【要約】ChatGPT PlusのProjectsだけでプログラミング言語を作り始めて早7週間 [Zenn_Python] | Summary by TechDistill
> Source: Zenn_Python
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// Problem
言語開発者が、コンパイラの最適化がMMIO（Memory-Mapped I/O）操作に与える致命的な副作用という課題に直面している。通常のメモリ操作とデバイス操作を混同すると、以下の問題が発生する。
- ・コンパイラが「不要な読み書き」と判断し、デバイスへの命令を削除してしまう。
- ・同じアドレスへの連続した読み取りが、最適化によって1回にまとめられてしまう。
- ・UART等の状態レジスタの監視ループが、値の変化を検知できなくなる。
// Approach
開発者は、メモリ操作の性質を型とモジュールによって厳格に分離する設計を採用した。これにより、コード上で「何がデバイス操作か」を明示する。
- ・core.ptrモジュールの導入：アドレス変換と、1回限りのvolatile load/store関数を提供。
- ・core.memモジュールの限定：memcpyやmemset等の、通常のメモリ操作専用として定義。
- ・境界の明示：volatileポインタの使用を強制し、最適化の対象外であることを型で示す。
// Result
開発者は、分離設計によりRISC-V QEMU環境でのUART制御に成功した。最小限の構成で、デバイスへの直接的な文字出力が可能となった。
- ・実装の成功：NS16550互換UARTに対し、Aneのコードから直接Hello, World!を出力。
- ・設計の検証：外部関数に頼らず、言語の基本機能のみで低レイヤー操作が完結することを確認。
- ・拡張性の確保：将来的なatomicやDMAの導入に向け、設計の分離を維持できる基盤を構築。
Senior Engineer Insight
> 低レイヤー言語設計において、最適化と副作用の制御は生命線である。本記事の「境界を明示する」設計思想は、デバッグの容易性と安全性の観点から極めて合理的だ。特に、core.memとcore.ptrを分ける判断は、将来的なメモリモデルの複雑化を防ぐ優れた防衛策といえる。ただし、unsafeな操作が頻出するため、型システムによる保護をいかに強化するかが、実用化への鍵となるだろう。