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## Summary Loop Canonicalizer の設計を「実装可能」レベルまで固めた。 ## P0: 設計詳細化 ### LoopSkeleton の最小フィールド確定 - LoopSkeleton struct（steps/carriers/exits/captured） - SkeletonStep enum（HeaderCond/BreakCheck/ContinueCheck/Update/Body） - UpdateKind enum（ConstStep/Conditional/Arbitrary） - ExitContract, CarrierSlot, CarrierRole の定義 - SSOT 境界の原則（入力: AST、出力: Skeleton のみ） ### Capability の語彙固定（Fail-Fast reason タグ） - CAP_MISSING_* プレフィックスで統一 - 8 つの Capability を定義（ConstStepIncrement, SingleBreakPoint 等） - 新規追加時は設計書を先に更新するルール ### RoutingDecision の出力先決定 - error_tags: Fail-Fast エラーメッセージ - contract_checks: Phase 135 P1 verifier に統合 - NYASH_LOOP_ROUTING_TRACE: 開発時のルーティング追跡 - ErrorTagCollector を使用（新規 Box は作らない） ### 最初の対象ループ（skip_whitespace）の受け入れ基準 - Skeleton 差分を表形式で明示 - 必要 Capability を列挙 - 受け入れ基準 4 項目を定義 ## P1/P2: 確認完了 - joinir-design-map.md に loop-canonicalizer.md へのリンク済み - quick を重くしない運用は joinir-design-map.md に記載済み 🤖 Generated with [Claude Code](https://claude.com/claude-code) Co-Authored-By: Claude Opus 4.5 <noreply@anthropic.com>
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# Loop Canonicalizer（設計 SSOT）
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Status: Design (P0)
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Scope: ループ形の組み合わせ爆発を抑えるための “前処理” の設計（fixture/shape guard/fail-fast と整合）
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Related:
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- SSOT (契約/不変条件): `docs/development/current/main/joinir-architecture-overview.md`
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- SSOT (地図/入口): `docs/development/current/main/design/joinir-design-map.md`
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- SSOT (パターン空間): `docs/development/current/main/loop_pattern_space.md`
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## 目的
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- 実アプリ由来のループ形を、fixture + shape guard + Fail-Fast の段階投入で飲み込む方針を維持したまま、
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“パターン数を増やさない” 形でスケールさせる。
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- ループ lowerer が「検出 + 正規化 + merge 契約」を同時に背負って肥大化するのを防ぎ、責務を前処理に寄せる。
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## 推奨配置（結論）
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**おすすめ**: `AST → LoopSkeleton → JoinIR(Structured)` の前処理として Canonicalizer を置く。
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- 「組み合わせ爆発」が Pattern 検出/shape guard の手前で起きるため、Normalized 変換だけでは吸収しきれない。
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- LoopSkeleton を SSOT にすると、lowerer は “骨格を吐く” だけの薄い箱になり、Fail-Fast の理由が明確になる。
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代替案（参考）:
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- `Structured JoinIR → Normalized JoinIR` を実質 Canonicalizer とみなす（既存延長）。
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ただし「検出/整理の肥大」は Structured 生成側に残りやすい。
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## LoopSkeleton（SSOT になる出力）
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Canonicalizer の出力は “ループの骨格” に限る。例示フィールド:
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- `steps: Vec<Step>`
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- `HeaderCond`（あれば）
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- `BodyInit`（body-local 初期化を分離するなら）
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- `BreakCheck` / `ContinueCheck`（あれば）
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- `Updates`（carrier 更新規則）
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- `Tail`（継続呼び出し/次ステップ）
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- `carriers: Vec<CarrierSlot>`（loop var を含む。役割/更新規則/境界通過の契約）
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- `exits: ExitContract`（break/continue/return の有無と payload）
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- `captured: Vec<CapturedSlot>`（外側変数の取り込み）
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- `derived: Vec<DerivedSlot>`（digit_pos 等の派生値）
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## Capability Guard（shape guard の上位化）
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Skeleton を生成できても、lower/merge 契約が成立するとは限らない。
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そこで `SkeletonGuard` を “Capability の集合” として設計する。
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例:
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- `RequiresConstStepIncrement`（i=i+const のみ）
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- `BreakOnlyOnce` / `ContinueOnlyInTail`
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- `NoSideEffectInHeader`（header に副作用がない）
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- `ExitBindingsComplete`（境界へ渡す値が過不足ない）
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未達の場合は Fail-Fast（理由を `RoutingDecision` に載せる）。
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## RoutingDecision（理由の SSOT）
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Canonicalizer は “できない理由” を機械的に返す。
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- `RoutingDecision { chosen, missing_caps, notes, error_tags }`
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- `missing_caps` は定型の語彙で出す（ログ/デバッグ/統計で集約可能にする）
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## Corpus / Signature（拡張のための仕組み）
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将来の規模増加に備え、ループ形の差分検知を Skeleton ベースで行えるようにする。
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- `LoopSkeletonSignature = hash(steps + exit_contract + carrier_roles + required_caps)`
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- 既知集合との差分が出たら “fixture 化候補” として扱う（設計上の導線）。
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## 実装の境界（非目標）
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- 新しい言語仕様/ルール実装はしない（既存の意味論を保つ）。
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- 非 JoinIR への退避（prohibited fallback）は導入しない。
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- 既定挙動は変えない（必要なら dev-only で段階投入する）。
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## LoopSkeleton の最小フィールド（SSOT 境界）
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Canonicalizer の出力は以下のフィールドに限定する（これ以上細かくしない）：
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```rust
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/// ループの骨格（Canonicalizer の唯一の出力）
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pub struct LoopSkeleton {
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/// ステップの列（HeaderCond, BodyInit, BreakCheck, Updates, Tail）
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pub steps: Vec<SkeletonStep>,
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/// キャリア（ループ変数・更新規則・境界通過の契約）
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pub carriers: Vec<CarrierSlot>,
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/// 出口契約（break/continue/return の有無と payload）
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pub exits: ExitContract,
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/// 外部キャプチャ（省略可: 外側変数の取り込み）
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pub captured: Option<Vec<CapturedSlot>>,
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}
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/// ステップの種類（最小限）
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pub enum SkeletonStep {
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/// ループ継続条件（loop(cond) の cond）
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HeaderCond { expr: AstExpr },
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/// 早期終了チェック（if cond { break }）
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BreakCheck { cond: AstExpr, has_value: bool },
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/// スキップチェック（if cond { continue }）
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ContinueCheck { cond: AstExpr },
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/// キャリア更新（i = i + 1 など）
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Update { carrier_name: String, update_kind: UpdateKind },
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/// 本体（その他の命令）
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Body { stmts: Vec<AstStmt> },
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}
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/// キャリアの更新種別
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pub enum UpdateKind {
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/// 定数ステップ（i = i + const）
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ConstStep { delta: i64 },
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/// 条件付き更新（if cond { x = a } else { x = b }）
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Conditional { then_value: AstExpr, else_value: AstExpr },
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/// 任意更新（上記以外）
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Arbitrary,
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}
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/// 出口契約
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pub struct ExitContract {
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pub has_break: bool,
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pub has_continue: bool,
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pub has_return: bool,
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pub break_has_value: bool,
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}
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/// キャリアスロット
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pub struct CarrierSlot {
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pub name: String,
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pub role: CarrierRole,
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pub update_kind: UpdateKind,
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}
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/// キャリアの役割
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pub enum CarrierRole {
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/// ループカウンタ（i < n の i）
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Counter,
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/// アキュムレータ（sum += x の sum）
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Accumulator,
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/// 条件変数（while(is_valid) の is_valid）
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ConditionVar,
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/// 派生値（digit_pos 等）
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Derived,
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}
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```
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### SSOT 境界の原則
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- **入力**: AST（LoopExpr）
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- **出力**: LoopSkeleton のみ（JoinIR は生成しない）
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- **禁止**: Skeleton に JoinIR 固有の情報を含めない（BlockId, ValueId 等）
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## Capability の語彙（Fail-Fast reason タグ）
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Skeleton を生成できても lower/merge できるとは限らない。以下の Capability で判定する：
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| Capability | 説明 | 未達時の理由タグ |
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|--------------------------|------------------------------------------|-------------------------------------|
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| `ConstStepIncrement` | キャリア更新が定数ステップ（i=i+const） | `CAP_MISSING_CONST_STEP` |
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| `SingleBreakPoint` | break が単一箇所のみ | `CAP_MISSING_SINGLE_BREAK` |
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| `SingleContinuePoint` | continue が単一箇所のみ | `CAP_MISSING_SINGLE_CONTINUE` |
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| `NoSideEffectInHeader` | ループ条件に副作用がない | `CAP_MISSING_PURE_HEADER` |
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| `OuterLocalCondition` | 条件変数が外側スコープで定義済み | `CAP_MISSING_OUTER_LOCAL_COND` |
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| `ExitBindingsComplete` | 境界へ渡す値が過不足ない | `CAP_MISSING_EXIT_BINDINGS` |
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| `CarrierPromotion` | LoopBodyLocal を昇格可能 | `CAP_MISSING_CARRIER_PROMOTION` |
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| `BreakValueConsistent` | break 値の型が一貫 | `CAP_MISSING_BREAK_VALUE_TYPE` |
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### 語彙の安定性
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- reason タグは `CAP_MISSING_*` プレフィックスで統一
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- 新規追加時は `loop-canonicalizer.md` に先に追記してからコード実装
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- ログ / 統計 / error_tags で集約可能
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## RoutingDecision の出力先
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Canonicalizer の判定結果は `RoutingDecision` に集約し、以下に流す：
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```rust
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pub struct RoutingDecision {
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/// 選択された Pattern（None = Fail-Fast）
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pub chosen: Option<LoopPattern>,
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/// 不足している Capability のリスト
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pub missing_caps: Vec<&'static str>,
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/// 選択理由（デバッグ用）
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pub notes: Vec<String>,
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/// error_tags への追記（contract_checks 用）
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pub error_tags: Vec<ErrorTag>,
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||
}
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```
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### 出力先マッピング
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| 出力先 | 条件 | 用途 |
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|----------------------------|-------------------------------|-----------------------------------|
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| `error_tags` | `chosen.is_none()` | Fail-Fast のエラーメッセージ |
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| `contract_checks` | debug build + 契約違反時 | Phase 135 P1 の verifier に統合 |
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| `NYASH_LOOP_ROUTING_TRACE` | 環境変数 ON 時 | 開発時のルーティング追跡 |
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| 統計 JSON | 将来拡張 | Corpus 分析（Skeleton Signature） |
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### error_tags との統合
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- `RoutingDecision.error_tags` は `src/mir/builder/control_flow/joinir/error_tags.rs` に追記
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- 既存の `ErrorTagCollector` を使用（新規 Box は作らない）
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## 最初の対象ループ: skip_whitespace（受け入れ基準）
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### 対象ファイル
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`tools/selfhost/test_pattern3_skip_whitespace.hako`
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```hako
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loop(p < len) {
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local ch = s.substring(p, p + 1)
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local is_ws = ... // whitespace 判定
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if is_ws == 1 {
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p = p + 1
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} else {
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break
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}
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}
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```
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### Skeleton 差分
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| フィールド | 値 |
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|-------------------|-------------------------------------------|
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| `steps[0]` | `HeaderCond { expr: p < len }` |
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| `steps[1]` | `Body { ... }` (ch, is_ws 計算) |
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| `steps[2]` | `BreakCheck { cond: is_ws == 0 }` |
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| `steps[3]` | `Update { carrier: "p", ConstStep(1) }` |
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| `carriers[0]` | `{ name: "p", role: Counter, ConstStep }` |
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| `exits` | `{ has_break: true, break_has_value: false }` |
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### 必要 Capability
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- ✅ `ConstStepIncrement` (p = p + 1)
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- ✅ `SingleBreakPoint` (else { break } のみ)
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- ✅ `OuterLocalCondition` (p, len は外側定義)
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- ✅ `ExitBindingsComplete` (p を境界に渡す)
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### 受け入れ基準
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1. `LoopCanonicalizer::canonicalize(ast)` が上記 Skeleton を返す
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2. `RoutingDecision.chosen == Some(Pattern3)`
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3. `RoutingDecision.missing_caps == []`
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4. 既存 smoke `phase135_trim_mir_verify.sh` が退行しない
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## 追加・変更チェックリスト
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- [ ] 追加するループ形を最小 fixture に落とす（再現固定）
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- [ ] LoopSkeleton の差分（steps/exits/carriers）を明示する
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- [ ] 必要 Capability を列挙し、未達は Fail-Fast（理由が出る）
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- [ ] 既存 smoke/verify が退行しない（quick は重くしない）
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- [ ] 新規 Capability は先に `loop-canonicalizer.md` に追記してから実装
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