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# Phase 21: LLVM最適化フェーズ 🚀
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**開始予定**: Phase 15完了後（Phase 21-30の間）
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**目標**: nyashの14命令 → LLVM最適化能力の最大活用
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## 🎯 **フェーズの目的**
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現在の実装は**正確性優先**:
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- ✅ 型変換統一（TypeCoercion箱）
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- ✅ 値解決統一（PhiDispatchPoint）
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- ✅ 文字列判定（StringTagPolicy）
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Phase 21では**パフォーマンス最適化**にフォーカス:
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- LLVMの強力な最適化機能を活用
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- ポリシー箱による戦略的最適化
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- 未定義動作（UB）の完全回避
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## 📋 **実装ステージ（4段階）**
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### **Stage 1: 基礎インフラ（必須）** 🏗️
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**目的**: 安全な最適化の土台作り
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#### 1.1 LLVM Verifier統合
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```python
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# 全関数生成後に自動検証
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def verify_function(func):
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"""LLVM Verifierで検証"""
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if not func.verify():
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raise CompilerError(f"Invalid IR in {func.name}")
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```
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**実装タイミング**: Stage 1最優先
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**効果**: バグの早期発見（開発速度向上）
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#### 1.2 未定義動作（UB）検出
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```python
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class UBChecker:
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"""未定義動作の自動検出"""
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def check_null_deref(self, ptr):
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"""nullポインタ参照チェック"""
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if ptr might be null:
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insert_null_check(ptr)
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def check_overflow(self, val):
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"""整数オーバーフローチェック"""
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if signed_int:
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use_checked_arithmetic(val)
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```
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**対象UB**:
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- ✅ nullポインタ参照
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- ✅ 符号付き整数オーバーフロー
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- ✅ 未初期化変数の使用
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- ✅ 配列境界外アクセス
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#### 1.3 データレイアウト標準化
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```python
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# ターゲット別のレイアウト定義
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target_layouts = {
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"x86_64": "e-m:e-i64:64-f80:128-n8:16:32:64-S128",
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"wasm32": "e-m:e-p:32:32-i64:64-n32:64-S128",
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}
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```
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### **Stage 2: 型情報活用** 📦
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**目的**: Everything is Box → LLVMに構造を教える
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#### 2.1 Box構造のLLVM定義
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```python
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# StringBox の構造体定義
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StringBox = ir.LiteralStructType([
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ir.IntType(32), # length
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ir.IntType(8).as_pointer() # data*
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])
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# extractvalue で高速アクセス
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length = builder.extract_value(string_box, 0) # 関数呼び出し不要！
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```
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**効果**:
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- BoxCall呼び出し削減
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- メモリアクセス最適化
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- インライン展開促進
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#### 2.2 TBAA（Type-Based Alias Analysis）
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```python
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class TBAAPolicy:
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"""型ベースエイリアシング情報"""
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def annotate_box_access(self, inst, box_type):
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"""Box型ごとのTBAA付与"""
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tbaa_metadata = {
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"StringBox": self.string_tbaa_node,
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"IntegerBox": self.integer_tbaa_node,
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}
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inst.set_metadata("tbaa", tbaa_metadata[box_type])
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```
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**効果**:
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- 命令並び替え最適化
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- 不要なメモリアクセス削減
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- ループ最適化向上
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#### 2.3 extractvalue命令への置き換え
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```python
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# Before: 関数呼び出し（遅い）
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length = builder.call(get_length_func, [string_box])
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# After: 構造体アクセス（速い）
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length = builder.extract_value(string_box, 0, name="length")
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```
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### **Stage 3: 関数最適化** ⚡
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**目的**: LLVM Intrinsics活用 + 関数属性付与
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#### 3.1 LLVM Intrinsics活用
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```python
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# memcpy最適化
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# Before: ループでコピー
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for i in range(len):
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dst[i] = src[i]
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# After: LLVM Intrinsic
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builder.call(llvm_memcpy, [dst, src, length])
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```
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**対象Intrinsics**:
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- `@llvm.memcpy`: メモリ一括コピー
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- `@llvm.memmove`: オーバーラップ対応コピー
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- `@llvm.memset`: メモリ初期化
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- `@llvm.sqrt`: 平方根計算
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- `@llvm.abs`: 絶対値計算
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#### 3.2 関数属性付与
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```python
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class FunctionAttributePolicy:
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"""関数の性質を明示"""
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def annotate_pure_function(self, func):
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"""副作用なし関数"""
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func.attributes.add("readnone")
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# LLVMが同じ引数の呼び出しを1回に最適化！
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def annotate_readonly_function(self, func):
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"""読み込み専用関数"""
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func.attributes.add("readonly")
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```
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**属性一覧**:
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- `readnone`: 完全な純粋関数（Math.add等）
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- `readonly`: 読み込みのみ（Array.length等）
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- `nounwind`: 例外を投げない
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- `alwaysinline`: 常にインライン展開
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#### 3.3 インライン展開ヒント
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```python
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# 小さい関数は積極的にインライン化
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if func_size < 10:
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func.attributes.add("alwaysinline")
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elif func_size > 100:
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func.attributes.add("noinline")
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```
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### **Stage 4: ポリシー箱実装** 🎁
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**目的**: 戦略的最適化の統一管理
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#### 4.1 TypeSafetyPolicy
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```python
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class TypeSafetyPolicy:
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"""型安全性戦略"""
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STRICT = "strict" # 型不一致は即エラー
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PERMISSIVE = "permissive" # 暗黙的変換OK（現在）
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DEBUG = "debug" # 全変換をログ出力
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def convert(self, val, target_type, mode):
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if mode == STRICT:
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if val.type != target_type:
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||
raise TypeError(f"Strict mode: {val.type} != {target_type}")
|
||
elif mode == PERMISSIVE:
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||
return TypeCoercion.to_type(builder, val, target_type)
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||
elif mode == DEBUG:
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||
log_conversion(val, target_type)
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||
return TypeCoercion.to_type(builder, val, target_type)
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```
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#### 4.2 ErrorHandlingPolicy
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```python
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class ErrorHandlingPolicy:
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"""エラー処理戦略"""
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FAIL_FAST = "panic" # 即座にエラー
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FALLBACK = "default" # デフォルト値（現在）
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COLLECT = "accumulate" # エラー収集後一括報告
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def handle_type_error(self, error, mode):
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||
if mode == FAIL_FAST:
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raise error
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||
elif mode == FALLBACK:
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||
return Constant(i64, 0) # ← 現在の実装
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||
elif mode == COLLECT:
|
||
self.errors.append(error)
|
||
return Constant(i64, 0)
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```
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#### 4.3 OptimizationPolicy
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```python
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class OptimizationPolicy:
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"""最適化レベル戦略"""
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def convert_with_opt(self, val, opt_level):
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if opt_level == 0: # -O0（デバッグ）
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# 境界チェック付き変換
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return checked_conversion(val)
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elif opt_level >= 2: # -O2/-O3（リリース）
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# 高速変換（チェックなし）
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return TypeCoercion.to_i64(builder, val)
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```
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#### 4.4 PlatformPolicy
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```python
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class PlatformPolicy:
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"""プラットフォーム戦略"""
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def get_native_int(self, target):
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"""ターゲット別のネイティブ整数型"""
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if target == "x86_64":
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return ir.IntType(64) # ← 現在
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||
elif target == "wasm32":
|
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return ir.IntType(32)
|
||
elif target == "arm32":
|
||
return ir.IntType(32)
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```
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## 🎯 **実装優先順位**
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| Stage | 優先度 | 実装タイミング |
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|-------|-------|-------------|
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| Stage 1（基礎インフラ） | 🔴 最高 | Phase 21開始直後 |
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| Stage 2（型情報活用） | 🟡 高 | Stage 1完了後 |
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| Stage 3（関数最適化） | 🟢 中 | Stage 2完了後 |
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| Stage 4（ポリシー箱） | 🔵 低 | 具体的問題発生時 |
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## 📊 **期待される効果**
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### **パフォーマンス向上**
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- BoxCall削減: 30-50%削減（extractvalue化）
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- メモリアクセス最適化: TBAA活用
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- 関数呼び出しオーバーヘッド削減: Intrinsics/インライン化
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### **開発体験向上**
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- Verifier: バグの早期発見
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- UBチェック: 未定義動作の完全回避
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- エラー収集モード: デバッグ効率化
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### **移植性向上**
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- PlatformPolicy: 複数プラットフォーム対応
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- データレイアウト標準化: クロスコンパイル対応
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## 🚨 **注意点（Gemini指摘事項）**
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### **1. 未定義動作（UB）を絶対に避ける**
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- nullポインタ参照
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- 符号付き整数オーバーフロー
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- 未初期化変数の使用
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### **2. PHI命令は特に慎重に**
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- 全ての前任ブロックからの値を指定
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- 漏れがあると検証エラー
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### **3. Verifierを親友にする**
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- 開発中は毎回実行
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- 問題の早期発見が鍵
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### **4. データレイアウト・呼び出し規約の統一**
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- ターゲット別の標準ルールに従う
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- C言語ライブラリとの互換性確保
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## 📚 **関連ドキュメント**
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- [llvm-optimization-strategy.md](./llvm-optimization-strategy.md) - Gemini提案統合
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- [policy-box-design.md](./policy-box-design.md) - ポリシー箱詳細設計
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- [integration-plan.md](./integration-plan.md) - 統合実装計画
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- [Phase 15.8](../phase-15.8/) - 現在の型変換統一実装
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## 🎊 **まとめ**
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Phase 21は**正確性から性能へ**の転換点:
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- Stage 1-3: 実装必須（基礎インフラ・型活用・関数最適化）
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- Stage 4: YAGNI原則（必要になったら実装）
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**箱理論の実践**: 最適化戦略も箱で管理！
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**作成日**: 2025-10-02
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**ベース**: Gemini最適化提案 + Claude分析統合
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