hakorune/docs/development/current/main/phases/phase-257/README.md

Phase 257: Loop with Early Return Pattern

Status: Active Scope: Pattern6（ScanWithInit）拡張で reverse scan + early return を受理する Related:

• Phase 256 完了（Pattern2 boundary SSOT 化、entry_param_mismatch 根治）
• North star: docs/development/current/main/design/join-explicit-cfg-construction.md

Current Status (SSOT)

• Former first FAIL: json_lint_vm / StringUtils.last_index_of/2（P0/P1で解消）
• Current first FAIL: json_lint_vm / StringUtils.is_integer/1（nested-if + loop, still unsupported）
• Approach (done): Pattern6（ScanWithInit）を reverse scan + early return に拡張し、PHI/CFG を fail-fast + 自動補正で安定化

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Background

失敗詳細

テスト: json_lint_vm (quick profile) エラー: [joinir/freeze] Loop lowering failed: JoinIR does not support this pattern 関数: StringUtils.last_index_of/2

エラーメッセージ全体

[phase143/debug] Attempting loop_true_if_break/continue pattern (P0/P1)
[phase143/debug] Pattern out-of-scope: NotLoopTrue
[trace:dev] phase121/shadow: shadow=skipped signature_basis=kinds=Block,Stmt(local(i)),Loop,Block,If,Block,Stmt(return(value)),Stmt(assign(i)),Stmt(return(value));exits=return;writes=i;reads=ch,i,s;caps=If,Loop,Return;conds=(var:i >= lit:int:0)|(other:MethodCall == var:ch)
[trace:dev] loop_canonicalizer: Function: StringUtils.last_index_of/2
[trace:dev] loop_canonicalizer:   Skeleton steps: 0
[trace:dev] loop_canonicalizer:   Carriers: 0
[trace:dev] loop_canonicalizer:   Has exits: false
[trace:dev] loop_canonicalizer:   Decision: FAIL_FAST
[trace:dev] loop_canonicalizer:   Missing caps: [ConstStep]
[trace:dev] loop_canonicalizer:   Reason: Phase 143-P2: Loop does not match read_digits(loop(true)), skip_whitespace, parse_number, continue, parse_string, or parse_array pattern
[ERROR] ❌ MIR compilation error: [joinir/freeze] Loop lowering failed: JoinIR does not support this pattern, and LoopBuilder has been removed.
Function: StringUtils.last_index_of/2
Hint: This loop pattern is not supported. All loops must use JoinIR lowering.

期待される動作

StringUtils.last_index_of(s, ch) が正常にコンパイルされ、文字列内の最後の文字位置を返すこと。

実際の動作

Loop canonicalizer が ConstStep を要求しているが、このループは早期リターンを持つため Pattern2Break として認識されていない。

最小再現コード

// apps/tests/phase257_p0_last_index_of_min.hako
static box Main {
    main() {
        local s = "hello world"
        local ch = "o"

        // Find last occurrence of ch in s
        local i = s.length() - 1

        loop(i >= 0) {
            if s.substring(i, i + 1) == ch {
                return i  // Early return when found
            }
            i = i - 1  // Backward scan
        }

        return -1  // Not found
    }
}

分析

ループ構造

1. 条件: i >= 0 (backward scan)
2. ボディ:
   • If branch: マッチング検出時
     • return i で早期リターン
   • After if: マッチなし
     • i = i - 1 で 1 つ戻る（定数ステップ）
3. 特徴:
   • Early return: break ではなく return を使用
   • Backward scan: i-- で逆方向スキャン
   • Capabilities: caps=If,Loop,Return (no Break)
   • Exits: exits=return (両方の return を検出)

Pattern6（index_of）との比較

Feature	Pattern6/index_of	last_index_of
走査方向	forward（i = i + 1）	reverse（i = i - 1）
早期終了	見つかったら return / exit PHI	見つかったら return
通常終了	not-found return（例: -1）	not-found return（-1）
JoinIR	main/loop_step/k_exit	同じ語彙で表現できる

提案される実装アプローチ

Option A: Pattern6 拡張（推奨 / 最小差分）

Pattern6（ScanWithInit）を “scan direction” を持つ形に一般化する（forward / reverse）。

1. 検出条件:

   • init: i = s.length() - 1（reverse）または i = 0（forward）
   • loop cond: i >= 0（reverse）または i < bound（forward）
   • body: if s.substring(i, i + 1) == ch { return i } + step update
   • step: i = i - 1（reverse const step）または i = i + 1（forward const step）

2. JoinIR lowering:

   • Pattern6 の語彙（main/loop_step/k_exit）を維持
   • scan direction に応じて:
     • stop 判定（i < 0 or i >= bound）
     • const step（+1 / -1）
   • return は既存の “exit PHI + post-loop guard” を必要最小で再利用する（DCE回避は既存Box優先）

3. Boundary construction:

   • Phase 256 系の契約（JumpArgsLayout / contract checks）に従い、推測しない
   • expr_result は return i の経路でのみ使用（not-found は -1）

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Progress

P0（完了）

• Pattern6 を双方向 scan に拡張（forward/reverse）
  • reverse scan 用 lowerer を追加（scan_with_init_reverse.rs）
  • apps/tests/phase257_p0_last_index_of_min.hako を追加
• ただし現状は「PHI predecessor mismatch」が先に露出しており、P1 でインフラ不変条件を固定する必要がある

Phase 257 P1（次の指示書 / SSOT）

Goal

• Pattern6 の実行時 phi pred mismatch を根治し、index_of / last_index_of が VM で正常に走る
• ./tools/smokes/v2/run.sh --profile quick の最初の FAIL を次へ進める

Tasks（順序）

1. MIR verifier を強化して InvalidPhi を検出する（fail-fast）
   • 期待: phi inputs が「ブロックの predecessor 全部」をカバーし、自己ブロック（self）を含まない
2. Pattern6 の loop header PHI の entry edge source を正す
   • entry_block == header_block になっているケースを禁止し、必要なら preheader を作る or merge entry を main に寄せる
3. smoke の false positive を防ぐ
   • phase254_p0_index_of_vm.sh は --verify を併用するか、VM error を検出して FAIL にする

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Progress

P0（完了）

• Pattern6 を双方向 scan に拡張（forward/reverse）
  • reverse scan 用 lowerer を追加
  • fixture: apps/tests/phase257_p0_last_index_of_min.hako

P1（完了）

• Pattern6 の誤検出を防止（detect/extract SSOT 化）
  • index_of_string/2 など “近いが別形” を Ok(None) で fall-through させる
• MIR verifier に PHI predecessor 検証を追加（fail-fast）
  • unreachable pred は除外して現実的に運用
• loop header PHI の entry edge を CFG から復元（self pred 根治）
  • merge 内で terminator 直書きにより successors が同期されないケースを補正
  • finalize 時点で host entry jump が未設定なため、host entry predecessor を明示的に補う
• smoke の false positive を抑止（--verify + VM error 検出）

Next (Phase 258 proposal)

• StringUtils.is_integer/1 の loop を JoinIR で受理する（caps=If,Loop,NestedIf,Return）
  • ループ形: loop(i < s.length()) { if not is_digit(...) return false; i=i+1 } return true
  • 前処理に nested-if がある（start の決定）

Option B: Pattern8_ReverseScanReturn 新設

Pattern6 を触らずに、reverse scan 専用パターンとして箱を追加する。 （影響範囲は狭いが、scan 系が分裂する）

Option C: Normalization（将来）

return/break を正規化して共通語彙へ落とし、JoinIR patterns を縮退させる。 （Phase 257 ではやらない）

実装計画

推奨方針

Option A（Pattern6 拡張）を推奨。

理由:

• 既に index_of/find 系で “scan + not-found return” を Pattern6 が担っている
• last_index_of はその自然な派生（reverse scan + const step -1）
• Pattern2（break 前提）を膨らませずに済む

P0 タスク

1. Fixture & integration smokes（完了）

   • apps/tests/phase257_p0_last_index_of_min.hako
   • tools/smokes/v2/profiles/integration/apps/phase257_p0_last_index_of_vm.sh
   • tools/smokes/v2/profiles/integration/apps/phase257_p0_last_index_of_llvm_exe.sh

2. Pattern6 detector/extractor 拡張（reverse scan）

   • src/mir/builder/control_flow/joinir/patterns/pattern6_scan_with_init.rs
   • reverse scan 形を accept し、parts（init/cond/step/return/not-found）を抽出

3. Pattern6 lowerer 拡張

   • reverse scan の stop 判定・step を JoinIR へ落とす（語彙は既存 Pattern6 を維持）

4. 検証

   • bash tools/smokes/v2/profiles/integration/apps/phase257_p0_last_index_of_vm.sh
   • ./tools/smokes/v2/run.sh --profile quick（最初の FAIL が次へ進む）

注意（P0ではやらない）

• 正規化での return/break 統一（Phase 257 ではやらない）
• scan 系の大改造（まずは reverse scan の受理を最小差分で固定）

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備考

• Phase 256 で Pattern2Break の境界構築が SSOT 化済み（entry_param_mismatch 根治）
• この知見を活かし、Pattern2Return も同じ原則で実装する
• "Early exit" として break と return を統一的に扱うことで、将来の拡張性も高まる

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進捗（P0）

✅ 実装完了 (2025-12-20)

実装内容:

1. ✅ ScanDirection enum 追加 (Forward/Reverse)
2. ✅ ScanParts 構造体拡張（scan_direction フィールド追加）
3. ✅ is_const_step_pattern() 更新（i + 1 / i - 1 両対応）
4. ✅ extract_scan_with_init_parts() 更新（forward/reverse 両検出）
   • Forward: i < s.length(), step +1
   • Reverse: i >= 0, step -1
5. ✅ lower_scan_with_init_reverse() 新規作成
6. ✅ Pattern6 lowering 分岐実装（scan direction に応じて適切な lowerer 選択）

ファイル変更:

• src/mir/builder/control_flow/joinir/patterns/pattern6_scan_with_init.rs
• src/mir/join_ir/lowering/scan_with_init_reverse.rs (新規)
• src/mir/join_ir/lowering/mod.rs

ビルド状況:

• ✅ コンパイル成功（0エラー）
• ✅ コード品質維持（既存パターン踏襲、SSOT原則遵守）

🔍 既知の問題（実装前から存在）

PHI predecessor mismatch bug:

• Error: phi pred mismatch at ValueId(X): no input for predecessor BasicBlockId(Y)
• Pattern6 forward scan (phase254_p0_index_of) でも同じエラー発生
• Phase 257 P0 実装前から存在 していたバグ
• phase254 テストは期待終了コード=1 のため "PASS" と表示されるが、実際はエラー終了
• Scope外: Pattern6 全体の PHI 生成バグであり、Phase 257 P0 では修正しない

次のアクション

Phase 257 P1（将来）

• PHI predecessor mismatch bug 修正（JoinIR merger の PHI ノード生成ロジック）
• Pattern6 全体のテスト整備（forward/reverse 両方の正常動作確認）

Phase 258（次フェーズ）

• quick profile の次の FAIL へ進む
• last_index_of が通った後の最初のエラーを調査

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最終更新: 2025-12-20 (Phase 257 P0 実装完了、PHI bug は既知の問題として文書化)