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📋 Phase 9.78: LLVM PoC 実装計画書

バージョン: 1.0
作成日: 2025年8月20日
ステータス: 準備完了

🎯 プロジェクト概要

目的

3週間でNyash言語のLLVMバックエンド実現可能性を実証する

成功基準

• 基本的なNyashプログラムがLLVM経由で実行可能
• インタープリター比10倍以上の性能向上
• Phase 10本格実装への技術的道筋確立

📅 3週間実装スケジュール

Week 1: 基盤構築（8/21-8/27）

Day 1-2: 環境セットアップ

# Cargo.toml
[dependencies]
inkwell = { version = "0.5", features = ["llvm17-0"] }

• inkwellクレート導入
• LLVMコンテキスト初期化
• 基本的なモジュール生成

Day 3-4: 最小命令実装

// 実装対象
- Const(Integer/Float/Bool)
- Return
- 基本的な型マッピング

Day 5-7: Hello World達成

• ランタイム関数宣言
• .oファイル生成
• return 42の実行確認

Week 1成果物: 整数を返す最小プログラムのLLVM実行

Week 2: コア機能実装（8/28-9/3）

Day 8-10: 算術演算と制御フロー

// 実装対象
- BinOp (Add/Sub/Mul/Div)
- Compare (Eq/Ne/Lt/Le/Gt/Ge)
- Branch/Jump
- PHI nodes

Day 11-13: Box型MVP

// Box操作の実装
extern "C" {
    fn nyash_runtime_box_new(size: u64, align: u64) -> *mut c_void;
    fn nyash_runtime_box_free(ptr: *mut c_void);
    fn nyash_runtime_box_deref(ptr: *mut c_void) -> *mut c_void;
}

Day 14: 統合テスト

• 条件分岐を含むプログラム
• Box操作を含むプログラム
• LLVMVerifyModuleによる検証

Week 2成果物: 制御フローとメモリ操作を含むプログラムの動作

Week 3: 最適化と検証（9/4-9/10）

Day 15-16: 最適化パス

// 基本最適化
- mem2reg (alloca → SSA)
- instcombine (命令結合)
- reassociate (結合則)

Day 17-18: ベンチマーク

# 性能測定対象
- フィボナッチ数列
- 素数判定
- 簡単な数値計算ループ

Day 19-21: 文書化とレポート

• 技術レポート作成
• Phase 10実装計画
• 性能評価結果

Week 3成果物: 性能実証とPhase 10への道筋

🛠️ 技術アーキテクチャ

ディレクトリ構造

src/backend/llvm/
├── mod.rs           // LLVMバックエンドエントリ
├── context.rs       // CodegenContext管理
├── types.rs         // MIR→LLVM型変換
├── builder.rs       // LLVM IR生成
├── runtime.rs       // ランタイム関数定義
└── optimizer.rs     // 最適化パス管理

主要コンポーネント

CodegenContext

pub struct CodegenContext<'ctx> {
    context: &'ctx Context,
    module: Module<'ctx>,
    builder: Builder<'ctx>,
    target_machine: TargetMachine,
    type_cache: HashMap<MirType, BasicTypeEnum<'ctx>>,
}

MIR→LLVM変換器

pub fn lower_mir_to_llvm(
    mir_module: &MirModule,
    target_triple: &str,
) -> Result<Vec<u8>, CodegenError> {
    // 1. コンテキスト初期化
    // 2. 型変換
    // 3. 関数生成
    // 4. 命令変換
    // 5. 最適化
    // 6. オブジェクトコード生成
}

📊 リスク管理

技術的リスク

リスク	影響度	対策
inkwellバージョン依存	中	LLVM17固定、CI環境統一
Box型の複雑性	高	ランタイム委譲戦略
デバッグ困難性	中	IR dump機能、差分テスト

スケジュールリスク

• バッファ: 各週に1日の予備日設定
• 優先順位: 基本動作 > 性能 > 機能網羅性
• 早期失敗: Week 1で実現困難判明時は即座に方針転換

✅ 成功指標

定量的指標

• 10個以上のMIR命令をサポート
• 5個以上のテストプログラムが動作
• インタープリター比10倍以上高速

定性的指標

• コードの保守性（他の開発者が理解可能）
• エラーメッセージの有用性
• 将来の拡張可能性

🚀 開始準備チェックリスト

• VM性能改善完了（50.94倍達成！）
• AI大会議による戦略確定
• Copilotへの正式依頼
• 開発環境準備（LLVM17インストール）
• Week 1タスクのGitHub Issue作成

📝 参考資料

• AI大会議結果
• inkwellドキュメント
• LLVM Language Reference

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承認者: moe-charm
実装担当: Copilot + AIチーム
レビュー: Phase 9.78完了時