# 🤖 Nyash MIR (Mid-level Intermediate Representation) - 統合リファレンス *26命令削減実装中・ChatGPT5仕様準拠 - 2025年8月17日版* ## 🚨 **重要: MIR命令削減プロジェクト進行中** **現状**: 35命令実装(175%膨張)→ **目標**: 26命令(ChatGPT5仕様) **Gemini評価**: 削減戦略「極めて健全」「断行推奨」 ## 🎯 **MIR概要** Nyash MIRは、Everything is Box哲学を基盤とした中間表現です。現在35命令が実装され、インタープリター・VM・WASM・AOTの全バックエンドで統一された実行を実現します。 ### **🌟 主要特徴** - **Everything is Box**: 全データがBoxオブジェクトとして統一表現 - **Effect System**: pure/mut/io/control効果による最適化基盤 - **所有権管理**: 強参照森(ownership forest)+ weak参照システム - **非同期対応**: Future/Bus操作の言語レベル統合 - **FFI/ABI統合**: ExternCall命令による外部API統一呼び出し ## 🏗️ **命令分類 - 35命令全体系** ### **Tier-0: コア演算 (8命令)** 基本的な計算・制御フロー命令 | 命令 | 形式 | 効果 | 説明 | |------|------|------|------| | `Const` | `%dst = const value` | pure | 定数値生成 | | `BinOp` | `%dst = %lhs op %rhs` | pure | 二項演算(+,-,*,/等) | | `UnaryOp` | `%dst = op %operand` | pure | 単項演算(not, neg等) | | `Compare` | `%dst = %lhs cmp %rhs` | pure | 比較演算(==, !=, <等) | | `Branch` | `br %cond -> %then, %else` | control | 条件分岐 | | `Jump` | `jmp %target` | control | 無条件ジャンプ | | `Return` | `ret %value?` | control | 関数戻り | | `Phi` | `%dst = phi [%val1:%bb1, %val2:%bb2]` | pure | SSA φ関数 | ### **Tier-1: メモリ・関数操作 (8命令)** メモリアクセス・関数呼び出し・型操作 | 命令 | 形式 | 効果 | 説明 | |------|------|------|------| | `Load` | `%dst = load %ptr` | pure | メモリ読み取り | | `Store` | `store %value -> %ptr` | mut | メモリ書き込み | | `Call` | `%dst = call %func(%args...)` | context | 関数呼び出し | | `BoxCall` | `%dst = %box.method(%args...)` | context | Boxメソッド呼び出し | | `NewBox` | `%dst = new_box "Type"(%args...)` | mut | Box生成 | | `TypeCheck` | `%dst = type_check %box "Type"` | pure | 型チェック | | `Cast` | `%dst = cast %value as Type` | pure | 型変換 | | `Copy` | `%dst = copy %src` | pure | 値コピー | ### **Tier-2: 配列・デバッグ・制御 (7命令)** 配列操作・デバッグ・例外処理 | 命令 | 形式 | 効果 | 説明 | |------|------|------|------| | `ArrayGet` | `%dst = %array[%index]` | pure | 配列要素取得 | | `ArraySet` | `%array[%index] = %value` | mut | 配列要素設定 | | `Debug` | `debug %value "message"` | io | デバッグ出力 | | `Print` | `print %value` | io | コンソール出力 | | `Nop` | `nop` | pure | 無操作 | | `Throw` | `throw %exception` | control | 例外発生 | | `Catch` | `catch %type -> %handler` | control | 例外捕捉 | ### **Tier-3: 参照・非同期・外部API (12命令)** 所有権管理・非同期処理・外部連携 | 命令 | 形式 | 効果 | 説明 | |------|------|------|------| | `Safepoint` | `safepoint` | io | セーフポイント | | `RefNew` | `%dst = ref_new %box` | pure | 参照生成 | | `RefGet` | `%dst = ref_get %ref.field` | pure | 参照経由読み取り | | `RefSet` | `ref_set %ref.field = %value` | mut | 参照経由書き込み | | `WeakNew` | `%dst = weak_new %box` | pure | weak参照生成 | | `WeakLoad` | `%dst = weak_load %weak_ref` | pure | weak参照読み取り | | `BarrierRead` | `barrier_read %ptr` | io | メモリバリア読み | | `BarrierWrite` | `barrier_write %ptr` | io | メモリバリア書き | | `FutureNew` | `%dst = future_new %value` | mut | Future生成 | | `FutureSet` | `future_set %future = %value` | mut | Future値設定 | | `Await` | `%dst = await %future` | io | Future待機 | | `ExternCall` | `%dst = extern_call iface.method(%args...)` | context | 外部API呼び出し | ## 🎭 **Effect System - 4種類の効果** ### **効果分類と最適化ルール** ```rust pub enum Effect { Pure, // 再順序化可能、共通部分式除去可能 Mut, // 同一リソースで順序保持必要 Io, // 全順序保持必要(副作用あり) Control, // 制御フロー変更 } ``` ### **効果別命令分類** #### **Pure命令 (15命令)** ``` Const, BinOp, UnaryOp, Compare, Phi, Load, TypeCheck, Cast, Copy, ArrayGet, Nop, RefNew, RefGet, WeakNew, WeakLoad ``` #### **Mut命令 (7命令)** ``` Store, NewBox, ArraySet, RefSet, FutureNew, FutureSet ``` #### **Io命令 (6命令)** ``` Debug, Print, Safepoint, BarrierRead, BarrierWrite, Await ``` #### **Control命令 (4命令)** ``` Branch, Jump, Return, Throw, Catch ``` #### **Context依存命令 (3命令)** ``` Call, BoxCall, ExternCall ``` *効果は呼び出し先に依存* ## 🔧 **重要なMIR実装詳細** ### **ExternCall命令 - FFI/ABI統合** ```rust ExternCall { dst: Option, iface_name: String, // "env.console", "nyash.math"等 method_name: String, // "log", "sqrt"等 args: Vec, effects: EffectMask, // BID仕様から決定 } ``` **用途**: ブラウザーAPI・ネイティブライブラリ・プラグインの統一呼び出し ### **所有権管理システム** #### **強参照森(Ownership Forest)** - 各Boxは最大1つの強参照を持つ(in-degree ≤ 1) - 強参照による循環は禁止(DAG構造保証) - `NewBox`, `RefSet`で所有権移転 #### **weak参照システム** - 所有権を持たない軽量参照 - `WeakNew`で生成、`WeakLoad`で安全アクセス - 参照先削除時は自動的にnull化 ### **非同期処理 - Future操作** ```mir %future = FutureNew %initial_value // Future生成 FutureSet %future = %result // 結果設定 %value = Await %future // 結果取得(ブロッキング) ``` ## 🚀 **バックエンド別対応状況** ### **実装済みバックエンド** | バックエンド | 対応命令数 | 主要用途 | 特徴 | |-------------|-----------|----------|------| | **Interpreter** | 35/35 | デバッグ・開発 | 全命令完全対応 | | **VM** | 35/35 | 高速実行 | レジスタベース | | **WASM** | 30/35 | Web配布 | ExternCall→import対応 | | **AOT準備** | 計画中 | ネイティブ | LLVM IR生成予定 | ### **バックエンド固有の最適化** #### **VM バックエンド** - レジスタベース実行 - 局所最適化(ローカルBus elision) - 直接スレッド化 #### **WASM バックエンド** - メモリ線形化(文字列は (ptr,len)) - ExternCall → import宣言自動生成 - ホスト側JavaScript連携 ## 📊 **MIR最適化パス** ### **Pure命令最適化** - **共通部分式除去 (CSE)**: 同一pure計算の除去 - **不変コード移動 (LICM)**: ループ外移動 - **定数畳み込み**: コンパイル時計算 ### **Effect-aware最適化** - **Mut順序保持**: 同一リソースアクセス順序維持 - **Io順序保持**: 全Io命令の順序保証 - **Bus elision**: ローカル通信の直接アクセス化 ## 🧪 **テスト・検証** ### **MIR検証項目** - [ ] **所有権森検証**: strong in-degree ≤ 1 - [ ] **強循環禁止**: 強参照のDAG構造保証 - [ ] **weak参照安全性**: 失効時null化 - [ ] **効果注釈正確性**: 各命令の効果分類 - [ ] **型安全性**: Box型システム整合性 ### **バックエンド互換性テスト** ```bash # 全バックエンドMIR一致テスト ./target/release/nyash --dump-mir program.hako > interpreter.mir ./target/release/nyash --backend vm --dump-mir program.hako > vm.mir ./target/release/nyash --backend wasm --dump-mir program.hako > wasm.mir diff interpreter.mir vm.mir && diff vm.mir wasm.mir ``` ## 🔮 **将来計画** ### **Phase 10: AOT/JIT対応** - LLVM IR生成バックエンド - ExternCall → ネイティブ関数呼び出し - 高度な最適化パス統合 ### **Phase 11: MIR v2設計** - 命令数最適化(35 → 25命令目標) - BID統合(Box Interface Definition) - リソース所有権拡張(own, borrow) ## 📚 **関連ドキュメント** - **FFI/ABI仕様**: `docs/説明書/reference/box-design/ffi-abi-specification.md` - **実装詳細**: `src/mir/instruction.rs` - **Phase計画**: `docs/予定/native-plan/copilot_issues.txt` --- **最終更新**: 2025年8月17日 **実装ベース**: 35命令完全対応 **次期計画**: BID統合プラグインシステム(Phase 9.75f-BID)