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# 📋 Phase 9.78: LLVM PoC 実装計画書

**バージョン**: 1.0  
**作成日**: 2025年8月20日  
**ステータス**: 準備完了

## 🎯 **プロジェクト概要**

### **目的**
3週間でNyash言語のLLVMバックエンド実現可能性を実証する

### **成功基準**
- 基本的なNyashプログラムがLLVM経由で実行可能
- インタープリター比10倍以上の性能向上
- Phase 10本格実装への技術的道筋確立

## 📅 **3週間実装スケジュール**

### **Week 1: 基盤構築（8/21-8/27）**

#### **Day 1-2: 環境セットアップ**
```toml
# Cargo.toml
[dependencies]
inkwell = { version = "0.5", features = ["llvm17-0"] }
```

- [ ] inkwellクレート導入
- [ ] LLVMコンテキスト初期化
- [ ] 基本的なモジュール生成

#### **Day 3-4: 最小命令実装**
```rust
// 実装対象
- Const(Integer/Float/Bool)
- Return
- 基本的な型マッピング
```

#### **Day 5-7: Hello World達成**
- [ ] ランタイム関数宣言
- [ ] .oファイル生成
- [ ] `return 42`の実行確認

**Week 1成果物**: 整数を返す最小プログラムのLLVM実行

### **Week 2: コア機能実装（8/28-9/3）**

#### **Day 8-10: 算術演算と制御フロー**
```rust
// 実装対象
- BinOp (Add/Sub/Mul/Div)
- Compare (Eq/Ne/Lt/Le/Gt/Ge)
- Branch/Jump
- PHI nodes
```

#### **Day 11-13: Box型MVP**
```rust
// Box操作の実装
extern "C" {
    fn nyash_runtime_box_new(size: u64, align: u64) -> *mut c_void;
    fn nyash_runtime_box_free(ptr: *mut c_void);
    fn nyash_runtime_box_deref(ptr: *mut c_void) -> *mut c_void;
}
```

#### **Day 14: 統合テスト**
- [ ] 条件分岐を含むプログラム
- [ ] Box操作を含むプログラム
- [ ] LLVMVerifyModuleによる検証

**Week 2成果物**: 制御フローとメモリ操作を含むプログラムの動作

### **Week 3: 最適化と検証（9/4-9/10）**

#### **Day 15-16: 最適化パス**
```rust
// 基本最適化
- mem2reg (alloca → SSA)
- instcombine (命令結合)
- reassociate (結合則)
```

#### **Day 17-18: ベンチマーク**
```bash
# 性能測定対象
- フィボナッチ数列
- 素数判定
- 簡単な数値計算ループ
```

#### **Day 19-21: 文書化とレポート**
- [ ] 技術レポート作成
- [ ] Phase 10実装計画
- [ ] 性能評価結果

**Week 3成果物**: 性能実証とPhase 10への道筋

## 🛠️ **技術アーキテクチャ**

### **ディレクトリ構造**
```
src/backend/llvm/
├── mod.rs           // LLVMバックエンドエントリ
├── context.rs       // CodegenContext管理
├── types.rs         // MIR→LLVM型変換
├── builder.rs       // LLVM IR生成
├── runtime.rs       // ランタイム関数定義
└── optimizer.rs     // 最適化パス管理
```

### **主要コンポーネント**

#### **CodegenContext**
```rust
pub struct CodegenContext<'ctx> {
    context: &'ctx Context,
    module: Module<'ctx>,
    builder: Builder<'ctx>,
    target_machine: TargetMachine,
    type_cache: HashMap<MirType, BasicTypeEnum<'ctx>>,
}
```

#### **MIR→LLVM変換器**
```rust
pub fn lower_mir_to_llvm(
    mir_module: &MirModule,
    target_triple: &str,
) -> Result<Vec<u8>, CodegenError> {
    // 1. コンテキスト初期化
    // 2. 型変換
    // 3. 関数生成
    // 4. 命令変換
    // 5. 最適化
    // 6. オブジェクトコード生成
}
```

## 📊 **リスク管理**

### **技術的リスク**

| リスク | 影響度 | 対策 |
|--------|--------|------|
| inkwellバージョン依存 | 中 | LLVM17固定、CI環境統一 |
| Box型の複雑性 | 高 | ランタイム委譲戦略 |
| デバッグ困難性 | 中 | IR dump機能、差分テスト |

### **スケジュールリスク**

- **バッファ**: 各週に1日の予備日設定
- **優先順位**: 基本動作 > 性能 > 機能網羅性
- **早期失敗**: Week 1で実現困難判明時は即座に方針転換

## ✅ **成功指標**

### **定量的指標**
- [ ] 10個以上のMIR命令をサポート
- [ ] 5個以上のテストプログラムが動作
- [ ] インタープリター比10倍以上高速

### **定性的指標**
- [ ] コードの保守性（他の開発者が理解可能）
- [ ] エラーメッセージの有用性
- [ ] 将来の拡張可能性

## 🚀 **開始準備チェックリスト**

- [x] VM性能改善完了（50.94倍達成！）
- [x] AI大会議による戦略確定
- [ ] Copilotへの正式依頼
- [ ] 開発環境準備（LLVM17インストール）
- [ ] Week 1タスクのGitHub Issue作成

## 📝 **参考資料**

- [AI大会議結果](./AI-Conference-LLVM-Results.md)
- [inkwellドキュメント](https://github.com/TheDan64/inkwell)
- [LLVM Language Reference](https://llvm.org/docs/LangRef.html)

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**承認者**: moe-charm  
**実装担当**: Copilot + AIチーム  
**レビュー**: Phase 9.78完了時