mem: メモリ管理と低レベルロード/ストア

目的:

• WASM 線形メモリ上でのアロケータと基本的な load/store を提供します。

実装(アルゴリズム):

• free list と bump を併用し、8 バイト境界に整列します。
• 0..4 に heap_ptr、4..8 に free_list_head を置きます。

注意(重要):

• 領域の再利用は簡易的で、細かな最適化は行いません。
• 無効なポインタを渡すと未定義動作になります。

計算量:

• alloc_raw/free は平均 O(1) ですが、free list の探索で O(n) になり得ます。

todo memory.copy などを使って効率を上げる

#entry main
#target std
#import "std/test" as *
#import "core/mem" as *
fn main <()*>()> ():
    assert_eq_i32 0 align8 0;
    assert_eq_i32 8 align8 1;
    assert_eq_i32 8 align8 8;
    assert_eq_i32 16 align8 9;

#entry main
#target std
#import "std/test" as *
#import "core/mem" as *
fn main <()*>()> ():
    let p alloc_raw 4;
    assert ne 0 p;
    store_i32 p 123;
    assert_eq_i32 123 load_i32 p;
    dealloc_raw p 4;

mem_size: 現在のメモリページ数を返す

目的:

• wasm の memory.size を返します。

実装(アルゴリズム):

• wasm 命令を直接実行します。

注意(重要):

• 1 ページ = 64KiB です。
• llvm では内部線形メモリの擬似ページ数を返します。

計算量:

• O(1)

mem_grow: メモリを拡張する

目的:

• pages だけメモリを拡張し、以前のページ数を返します。

実装(アルゴリズム):

• wasm の memory.grow を呼びます。

注意(重要):

• 失敗時は -1 を返します。
• llvm では擬似線形メモリの総量（64MiB）を超える要求を失敗扱いにします。

計算量:

• O(1)

align8: 8 バイト境界に切り上げる

目的:

• n を 8 の倍数に切り上げます。

実装(アルゴリズム):

• (n+7)/8*8 を計算します。

注意(重要):

• 8 バイト整列はアロケータの前提です。

計算量:

• O(1)

alloc_raw: ヒープから領域を確保する（生ポインタAPI）

目的:

• size バイトの領域を返します（失敗時は 0）。

実装(アルゴリズム):

• free list を探索し、合うブロックが無ければ bump で拡張します。

注意(重要):

• size<=0 の場合は 0 を返します。
• 返り値 0 は失敗を意味します。

計算量:

• 平均 O(1) / 最悪 O(n)

dealloc_raw: 領域を解放する（生ポインタAPI）

目的:

• ptr を free list に戻します。

実装(アルゴリズム):

• ブロック先頭に size を書き、free list 先頭へ挿入します。

注意(重要):

• ptr<=0 は無視します。
• size は alloc_raw 時のサイズと一致させてください。

計算量:

• O(1)

realloc_raw: 既存領域を再確保する（生ポインタAPI）

目的:

• サイズ変更した領域を返します。

実装(アルゴリズム):

• 新領域を確保し、必要バイトをコピーして旧領域を解放します。

注意(重要):

• ptr<=0 は新規 alloc_raw と同等です。
• new_size<=0 は解放して 0 を返します。

計算量:

• O(n)

alloc: alloc の結果を Result で返す安全API

目的:

• 失敗時に 0 ではなく Result::Err を返し、呼び出し側で明示的に処理できるようにします。

実装(アルゴリズム):

• alloc_raw の返値を検査し、ptr>0 なら Ok(ptr)、それ以外は Err(\"mem.alloc failed\") を返します。

注意(重要):

• 生ポインタが必要な場合は alloc_raw を使います。

計算量:

• O(1)（alloc 本体を除く）

realloc: realloc の結果を Result で返す安全API

目的:

• 再確保失敗を Result で扱い、エラー伝播しやすくします。

実装(アルゴリズム):

• new_size<=0 は仕様通り Ok(0) とします。
• realloc_raw の返値が 0 かどうかで成功/失敗を判定します。

注意(重要):

• new_size>0 で 0 が返った場合のみ Err を返します。

計算量:

• O(1)（realloc 本体を除く）

dealloc: dealloc の前提を検査する安全API

目的:

• 不正な引数を早期に検出し、呼び出し側へ Result で返します。

実装(アルゴリズム):

• ptr<=0 または size<0 を Err とし、それ以外は dealloc_raw 後に Ok(()) を返します。

計算量:

• O(1)

load_i32: i32 を読み出す

目的:

• ptr から i32 をロードします。

実装(アルゴリズム):

• wasm の i32.load を実行します。

注意(重要):

• アラインメントは呼び出し側の責任です。

計算量:

• O(1)

store_i32: i32 を書き込む

目的:

• ptr に i32 をストアします。

実装(アルゴリズム):

• wasm の i32.store を実行します。

注意(重要):

• アラインメントは呼び出し側の責任です。

計算量:

• O(1)

load_u8: 1 バイトを読み出す

目的:

• ptr から unsigned byte を読みます。

実装(アルゴリズム):

• wasm の i32.load8_u を実行します。

注意(重要):

• 返り値は i32 に拡張されます。

計算量:

• O(1)

store_u8: 1 バイトを書き込む

目的:

• ptr に 1 バイトを書き込みます。

実装(アルゴリズム):

• wasm の i32.store8 を実行します。

注意(重要):

• v の下位 8 ビットのみが使われます。

計算量:

• O(1)

memset_u8: バイト列を同じ値で埋める

目的:

• ptr から len バイトを value（下位 8bit）で埋めます。

実装(アルゴリズム):

• 0..len を順に走査し、store_u8 で書き込みます。

注意(重要):

• ptr は少なくとも len バイトの有効領域を指している必要があります。

計算量:

• O(len)

#entry main
#target std
#import "std/test" as *
#import "core/mem" as *
fn main <()*>()> ():
    let p <i32> alloc_raw 8;
    memset_u8 p 8 65;
    assert_eq_i32 65 load_u8 add p 0;
    assert_eq_i32 65 load_u8 add p 7;
    dealloc_raw p 8;

fill_u8: memset_u8 の同義 API

目的:

• 競プロ向けの名前でバイト埋め API を提供します。

実装(アルゴリズム):

• memset_u8 を呼び出す薄いラッパです。

注意(重要):

• value は下位 8bit が使用されます。

計算量:

• O(len)

fill_i32: i32 配列を同じ値で埋める

目的:

• ptr から count 個の i32 要素を value で埋めます。

実装(アルゴリズム):

• 0..count を順に走査し、store_i32 で書き込みます。

注意(重要):

• ptr は少なくとも count * 4 バイトの有効領域を指している必要があります。

計算量:

• O(count)

#entry main
#target std
#import "std/test" as *
#import "core/mem" as *
fn main <()*>()> ():
    let p <i32> alloc_raw 16;
    fill_i32 p 4 42;
    assert_eq_i32 42 load_i32 add p 0;
    assert_eq_i32 42 load_i32 add p 12;
    dealloc_raw p 16;

memset_u8: MemPtr<u8> を受け取る安全オーバーロード

目的:

• 無効ポインタを Result::Err として扱い、i32 生ポインタ境界を減らします。

fill_u8: MemPtr<u8> を受け取る安全オーバーロード

目的:

• fill_u8 を MemPtr で利用できるようにし、呼び出し側の生ポインタ露出を減らします。

fill_i32: MemPtr<i32> を受け取る安全オーバーロード

目的:

• 無効ポインタを Result::Err として扱い、i32 生ポインタ境界を減らします。

load_i32: MemPtr<i32> から i32 を安全に読み出すオーバーロード

目的:

• 無効ポインタを Option::None として扱います。

store_i32: MemPtr<i32> へ i32 を安全に書き込むオーバーロード

目的:

• 無効ポインタを Result::Err として返し、未定義動作を避けます。

load_u8: MemPtr<u8> から 1 バイトを安全に読み出すオーバーロード

目的:

• 無効ポインタを Option::None として扱います。

store_u8: MemPtr<u8> へ 1 バイトを書き込む安全オーバーロード

目的:

• 無効ポインタを Result::Err として返し、未定義動作を避けます。

size_of: 型のサイズを取得する

目的:

• .T のサイズ（バイト）を返します。

実装(アルゴリズム):

• intrinsic "size_of" を呼びます。

注意(重要):

• サイズはコンパイル時に決まります。

計算量:

• O(1)

align_of: 型のアラインメントを取得する

目的:

• .T のアラインメント（バイト）を返します。

実装(アルゴリズム):

• intrinsic "align_of" を呼びます。

注意(重要):

• アラインメントはコンパイル時に決まります。

計算量:

• O(1)

load: 任意型をロードする

目的:

• ptr から .T を読み出します。

実装(アルゴリズム):

• intrinsic "load" を呼びます。

注意(重要):

• 型とメモリ内容の整合性は呼び出し側の責任です。

計算量:

• O(1)

store: 任意型をストアする

目的:

• ptr に .T を書き込みます。

実装(アルゴリズム):

• intrinsic "store" を呼びます。

注意(重要):

• 型とメモリ内容の整合性は呼び出し側の責任です。

計算量:

• O(1)