hakorune/docs/development/current/main/joinir-architecture-overview.md

# JoinIR Architecture Overview (2025‑12‑06)

このドキュメントは、JoinIR ライン全体（Loop/If lowering, ExitLine, Boundary, 条件式 lowering）の
「箱」と「契約」を横串でまとめた設計図だよ。selfhost / JsonParser / hako_check など、
どの呼び出し元から見てもここを見れば「JoinIR 層の責務と流れ」が分かるようにしておく。

変更があったら、Phase ドキュメントではなく **このファイルを随時更新する** 方針。

---

## 1. 不変条件（Invariants）

JoinIR ラインで守るべきルールを先に書いておくよ：

1. **JoinIR 内部は JoinIR ValueId だけ**
   - JoinIR lowering が発行する `JoinInst` の `ValueId` は、すべて `alloc_value()` で割り当てるローカル ID。
   - Rust/MIR 側の ValueId（`builder.variable_map` に入っている ID）は、JoinIR には直接持ち込まない。

2. **host ↔ join の橋渡しは JoinInlineBoundary 系だけ**
   - host から JoinIR への入力（ループ変数 / 条件専用変数）は
     - `JoinInlineBoundary.join_inputs + host_inputs`
     - `JoinInlineBoundary.condition_bindings`（ConditionBinding）
     だけで接続する。
   - 出力（キャリアの出口）は `JoinInlineBoundary.exit_bindings` に一本化する。

3. **式としての戻り値とキャリア更新を分離する**
   - 「ループが式として値を返す」ケース（例: `let r = loop_min_while(...)`）の出口は **exit_phi_builder** が扱う。
   - 「ループが状態更新だけする」ケース（例: `trim` の `start/end`）の出口は **ExitLine（ExitMeta / ExitBinding / ExitLineReconnector）** だけが扱う。

4. **ループ制御 vs 条件式の分離**
   - ループの「形」（Pattern1–4, LoopFeatures）は control-flow 専用の箱が担当。
   - 条件式（`i < len && (ch == " " || ch == "\t")` 等）は **BoolExprLowerer / condition_to_joinir** が担当し、
     ループパターンは boolean ValueId だけを受け取る。

5. **Fail‑Fast**
   - JoinIR が対応していないループパターン / if パターンは、必ず `[joinir/freeze]` 等で明示的にエラーにする。
   - LoopBuilder 等へのサイレントフォールバックは禁止（Phase 186–187 で完全削除済み）。

---

## 2. 主な箱と責務

### 2.1 Loop 構造・検出ライン

- **LoopFeatures / LoopPatternKind / router**
  - ファイル:
    - `src/mir/loop_pattern_detection.rs`
    - `src/mir/builder/control_flow/joinir/patterns/router.rs`
  - 責務:
    - AST からループ構造の特徴（`has_break`, `has_continue`, `has_if_else_phi`, `carrier_count` 等）を抽出。
    - `classify(&LoopFeatures)` で Pattern1–4 に分類。
    - `LOOP_PATTERNS` テーブルを通じて該当 lowerer（pattern*_minimal.rs）にルーティング。
    - Phase 170‑C 系で `LoopUpdateSummary`（各キャリアの UpdateKind 情報）を統合し、  
      `CaseALoweringShape` が関数名ではなく構造＋更新パターンだけを見て判定できるようにする計画。

- **Pattern Lowerers (Pattern1–4)**
  - ファイル例:
    - `simple_while_minimal.rs`（Pattern1）
    - `loop_with_break_minimal.rs`（Pattern2）
    - `loop_with_if_phi_minimal.rs`（Pattern3）
    - `loop_with_continue_minimal.rs`（Pattern4）
  - 責務:
    - LoopScopeShape / AST / LoopFeatures を入力として JoinIR の `JoinModule` を構築。
    - `JoinFragmentMeta{ expr_result, exit_meta }` を返し、出口情報を ExitLine に渡す。
    - host/MIR の ValueId は一切扱わない（JoinIR ローカルの ValueId のみ）。

- **CommonPatternInitializer** (Phase 33-22)
  - ファイル: `src/mir/builder/control_flow/joinir/patterns/common_init.rs`
  - 責務:
    - 全 Pattern 共通の初期化ロジック統一化（ループ変数抽出 + CarrierInfo 構築）。
    - All 4 loop patterns use this for unified initialization, guaranteeing boundary.loop_var_name is always set and preventing SSA-undef bugs.

- **JoinIRConversionPipeline** (Phase 33-22)
  - ファイル: `src/mir/builder/control_flow/joinir/patterns/conversion_pipeline.rs`
  - 責務:
    - JoinIR → MIR 変換フロー統一化（JoinModule → MirModule → merge_joinir_mir_blocks）。
    - Single entry point for JoinIR→MIR conversion, encapsulating phases 1-6 and ensuring consistent transformation across all patterns.

### 2.2 条件式ライン（式の箱）

- **BoolExprLowerer**
  - ファイル: `src/mir/join_ir/lowering/bool_expr_lowerer.rs`
  - 責務:
    - AST の boolean 式 → MIR の Compare/BinOp/UnaryOp に lowering（通常の if/while 用）。
    - `<, ==, !=, <=, >=, >` と `&&, ||, !` の組合せを扱う。

- **condition_to_joinir + ConditionEnv/ConditionBinding**
  - ファイル: `src/mir/join_ir/lowering/condition_to_joinir.rs`
  - 責務:
    - ループ lowerer 用の「AST 条件 → JoinIR Compute命令列」。
    - `ConditionEnv` 経由で「変数名 → JoinIR ValueId」のみを見る。
    - host 側の ValueId は `ConditionBinding { name, host_value, join_value }` として JoinInlineBoundary に記録する。

### 2.3 キャリア / Exit / Boundary ライン

- **CarrierInfo / LoopUpdateAnalyzer**
  - ファイル:
    - `src/mir/join_ir/lowering/carrier_info.rs`
    - `LoopUpdateAnalyzer` 周辺
  - 責務:
    - ループ内で更新される変数（carrier）の名前と host ValueId を検出。
    - 更新式（`sum = sum + i`, `count = count + 1` 等）を `UpdateExpr` として保持。

- **ExitMeta / JoinFragmentMeta**
  - ファイル: `carrier_info.rs` 等
  - 責務:
    - JoinIR lowerer が「どの carrier が、どの JoinIR ValueId で出口に出るか」を記録。
    - `JoinFragmentMeta` の一部として `expr_result: Option<ValueId>` と `exit_meta` をまとめる。

- **ExitMetaCollector**
  - ファイル: `src/mir/builder/control_flow/joinir/merge/exit_line/meta_collector.rs`
  - 責務:
    - `ExitMeta + CarrierInfo` から `Vec<LoopExitBinding{ carrier_name, join_exit_value, host_slot }>` を構築。
    - 副作用なしの pure function。

- **JoinInlineBoundary**
  - ファイル: `src/mir/join_ir/lowering/inline_boundary.rs`
  - フィールド（主なもの）:
    - `join_inputs / host_inputs`：ループパラメータの橋渡し
    - `condition_bindings: Vec<ConditionBinding>`：条件専用変数の橋渡し
    - `exit_bindings: Vec<LoopExitBinding>`：キャリア出口の橋渡し
  - 責務:
    - 「host 関数 ↔ JoinIR fragment」の境界情報の SSOT。

- **BoundaryInjector**
  - ファイル: `src/mir/builder/joinir_inline_boundary_injector.rs`
  - 責務:
    - `join_inputs + host_inputs` / `condition_bindings` に基づき、entry block に Copy 命令を挿して host→JoinIR を接続。

- **ExitLine (ExitMetaCollector / ExitLineReconnector / ExitLineOrchestrator)**
  - ファイル:
    - `src/mir/builder/control_flow/joinir/merge/exit_line/mod.rs`
    - `exit_line/meta_collector.rs`
    - `exit_line/reconnector.rs`
  - 責務:
    - ExitMeta から exit_bindings を構築し（Collector）、
      remapper と組み合わせて `builder.variable_map` のキャリアスロットを更新（Reconnector）。
    - expr 用の PHI には一切触れない（carrier 専用ライン）。

### 2.4 expr result ライン（式としての戻り値）

- **exit_phi_builder**
  - ファイル: `src/mir/builder/control_flow/joinir/merge/exit_phi_builder.rs`
  - 責務:
    - JoinIR fragment が「式としての戻り値（expr_result）」を持つ場合にだけ、
      Return 値を exit block の PHI にまとめて 1 つの `ValueId` を返す（※Phase 33‑16 で正式再実装予定）。
    - ループキャリア（`start/end/sum` 等）は扱わない（carrier は ExitLine 専用ライン）。

- **InstructionRewriter（expr_result のみを exit_phi_inputs に流す）**
  - ファイル: `instruction_rewriter.rs`
  - 責務:
    - `JoinFragmentMeta.expr_result` が `Some` の場合だけ、該当 return 値を exit_phi_inputs に積むのが理想形。
    - carrier 用の return/jump は ExitMeta/ExitLine 側で扱う。
    - **現状（Phase 33‑15 時点）**:
      - SSA‑undef を避けるため、一時的に `exit_phi_inputs` / `carrier_inputs` の収集を停止している。
      - そのため「ループを式として評価する」ケースでは PHI を経由した expr 結果はまだ生成されない。
      - これは **一時的な止血措置** であり、Phase 33‑16 で「Loop ヘッダ PHI を出口値の SSOT とする」設計に差し替える予定。

---

## 3. JoinIR → MIR 統合の全体フロー

1. Pattern router が AST/LoopFeatures から Pattern1–4 を選択し、各 lowerer が
   `(JoinModule, JoinFragmentMeta)` を生成。
2. `JoinInlineBoundary` が:
   - ループ入力（join_inputs/host_inputs）
   - 条件変数（condition_bindings）
   - キャリア出口（exit_bindings）
   を保持。
3. `merge_joinir_mir_blocks` が:
   - BlockID/ValueID remap
   - JoinIR 関数群の inline
   - Return→jump の書き換え
   - expr result 用 PHI（exit_phi_builder）
   - ExitLineOrchestrator（ExitMetaCollector + ExitLineReconnector）
   を順に実行。

この全体フローの詳細は `src/mir/builder/control_flow/joinir/merge/mod.rs` と
`phase-189-multi-function-mir-merge/README.md` を参照。

---

## 4. selfhost / .hako JoinIR Frontend との関係

JoinIR は Rust 側だけでなく、将来的に .hako selfhost コンパイラ側でも生成・解析される予定だよ：

- .hako 側の JsonParser/分析箱は、Program JSON / MIR JSON v1 を読んで JoinIR/MIR を解析する。
- Rust 側 JoinIR ラインの設計変更（特に ValueId/ExitLine/Boundary 周り）は、
  **必ずこのファイルを更新してから** .hako 側にも段階的に反映する方針。

「JoinIR の仕様」「箱の責務」「境界の契約」は、このファイルを SSOT として運用していく。

---

## 5. 関連ドキュメント

- `docs/development/current/main/10-Now.md`
  - 全体の「いまどこ」を短くまとめたダッシュボード。
- `docs/private/roadmap2/phases/phase-180-joinir-unification-before-selfhost/README.md`
  - JoinIR 統一フェーズ全体のロードマップと進捗。
- 各 Phase 詳細:
  - 185–188: Strict mode / LoopBuilder 削除 / Pattern1–4 基盤
  - 189–193: Multi-function merge / Select bridge / ExitLine 箱化
  - 171–172 / 33‑10/13: ConditionEnv, ConditionBinding, JoinFragmentMeta, ExitLineRefactor 等