JITコンパイラとアセンブリ生成設計

"コードは書かれるものではなく、生成されるものになる。その瞬間、言語と実行の境界は消える。"

かつてプログラムは「書かれ」「コンパイルされ」「実行される」ものだった。
だが現代の実行環境はそれを許さない。

• JavaScript の高速実行
• Java VM の実行時最適化
• GPU でのオンデマンドシェーダ生成
• WebAssembly におけるコード変換

これらすべてに共通するのが、JIT（Just-In-Time）コンパイルという技術である。

この章では、JITコンパイラの視点から、
アセンブリ命令がいかに“生成される対象”へと変化していったかを探っていく。

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JITコンパイルとは何か？

JIT（Just-In-Time）コンパイルは、実行時にソース（または中間表現）から
ネイティブコード（≒アセンブリ）を生成し、即座に実行する仕組み。

通常の流れ：

1. バイトコード／中間表現（IR）を解釈
2. 実行タイミングでネイティブ命令列を構築
3. メモリ上に配置し、実行権限を付与
4. callまたはjmpによりジャンプ

つまり、コードを「命令」として動的に構築し、即座に実行する世界である。

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なぜJITが必要なのか？

• インタプリタのボトルネックを打破したい
• データに最適化された命令列を生成したい
• 動的言語の柔軟性と、ネイティブコードの速度を両立したい
• ランタイム情報（分岐予測、型情報）を活用したい

JITは「万能薬」ではない。
むしろ、「静的な世界では到達できない最適化領域」に踏み込むための設計者の賭けである。

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アセンブリでJITを行うとはどういうことか？

JITをアセンブリレベルで理解するには、
**「自分自身のコードを書きながら、メモリに命令を埋め込む」**という行為を伴う。

具体的には：

1. ヒープやページに実行権限付きメモリ領域を確保（例：mmap with PROT_EXEC）
2. 機械語バイト列を手動で書き込む
3. 関数ポインタとしてキャストして呼び出す

例（Linux x86_64）：

unsigned char code[] = {
  0xB8, 0x2A, 0x00, 0x00, 0x00,  // mov eax, 42
  0xC3                          // ret
};
int (*func)() = (int(*)())code;
printf("%d\n", func()); // 出力: 42

ここで 0xB8 は mov eax, imm32、0xC3 は ret に対応する。
このように、バイト列をそのまま命令と認識させて実行することができる。

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自作JITの設計：基本構造

JITは、以下の4層構造で設計されることが多い：

1. 入力（ソース・中間表現）
2. 命令選択・レジスタ割り当て（IR→機械語）
3. メモリ配置とエミッション（コード書き込み）
4. ジャンプ／コールによる実行

アセンブリ生成はこの中で第3層に相当するが、
性能差・命令長・依存性の管理に深く関わるため、全体構造への影響も大きい。

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アセンブリJITにおける注意点

• 命令境界の整合性
  • x86は可変長命令：書き間違えると即クラッシュ
• 命令キャッシュへの同期
  • 一部環境では __builtin___clear_cache() が必要
• メモリ保護
  • mmap() または VirtualAlloc() を正しく用いて、PROT_EXEC を付与
• アライメント
  • AVX等では命令アライメントが性能に影響

つまり、アセンブリJITは**単なる“コードを書くだけ”ではなく、
「実行空間そのものを設計する仕事」**でもある。

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現実のJIT実装とアセンブリ生成

ランタイム	JITエンジン	備考
Java JVM	HotSpot	x86命令を生成してメモリ上に配置し実行
.NET CLR	RyuJIT	.NETのILをネイティブに変換
JavaScript	TurboFan (V8), IonMonkey	ランタイム最適化あり
WebAssembly	Cranelift, Wasmtime	WASMバイナリをJITで実行
LuaJIT	DynASM	アセンブリDSLで命令を構築する軽量JIT

これらはすべて、アセンブリ生成を“動的に行う”構造を内包している。
つまり、アセンブリは今や**「書かれる」ものではなく、「生成される」もの**なのだ。

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アセンブリJITは未来を先読みする設計行為

JITは決して「速くする魔法」ではない。
むしろ：

• 設計と実行の融合
• 構文と最適化の協調
• 構造の再構成

という観点において、
「言語」「実行環境」「アーキテクチャ」のすべてをまたぐ統合設計技術である。

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結語：動的に命令が生成される時代に、設計は何を問うか？

アセンブリは、
もはや「職人が書くもの」ではなく、
システムが生成し、設計者が制御する対象となった。

• どの命令をいつ生成するか
• それはどのデータと結びつくのか
• どの瞬間に最適化されるのか
• 誰がその責任を負うのか

これらすべてが、JITの設計によって決まる。

"設計とは、命令を書くことではない。命令がどのように生まれ、実行され、最適化されるかを支配することである。"