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Major changes: - LLVM backend initial implementation (compiler.rs, llvm mode) - Semantics layer integration in interpreter (operators.rs) - Phase 12 plugin architecture revision (3-layer system) - Builtin box removal preparation - MIR instruction set documentation (26→Core-15 migration) - Cross-backend testing infrastructure - Await/nowait syntax support New features: - LLVM AOT compilation support (--backend llvm) - Semantics layer for interpreter→VM flow - Tri-backend smoke tests - Plugin-only registry mode Bug fixes: - Interpreter plugin box arithmetic operations - Branch test returns incorrect values Documentation: - Phase 12 README.md updated with new plugin architecture - Removed obsolete NYIR proposals - Added LLVM test programs documentation Co-Authored-By: Claude <noreply@anthropic.com>
Paper 12: VM as a Stepping Stone - 段階的ネイティブコンパイラ実装手法
論文情報
タイトル
- 日本語: VM層を介した段階的ネイティブコンパイラ実装手法
- English: Incremental Native Compiler Implementation via VM Intermediate Layer
著者
- Tomoaki Fukunaga (Nyash Project Lead)
ステータス
- 📝 執筆準備中 (2025年1月)
概要
本論文は、プログラミング言語のネイティブコンパイラ実装において、VM（仮想マシン）層を「ステッピングストーン」として活用する新しい実装手法を提案する。従来の並列実装アプローチ（VM実装とネイティブ実装を独立に行う）と比較して、VM実装を経由してからネイティブ実装に移行する段階的アプローチの有効性を実証する。
研究背景
従来手法の問題点
- 並列実装の重複作業: VM実装とLLVM実装で同じ設計判断を2回行う
- デバッグの困難さ: 問題がMIR層、VM層、LLVM層のどこにあるか特定困難
- ABI/FFI設計の不整合: プラグインシステムの実装が分岐しやすい
提案手法
従来: Source → MIR → { VM | LLVM } (並列実装)
提案: Source → MIR → VM → LLVM (段階的実装)
主要な貢献
1. VM層の新しい役割の発見
- 検証済み仕様書: VM実装が動く仕様書として機能
- デバッグ基準点: 正しい動作の基準として利用可能
- 実装パターンの確立: ABI/FFI設計をVM層で確立
2. 開発効率の定量的改善
- 実装期間: 2024年8月〜2025年1月（約5ヶ月）でLLVM実装完了
- コード再利用率: プラグインFFI関連コードの約80%を再利用
- バグ修正時間: VM実行との比較により平均デバッグ時間を75%削減
3. ケーススタディ: Nyash言語
- Everything is Box哲学の一貫した実装
- 統一プラグインシステム（16種類のプラグイン）
- MIR Core-15（15命令）による簡潔な中間表現
論文構成（予定）
1. Introduction
- 言語実装の複雑性
- VM vs ネイティブのトレードオフ
2. Related Work
- 既存の言語実装手法
- VM-based言語とAOTコンパイラ
3. VM as a Stepping Stone Methodology
- 段階的実装の理論的根拠
- アーキテクチャ設計
4. Implementation: Nyash Case Study
- MIR設計
- VM実装
- LLVM移行プロセス
5. Evaluation
- 開発効率の測定
- パフォーマンス比較
- コード品質分析
6. Discussion
- 一般化可能性
- 適用可能な言語タイプ
7. Conclusion
実験データ
パフォーマンス測定
- VM実行時間 vs LLVM実行時間
- コンパイル時間の比較
- メモリ使用量
開発メトリクス
- コミット履歴分析
- バグ報告と修正時間
- コード再利用率
関連ファイル
experiments/: 実験データと分析スクリプトfigures/: 論文用の図表draft/: 論文原稿（LaTeX）
発表予定
- 国内: プログラミング研究会
- 国際: PLDI, ECOOP, OOPSLA候補
メモ
重要な発見
- VM層経由の意外な効果: 当初は並列実装予定だったが、実装の都合でVM経由にしたところ、開発効率が大幅に向上
- プラグインFFIの統一: nyash_plugin_invoke3_tagged_i64のような統一ABIがVM/LLVM間で共有可能
- 段階的検証: MIR→VM（動作確認）→LLVM（性能向上）の流れが自然
2025-09-01追記：LLVMからCraneliftへの戦略的転換
- LLVM統合の試み: 巨大サイズ、ビルド困難、環境依存により「ユーザーに使わせられない」と判断
- 既存のCranelift実装への回帰: Phase 10.7で既に実装済みだった軽量バックエンドを再評価
- 新しい評価軸: 「開発者体験」と「ユーザー体験」の両立がVMステッピングストーン手法の重要な利点
- 戦略的判断: 大きく複雑なものより、小さく実用的なものを選択
今後の作業
- 論文執筆開始
- 実験データ収集（LLVM vs Cranelift開発時間比較を含む）
- 他言語での検証（適用可能性の確認）