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Abstract
Practical SSA Construction for a Box-Oriented Language
Building Static Single Assignment (SSA) form for dynamically-typed languages presents unique challenges, particularly when the language philosophy mandates that "Everything is Box." This paper presents our practical experience constructing SSA form for Nyash, a Box-oriented language targeting LLVM IR.
We identify three main challenges: (1) PHI node placement in complex control flow with mixed handle/pointer types, (2) maintaining correct insertion points across nested scopes and loops, and (3) ensuring dominance properties while supporting dynamic Box operations.
Our contributions include:
- BuilderCursor: A structured approach to LLVM builder position management that prevents post-terminator insertions
- Sealed SSA with snapshots: Block-end value snapshots for reliable PHI wiring in gradually-constructed CFGs
- Type normalization strategy: Unified i64 handle representation with on-demand pointer conversions
We evaluate our approach on real-world Nyash programs, including a self-hosting compiler component (dep_tree_min_string.nyash). While achieving functional SSA construction, we identify remaining challenges and propose LoopForm IR as a future direction for simplifying control flow representation.
This work provides practical insights for language implementers facing similar challenges when bridging high-level Box abstractions to low-level SSA form.
和文要旨
動的型付け言語、特に「Everything is Box」を哲学とする言語において、静的単一代入（SSA）形式を構築することは独特の課題を提示する。本稿では、LLVM IRを対象とするBox指向言語Nyashにおける、SSA形式構築の実践的経験を報告する。
主要な課題として、(1)ハンドル/ポインタ混在型での複雑な制御フローにおけるPHIノード配置、(2)ネストしたスコープとループにまたがる挿入位置の維持、(3)動的Box操作をサポートしながらのdominance特性の保証、の3点を特定した。
本稿の貢献は以下の通りである：
- BuilderCursor：終端後挿入を防ぐ構造化されたLLVMビルダー位置管理
- スナップショット付きSealed SSA：段階的に構築されるCFGでの確実なPHI配線のためのブロック終端値スナップショット
- 型正規化戦略：オンデマンドポインタ変換を伴う統一的i64ハンドル表現
実世界のNyashプログラム（セルフホスティングコンパイラコンポーネントdep_tree_min_string.nyashを含む）で評価を行った。機能的なSSA構築を達成する一方で、残存する課題を特定し、制御フロー表現を簡素化する将来の方向性としてLoopForm IRを提案する。
本研究は、高レベルBox抽象を低レベルSSA形式に橋渡しする際に同様の課題に直面する言語実装者に、実践的な洞察を提供する。