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# Nyash実行バックエンド完全ガイド
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Nyashプログラミング言語は、**Everything is Box**哲学を維持しながら、3つの異なる実行方式をサポートしています。用途に応じて最適な実行方式を選択できます。
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## 🚀 実行方式一覧
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| 実行方式 | 用途 | 特徴 | パフォーマンス |
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|---------|------|------|---------------|
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| **インタープリター** | 開発・デバッグ | 直接AST実行、詳細ログ | 低速・高機能 |
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| **VM** | 本番・高速実行 | MIR→VM実行 | 中速・最適化 |
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| **WASM** | Web・サンドボックス | MIR→WASM変換 | 高速・移植性 |
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## 📋 CLIオプション
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### 基本実行（インタープリター）
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```bash
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# デフォルト：インタープリター実行
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nyash program.nyash
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# デバッグ燃料制限付き
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nyash --debug-fuel 50000 program.nyash
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# 無制限デバッグ燃料
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nyash --debug-fuel unlimited program.nyash
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```
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### VM実行
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```bash
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# VM実行（高速）
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nyash --backend vm program.nyash
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```
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### MIR操作
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```bash
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# MIR表示（中間表現確認）
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nyash --dump-mir program.nyash
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# MIR検証
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nyash --verify program.nyash
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# 詳細MIR情報
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nyash --mir-verbose --dump-mir program.nyash
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```
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### WASM生成・実行
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```bash
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# WASMコンパイル（WAT出力）
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nyash --compile-wasm program.nyash
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# ファイル出力
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nyash --compile-wasm program.nyash -o output.wat
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# ブラウザで実行可能なWASMを生成
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nyash --compile-wasm program.nyash -o public/app.wat
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```
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### ⚡ ベンチマーク（パフォーマンス測定）
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```bash
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# 全バックエンド性能比較（デフォルト5回実行）
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nyash --benchmark
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# 実行回数指定（統計精度向上）
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nyash --benchmark --iterations 100
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# 結果をファイル保存
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nyash --benchmark --iterations 50 > benchmark_results.txt
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```
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## 🎯 インタープリター（デフォルト）
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### 特徴
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- **用途**: 開発・デバッグ・学習
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- **実行**: AST直接実行
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- **速度**: 最も低速
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- **機能**: 最も詳細なデバッグ情報
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### 利点
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- 詳細な実行ログ
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- エラー位置の正確な特定
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- リアルタイム変数監視
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- メモリ使用量詳細表示
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### デバッグ燃料システム
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```bash
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# パーサー無限ループ対策
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nyash --debug-fuel 10000 problem.nyash
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# エラー例:
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🚨 PARSER INFINITE LOOP DETECTED at method call argument parsing
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🔍 Current token: IDENTIFIER("from") at line 17
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```
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## 🏎️ VM実行（高速）
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### 特徴
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- **用途**: 本番実行・性能重視
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- **実行**: AST→MIR→VM実行
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- **速度**: 中〜高速
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- **機能**: 最適化済み
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### 実行パイプライン
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```
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Nyashソース → AST → MIR → VM → 結果
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```
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### MIR（中間表現）
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```bash
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# MIR確認
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nyash --dump-mir simple.nyash
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# 出力例:
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; MIR Module: main
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define void @main() {
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bb0:
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0: safepoint
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1: %0 = const 42
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2: %1 = const 8
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3: %2 = %0 Add %1
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4: print %2
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5: ret %2
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}
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```
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### VMの特徴
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- **SSA形式**: 静的単一代入
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- **基本ブロック**: 制御フロー最適化
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- **効果追跡**: 副作用の管理
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- **型安全**: 実行時型チェック
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- **対応状況**: 命令ごとの実装は「MIR → VM Mapping」を参照（欠落・暫定箇所の把握に）
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- docs/reference/architecture/mir-to-vm-mapping.md
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### 🧮 VM実行統計（命令カウント・時間計測）
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VMバックエンドは命令ごとの実行回数と総実行時間(ms)を出力できます。
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有効化方法（CLI推奨）:
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```bash
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# 人間向け表示
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nyash --backend vm --vm-stats program.nyash
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# JSON出力（機械可読）
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nyash --backend vm --vm-stats --vm-stats-json program.nyash
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```
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環境変数でも制御可能:
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```bash
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NYASH_VM_STATS=1 ./target/release/nyash --backend vm program.nyash
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NYASH_VM_STATS=1 NYASH_VM_STATS_JSON=1 ./target/release/nyash --backend vm program.nyash
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# もしくは NYASH_VM_STATS_FORMAT=json でも可
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```
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JSON出力例:
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```json
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{
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"total": 1234,
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"elapsed_ms": 5.123,
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"counts": { "Const": 200, "BinOp": 300, "Return": 100 },
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"top20": [ { "op": "BinOp", "count": 300 } ],
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"timestamp_ms": 1724371200000
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}
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```
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ベンチマークと併用して、ホット命令の抽出・命令セット最適化に活用できます。
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### ⏱️ 協調スケジューラ（Phase 10.6b）
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- VMはMIRの`safepoint`命令到達時にランタイムのスケジューラ`poll()`を呼びます。
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- シングルスレ実装（既定）では、`spawn`/`spawn_after`で投入されたタスクを safepoint ごとに最大N件実行します。
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- 制御: `NYASH_SCHED_POLL_BUDGET`（既定: 1）でNを指定。
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デモ実行:
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```bash
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cargo build --release -j32
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NYASH_SCHED_DEMO=1 NYASH_SCHED_POLL_BUDGET=2 \
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./target/release/nyash --backend vm examples/scheduler_demo.nyash
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```
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### 🧹 GCトレーシング（Phase 10.4）
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- カウンタ有効化: `NYASH_GC_COUNTING=1`（CountingGcを注入）
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- 出力レベル: `NYASH_GC_TRACE=1/2/3`
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- 1: safepoint/barrierログ＋カウンタ
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- 2: + ルート内訳
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- 3: + depth=2 リーチャビリティ概要
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- 厳格検証: `NYASH_GC_BARRIER_STRICT=1`（Write-Barrier未増分ならpanic）
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```bash
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NYASH_GC_COUNTING=1 NYASH_GC_TRACE=2 \
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./target/release/nyash --backend vm examples/scheduler_demo.nyash
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```
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## 🌐 WASM実行（Web対応）
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### 特徴
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- **用途**: Webブラウザ・サンドボックス実行
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- **実行**: AST→MIR→WASM→ブラウザ
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- **速度**: 最高速（ネイティブ並み）
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- **移植性**: 全プラットフォーム対応
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### 実行パイプライン
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```
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Nyashソース → AST → MIR → WAT → WASM → ブラウザ
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```
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### 生成例
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```nyash
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// Nyashコード
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static box Main {
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main() {
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return 42
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}
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}
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```
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```wat
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; 生成されるWAT
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(module
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(import "env" "print" (func $print (param i32) ))
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(memory (export "memory") 1)
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(global $heap_ptr (mut i32) (i32.const 2048))
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(func $main (local $0 i32)
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nop ; safepoint
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i32.const 42 ; const 42
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local.set $0 ; store to local
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local.get $0 ; load from local
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return ; return 42
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)
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(export "main" (func $main))
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)
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```
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### Web実行
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```html
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<!-- HTMLで読み込み -->
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<script>
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async function loadNyashWasm() {
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const response = await fetch('output.wat');
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const watText = await response.text();
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const wabt = await WabtModule();
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const module = wabt.parseWat('output.wat', watText);
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const binary = module.toBinary({});
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const importObject = {
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env: { print: console.log }
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};
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const wasmModule = await WebAssembly.instantiate(binary.buffer, importObject);
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const result = wasmModule.instance.exports.main(); // 42
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}
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</script>
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```
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## 📊 パフォーマンス比較
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### 🚀 実際のベンチマーク結果（2025-08-14測定・修正）
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#### ⚠️ **重要**: 性能測定の正確な説明
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**真の実行性能比較**（wasmtime統合・100回実行平均）:
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| Backend | 実行時間 | 速度比 | 測定内容 | 最適用途 |
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|---------|---------|---------|----------|----------|
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| **🌐 WASM** | **8.12ms** | **13.5x faster** | 真の実行性能 | Web配布・高速実行 |
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| **📝 Interpreter** | **110.10ms** | **1x (baseline)** | AST直接実行 | 開発・デバッグ |
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| **🏎️ VM** | **119.80ms** | **0.9x slower** | MIR→VM実行 | 🚨要改善 |
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**コンパイル性能参考**（従来のベンチマーク）:
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| Backend | コンパイル時間 | 速度比 | 測定内容 |
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|---------|-------------|---------|----------|
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| **🌐 WASM** | **0.17ms** | **280x faster** | MIR→WASM変換 |
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| **🏎️ VM** | **16.97ms** | **2.9x faster** | MIR→VM変換 |
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| **📝 Interpreter** | **48.59ms** | **1x (baseline)** | AST→実行 |
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### 📈 ベンチマーク詳細
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#### 🚨 **VM性能問題の発見**
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**異常事象**: VMがインタープリターより遅い結果が判明
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- **推定原因**: MIR変換オーバーヘッド、VM実行エンジン未最適化
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- **対策**: Phase 9でのJIT化、VM最適化が急務
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#### 実行性能詳細（wasmtime統合測定）
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```
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🌐 WASM (wasmtime): 8.12 ms (13.5x faster - 真の実行性能)
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📝 Interpreter: 110.10 ms (1x baseline)
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🏎️ VM: 119.80 ms (0.9x slower - 要改善)
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```
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#### コンパイル性能詳細（従来測定）
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```
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🌐 WASM変換: 0.15-0.21 ms (280x faster - コンパイル速度)
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🏎️ VM変換: 4.44-25.08 ms (3-120x faster - コンパイル速度)
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📝 実行のみ: 14.85-84.88 ms (1x baseline)
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```
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### 💡 ベンチマーク実行方法
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```bash
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# 現在のマシンで性能測定
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nyash --benchmark --iterations 100
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# 軽量テスト（開発中）
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nyash --benchmark --iterations 10
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```
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### メモリ使用量
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```
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インタープリター ████████████████████ 高い（AST+実行情報）
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VM ████████████ 中程度（MIR+実行時）
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WASM ████ 低い（最適化済み）
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```
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## 🎁 Everything is Box の維持
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全ての実行方式で、Nyashの核心哲学「Everything is Box」が維持されます：
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### インタープリター
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```rust
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// RustのArc<Mutex<dyn NyashBox>>として実装
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StringBox::new("Hello") → Arc<Mutex<StringBox>>
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```
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### VM
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```
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// MIRのValueIdとして管理
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%0 = const "Hello" ; StringBox相当
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%1 = %0.length() ; メソッド呼び出し
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```
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### WASM
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```wat
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;; WASMの線形メモリでBox表現
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;; [type_id:4][field_count:4][field0:4][field1:4]...
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i32.const 1001 ;; StringBox type ID
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i32.store offset=0 ;; メモリにBox情報格納
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```
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## 🚀 用途別推奨
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### 開発・デバッグ時
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```bash
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# 詳細ログでエラー特定
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nyash --debug-fuel unlimited debug_me.nyash
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```
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### 本番実行時
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```bash
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# 高速・安定実行
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nyash --backend vm production.nyash
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```
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### Web配布時
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```bash
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# ブラウザ対応WASM生成
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nyash --compile-wasm app.nyash -o public/app.wat
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```
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## 🔧 トラブルシューティング
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### パーサーエラー
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```bash
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# 無限ループ検出時
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🚨 PARSER INFINITE LOOP DETECTED
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→ nyash --debug-fuel 1000 problem.nyash
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```
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### MIRエラー
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```bash
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# 未対応AST構文
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❌ MIR compilation error: Unsupported AST node type: BoxDeclaration
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→ 現在はstatic box Mainのみ対応
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```
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### WASMエラー
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```bash
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# 未対応MIR命令
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❌ WASM compilation error: Instruction not yet supported: ComplexInstruction
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→ Phase 8.3で順次対応予定
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```
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## 📈 今後の拡張予定
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### Phase 8.3: Box操作のWASM対応
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- RefNew/RefGet/RefSet
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- オブジェクト指向プログラミング
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- メモリ管理の高度化
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### Phase 8.4: 非同期処理のWASM対応
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- nowait/await構文
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- Future操作
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- 並列処理
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### Phase 8.5: 最適化
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- デッドコード除去
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- インライン展開
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- ループ最適化
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**💡 Tip**: 開発中は**インタープリター**、テスト時は**VM**、配布時は**WASM**という使い分けが効果的です！
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最終更新: 2025-08-14
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作成者: Nyash Development Team
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### 🔥 JIT実行（Phase 10_c 最小経路）
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- 有効化: `NYASH_JIT_EXEC=1` とし、`NYASH_JIT_THRESHOLD=1` でホット判定しきい値を下げる
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- 追加情報: `NYASH_JIT_STATS=1` でJITコンパイル/実行時間、サイト集計を出力
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- ダンプ: `NYASH_JIT_DUMP=1` でLowerカバレッジ/emit統計を表示
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- HostCall（配列/Map最小）: `NYASH_JIT_HOSTCALL=1`
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例:
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```bash
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NYASH_JIT_EXEC=1 NYASH_JIT_THRESHOLD=1 NYASH_JIT_HOSTCALL=1 NYASH_JIT_STATS=1 \
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./target/release/nyash --backend vm examples/scheduler_demo.nyash
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```
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現状のカバレッジ（Core-1）
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- Const(i64/bool), BinOp(Add/Sub/Mul/Div/Mod), Compare(Eq/Ne/Lt/Le/Gt/Ge), Return
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- Paramのi64経路（複数引数対応）
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- Array/Mapの最小HostCall（len/get/set/push/size）
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- Branch/JumpはPhase 10.7でCranelift配線を導入（feature: `cranelift-jit`）。
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- 分岐条件はb1化（i64の場合は !=0 で正規化）
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- 直線＋if/elseでのreturnをJITで実行（副作用は未対応のためVMへ）
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- PHIは将来の`NYASH_JIT_PHI_MIN=1`で最小導入予定
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