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MIR進化計画: MIR14 → MIR13 → MIR17

概要

LoopForm導入に向けた段階的なMIR進化戦略。PHI命令の責務をLLVM層に移管し、より高レベルな制御構造表現を導入する。

命令数の変遷

MIR14（現在）: 14命令（PHIあり）
    ↓ Phase 15終盤
MIR13: 13命令（PHI除去）
    ↓ Phase 16
MIR17: 17命令（LoopForm追加）

MIR13（Phase 15終盤）

削除される命令

• Phi: SSA PHIノードの生成をLLVM層に移管

残る13命令

1. Const
2. Load / Store
3. UnaryOp / BinOp / Compare / TypeOp
4. Branch / Jump / Return
5. NewBox / BoxCall
6. ExternCall / Call
7. Throw / Catch（既存維持）

実装方針

• Bridge/BuilderはPHIを生成しない
• LLVM層（llvmlite/Resolver）がCFGパターンからPHIを合成
• VM/Interpreterは直線的実行を継続（PHI無視）

MIR17（Phase 16）

追加される4命令（LoopForm）

1. LoopHeader { id, params[] }

   • ループヘッダBBの宣言
   • params[]はループ搬送値のプレースホルダ

2. LoopEnter { header: bb, args[] } (terminator)

   • Preheaderからヘッダへの遷移
   • args[]は搬送値の初期値

3. LoopLatch { header: bb, args[] } (terminator)

   • 本体末尾からヘッダへのバックエッジ
   • args[]は更新後の搬送値

4. LoopExit { exit: bb } (terminator)

   • ループからの脱出（break相当）

なぜ+4命令か

• ループの構造を明示的に表現
• Preheader/Header/Body/Exitの役割を宣言的に
• LLVM層でのPHI生成が機械的に可能

合流点の扱い（将来検討）

MergeForm（追加候補）

// If/Else等の合流用（将来のMIR18以降）
MergeHeader { id, params[] }
MergeEnter { header: bb, args[] }

移行のメリット

1. 責務分離の明確化

   • MIR: 制御構造の宣言
   • LLVM: SSA表現の生成

2. 段階的移行

   • Phase 15: PHI生成を止める（互換性維持）
   • Phase 16: LoopForm導入（新機能）

3. 将来拡張への道筋

   • Generator/Async/Effectへの対応準備
   • LifeBox Model（LBM）への布石

AI協働の記録（2025-09-16）

Codex提案

• PHI合成をllvmlite側で実施
• LoopForm/MergeFormの構造化表現
• TryRegionによる例外構造化（将来）

人間の洞察

• 「MIR13に減らしてから+4でMIR17」
• 段階的移行の重要性
• 一気に変えないことの価値

合意形成

• Phase 15でまずPHI非生成化
• 安定後にLoopForm導入
• 責務分離を徹底

実装チェックリスト

Phase 15終盤（MIR13化）

• Bridge: PHI生成を無効化するフラグ
• llvmlite: Resolver実装（PHI合成）
• Smoke: ループ搬送値のテスト
• VM: PHI無視の動作確認

Phase 16（MIR17化）

• MIR: LoopForm命令の追加
• Bridge: Loop構造の認識とLoopForm生成
• llvmlite: LoopFormからPHIへの変換
• ドキュメント: MIR17仕様書

関連文献

• 論文A（MIR13/14）: 基本設計
• 論文D（SSA構築）: PHI生成の理論
• 論文E（本稿）: LoopForm理論
• CURRENT_TASK.md: 実装計画