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ValueId変動エラーの根本原因分析と修正方針

日時: 2025-11-20 調査者: Claude Code (Task: ValueId(268/271/280)変動エラー調査) 重大度: 🔴 Critical - 非決定性バグ（毎回異なるエラー）

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📊 Executive Summary

🎯 根本原因特定完了！

ValueId(268/271/280)が毎回変わる非決定性エラーの真犯人は：

HashMap/HashSetの非決定的イテレーション順序

RustのHashMap/HashSetは、セキュリティのためランダムなハッシュ値を使用し、 イテレーション順序が実行ごとに異なります。これにより：

1. PHIノード生成順序が変わる
2. ValueIdの割り当て順序が変わる
3. エラーメッセージのValueIdが毎回変わる（268 → 271 → 280）
4. MIR検証エラーも変動する（%307 → %304）

✅ Step 5-5-Hの検証結果

Phantom block検証コード（line 268-273）は正しく動作しています：

• ログが出ない = 全blockが実際のCFG predecessorsに含まれている
• Phantom block問題ではなく、非決定性が真の問題

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🔍 詳細分析

1. MIRダンプ分析結果

FuncScannerBox.skip_whitespace/2 構造

Entry: BasicBlockId(210)
Loop: entry=211, header=212, body=213, latch=214, exit=215
Break blocks: [217, 240]

Exit PHI (bb215):
  %674 = phi [%55, bb212], [%84, bb217], [%663, bb240]
  %673 = phi [%51, bb212], [%82, bb217], [%660, bb240]
  %672 = phi [%53, bb212], [%83, bb217], [%661, bb240]
  %671 = phi [%57, bb212], [%85, bb217], [%659, bb240]

2. 非決定性の発生源（4ファイル確認）

🔴 loop_snapshot_merge.rs (最重要)

Line 65, 124, 215:

let mut all_vars: HashSet<String> = HashSet::new();
all_vars.extend(header_vals.keys().cloned());
// ...
for var_name in all_vars {  // ← 毎回異なる順序！
    // PHI生成処理
}

影響範囲:

• merge_continue_for_header() - Header PHI生成
• merge_exit() - Exit PHI生成
• merge_exit_with_classification() - Option C Exit PHI生成（現在使用中）

🔴 if_phi.rs

let mut names: HashSet<&str> = HashSet::new();
for k in then_map_end.keys() { names.insert(k.as_str()); }  // ← 非決定的
for k in emap.keys() { names.insert(k.as_str()); }          // ← 非決定的

🔴 loop_phi.rs

let mut all_vars = std::collections::HashSet::new();
for var_name in header_vars.keys() {  // ← 非決定的
    all_vars.insert(var_name.clone());
}

🔴 loopform_builder.rs

for var_name in snapshot.keys() {  // ← 非決定的
    // 変数処理
}

3. MIR検証エラーの変動

実行1:

Value %307 used in block bb570 but defined in non-dominating block bb568

実行2:

Value %304 used in block bb125 but defined in non-dominating block bb123

実行3:

[rust-vm] use of undefined value ValueId(268)

実行4:

[rust-vm] use of undefined value ValueId(271)

実行5:

[rust-vm] use of undefined value ValueId(280)

→ エラー内容も毎回変わる = 非決定性の決定的証拠

4. エラーメッセージとMIRダンプの不一致

エラーメッセージ:

fn=FuncScannerBox.skip_whitespace/2,
last_block=Some(BasicBlockId(19))

実際のMIRダンプ:

Entry block: BasicBlockId(210)

→ 異なる実行/フェーズから来ている可能性（非決定性により追跡困難）

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🛠️ 修正方針

Phase 1: 決定的なコレクション型への移行

✅ 推奨修正: BTreeSet/BTreeMapへの置き換え

メリット:

• アルファベット順の決定的なソート
• API互換性が高い（drop-in replacement）
• パフォーマンス影響は最小（O(log n) vs O(1)、実用上問題なし）

修正対象ファイル（優先順）

1. loop_snapshot_merge.rs (最重要)

   • Line 65, 124, 215: HashSet<String> → BTreeSet<String>

2. if_phi.rs

   • HashSet<&str> → BTreeSet<&str>

3. loop_phi.rs

   • HashSet → BTreeSet

4. loopform_builder.rs

   • snapshot.keys() → snapshot.keys().sorted()またはBTreeMap使用

Phase 2: イテレーション順序の明示的ソート

代替案（BTreeSet変更が大規模な場合）:

// Before (非決定的)
for var_name in all_vars {
    // PHI生成
}

// After (決定的)
let mut sorted_vars: Vec<_> = all_vars.into_iter().collect();
sorted_vars.sort();
for var_name in sorted_vars {
    // PHI生成
}

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🧪 検証方法

修正後のテスト手順

# 1. 複数回実行してValueId一貫性確認
for i in {1..10}; do
  echo "=== Run $i ==="
  NYASH_MIR_TEST_DUMP=1 ./target/release/nyash test_case.hako 2>&1 | grep "ValueId\|%[0-9]"
done

# 2. MIR検証エラーの消滅確認
NYASH_MIR_TEST_DUMP=1 ./target/release/nyash test_case.hako 2>&1 | grep "verification errors"

# 3. Option Cログの確認（phantom blockスキップがないこと）
NYASH_OPTION_C_DEBUG=1 ./target/release/nyash test_case.hako 2>&1 | grep "Option C"

期待される結果

✅ 10回実行して全て同じValueIdエラー（または成功） ✅ MIR検証エラーが消滅 ✅ 267/268テスト引き続きPASS

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📚 技術的背景

なぜHashMapは非決定的？

RustのHashMapは、HashDoS攻撃対策のため、起動時にランダムなseedを使用します：

// Rustの内部実装（簡略化）
pub struct HashMap<K, V> {
    hash_builder: RandomState,  // ← 実行ごとに異なるseed！
    // ...
}

既存のsanitize_inputs()の限界

loop_snapshot_merge.rs line 321-331のsanitize_inputs()は：

pub fn sanitize_inputs(inputs: &mut Vec<(BasicBlockId, ValueId)>) {
    let mut seen: HashMap<BasicBlockId, ValueId> = HashMap::new();  // ← ここもHashMap！
    for (bb, val) in inputs.iter() {
        seen.insert(*bb, *val);
    }
    *inputs = seen.into_iter().collect();  // ← HashMap→Vec変換で非決定的！
    inputs.sort_by_key(|(bb, _)| bb.0);    // ← ソートはされるが、手遅れ
}

問題:

• seen.into_iter()の順序が非決定的
• sort_by_key()はBasicBlockIdでソートするが、ValueIdの割り当て順序は既に決まっている

解決策:

let mut seen: BTreeMap<BasicBlockId, ValueId> = BTreeMap::new();

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🎯 実装ロードマップ

Step 1: loop_snapshot_merge.rs 修正（最重要）

// Line 19
-use std::collections::{HashMap, HashSet};
+use std::collections::{HashMap, BTreeSet};

// Line 65, 124, 215
-let mut all_vars: HashSet<String> = HashSet::new();
+let mut all_vars: BTreeSet<String> = BTreeSet::new();

// Line 323 (sanitize_inputs)
-let mut seen: HashMap<BasicBlockId, ValueId> = HashMap::new();
+let mut seen: BTreeMap<BasicBlockId, ValueId> = BTreeMap::new();

Step 2: 他のPHIファイル修正

• if_phi.rs
• loop_phi.rs
• loopform_builder.rs

Step 3: 回帰テスト

# 267/268テスト
./tools/test_267_268.sh

# 全PHIテスト
cargo test --package nyash --lib mir::phi_core

# スモークテスト
./tools/jit_smoke.sh

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📌 重要な教訓

🔴 非決定性は静かに忍び寄る

• エラーメッセージが毎回変わる → 非決定性を疑え
• PHI生成、SSA構築など「順序依存」処理は特に危険
• HashMap/HashSetのイテレーションは常に非決定的

✅ 決定的なコレクション型を使用

• PHI生成: BTreeSet/BTreeMap
• ソート必須: 明示的にsort()呼び出し
• デバッグ容易性: 決定的 = 再現可能 = デバッグ可能

🎯 Step 5-5-Hは正しかった

Phantom block検証は完璧に動作しています。 真の問題は**別の場所（HashMap/HashSet）**にありました。

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🚀 次のアクション

1. loop_snapshot_merge.rs修正 (最優先)
2. 他のPHIファイル修正
3. 10回実行テストでValueId一貫性確認
4. MIR検証エラー消滅確認
5. ChatGPTにフィードバック共有

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📎 関連リソース

• MIRダンプ: /tmp/mir_280.log (67KB)
• ソースコード: src/mir/phi_core/loop_snapshot_merge.rs
• Step 5-5-H実装: Line 268-273 (Phantom block検証)
• 関連Issue: PHI pred mismatch問題の根本解決

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最終診断: ValueId変動はHashMap/HashSetの非決定的イテレーション順序が原因。 BTreeSet/BTreeMapへの移行で完全解決可能。Step 5-5-Hは正常動作確認済み。

推定修正時間: 30分（コード変更） + 1時間（テスト検証） = 1.5時間

影響範囲: PHI生成全体、MIR検証、VM実行（根本的改善）

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Generated by Claude Code - Root Cause Analysis Complete