造体、型情報付き、拡張性高い) 【トレードオフ】 C ABI: - 利点: ゼロオーバーヘッド、既存資産活用、シンプル - 欠点: 型情報なし、拡張性限定、エラー処理が原始的 Nyash ABI: - 利点: 型安全、メタデータ活用、将来性(async等) - 欠点: pack/unpackのオーバーヘッド、新規学習コスト 【具体的な選択肢】 1. Nyash ABIのみ(統一性重視) 2. C ABI + Nyash ABI両方(実用性重視) 3. その他の革新的アプローチ? 【質問】 1. どちらの戦略が長期的に見て賢明でしょうか? 2. 両方サポートする場合の複雑性は管理可能でしょうか? 3. 他の言語での成功例・失敗例から学べることは? 4. VM/JIT最適化の観点から、どちらが有利でしょうか? 実装の実践的観点から、C ABIとNyash ABIの選択について深く分析してください。特にVM/JIT最適化や実装の複雑性を考慮して。 ## Codex先生の回答 **結論** - 長期的には「C呼出規約 × Nyash値表現(3×u64)」を中核に、C ABIとNyash ABIの両方をサポートする二層戦略が最も堅実。 - まずは二者併存で運用し、JIT/VMでの最適化余地と実用性を確保しながら、将来的にNyash ABIを第一級に育てるのが現実的。 **推奨戦略** - 両対応(2)を採用。ただし"呼出規約はC、値表現はNyash"を共通土台にする。 - 共通の値ABI: `#[repr(C)] struct NyValue { u64 tag; u64 payload; u64 aux; }` - C ABI関数でもNyValueを受け渡しできるため、型安全・メタデータ拡張の道を確保しつつ、Cの安定性・高速性を得る。 - プラグイン初期化は「バージョン付き関数テーブル(vtable)+機能フラグ」の交渉型にする。 - 例: `NyPluginInitV1(NyRtFnsV1* rt, NyPluginV1* out)` → `NyPluginV1 { u32 abi_mask; u32 size; NyFnDesc* fns; ... }` - `abi_mask`で `NY_ABI_C` と `NY_ABI_NYV1` の両方可否を示す。将来の `NY_ABI_NYV2` も追加可能。 - エラーモデルは二段階: - 速経路: `NyStatus`(enum, small int)を戻す。失敗時は`NyValue`でエラーオブジェクトをout-param返却。 - 詳細情報は`NyError`ヘルパ(`NyValue`として表現)に格納。FFI境界でpanic禁止・例外横断なし。 - メモリ/所有権はハンドル/関数テーブル経由で統一(NyRTのalloc/free、string/slice作成API)。内部構造体への直接依存は不可。 **複雑性と管理** - 追加コストは主にローダとアダプタ(トランポリン)実装+テスト行列の増加。ただし次の工夫で管理可能: - 機能交渉を一本化(init関数とマニフェスト/nyash.tomlで表明)。ロード時に一度だけ決定。 - 呼出アダプタをテンプレート化/JIT時に生成・キャッシュ(型配列→シグネチャ→thunkアドレス)。 - 型表(`NyFnDesc`に引数/戻りの型ID配列、純関数/readonly/aliasing属性)を持ち、最適化と検証を兼用。 - 見積り:ローダ+vtable+アダプタの骨格は数百行〜千行弱で収まり、以降は関数種別追加が足し算。 **他言語の事例からの学び** - 成功例 - Node N-API: バージョン化された関数テーブルでABIを安定化。実装側の進化と互換の両立に有効。 - Lua C API: C呼出規約+独自値表現で長期安定。ただしstackベースは学習コストあり。 - 反省点 - CPython C API: 内部構造体露出で進化の足枷に。HPyはハンドル化で再設計。 - JNI: 汎用だが冗長・低速傾向。最適化しづらい。 - 教訓 - 内部レイアウト非公開(ハンドル/関数経由)・バージョン化vtable・拡張フラグが長期安定の鍵。 - 値ABIは固定サイズ・レジスタ渡し最適化可能な形が吉(3×u64は合理的)。 **VM/JIT最適化の観点** - 呼出オーバーヘッド - 3×u64はSysV/Win64いずれもレジスタ渡しが効きやすく、C ABIと同等のコールコストに収束。 - 本質的ボトルネックは間接呼出ミス予測と型検査。JITで型が既知ならチェックを埋め込み/削減可能。 - 直呼 vs トランポリン - 署名が一致する場合は直接呼出(JITに外部シンボルとして登録)。 - 型昇降/借用が必要な時のみthunkを噛ませる。JITでモノモーフィック化・デッドパス除去。 - 最適化ヒント(Cranelift/LLVM) - 関数属性: `nounwind`, `readonly`/`readnone`, `nocapture`, `nonnull`, `cold`(エラーパス) - 戻り値はout-paramにしてtailcall最適化(`musttail`適用可否は要検証)。 - シンボルはAOT時`dso_local`、JITは`CallConv::SystemV/WindowsFast`で3×i64に整合。 - ホットループ対策 - スカラー跨ぎは避け、スライス/バルクAPIを定義(例: vector add)。boundary跨ぎ回数を削減。 - 将来は静的リンクモード(first-party plugins)でLTO許可→AOTでインライン・DCE可。 **Nyash ABIのみ vs 併存の比較** - Nyash ABIのみ(1) - 一貫性と将来性は高いが、既存C資産/ツール連携コストと立上げ摩擦が大きい。 - 併存(2, 推奨) - 早期エコシステム拡大と最適化の両取り。複雑性はvtable+アダプタの設計で抑え込み可能。 - その他(3) - N-API風ハンドル専一は安定するが、オーバーヘッド/冗長性が増える。Nyashのパフォーマンス志向には過剰。 **実装メモ(具体)** - 値ABI - `tag`: 上位ビットに種別・フラグ(own/borrow、small/heap、nullable等) - `payload`: ポインタor即値、`aux`: len/stride/arena_id等 - `NySlice`: `tag=SLICE`で`payload=ptr`, `aux=len`。borrow時は生存期間制約、必要なら`nyrt_clone_slice`で所有権取得。 - 初期化/交渉 - `NyPluginInitV1(NyRtFnsV1*, NyPluginV1*) -> NyStatus` - `NyRtFnsV1`: alloc/free、string/slice/future、log、error造作API。 - `NyPluginV1`: `abi_mask`, `size`, `features`, `fn_count`, `NyFnDesc*`. - エラー/非同期 - `NyStatus` + `NyValue err_out`。非同期は `NyFuture*`を返却、`NyRtFnsV1`で`poll/wake`を橋渡し。 - VMのスケジューラとWakerのブリッジはvtableで隠蔽(ABI非依存)。 - 安定性 - すべての公開構造体に`size`を先頭フィールドに持たせ将来拡張。未理解フィールドは無視。 - ABIバージョンは数値+機能フラグで条件分岐(ビルド時にも`#[cfg(feature)]`で絞る)。 **質問への回答** - 1) 長期的に賢明か: 併存+共通値ABIが最善。Cの互換性とNyashの型安全/拡張性を両立。 - 2) 複雑性は管理可能か: はい。vtableの一本化、JIT生成thunk、機能交渉で抑制できる。 - 3) 学び: 内部構造体を外部に晒さない・ハンドル経由・バージョン化テーブル・豊富な属性メタデータ。CPythonの反省とN-APIの成功を取り込む。 - 4) VM/JIT最適化: 3×u64のNyash値はレジスタ渡しでC ABIと同等に速く、型既知箇所はJITで直呼/チェック省略可能。最適化の自由度はNyash ABIの方が高い。 **次のアクション** - 値ABIと関数テーブル仕様を`crates/nyrt/include/nyrt.h`に最小ドラフト化(`NyValue`, `NyStatus`, `NyRtFnsV1`, `NyPluginV1`, `NyFnDesc`)。 - ローダにinit/交渉実装(`nyash.toml`のabi種別・型情報読み込み→関数登録)。 - JIT/VMに外部関数署名登録とthunk生成を追加(Cranelift/LLVM兼用)。 - バルク演算プラグインのスモークを作成(C ABI版とNyash ABI版を比較ベンチ)。 - ドキュメント化(`docs/plugins/abi.md`)とサンプル(`plugins/`、`apps/`)追加。 必要なら、ドラフトの`NyValue`と`NyPluginInitV1`の最小Cヘッダ案もすぐ出します。