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Phase 11.8: MIR命令セット究極整理 - Core‑13 で統一する

🎯 概要

ChatGPT5さんの深い洞察「MIRは接着剤、Boxが世界」を実現する究極のMIR整理。 現在の26（拡張版）→ Core‑15 → Core‑14（Phase 12）→ Core‑13（最終決定・固定）。

決定（2025‑09‑04）

• 目標を「Core‑13」に固定し、移行フラグを既定ONにする。
• 以降の最適化/検証/CIは Core‑13 を前提とする（旧命令は禁制）。

基本哲学

• MIR = マイクロカーネル: 最小限の制御と計算のみ
• Box = すべての実データと操作: Everything is Box の究極形
• ExternCall = システムコール: 外界との最小インターフェース

📊 現状分析

現行（移行前の参考）Core‑15（Phase 11.7）

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

Core‑14（Phase 12の中間目標）

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

🚀 Core‑13（最終形）への道筋（実行計画）

Step 1: 配列操作のBoxCall統合（Core‑14 → Core‑12）

// 現在
%val = ArrayGet %arr, %idx
ArraySet %arr, %idx, %val

// 統合後
%val = BoxCall %arr, "get", [%idx]
BoxCall %arr, "set", [%idx, %val]

実装方針:

• Optimizer: ArrayGet/ArraySet → BoxCall 変換
• VM: 高頻度パスは内部最適化維持
• JIT: 既知型の場合はインライン展開

Step 2: Load/Store の再考（Core‑12 → Core‑11）

SSAの威力を活かす:

• ローカル変数のLoad/Store → SSA変数で代替
• 真に必要なのはBoxフィールドアクセスのみ
• それもBoxCall("getField"/"setField")で統合可能

// 現在
Store %slot, %value
%val = Load %slot

// SSA化
%val = %value  // 直接参照（Copyも実質不要）

Step 3: 定数統合とUnaryOp簡素化（Core‑11 → Core‑13）

Const統合案:

// 現在
Const::Integer(i64)
Const::Float(f64)
Const::Bool(bool)
Const::String(String)
Const::Null

// 統合後
Const { type: Type, value: u64 }  // 全て64bitに収める

UnaryOp削減:

• Neg → BinOp(Sub, 0, x)
• Not → BinOp(Xor, x, 1)
• BitNot → BinOp(Xor, x, -1)

🎯 最終形：Core‑13（固定セット・CI基準）

定数(1):
  - Const（統合型：i64/f64/bool/null/handle）

計算(2):
  - BinOp（Add/Sub/Mul/Div/Mod/And/Or/Xor/Shl/Shr）
  - Compare（Eq/Ne/Lt/Le/Gt/Ge）

制御(4):
  - Branch（条件分岐）
  - Jump（無条件ジャンプ）  
  - Phi（SSA合流）
  - Return（関数終了）

呼出(3):
  - Call（Nyash関数呼び出し）
  - BoxCall（Box操作統一）
  - ExternCall（環境アクセス）

メタ(3):
  - TypeOp（型チェック/キャスト）
  - Safepoint（GCセーフポイント）
  - Barrier（メモリバリア）

合計: 13命令

移行スイッチ（既定ON）と検証

• 環境変数（デフォルトON）
  • NYASH_MIR_CORE13=1（Core‑13一括）
  • 診断: NYASH_OPT_DIAG_FORBID_LEGACY=1（旧命令が最終MIRに残ったらエラー）
• ビルダー/最適化の方針
  • Builder: ArrayGet/ArraySet・RefGet/RefSet を emit せず最初から BoxCall を出す
  • Optimizer: 既存の Array/Ref→BoxCall 正規化パスを保持（保険）
  • UnaryOp→BinOp 正規化は常時ON（簡易変換）
  • Load/Store はSSA利用で極力抑止（最終MIRから排除が目標）
• VM/JIT
  • BoxCall fast‑path/vtable を維持し、get/set は型特化とWriteBarrierを維持
  • PluginInvoke はMIRから排除（必要経路は BoxCall→VM側ABI判定）

CI/テスト

• Core‑13固定の数・名前検査を instruction_introspection.rs に追加（Core‑15検査は保持しつつ非推奨）
• 旧命令（ArrayGet/ArraySet/RefGet/RefSet/Load/Store/UnaryOp）が最終MIRに残らないことをゲート
• 代表スモーク（配列/参照/extern/await）は VM/JIT で同値性を確認

💡 なぜCore-13で十分なのか

1. チューリング完全性の保証

最小限必要なもの:

• 定数
• 算術演算
• 条件分岐
• ループ（Jump + Branch）
• 関数呼び出し

これらはすべてCore-13に含まれる。

2. Everything is Box の威力

// すべてがBoxCall経由
arr[0]           → BoxCall(arr, "get", [0])
arr[0] = 42      → BoxCall(arr, "set", [0, 42])
obj.field        → BoxCall(obj, "getField", ["field"])
obj.field = val  → BoxCall(obj, "setField", ["field", val])
weak.get()       → BoxCall(weak, "get", [])

3. SSAによるメモリ命令の削減

• 一時変数 → SSA変数（Load/Store不要）
• フィールド → BoxCall
• 配列要素 → BoxCall
• 真のメモリアクセスはBoxの中に隠蔽

📋 実装ロードマップ（確定版）

ステータス（進捗メモ）

• 実装済み（トグルONで有効化）
  • Optimizer: ArrayGet/Set・RefGet/Set → BoxCall 変換（NYASH_MIR_ARRAY_BOXCALL, NYASH_MIR_REF_BOXCALL, NYASH_MIR_CORE13）
  • VM: BoxCall(setField)のWriteBarrier、Array/Instanceの軽量fast-path（by-name/slot併用）
  • 管理棟: 主要なMIR/GC/Optimizerフラグを config::env に集約
• 決定/実行（今回）
  • Core‑13を既定ON（nyash.toml [env] 推奨値）
  • 旧命令禁止の診断を既定ON
  • BuilderのArray/Ref出力をBoxCallに変更（emit抑止）
  • Unary→BinOpを常時変換
• 未了/次段
  • JIT: BoxCall fast‑path の inlining（bounds/Barrier含む）
  • ベンチとCIゲート（array/field/arithmetic_loop）
  • InstanceのgetField/setFieldのslot化（name→slotの検討）
  • 直env参照の段階移行（ログ用途は後段）

Phase 11.8.1: 準備と分析（1週間）

• 現在のMIR使用状況の詳細分析
• ArrayGet/ArraySet → BoxCall 変換の影響調査
• Load/Store 削除可能性の検証
• パフォーマンスベンチマーク基準値測定

Phase 11.8.2: ArrayGet/ArraySet統合（2週間）

• Optimizer: ArrayGet/ArraySet → BoxCall 変換パス
• VM: BoxCall("get"/"set") の最適化パス
• JIT: 既知ArrayBoxの特殊化維持
• テスト: 既存配列操作の回帰テスト

Phase 11.8.3: Load/Store削減（3週間）

• Builder: SSA最大活用でLoad/Store削減
• フィールドアクセス → BoxCall 変換
• VM/JIT: 最適化パスの調整
• ベンチマーク: パフォーマンス影響測定

Phase 11.8.4: 最終統合（2週間）

• Const型統合実装
• UnaryOp → BinOp 変換
• Core-13命令セット確定
• ドキュメント最終更新

⚠️ リスクと緩和策

パフォーマンスリスク

リスク: BoxCall統合によるオーバーヘッド 緩和策:

• VM層での型別最適化維持
• JIT時の積極的インライン展開
• 高頻度パスのNyRTシム化

互換性リスク

リスク: 既存MIRコードの非互換 緩和策:

• Rewriteパスで自動変換
• 段階的移行（警告→エラー）
• 環境変数でレガシーモード

複雑性リスク

リスク: BoxCallの過度な多重化 緩和策:

• 明確な命名規約（get/set/getField等）
• 型情報による静的検証強化
• デバッグ情報の充実

🎯 成功指標

1. 命令数: 26 → 13（50%削減）
2. パフォーマンス: ベンチマークで±5%以内
3. コードサイズ: MIRダンプサイズ20%削減
4. 保守性: 新Box追加時のMIR変更不要

📚 関連ドキュメント

• MIR Instruction Set
• Phase 12: PluginInvoke統合
• Everything is Box哲学

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「少ないほど豊かである」- MIRは最小の接着剤、Boxが無限の世界を創る