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JoinIR Loop Pattern Space (Phase 171 Ultra‑Think Memo)

このメモは「JoinIR のループパターン空間」を構造的に整理したものだよ。
総当たりではなく、直交する少数の軸を組み合わせることで有限のパターンに収束することを確認する。

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1. ループを構成する直交軸

ループはだいたい次の 6 軸の組み合わせで記述できる：

軸	選択肢	説明
A. 継続条件	① なし ② 単純 ③ 複合	loop(cond) の cond
B. 早期終了	① なし ② break ③ 条件付き break	ループを「抜ける」経路
C. スキップ	① なし ② continue ③ 条件付き cont	次のイテレーションに「飛ぶ」
D. PHI 分岐	① なし ② if‑PHI ③ match‑PHI	条件に応じて値が変わるパターン
E. 条件変数のスコープ	① OuterLocal ② LoopBodyLocal	条件で参照される変数の定義位置
F. キャリア更新	① 単一 ② 複数 ③ 条件付き	ループ内での状態更新パターン（✅ Phase 176 で複数対応完了）

この 6 軸は、それぞれ 2〜3 通りしかないので、理論上は最大 3×3×3×3×2×3=486 通りの組み合わせになるが、
実際に意味のあるパターンはずっと少ない（10〜20 程度）ことが分かった。

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2. 現在 JoinIR が正規化済みのパターン

代表ループと対応する Pattern はだいたいこうなっている：

Pattern	代表例	A継続	B終了	Cスキップ	D‑PHI	E変数	F更新
P1: Minimal	loop_min_while.hako	単純	なし	なし	なし	Outer	単一
P2: Break	joinir_min_loop.hako	単純	条件付きbreak	なし	なし	Outer	単一
P3: If‑PHI	loop_if_phi.hako	単純	なし	なし	if‑PHI	Outer	条件付き
P4: Continue	loop_continue_pattern4	単純	なし	条件付きcont	なし	Outer	単一
P5: Trim‑like*	TrimTest.trim（設計中）	単純	条件付きbreak	なし	なし	BodyLocal	複数

*P5 は Phase 171 時点では「検出＋安全性判定」までだったが、Phase 172–176 で Trim / _skip_whitespace / _parse_string 最小版について JoinIR→MIR lower と複数キャリア更新まで実装済み。

ここまでで：

• OuterLocal 条件（関数パラメータや外側ローカル）を持つ基本的な while/break/continue/if‑PHI は JoinIR で正規化済み。
• LoopBodyLocal 条件（local ch = ...; if ch == ' ' { break }）は LoopConditionScopeBox で Fail‑Fast し、
  Trim パターンだけを LoopBodyCarrierPromoter/TrimLoopHelper で特例として扱う設計にしている。

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3. これから増やす候補パターン

実際の Nyash コードを見た上で、「出そうだな」と分かっているパターンをいくつか挙げておく。

P6: break + continue 同時

loop (cond) {
    if x { continue }
    if y { break }
    ...
}

• A: 単純
• B: 条件付き break
• C: 条件付き continue
• E: OuterLocal 条件（が理想）

P7: 複数キャリア + 条件付き更新

loop (i < n) {
    if arr[i] > max { max = arr[i] }
    if arr[i] < min { min = arr[i] }
    i = i + 1
}

• A: 単純
• B: なし
• C: なし
• D: なし or if‑PHI に相当
• F: 複数＋条件付き

P8: ネストループ（外側ループへの break/continue）

loop (i < n) {
    loop (j < m) {
        if cond { break outer }  // labeled break
    }
}

※ Nyash 言語仕様で outer break をどう扱うか次第で、JoinIR 側も変わる。

P9: match‑PHI

loop (i < n) {
    result = match state {
        "A" => compute_a()
        "B" => compute_b()
    }
}

これは if‑PHI を複数ケースに拡張した形。JoinIR の If/Select/PHI パスを再利用できるはず。

P10: 無限ループ + 内部 break

loop (true) {
    if done { break }
}

構造としては P2 の特殊ケース（A: 継続条件なし＋B: break）として扱える。

P11: 複合継続条件 + LoopBodyLocal

loop (i < n && is_valid) {
    local x = compute()
    is_valid = check(x)
}

これは LoopBodyLocal 状態を継続条件に折り込むパターン。
BoolExprLowerer + LoopBodyCarrierPromoter の拡張で扱える可能性がある。

P12: early return 内包

loop (i < n) {
    if error { return null }  // ループを抜けて関数終了
}

ループ exit と関数 exit が混ざるパターン。ExitLine とは別に「関数全体の戻り値ライン」とどう噛ませるかの設計が必要。

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4. 収束性について

• 各軸が有限個の状態しか取らないこと、
• 多くの組み合わせが意味を持たない／禁止パターンであること（無限ループ、進まないループなど）

から、JoinIR で真面目に扱うべきループ形は 高々数十種類 に収束する。

実運用上の優先順としては：

1. P1–P4: 基本パターン（すでに実装済み）
2. P5: Trim / JsonParser で現実に必要な LoopBodyLocal 条件の一部（昇格可能なもの）
3. P6, P7, P12: パーサ／集計／エラー処理で頻出
4. P8, P9, P11: 言語仕様や実アプリのニーズを見ながら段階的に

という順で Box を増やしていけば、「パターン爆発」にはならずに済む想定だよ。

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5. Pattern × Box マトリクス（Phase 200 追加）

各 Pattern がどの Box を使うかを一覧にしたよ。 これで Claude / ChatGPT / 将来の自分が「このパターンはどの箱を使うか」をすぐ把握できる。

Box / Module	P1 Minimal	P2 Break	P3 If‑PHI	P4 Continue	P5 Trim‑like*
ConditionEnv	✅	✅	✅	✅	✅
BoolExprLowerer	✅	✅	✅	✅	✅
LoopConditionScopeBox	✅	✅	✅	✅	✅
LoopScopeShapeBuilder	✅	✅	✅	✅	✅
ConditionEnvBuilder	✅	✅	✅	✅	✅
LoopHeaderPhiBuilder	✅	✅	✅	✅	✅
ExitMeta / ExitMetaCollector	✅	✅	✅	✅	✅
ExitLine / ExitLineReconnector	✅	✅	✅	✅	✅
JoinInlineBoundary	✅	✅	✅	✅	✅
BreakConditionAnalyzer	❌	✅	❌	❌	✅
Pattern4CarrierAnalyzer	❌	❌	❌	✅	❌
ContinueBranchNormalizer	❌	❌	❌	✅	❌
LoopUpdateAnalyzer	❌	❌	❌	✅	❌
LoopBodyCarrierPromoter	❌	❌	❌	❌	✅
TrimLoopHelper	❌	❌	❌	❌	✅
TrimPatternValidator	❌	❌	❌	❌	✅
TrimPatternLowerer	❌	❌	❌	❌	✅
BlockAllocator (merge)	✅	✅	✅	✅	✅
ValueCollector (merge)	✅	✅	✅	✅	✅
InstructionRewriter (merge)	✅	✅	✅	✅	✅
ExitPhiBuilder (merge)	✅	✅	✅	✅	✅

凡例:

• ✅: 使用する（必須）
• ❌: 使用しない
• 🔮: 将来的に使用予定（設計段階）

備考:

• P5 (Trim‑like) は Phase 171‑172 で validation + JoinIR lowering まで完了。
• P6〜P12（break+continue 同時、複数キャリア、match‑PHI など）は将来パターンとして識別済み。
• すべての Pattern は LoopConditionScopeBox で条件変数のスコープを分類する（Fail‑Fast の要）。
• TrimLoopHelper / TrimPatternValidator / TrimPatternLowerer は P5 専用（他パターンには影響しない）。

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6. 関連ドキュメント

• joinir-architecture-overview.md
  JoinIR 全体の箱と契約。Loop/If/ExitLine/Boundary/条件式ラインの全体図。
• phase33-16-design.md, PHASE_33_16_SUMMARY.md
  Loop header PHI / ExitLine / Boundary 再設計の詳細。
• phase166-jsonparser-loop-recheck.md
  JsonParserBox / Trim 系ループのインベントリと、どの Pattern に入るかの観測ログ。
• phase171-pattern5-loop-inventory.md
  Trim/JsonParser 向け Pattern5（LoopBodyLocal 条件）設計の進捗。