# Phase 26-H — JoinIR / 関数正規化フェーズ設計図

目的: これまで「構文 → LoopForm → PHI」で説明してきた制御構造を、もう一段抽象度を上げて「関数呼び出し＋継続」に正規化する中間層（JoinIR / LoopFnIR）として整理し直すこと。  
最終的には「ループや if の合流点で悩む」のではなく、「関数の引数と戻り先で意味が決まる」世界に寄せ、箱の数と責務を減らしていく。

このフェーズ 26‑H ではあくまで「設計とミニ実験」に留め、スモークや本線は既存の MIR/LoopForm ルートのまま維持する。

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## 1. 現状: LoopForm 正規化ベースの世界

現在のパイプライン（概略）:

```text
AST  →  MIR / LoopForm v2  →  VM / LLVM
```

LoopForm v2 / PHI 周辺には、だいたい次のような箱が存在している:

- 構造系
  - `LoopFormBuilder` / `LoopFormOps`
  - `ControlForm`（If/Loop の形と preds）
- PHI 生成系
  - `HeaderPhiBuilder`
  - `ExitPhiBuilder`
  - `BodyLocalPhiBuilder`
  - `IfBodyLocalMergeBox`
  - `PhiBuilderBox`（If φ 統合）
  - `PhiInvariantsBox`（Fail-Fast チェック）
- 解析／分類系
  - `LoopVarClassBox`（Pinned / Carrier / BodyLocal*）
  - `LoopExitLivenessBox`（ExitLiveness、実装は段階的）
  - `LocalScopeInspectorBox`
  - if 解析系（`if_phi.rs` の補助群）

これらの箱が「どの変数がループをまたぐか」「どこで φ が必要か」「Exit で何を Live とみなすか」を決めているが、その分、箱の数と責務が多く、ループの形を変えるたびに PHI 側の負担が増えている。

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## 2. 代案: 「関数を呼ぶ回数＝ループ」というモデル

発想の転換:

- 今: 構文を LoopForm に正規化し、ループ構造（header/body/latch/exit）を中心に世界を説明している。
- 代案: 構文を「関数呼び出し」に正規化し、**関数を繰り返し呼ぶこと自体がループ**というモデルに寄せる。

### 2.1 ループの例

元のコード（擬似 Nyash）:

```hako
var x = 0
loop {
  x = x + 1
  if x >= 10 { break }
}
print(x)
```

関数ループモデルで見ると:

```hako
// ループ一歩ぶんの関数（Box）
step(x, k_exit) {
  if x >= 10 {
    k_exit(x)             // ループ終了して「先」に進む
  } else {
    step(x + 1, k_exit)   // もう一周
  }
}

// ループの「先」の処理
k_exit = (v) => {
  print(v)
}

// 実行開始
step(0, k_exit)
```

- ループ = `step` を何回も呼ぶこと
- `break` = `k_exit(...)` を呼ぶこと
- `continue` = `step(...)` を呼ぶこと
- φ / LoopCarried 変数 = `step` の引数

ここでは「ループヘッダの φ で悩む」のではなく、「step の引数・k_exit の引数をどう定義するか」に責務が集中する。

### 2.2 パイプラインの再構成案

現在:

```text
AST  →  MIR / LoopForm v2  →  VM/LLVM
```

ここに 1 段挟む:

```text
AST  →  MIR / LoopForm v2  →  ★LoopFnIR(関数ループ層)  →  VM/LLVM
```

この LoopFnIR/JoinIR 層で:

- 各 LoopForm について「ループ関数(step) + 継続関数(k_exit)」を合成。
- ループの PHI / carrier / exit φ はすべて `step` / `k_exit` の引数として表現。
- 下流（VM / LLVM）は「関数呼び出し（および再帰のループ化や展開）」だけを見ればよい。

結果として:

- LoopForm v2 は「LoopFnIR を作る前段」に役割縮小。
- BodyLocal / Exit φ の詳細設計は「引数に何を持っていくか？」という関数インターフェース設計に吸収される。

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## 4. このフェーズで実装する箱 / 概念ラベル

- 実装として増やす（26-H 内で手を動かすもの）
  - `join_ir.rs`: JoinIR 型（関数/ブロック/命令）＋ダンプ
  - LoopForm→JoinIR のミニ変換（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（27.x 以降に検討）
  - MirQuery のようなビュー層（reads/writes/succs を trait 化）
  - LoopFnLoweringBox / JoinIRBox の分割や最適化パス
  - VM/LLVM への統合

※ このフェーズでは「設計＋ミニ実験のみ」で、本線スモークは既存 MIR/LoopForm 経路を維持する。

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## 3. 箱の数と最終形のイメージ

### 3.1 現在の PHI/Loop 周辺の箱（概略）

ざっくりカテゴリ分けすると:

- 構造:
  - `LoopFormBuilder`
  - `ControlForm`
- PHI 生成:
  - `HeaderPhiBuilder`
  - `ExitPhiBuilder`
  - `BodyLocalPhiBuilder`
  - `IfBodyLocalMergeBox`
  - `PhiBuilderBox`
  - `PhiInvariantsBox`
- 解析:
  - `LoopVarClassBox`
  - `LoopExitLivenessBox`
  - `LocalScopeInspectorBox`
  - if 解析系（IfAnalysisBox 的なもの）

関数正規化前提で進むと、最終的には:

- PHI を直接扱う箱は「LoopForm→LoopFnIR に変換する前段」に閉じ込める。
- LoopFnIR 導入後の本線では、次のような少数の箱が中心になる:
  - `LoopFnLoweringBox`（LoopForm → LoopFnIR / JoinIR）
  - `JoinIRBox`（JoinIR の保持・最適化）
  - 既存の VM/LLVM バックエンド（JoinIR からのコード生成側）

という構造に寄せられる見込み。

このフェーズ 26‑H では、「最終的にそこに寄せるための設計図」を書くところまでを目標とする。

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## 4. 26-H でやること（スコープ）

- JoinIR / LoopFnIR の設計ドキュメント作成
  - 命令セット（call / ret / jump / 継続）の最小定義。
  - if / loop / break / continue / return を JoinIR に落とす書き換え規則。
  - φ = 関数引数、merge = join 関数、loop = 再帰関数＋exit 継続、という対応表。
- 最小 1 ケースの手書き変換実験（MIR → JoinIR）
  - ループ＋break を含む簡単な関数を 1 例だけ JoinIR に落とし、形を確認。
- MirQueryBox 経由で必要な MIR ビュー API の確認
  - reads/writes/succs など、JoinIR 変換に必要な情報がすでに `MirQuery` で取れるかチェック。
- すべてトグル OFF で行い、本線（MIR/LoopForm ルート）のスモークには影響させない。

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## 5. やらないこと（26-H では保留）

- 既存ルート（MIR/LoopForm/VM/LLVM）を JoinIR で置き換える。
- スモーク / CI のデフォルト経路変更。
- Loop/PHI 既存実装の削除（これは 27.x 以降の段階で検討）。

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## 6. 実験計画（段階）

1. **設計シート**  
   - `docs/development/architecture/join-ir.md` に命令セット・変換規則・対応表を記述（φ=引数, merge=join, loop=再帰）。

2. **ミニ変換実験 1 ケース**  
   - 最小ループ（例: `loop(i < 3) { if i >= 2 { break } i = i + 1 } return i`）を MIR → JoinIR へ手書き変換し、テストでダンプを確認。VM/LLVM 実行までは行わない。

3. **トランスレータ骨格**  
   - `src/mir/join_ir.rs` などに型定義だけ追加（未配線、トグル OFF）。MirQueryBox（reads/writes/succs）で必要なビューが揃っているか確認。

4. **トグル付き実験**  
   - `NYASH_JOINIR_EXPERIMENT=1` などのトグルで最小ケースを JoinIR 変換・ダンプするルートを作る（デフォルト OFF でスモーク影響なし）。

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## 7. 受け入れ基準（このフェーズ）

- docs に JoinIR / LoopFnIR の設計と変換規則が明記されている。
- 最小 1 ケースの JoinIR 変換がテストでダンプできる（join/step/k_exit の形になっている）。
- 本線スモーク（既存 MIR ルート）は影響なし（トグル OFF）。

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## 8. 次フェーズへの橋渡し

- 変換器を拡張して FuncScanner / Stage‑B などカナリアを JoinIR で通す（トグル付き）。
- ExitLiveness や BodyLocal PHI の一部を LoopFnIR 側に吸収し、PHI/Loop 周辺の箱を徐々に減らす。
- VM/LLVM 実行経路に JoinIR を統合するのは 27.x 以降を想定し、当面は「設計＋ミニ実験」に留める。