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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）:

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）:

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:

// 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:

AST  →  MIR / LoopForm v2  →  VM/LLVM

ここに 1 段挟む:

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。