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MIR 35→26命令削減: 詳細分析・移行戦略

実装ベース完全マッピング - 2025年8月17日版

🔍 現在実装35命令 vs ChatGPT5仕様26命令の完全マッピング

維持する命令 (既存実装 → 26命令仕様)

現在実装	26命令仕様	効果	変更
Const	Const	pure	✅ 維持
BinOp	BinOp	pure	✅ 維持
Compare	Compare	pure	✅ 維持
Branch	Branch	control	✅ 維持
Jump	Jump	control	✅ 維持
Phi	Phi	pure	✅ 維持
Call	Call	context	✅ 維持
Return	Return	control	✅ 維持
NewBox	NewBox	mut	✅ 維持
BoxCall	BoxCall	context	✅ 維持
ExternCall	ExternCall	context	✅ 維持
Safepoint	Safepoint	io	✅ 維持
RefGet	RefGet	pure	✅ 維持
RefSet	RefSet	mut	✅ 維持
WeakNew	WeakNew	pure	✅ 維持
WeakLoad	WeakLoad	pure	✅ 維持

小計: 16命令維持

削除する命令 (17命令)

グループ1: BinOp統合 (1命令)

削除命令	置換方法	実装例
UnaryOp	BinOp統合	not %a → %a xor true neg %a → 0 sub %a

グループ2: BoxField操作統合 (4命令)

削除命令	置換方法	実装例
Load	BoxFieldLoad	load %ptr → %ptr.value
Store	BoxFieldStore	store %val -> %ptr → %ptr.value = %val
ArrayGet	BoxFieldLoad	%arr[%idx] → %arr.elements[%idx]
ArraySet	BoxFieldStore	%arr[%idx] = %val → %arr.elements[%idx] = %val

グループ3: intrinsic化 (6命令)

削除命令	intrinsic名	実装例
Print	@print	print %val → call @print, %val
Debug	@debug	debug %val "msg" → call @debug, %val, "msg"
TypeCheck	@type_check	type_check %val "Type" → call @type_check, %val, "Type"
Cast	@cast	cast %val Type → call @cast, %val, Type
Throw	@throw	throw %exc → call @throw, %exc
Catch	@catch	catch Type -> %bb → call @catch, Type, %bb

グループ4: 完全削除 (3命令)

削除命令	削除理由	代替方法
Copy	最適化パス専用	最適化段階でのみ使用
Nop	不要	削除（プレースホルダー不要）
RefNew	冗長	RefGetで代用可能

グループ5: 統合・置換 (3命令)

削除命令	統合先	実装例
BarrierRead	AtomicFence	barrier_read %ptr → atomic_fence acquire
BarrierWrite	AtomicFence	barrier_write %ptr → atomic_fence release
FutureNew	NewBox + BoxCall	future_new %val → %f = new_box "Future"(%val)
FutureSet	BoxCall	future_set %f = %val → %f.set(%val)
Await	BoxCall	await %f → %f.await()

追加する命令 (10命令)

新命令	効果	目的	実装必要度
BoxFieldLoad	pure	Everything is Box核心	🔥 Critical
BoxFieldStore	mut	Everything is Box核心	🔥 Critical
WeakCheck	pure	weak参照完全対応	⚡ High
Send	io	Bus操作一次市民化	⚡ High
Recv	io	Bus操作一次市民化	⚡ High
TailCall	control	JIT最適化基盤	📝 Medium
Adopt	mut	所有権移管明示	📝 Medium
Release	mut	所有権移管明示	📝 Medium
MemCopy	mut	最適化基盤	📝 Medium
AtomicFence	io	並行制御統一	📝 Medium

🛠️ 具体的実装戦略

Phase 1: 新命令実装

BoxFieldLoad/BoxFieldStore実装

// src/mir/instruction.rs
pub enum MirInstruction {
    // 新規追加
    BoxFieldLoad {
        dst: ValueId,
        box_val: ValueId,
        field: String,
    },
    BoxFieldStore {
        box_val: ValueId,
        field: String,
        value: ValueId,
    },
    // ...
}

WeakCheck実装

WeakCheck {
    dst: ValueId,
    weak_ref: ValueId,
}

Send/Recv実装

Send {
    data: ValueId,
    target: ValueId,
},
Recv {
    dst: ValueId,
    source: ValueId,
},

Phase 2: intrinsic関数システム実装

intrinsic レジストリ

// src/interpreter/intrinsics.rs
pub struct IntrinsicRegistry {
    functions: HashMap<String, IntrinsicFunction>,
}

impl IntrinsicRegistry {
    pub fn new() -> Self {
        let mut registry = Self { functions: HashMap::new() };
        registry.register("@print", intrinsic_print);
        registry.register("@debug", intrinsic_debug);
        registry.register("@type_check", intrinsic_type_check);
        registry.register("@cast", intrinsic_cast);
        registry.register("@array_get", intrinsic_array_get);
        registry.register("@array_set", intrinsic_array_set);
        registry
    }
}

intrinsic関数実装例

fn intrinsic_print(args: &[Value]) -> Result<Value, RuntimeError> {
    println!("{}", args[0]);
    Ok(Value::Void)
}

fn intrinsic_array_get(args: &[Value]) -> Result<Value, RuntimeError> {
    let array = args[0].as_array_box()?;
    let index = args[1].as_integer()?;
    array.get_element(index as usize)
}

fn intrinsic_array_set(args: &[Value]) -> Result<Value, RuntimeError> {
    let array = args[0].as_array_box_mut()?;
    let index = args[1].as_integer()?;
    let value = args[2].clone();
    array.set_element(index as usize, value)
}

Phase 3: AST→MIR生成更新

Load/Store → BoxFieldLoad/BoxFieldStore変換

// src/mir/builder.rs
impl MirBuilder {
    fn visit_field_access(&mut self, node: &FieldAccessNode) -> Result<ValueId, BuildError> {
        let box_val = self.visit_expression(&node.object)?;
        let dst = self.new_temp_var();
        
        // 旧: Load命令生成
        // self.emit(MirInstruction::Load { dst, ptr: box_val });
        
        // 新: BoxFieldLoad命令生成
        self.emit(MirInstruction::BoxFieldLoad {
            dst,
            box_val,
            field: node.field.clone(),
        });
        
        Ok(dst)
    }
    
    fn visit_field_assignment(&mut self, node: &FieldAssignmentNode) -> Result<(), BuildError> {
        let box_val = self.visit_expression(&node.object)?;
        let value = self.visit_expression(&node.value)?;
        
        // 旧: Store命令生成
        // self.emit(MirInstruction::Store { value, ptr: box_val });
        
        // 新: BoxFieldStore命令生成
        self.emit(MirInstruction::BoxFieldStore {
            box_val,
            field: node.field.clone(),
            value,
        });
        
        Ok(())
    }
}

配列操作 → BoxField + intrinsic変換

fn visit_array_access(&mut self, node: &ArrayAccessNode) -> Result<ValueId, BuildError> {
    let array = self.visit_expression(&node.array)?;
    let index = self.visit_expression(&node.index)?;
    let dst = self.new_temp_var();
    
    // intrinsic化
    self.emit(MirInstruction::Call {
        dst: Some(dst),
        func: self.get_intrinsic_id("@array_get"),
        args: vec![array, index],
        effects: EffectMask::PURE,
    });
    
    Ok(dst)
}

Phase 4: バックエンド対応

Interpreter実装

// src/backend/interpreter.rs
impl Interpreter {
    fn execute_box_field_load(&mut self, dst: ValueId, box_val: ValueId, field: &str) -> Result<(), RuntimeError> {
        let box_obj = self.get_value(box_val)?;
        let field_value = box_obj.get_field(field)?;
        self.set_value(dst, field_value);
        Ok(())
    }
    
    fn execute_box_field_store(&mut self, box_val: ValueId, field: &str, value: ValueId) -> Result<(), RuntimeError> {
        let mut box_obj = self.get_value_mut(box_val)?;
        let field_value = self.get_value(value)?;
        box_obj.set_field(field, field_value)?;
        Ok(())
    }
}

VM実装

// src/backend/vm.rs
impl VM {
    fn exec_box_field_load(&mut self, dst: RegId, box_val: RegId, field_id: FieldId) -> VMResult<()> {
        let box_ptr = self.registers[box_val as usize];
        let field_value = unsafe { 
            self.load_field(box_ptr, field_id)
        };
        self.registers[dst as usize] = field_value;
        Ok(())
    }
}

WASM実装

// src/backend/wasm/codegen.rs
impl WasmCodegen {
    fn generate_box_field_load(&mut self, dst: ValueId, box_val: ValueId, field: &str) -> Result<(), CodegenError> {
        let box_addr = self.get_value_address(box_val)?;
        let field_offset = self.get_field_offset(field)?;
        
        // WASM: i32.load offset=field_offset
        self.emit_wasm(&format!("i32.load offset={}", field_offset));
        self.set_value_register(dst);
        Ok(())
    }
}

📊 移行スケジュール詳細

Week 1: 基盤実装 (8/18-8/24)

• 新命令構造体定義
• intrinsicレジストリ実装
• パーサー拡張（新旧両対応）

Week 2: フロントエンド移行 (8/25-8/31)

• AST→MIR変換更新
• 配列操作intrinsic化
• Load/Store→BoxField変換

Week 3: 最適化パス移行 (9/1-9/7)

• Effect分類実装
• 所有権森検証
• BoxFieldLoad/Store最適化

Week 4: バックエンド移行 (9/8-9/14)

• Interpreter新命令実装
• VM新命令実装
• WASM新命令実装

Week 5: クリーンアップ (9/15-9/21)

• 旧命令完全削除
• テスト更新
• ドキュメント整備

🧪 テスト・検証計画

段階的テスト

# Week 1終了時
./scripts/test_mir_parsing_26.sh

# Week 2終了時  
./scripts/test_frontend_migration.sh

# Week 3終了時
./scripts/test_optimization_passes.sh

# Week 4終了時
./scripts/test_all_backends.sh

# Week 5終了時
./scripts/test_golden_mir_final.sh

性能回帰テスト

# 削減前後性能比較
./scripts/benchmark_mir_reduction.sh

🎯 リスク対策

高リスク箇所

1. 配列操作intrinsic化: パフォーマンス影響大
2. BoxField統合: Box型システムとの整合性
3. Effect分類変更: 最適化ロジック全面見直し

対策

• プロトタイプ実装: 高リスク箇所の事前検証
• 性能測定: 各段階での性能チェック
• ロールバック: 問題発生時の迅速復旧

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分析完了: 2025年8月17日
実装開始: 2025年8月18日
完了予定: 2025年9月21日