hakorune/docs/phases/phase-11.5/archives/GEMINI_MIR_LLVM_CONSULTATION.md

Gemini先生のMIR→LLVM変換コンサルテーション

Date: 2025-08-31
Source: gemini -p コマンドによる相談

質問内容

Nyashプログラミング言語のMIR→LLVM変換計画について：

• MIRを26命令から15命令に削減中
• Everything is Box哲学
• 注釈システムでヒントを付与

15命令の内訳

• 基本演算(5): Const, UnaryOp, BinOp, Compare, TypeOp
• メモリ(2): Load, Store
• 制御(4): Branch, Jump, Return, Phi
• Box(3): NewBox, BoxCall, PluginInvoke
• 配列(2): ArrayGet, ArraySet
• 外部(1): ExternCall

Gemini先生の回答

1. BoxCall最適化の最良アプローチ

結論: 静的解析によるメソッドID（スロット）ベースのディスパッチを主軸とし、解決できない場合に**PIC（Polymorphic Inline Cache）**を組み合わせる

理由:

• Nyashはすでにmethod_id（スロット）を用いた最適化に着手
• 型が静的に推論できる場合に非常に高速
• 動的な呼び出しに対してはPICが有効（実績ある手法）
• vtable案も有力だが、Everything is Boxの柔軟性を損なう可能性

提案:

1. MIRコンパイラ強化：より多くのBoxCallをmethod_id付きに変換
2. PICの高度化：Mono-PICから多相（Polymorphic）/メガモーフ（Megamorphic）へ
3. LLVM IR生成時の戦略を明確化

2. GCバリアの効率的な挿入戦略

結論: Store, ArraySet, PluginInvokeのうち、ヒープ上のBoxオブジェクトへのポインタ書き込みが発生する可能性のある箇所にのみライトバリアを挿入

提案:

1. MIRレベルでの挿入：条件付きでGCBarrier命令を挿入する最適化パス
2. 条件：
   • 書き込まれる値がポインタ（Box）である
   • 書き込み先がヒープ上のオブジェクトである
3. LLVM IR生成時：nyash.gc.barrier_writeシンボルの呼び出しに変換

3. 脱箱化（Box→プリミティブ）のタイミング

結論: 型に関する注釈を最大限に活用し、MIRレベルの最適化パスで実施

提案:

1. 注釈の活用：#[primitive_type="i64"]のようなヒント
2. MIR最適化パス：
   • 型推論と注釈に基づく安全な範囲の特定
   • NewBox→プリミティブ値への置換
   • BoxCall→直接的なLLVM演算への置換
3. LLVM IR生成時：脱箱化された変数はプリミティブ型として表現

4. LLVM最適化パスの推奨構成

推奨構成:

1. 標準的な最適化パス（必須）：

   • mem2reg: SSA形式の基本
   • instcombine: 冗長な命令の結合
   • gvn: グローバルな共通部分式削除
   • sccp: 定数畳み込みと到達不能コード削除
   • licm: ループ不変コード移動
   • indvars: ループ帰納変数単純化
   • loop-unroll: ループ展開

2. Nyash特有のカスタムパス（推奨）：

   • Box化関連の除去
   • ランタイムコール最適化

5. 注釈システムからLLVM属性への変換で注意点

結論: Nyash注釈のセマンティクスとLLVM属性のセマンティクスが完全に一致するかを慎重に検証し、安全な属性から段階的に導入

注意点:

• noalias: 誤用は未定義動作を引き起こす
• !tbaa: Box統一モデルでの工夫が必要
• !range: 数値注釈から生成可能
• 検証：安全な属性（noundef, nonnull）から開始

総評

これらの提案が、NyashのLLVMバックエンド開発を加速させる一助となれば幸いです。

Gemini先生は、Nyashの「Everything is Box」哲学を理解した上で、実践的かつ段階的なアプローチを提案してくれました。特にPICとメソッドIDの組み合わせ、MIRレベルでの脱箱化は非常に有効な戦略です。