5.6 KiB
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MIR→LLVM変換計画
Date: 2025-08-31
Status: Draft
📊 変換マッピング概要
Core-15命令のLLVM IR対応（第三案・Box統一）
1. 基本演算(5)
// Const
MIR::Const(i64) → LLVMConstInt(i64_type, val)
MIR::Const(f64) → LLVMConstReal(f64_type, val)
MIR::Const(bool) → LLVMConstInt(i1_type, val)
MIR::Const(string) → @nyash_string_new(ptr, len)
// UnaryOp
MIR::UnaryOp(Neg, x) → LLVMBuildNeg(x) / LLVMBuildFNeg(x)
MIR::UnaryOp(Not, x) → LLVMBuildNot(x)
// BinOp
MIR::BinOp(Add, a, b) → LLVMBuildAdd(a, b) / LLVMBuildFAdd(a, b)
MIR::BinOp(Sub, a, b) → LLVMBuildSub(a, b) / LLVMBuildFSub(a, b)
// 注: Box型の場合は@nyash_box_add等のランタイム呼び出し
// Compare
MIR::Compare(Eq, a, b) → LLVMBuildICmp(EQ, a, b) / LLVMBuildFCmp(OEQ, a, b)
MIR::Compare(Lt, a, b) → LLVMBuildICmp(SLT, a, b) / LLVMBuildFCmp(OLT, a, b)
// TypeOp
MIR::TypeOp(Check, val, type) → @nyash_type_check(val, type_id)
MIR::TypeOp(Cast, val, type) → @nyash_type_cast(val, type_id)
2. メモリ(2)
// Load
MIR::Load(local_id) → LLVMBuildLoad(local_ptr[local_id])
// Store
MIR::Store(local_id, val) → LLVMBuildStore(val, local_ptr[local_id])
3. 制御(4)
// Branch
MIR::Branch(cond, then_bb, else_bb) → LLVMBuildCondBr(cond, then_bb, else_bb)
// Jump
MIR::Jump(bb) → LLVMBuildBr(bb)
// Return
MIR::Return(val) → LLVMBuildRet(val)
MIR::Return(None) → LLVMBuildRetVoid()
// Phi
MIR::Phi([(bb1, val1), (bb2, val2)]) → {
phi = LLVMBuildPhi(type)
LLVMAddIncoming(phi, [val1, val2], [bb1, bb2])
}
4. Box操作(3)
// NewBox
MIR::NewBox(type_name, args) → @nyash_box_new(type_id, args_ptr, args_len)
// BoxCall（注釈活用・名前/スロット両対応）
MIR::BoxCall(obj, method, args) → {
if annotations.inline_hint {
// インライン展開候補
LLVMSetInlineHint(call)
}
if annotations.method_id { /* vtableスロット解決 */ }
else { @nyash_box_call_by_name(obj, method_name, args) }
}
// PluginInvoke は BoxCall に統一（Optimizerで正規化）
5. 配列（BoxCallに統一）
// Arrayは BoxCall("get"/"set") で表現
// Lowering方針は2段階:
// (A) 安全パス: @nyash_array_get/@nyash_array_set を呼ぶ（ランタイム側で境界/バリア）
// (B) 型特化: 注釈/型情報が十分な場合に inline 化（bounds check + GEP + load/store + write barrier）
6. 外部呼び出し(1)
// ExternCall
MIR::ExternCall("env.console.log", args) → @nyash_console_log(args)
MIR::ExternCall("env.gc.collect", []) → @nyash_gc_collect()
MIR::ExternCall("env.runtime.checkpoint", []) → @nyash_safepoint()
🎯 注釈システムの活用
1. 最適化ヒント
pub struct OptimizationHints {
pub inline: Option<InlineHint>, // always/never/hint
pub pure: bool, // 副作用なし
pub no_escape: bool, // エスケープしない
pub hot: bool, // ホットパス
pub cold: bool, // コールドパス
}
2. GCヒント
pub struct GcHint {
pub no_barrier: bool, // バリア不要（新規オブジェクトへの書き込み等）
pub immortal: bool, // 不死オブジェクト（定数等）
pub thread_local: bool, // スレッドローカル（並列GCで重要）
}
3. 型情報ヒント
pub struct TypeHint {
pub concrete_type: Option<String>, // 具体的な型が判明
pub never_null: bool, // NULL不可
pub value_range: Option<(i64, i64)>, // 値の範囲
}
🔧 LLVM属性の活用
関数属性
; 純粋関数
define i64 @add(i64 %a, i64 %b) #0 {
%result = add i64 %a, %b
ret i64 %result
}
attributes #0 = { nounwind readnone speculatable }
; GC セーフポイント
define void @long_loop() gc "nyash-gc" {
; ループバックエッジにセーフポイント
call void @llvm.experimental.gc.statepoint(...)
}
メモリ属性
; Box用アドレス空間（1）
%box_ptr = addrspace(1)* %obj
; TBAA（Type-Based Alias Analysis）
!0 = !{!"nyash.box"}
!1 = !{!"nyash.integer", !0}
!2 = !{!"nyash.string", !0}
📈 段階的実装計画
Phase 1: 基本変換（1週間）
- inkwell セットアップ
- 基本演算・メモリ・制御の変換
- 最小限の実行可能コード生成
Phase 2: Box統合（1週間）
- NewBox/BoxCall実装（PluginInvokeはOptimizerでBoxCallに正規化）
- ランタイム経由の安全パス（by-name/slot）
- 基本的なGCバリア（安全パスはランタイム関数内で処理）
Phase 3: 最適化（1週間）
- 注釈システム統合
- インライン展開
- エスケープ解析
Phase 4: 高度な最適化（1週間）
- 脱箱化（Box → プリミティブ）
- TBAA統合
- ベクトル化ヒント
🎨 コード例
// MIR
function add(a: Box, b: Box) -> Box {
%1 = Load $a
%2 = Load $b
%3 = BoxCall(%1, "add", [%2])
Return %3
}
// LLVM IR（最適化前・安全パス）
define i8* @add(i8* %a, i8* %b) {
%1 = call i8* @nyash_box_call(i8* %a, i8* @.str.add, i8** %b, i64 1)
ret i8* %1
}
// LLVM IR（最適化後 - IntegerBox特化）
define i64 @add(i64 %a, i64 %b) {
%1 = add i64 %a, %b
ret i64 %1
}
🚀 期待される効果
- 実行速度: 2-3倍高速化
- メモリ使用量: 脱箱化で50%削減
- バイナリサイズ: 最適化で30%削減
- ビルド時間: Cranelift比で50%削減