docs: Sphinxify `docs/tutorial/`
[oota-llvm.git] / docs / tutorial / OCamlLangImpl5.rst
1 ==================================================
2 Kaleidoscope: Extending the Language: Control Flow
3 ==================================================
4
5 .. contents::
6    :local:
7
8 Written by `Chris Lattner <mailto:sabre@nondot.org>`_ and `Erick
9 Tryzelaar <mailto:idadesub@users.sourceforge.net>`_
10
11 Chapter 5 Introduction
12 ======================
13
14 Welcome to Chapter 5 of the "`Implementing a language with
15 LLVM <index.html>`_" tutorial. Parts 1-4 described the implementation of
16 the simple Kaleidoscope language and included support for generating
17 LLVM IR, followed by optimizations and a JIT compiler. Unfortunately, as
18 presented, Kaleidoscope is mostly useless: it has no control flow other
19 than call and return. This means that you can't have conditional
20 branches in the code, significantly limiting its power. In this episode
21 of "build that compiler", we'll extend Kaleidoscope to have an
22 if/then/else expression plus a simple 'for' loop.
23
24 If/Then/Else
25 ============
26
27 Extending Kaleidoscope to support if/then/else is quite straightforward.
28 It basically requires adding lexer support for this "new" concept to the
29 lexer, parser, AST, and LLVM code emitter. This example is nice, because
30 it shows how easy it is to "grow" a language over time, incrementally
31 extending it as new ideas are discovered.
32
33 Before we get going on "how" we add this extension, lets talk about
34 "what" we want. The basic idea is that we want to be able to write this
35 sort of thing:
36
37 ::
38
39     def fib(x)
40       if x < 3 then
41         1
42       else
43         fib(x-1)+fib(x-2);
44
45 In Kaleidoscope, every construct is an expression: there are no
46 statements. As such, the if/then/else expression needs to return a value
47 like any other. Since we're using a mostly functional form, we'll have
48 it evaluate its conditional, then return the 'then' or 'else' value
49 based on how the condition was resolved. This is very similar to the C
50 "?:" expression.
51
52 The semantics of the if/then/else expression is that it evaluates the
53 condition to a boolean equality value: 0.0 is considered to be false and
54 everything else is considered to be true. If the condition is true, the
55 first subexpression is evaluated and returned, if the condition is
56 false, the second subexpression is evaluated and returned. Since
57 Kaleidoscope allows side-effects, this behavior is important to nail
58 down.
59
60 Now that we know what we "want", lets break this down into its
61 constituent pieces.
62
63 Lexer Extensions for If/Then/Else
64 ---------------------------------
65
66 The lexer extensions are straightforward. First we add new variants for
67 the relevant tokens:
68
69 .. code-block:: ocaml
70
71       (* control *)
72       | If | Then | Else | For | In
73
74 Once we have that, we recognize the new keywords in the lexer. This is
75 pretty simple stuff:
76
77 .. code-block:: ocaml
78
79           ...
80           match Buffer.contents buffer with
81           | "def" -> [< 'Token.Def; stream >]
82           | "extern" -> [< 'Token.Extern; stream >]
83           | "if" -> [< 'Token.If; stream >]
84           | "then" -> [< 'Token.Then; stream >]
85           | "else" -> [< 'Token.Else; stream >]
86           | "for" -> [< 'Token.For; stream >]
87           | "in" -> [< 'Token.In; stream >]
88           | id -> [< 'Token.Ident id; stream >]
89
90 AST Extensions for If/Then/Else
91 -------------------------------
92
93 To represent the new expression we add a new AST variant for it:
94
95 .. code-block:: ocaml
96
97     type expr =
98       ...
99       (* variant for if/then/else. *)
100       | If of expr * expr * expr
101
102 The AST variant just has pointers to the various subexpressions.
103
104 Parser Extensions for If/Then/Else
105 ----------------------------------
106
107 Now that we have the relevant tokens coming from the lexer and we have
108 the AST node to build, our parsing logic is relatively straightforward.
109 First we define a new parsing function:
110
111 .. code-block:: ocaml
112
113     let rec parse_primary = parser
114       ...
115       (* ifexpr ::= 'if' expr 'then' expr 'else' expr *)
116       | [< 'Token.If; c=parse_expr;
117            'Token.Then ?? "expected 'then'"; t=parse_expr;
118            'Token.Else ?? "expected 'else'"; e=parse_expr >] ->
119           Ast.If (c, t, e)
120
121 Next we hook it up as a primary expression:
122
123 .. code-block:: ocaml
124
125     let rec parse_primary = parser
126       ...
127       (* ifexpr ::= 'if' expr 'then' expr 'else' expr *)
128       | [< 'Token.If; c=parse_expr;
129            'Token.Then ?? "expected 'then'"; t=parse_expr;
130            'Token.Else ?? "expected 'else'"; e=parse_expr >] ->
131           Ast.If (c, t, e)
132
133 LLVM IR for If/Then/Else
134 ------------------------
135
136 Now that we have it parsing and building the AST, the final piece is
137 adding LLVM code generation support. This is the most interesting part
138 of the if/then/else example, because this is where it starts to
139 introduce new concepts. All of the code above has been thoroughly
140 described in previous chapters.
141
142 To motivate the code we want to produce, lets take a look at a simple
143 example. Consider:
144
145 ::
146
147     extern foo();
148     extern bar();
149     def baz(x) if x then foo() else bar();
150
151 If you disable optimizations, the code you'll (soon) get from
152 Kaleidoscope looks like this:
153
154 .. code-block:: llvm
155
156     declare double @foo()
157
158     declare double @bar()
159
160     define double @baz(double %x) {
161     entry:
162       %ifcond = fcmp one double %x, 0.000000e+00
163       br i1 %ifcond, label %then, label %else
164
165     then:    ; preds = %entry
166       %calltmp = call double @foo()
167       br label %ifcont
168
169     else:    ; preds = %entry
170       %calltmp1 = call double @bar()
171       br label %ifcont
172
173     ifcont:    ; preds = %else, %then
174       %iftmp = phi double [ %calltmp, %then ], [ %calltmp1, %else ]
175       ret double %iftmp
176     }
177
178 To visualize the control flow graph, you can use a nifty feature of the
179 LLVM '`opt <http://llvm.org/cmds/opt.html>`_' tool. If you put this LLVM
180 IR into "t.ll" and run "``llvm-as < t.ll | opt -analyze -view-cfg``", `a
181 window will pop up <../ProgrammersManual.html#ViewGraph>`_ and you'll
182 see this graph:
183
184 .. figure:: LangImpl5-cfg.png
185    :align: center
186    :alt: Example CFG
187
188    Example CFG
189
190 Another way to get this is to call
191 "``Llvm_analysis.view_function_cfg f``" or
192 "``Llvm_analysis.view_function_cfg_only f``" (where ``f`` is a
193 "``Function``") either by inserting actual calls into the code and
194 recompiling or by calling these in the debugger. LLVM has many nice
195 features for visualizing various graphs.
196
197 Getting back to the generated code, it is fairly simple: the entry block
198 evaluates the conditional expression ("x" in our case here) and compares
199 the result to 0.0 with the "``fcmp one``" instruction ('one' is "Ordered
200 and Not Equal"). Based on the result of this expression, the code jumps
201 to either the "then" or "else" blocks, which contain the expressions for
202 the true/false cases.
203
204 Once the then/else blocks are finished executing, they both branch back
205 to the 'ifcont' block to execute the code that happens after the
206 if/then/else. In this case the only thing left to do is to return to the
207 caller of the function. The question then becomes: how does the code
208 know which expression to return?
209
210 The answer to this question involves an important SSA operation: the
211 `Phi
212 operation <http://en.wikipedia.org/wiki/Static_single_assignment_form>`_.
213 If you're not familiar with SSA, `the wikipedia
214 article <http://en.wikipedia.org/wiki/Static_single_assignment_form>`_
215 is a good introduction and there are various other introductions to it
216 available on your favorite search engine. The short version is that
217 "execution" of the Phi operation requires "remembering" which block
218 control came from. The Phi operation takes on the value corresponding to
219 the input control block. In this case, if control comes in from the
220 "then" block, it gets the value of "calltmp". If control comes from the
221 "else" block, it gets the value of "calltmp1".
222
223 At this point, you are probably starting to think "Oh no! This means my
224 simple and elegant front-end will have to start generating SSA form in
225 order to use LLVM!". Fortunately, this is not the case, and we strongly
226 advise *not* implementing an SSA construction algorithm in your
227 front-end unless there is an amazingly good reason to do so. In
228 practice, there are two sorts of values that float around in code
229 written for your average imperative programming language that might need
230 Phi nodes:
231
232 #. Code that involves user variables: ``x = 1; x = x + 1;``
233 #. Values that are implicit in the structure of your AST, such as the
234    Phi node in this case.
235
236 In `Chapter 7 <OCamlLangImpl7.html>`_ of this tutorial ("mutable
237 variables"), we'll talk about #1 in depth. For now, just believe me that
238 you don't need SSA construction to handle this case. For #2, you have
239 the choice of using the techniques that we will describe for #1, or you
240 can insert Phi nodes directly, if convenient. In this case, it is really
241 really easy to generate the Phi node, so we choose to do it directly.
242
243 Okay, enough of the motivation and overview, lets generate code!
244
245 Code Generation for If/Then/Else
246 --------------------------------
247
248 In order to generate code for this, we implement the ``Codegen`` method
249 for ``IfExprAST``:
250
251 .. code-block:: ocaml
252
253     let rec codegen_expr = function
254       ...
255       | Ast.If (cond, then_, else_) ->
256           let cond = codegen_expr cond in
257
258           (* Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0 *)
259           let zero = const_float double_type 0.0 in
260           let cond_val = build_fcmp Fcmp.One cond zero "ifcond" builder in
261
262 This code is straightforward and similar to what we saw before. We emit
263 the expression for the condition, then compare that value to zero to get
264 a truth value as a 1-bit (bool) value.
265
266 .. code-block:: ocaml
267
268           (* Grab the first block so that we might later add the conditional branch
269            * to it at the end of the function. *)
270           let start_bb = insertion_block builder in
271           let the_function = block_parent start_bb in
272
273           let then_bb = append_block context "then" the_function in
274           position_at_end then_bb builder;
275
276 As opposed to the `C++ tutorial <LangImpl5.html>`_, we have to build our
277 basic blocks bottom up since we can't have dangling BasicBlocks. We
278 start off by saving a pointer to the first block (which might not be the
279 entry block), which we'll need to build a conditional branch later. We
280 do this by asking the ``builder`` for the current BasicBlock. The fourth
281 line gets the current Function object that is being built. It gets this
282 by the ``start_bb`` for its "parent" (the function it is currently
283 embedded into).
284
285 Once it has that, it creates one block. It is automatically appended
286 into the function's list of blocks.
287
288 .. code-block:: ocaml
289
290           (* Emit 'then' value. *)
291           position_at_end then_bb builder;
292           let then_val = codegen_expr then_ in
293
294           (* Codegen of 'then' can change the current block, update then_bb for the
295            * phi. We create a new name because one is used for the phi node, and the
296            * other is used for the conditional branch. *)
297           let new_then_bb = insertion_block builder in
298
299 We move the builder to start inserting into the "then" block. Strictly
300 speaking, this call moves the insertion point to be at the end of the
301 specified block. However, since the "then" block is empty, it also
302 starts out by inserting at the beginning of the block. :)
303
304 Once the insertion point is set, we recursively codegen the "then"
305 expression from the AST.
306
307 The final line here is quite subtle, but is very important. The basic
308 issue is that when we create the Phi node in the merge block, we need to
309 set up the block/value pairs that indicate how the Phi will work.
310 Importantly, the Phi node expects to have an entry for each predecessor
311 of the block in the CFG. Why then, are we getting the current block when
312 we just set it to ThenBB 5 lines above? The problem is that the "Then"
313 expression may actually itself change the block that the Builder is
314 emitting into if, for example, it contains a nested "if/then/else"
315 expression. Because calling Codegen recursively could arbitrarily change
316 the notion of the current block, we are required to get an up-to-date
317 value for code that will set up the Phi node.
318
319 .. code-block:: ocaml
320
321           (* Emit 'else' value. *)
322           let else_bb = append_block context "else" the_function in
323           position_at_end else_bb builder;
324           let else_val = codegen_expr else_ in
325
326           (* Codegen of 'else' can change the current block, update else_bb for the
327            * phi. *)
328           let new_else_bb = insertion_block builder in
329
330 Code generation for the 'else' block is basically identical to codegen
331 for the 'then' block.
332
333 .. code-block:: ocaml
334
335           (* Emit merge block. *)
336           let merge_bb = append_block context "ifcont" the_function in
337           position_at_end merge_bb builder;
338           let incoming = [(then_val, new_then_bb); (else_val, new_else_bb)] in
339           let phi = build_phi incoming "iftmp" builder in
340
341 The first two lines here are now familiar: the first adds the "merge"
342 block to the Function object. The second block changes the insertion
343 point so that newly created code will go into the "merge" block. Once
344 that is done, we need to create the PHI node and set up the block/value
345 pairs for the PHI.
346
347 .. code-block:: ocaml
348
349           (* Return to the start block to add the conditional branch. *)
350           position_at_end start_bb builder;
351           ignore (build_cond_br cond_val then_bb else_bb builder);
352
353 Once the blocks are created, we can emit the conditional branch that
354 chooses between them. Note that creating new blocks does not implicitly
355 affect the IRBuilder, so it is still inserting into the block that the
356 condition went into. This is why we needed to save the "start" block.
357
358 .. code-block:: ocaml
359
360           (* Set a unconditional branch at the end of the 'then' block and the
361            * 'else' block to the 'merge' block. *)
362           position_at_end new_then_bb builder; ignore (build_br merge_bb builder);
363           position_at_end new_else_bb builder; ignore (build_br merge_bb builder);
364
365           (* Finally, set the builder to the end of the merge block. *)
366           position_at_end merge_bb builder;
367
368           phi
369
370 To finish off the blocks, we create an unconditional branch to the merge
371 block. One interesting (and very important) aspect of the LLVM IR is
372 that it `requires all basic blocks to be
373 "terminated" <../LangRef.html#functionstructure>`_ with a `control flow
374 instruction <../LangRef.html#terminators>`_ such as return or branch.
375 This means that all control flow, *including fall throughs* must be made
376 explicit in the LLVM IR. If you violate this rule, the verifier will
377 emit an error.
378
379 Finally, the CodeGen function returns the phi node as the value computed
380 by the if/then/else expression. In our example above, this returned
381 value will feed into the code for the top-level function, which will
382 create the return instruction.
383
384 Overall, we now have the ability to execute conditional code in
385 Kaleidoscope. With this extension, Kaleidoscope is a fairly complete
386 language that can calculate a wide variety of numeric functions. Next up
387 we'll add another useful expression that is familiar from non-functional
388 languages...
389
390 'for' Loop Expression
391 =====================
392
393 Now that we know how to add basic control flow constructs to the
394 language, we have the tools to add more powerful things. Lets add
395 something more aggressive, a 'for' expression:
396
397 ::
398
399      extern putchard(char);
400      def printstar(n)
401        for i = 1, i < n, 1.0 in
402          putchard(42);  # ascii 42 = '*'
403
404      # print 100 '*' characters
405      printstar(100);
406
407 This expression defines a new variable ("i" in this case) which iterates
408 from a starting value, while the condition ("i < n" in this case) is
409 true, incrementing by an optional step value ("1.0" in this case). If
410 the step value is omitted, it defaults to 1.0. While the loop is true,
411 it executes its body expression. Because we don't have anything better
412 to return, we'll just define the loop as always returning 0.0. In the
413 future when we have mutable variables, it will get more useful.
414
415 As before, lets talk about the changes that we need to Kaleidoscope to
416 support this.
417
418 Lexer Extensions for the 'for' Loop
419 -----------------------------------
420
421 The lexer extensions are the same sort of thing as for if/then/else:
422
423 .. code-block:: ocaml
424
425       ... in Token.token ...
426       (* control *)
427       | If | Then | Else
428       | For | In
429
430       ... in Lexer.lex_ident...
431           match Buffer.contents buffer with
432           | "def" -> [< 'Token.Def; stream >]
433           | "extern" -> [< 'Token.Extern; stream >]
434           | "if" -> [< 'Token.If; stream >]
435           | "then" -> [< 'Token.Then; stream >]
436           | "else" -> [< 'Token.Else; stream >]
437           | "for" -> [< 'Token.For; stream >]
438           | "in" -> [< 'Token.In; stream >]
439           | id -> [< 'Token.Ident id; stream >]
440
441 AST Extensions for the 'for' Loop
442 ---------------------------------
443
444 The AST variant is just as simple. It basically boils down to capturing
445 the variable name and the constituent expressions in the node.
446
447 .. code-block:: ocaml
448
449     type expr =
450       ...
451       (* variant for for/in. *)
452       | For of string * expr * expr * expr option * expr
453
454 Parser Extensions for the 'for' Loop
455 ------------------------------------
456
457 The parser code is also fairly standard. The only interesting thing here
458 is handling of the optional step value. The parser code handles it by
459 checking to see if the second comma is present. If not, it sets the step
460 value to null in the AST node:
461
462 .. code-block:: ocaml
463
464     let rec parse_primary = parser
465       ...
466       (* forexpr
467             ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression *)
468       | [< 'Token.For;
469            'Token.Ident id ?? "expected identifier after for";
470            'Token.Kwd '=' ?? "expected '=' after for";
471            stream >] ->
472           begin parser
473             | [<
474                  start=parse_expr;
475                  'Token.Kwd ',' ?? "expected ',' after for";
476                  end_=parse_expr;
477                  stream >] ->
478                 let step =
479                   begin parser
480                   | [< 'Token.Kwd ','; step=parse_expr >] -> Some step
481                   | [< >] -> None
482                   end stream
483                 in
484                 begin parser
485                 | [< 'Token.In; body=parse_expr >] ->
486                     Ast.For (id, start, end_, step, body)
487                 | [< >] ->
488                     raise (Stream.Error "expected 'in' after for")
489                 end stream
490             | [< >] ->
491                 raise (Stream.Error "expected '=' after for")
492           end stream
493
494 LLVM IR for the 'for' Loop
495 --------------------------
496
497 Now we get to the good part: the LLVM IR we want to generate for this
498 thing. With the simple example above, we get this LLVM IR (note that
499 this dump is generated with optimizations disabled for clarity):
500
501 .. code-block:: llvm
502
503     declare double @putchard(double)
504
505     define double @printstar(double %n) {
506     entry:
507             ; initial value = 1.0 (inlined into phi)
508       br label %loop
509
510     loop:    ; preds = %loop, %entry
511       %i = phi double [ 1.000000e+00, %entry ], [ %nextvar, %loop ]
512             ; body
513       %calltmp = call double @putchard(double 4.200000e+01)
514             ; increment
515       %nextvar = fadd double %i, 1.000000e+00
516
517             ; termination test
518       %cmptmp = fcmp ult double %i, %n
519       %booltmp = uitofp i1 %cmptmp to double
520       %loopcond = fcmp one double %booltmp, 0.000000e+00
521       br i1 %loopcond, label %loop, label %afterloop
522
523     afterloop:    ; preds = %loop
524             ; loop always returns 0.0
525       ret double 0.000000e+00
526     }
527
528 This loop contains all the same constructs we saw before: a phi node,
529 several expressions, and some basic blocks. Lets see how this fits
530 together.
531
532 Code Generation for the 'for' Loop
533 ----------------------------------
534
535 The first part of Codegen is very simple: we just output the start
536 expression for the loop value:
537
538 .. code-block:: ocaml
539
540     let rec codegen_expr = function
541       ...
542       | Ast.For (var_name, start, end_, step, body) ->
543           (* Emit the start code first, without 'variable' in scope. *)
544           let start_val = codegen_expr start in
545
546 With this out of the way, the next step is to set up the LLVM basic
547 block for the start of the loop body. In the case above, the whole loop
548 body is one block, but remember that the body code itself could consist
549 of multiple blocks (e.g. if it contains an if/then/else or a for/in
550 expression).
551
552 .. code-block:: ocaml
553
554           (* Make the new basic block for the loop header, inserting after current
555            * block. *)
556           let preheader_bb = insertion_block builder in
557           let the_function = block_parent preheader_bb in
558           let loop_bb = append_block context "loop" the_function in
559
560           (* Insert an explicit fall through from the current block to the
561            * loop_bb. *)
562           ignore (build_br loop_bb builder);
563
564 This code is similar to what we saw for if/then/else. Because we will
565 need it to create the Phi node, we remember the block that falls through
566 into the loop. Once we have that, we create the actual block that starts
567 the loop and create an unconditional branch for the fall-through between
568 the two blocks.
569
570 .. code-block:: ocaml
571
572           (* Start insertion in loop_bb. *)
573           position_at_end loop_bb builder;
574
575           (* Start the PHI node with an entry for start. *)
576           let variable = build_phi [(start_val, preheader_bb)] var_name builder in
577
578 Now that the "preheader" for the loop is set up, we switch to emitting
579 code for the loop body. To begin with, we move the insertion point and
580 create the PHI node for the loop induction variable. Since we already
581 know the incoming value for the starting value, we add it to the Phi
582 node. Note that the Phi will eventually get a second value for the
583 backedge, but we can't set it up yet (because it doesn't exist!).
584
585 .. code-block:: ocaml
586
587           (* Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node. If it
588            * shadows an existing variable, we have to restore it, so save it
589            * now. *)
590           let old_val =
591             try Some (Hashtbl.find named_values var_name) with Not_found -> None
592           in
593           Hashtbl.add named_values var_name variable;
594
595           (* Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
596            * current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but
597            * don't allow an error *)
598           ignore (codegen_expr body);
599
600 Now the code starts to get more interesting. Our 'for' loop introduces a
601 new variable to the symbol table. This means that our symbol table can
602 now contain either function arguments or loop variables. To handle this,
603 before we codegen the body of the loop, we add the loop variable as the
604 current value for its name. Note that it is possible that there is a
605 variable of the same name in the outer scope. It would be easy to make
606 this an error (emit an error and return null if there is already an
607 entry for VarName) but we choose to allow shadowing of variables. In
608 order to handle this correctly, we remember the Value that we are
609 potentially shadowing in ``old_val`` (which will be None if there is no
610 shadowed variable).
611
612 Once the loop variable is set into the symbol table, the code
613 recursively codegen's the body. This allows the body to use the loop
614 variable: any references to it will naturally find it in the symbol
615 table.
616
617 .. code-block:: ocaml
618
619           (* Emit the step value. *)
620           let step_val =
621             match step with
622             | Some step -> codegen_expr step
623             (* If not specified, use 1.0. *)
624             | None -> const_float double_type 1.0
625           in
626
627           let next_var = build_add variable step_val "nextvar" builder in
628
629 Now that the body is emitted, we compute the next value of the iteration
630 variable by adding the step value, or 1.0 if it isn't present.
631 '``next_var``' will be the value of the loop variable on the next
632 iteration of the loop.
633
634 .. code-block:: ocaml
635
636           (* Compute the end condition. *)
637           let end_cond = codegen_expr end_ in
638
639           (* Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0. *)
640           let zero = const_float double_type 0.0 in
641           let end_cond = build_fcmp Fcmp.One end_cond zero "loopcond" builder in
642
643 Finally, we evaluate the exit value of the loop, to determine whether
644 the loop should exit. This mirrors the condition evaluation for the
645 if/then/else statement.
646
647 .. code-block:: ocaml
648
649           (* Create the "after loop" block and insert it. *)
650           let loop_end_bb = insertion_block builder in
651           let after_bb = append_block context "afterloop" the_function in
652
653           (* Insert the conditional branch into the end of loop_end_bb. *)
654           ignore (build_cond_br end_cond loop_bb after_bb builder);
655
656           (* Any new code will be inserted in after_bb. *)
657           position_at_end after_bb builder;
658
659 With the code for the body of the loop complete, we just need to finish
660 up the control flow for it. This code remembers the end block (for the
661 phi node), then creates the block for the loop exit ("afterloop"). Based
662 on the value of the exit condition, it creates a conditional branch that
663 chooses between executing the loop again and exiting the loop. Any
664 future code is emitted in the "afterloop" block, so it sets the
665 insertion position to it.
666
667 .. code-block:: ocaml
668
669           (* Add a new entry to the PHI node for the backedge. *)
670           add_incoming (next_var, loop_end_bb) variable;
671
672           (* Restore the unshadowed variable. *)
673           begin match old_val with
674           | Some old_val -> Hashtbl.add named_values var_name old_val
675           | None -> ()
676           end;
677
678           (* for expr always returns 0.0. *)
679           const_null double_type
680
681 The final code handles various cleanups: now that we have the
682 "``next_var``" value, we can add the incoming value to the loop PHI
683 node. After that, we remove the loop variable from the symbol table, so
684 that it isn't in scope after the for loop. Finally, code generation of
685 the for loop always returns 0.0, so that is what we return from
686 ``Codegen.codegen_expr``.
687
688 With this, we conclude the "adding control flow to Kaleidoscope" chapter
689 of the tutorial. In this chapter we added two control flow constructs,
690 and used them to motivate a couple of aspects of the LLVM IR that are
691 important for front-end implementors to know. In the next chapter of our
692 saga, we will get a bit crazier and add `user-defined
693 operators <OCamlLangImpl6.html>`_ to our poor innocent language.
694
695 Full Code Listing
696 =================
697
698 Here is the complete code listing for our running example, enhanced with
699 the if/then/else and for expressions.. To build this example, use:
700
701 .. code-block:: bash
702
703     # Compile
704     ocamlbuild toy.byte
705     # Run
706     ./toy.byte
707
708 Here is the code:
709
710 \_tags:
711     ::
712
713         <{lexer,parser}.ml>: use_camlp4, pp(camlp4of)
714         <*.{byte,native}>: g++, use_llvm, use_llvm_analysis
715         <*.{byte,native}>: use_llvm_executionengine, use_llvm_target
716         <*.{byte,native}>: use_llvm_scalar_opts, use_bindings
717
718 myocamlbuild.ml:
719     .. code-block:: ocaml
720
721         open Ocamlbuild_plugin;;
722
723         ocaml_lib ~extern:true "llvm";;
724         ocaml_lib ~extern:true "llvm_analysis";;
725         ocaml_lib ~extern:true "llvm_executionengine";;
726         ocaml_lib ~extern:true "llvm_target";;
727         ocaml_lib ~extern:true "llvm_scalar_opts";;
728
729         flag ["link"; "ocaml"; "g++"] (S[A"-cc"; A"g++"]);;
730         dep ["link"; "ocaml"; "use_bindings"] ["bindings.o"];;
731
732 token.ml:
733     .. code-block:: ocaml
734
735         (*===----------------------------------------------------------------------===
736          * Lexer Tokens
737          *===----------------------------------------------------------------------===*)
738
739         (* The lexer returns these 'Kwd' if it is an unknown character, otherwise one of
740          * these others for known things. *)
741         type token =
742           (* commands *)
743           | Def | Extern
744
745           (* primary *)
746           | Ident of string | Number of float
747
748           (* unknown *)
749           | Kwd of char
750
751           (* control *)
752           | If | Then | Else
753           | For | In
754
755 lexer.ml:
756     .. code-block:: ocaml
757
758         (*===----------------------------------------------------------------------===
759          * Lexer
760          *===----------------------------------------------------------------------===*)
761
762         let rec lex = parser
763           (* Skip any whitespace. *)
764           | [< ' (' ' | '\n' | '\r' | '\t'); stream >] -> lex stream
765
766           (* identifier: [a-zA-Z][a-zA-Z0-9] *)
767           | [< ' ('A' .. 'Z' | 'a' .. 'z' as c); stream >] ->
768               let buffer = Buffer.create 1 in
769               Buffer.add_char buffer c;
770               lex_ident buffer stream
771
772           (* number: [0-9.]+ *)
773           | [< ' ('0' .. '9' as c); stream >] ->
774               let buffer = Buffer.create 1 in
775               Buffer.add_char buffer c;
776               lex_number buffer stream
777
778           (* Comment until end of line. *)
779           | [< ' ('#'); stream >] ->
780               lex_comment stream
781
782           (* Otherwise, just return the character as its ascii value. *)
783           | [< 'c; stream >] ->
784               [< 'Token.Kwd c; lex stream >]
785
786           (* end of stream. *)
787           | [< >] -> [< >]
788
789         and lex_number buffer = parser
790           | [< ' ('0' .. '9' | '.' as c); stream >] ->
791               Buffer.add_char buffer c;
792               lex_number buffer stream
793           | [< stream=lex >] ->
794               [< 'Token.Number (float_of_string (Buffer.contents buffer)); stream >]
795
796         and lex_ident buffer = parser
797           | [< ' ('A' .. 'Z' | 'a' .. 'z' | '0' .. '9' as c); stream >] ->
798               Buffer.add_char buffer c;
799               lex_ident buffer stream
800           | [< stream=lex >] ->
801               match Buffer.contents buffer with
802               | "def" -> [< 'Token.Def; stream >]
803               | "extern" -> [< 'Token.Extern; stream >]
804               | "if" -> [< 'Token.If; stream >]
805               | "then" -> [< 'Token.Then; stream >]
806               | "else" -> [< 'Token.Else; stream >]
807               | "for" -> [< 'Token.For; stream >]
808               | "in" -> [< 'Token.In; stream >]
809               | id -> [< 'Token.Ident id; stream >]
810
811         and lex_comment = parser
812           | [< ' ('\n'); stream=lex >] -> stream
813           | [< 'c; e=lex_comment >] -> e
814           | [< >] -> [< >]
815
816 ast.ml:
817     .. code-block:: ocaml
818
819         (*===----------------------------------------------------------------------===
820          * Abstract Syntax Tree (aka Parse Tree)
821          *===----------------------------------------------------------------------===*)
822
823         (* expr - Base type for all expression nodes. *)
824         type expr =
825           (* variant for numeric literals like "1.0". *)
826           | Number of float
827
828           (* variant for referencing a variable, like "a". *)
829           | Variable of string
830
831           (* variant for a binary operator. *)
832           | Binary of char * expr * expr
833
834           (* variant for function calls. *)
835           | Call of string * expr array
836
837           (* variant for if/then/else. *)
838           | If of expr * expr * expr
839
840           (* variant for for/in. *)
841           | For of string * expr * expr * expr option * expr
842
843         (* proto - This type represents the "prototype" for a function, which captures
844          * its name, and its argument names (thus implicitly the number of arguments the
845          * function takes). *)
846         type proto = Prototype of string * string array
847
848         (* func - This type represents a function definition itself. *)
849         type func = Function of proto * expr
850
851 parser.ml:
852     .. code-block:: ocaml
853
854         (*===---------------------------------------------------------------------===
855          * Parser
856          *===---------------------------------------------------------------------===*)
857
858         (* binop_precedence - This holds the precedence for each binary operator that is
859          * defined *)
860         let binop_precedence:(char, int) Hashtbl.t = Hashtbl.create 10
861
862         (* precedence - Get the precedence of the pending binary operator token. *)
863         let precedence c = try Hashtbl.find binop_precedence c with Not_found -> -1
864
865         (* primary
866          *   ::= identifier
867          *   ::= numberexpr
868          *   ::= parenexpr
869          *   ::= ifexpr
870          *   ::= forexpr *)
871         let rec parse_primary = parser
872           (* numberexpr ::= number *)
873           | [< 'Token.Number n >] -> Ast.Number n
874
875           (* parenexpr ::= '(' expression ')' *)
876           | [< 'Token.Kwd '('; e=parse_expr; 'Token.Kwd ')' ?? "expected ')'" >] -> e
877
878           (* identifierexpr
879            *   ::= identifier
880            *   ::= identifier '(' argumentexpr ')' *)
881           | [< 'Token.Ident id; stream >] ->
882               let rec parse_args accumulator = parser
883                 | [< e=parse_expr; stream >] ->
884                     begin parser
885                       | [< 'Token.Kwd ','; e=parse_args (e :: accumulator) >] -> e
886                       | [< >] -> e :: accumulator
887                     end stream
888                 | [< >] -> accumulator
889               in
890               let rec parse_ident id = parser
891                 (* Call. *)
892                 | [< 'Token.Kwd '(';
893                      args=parse_args [];
894                      'Token.Kwd ')' ?? "expected ')'">] ->
895                     Ast.Call (id, Array.of_list (List.rev args))
896
897                 (* Simple variable ref. *)
898                 | [< >] -> Ast.Variable id
899               in
900               parse_ident id stream
901
902           (* ifexpr ::= 'if' expr 'then' expr 'else' expr *)
903           | [< 'Token.If; c=parse_expr;
904                'Token.Then ?? "expected 'then'"; t=parse_expr;
905                'Token.Else ?? "expected 'else'"; e=parse_expr >] ->
906               Ast.If (c, t, e)
907
908           (* forexpr
909                 ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression *)
910           | [< 'Token.For;
911                'Token.Ident id ?? "expected identifier after for";
912                'Token.Kwd '=' ?? "expected '=' after for";
913                stream >] ->
914               begin parser
915                 | [<
916                      start=parse_expr;
917                      'Token.Kwd ',' ?? "expected ',' after for";
918                      end_=parse_expr;
919                      stream >] ->
920                     let step =
921                       begin parser
922                       | [< 'Token.Kwd ','; step=parse_expr >] -> Some step
923                       | [< >] -> None
924                       end stream
925                     in
926                     begin parser
927                     | [< 'Token.In; body=parse_expr >] ->
928                         Ast.For (id, start, end_, step, body)
929                     | [< >] ->
930                         raise (Stream.Error "expected 'in' after for")
931                     end stream
932                 | [< >] ->
933                     raise (Stream.Error "expected '=' after for")
934               end stream
935
936           | [< >] -> raise (Stream.Error "unknown token when expecting an expression.")
937
938         (* binoprhs
939          *   ::= ('+' primary)* *)
940         and parse_bin_rhs expr_prec lhs stream =
941           match Stream.peek stream with
942           (* If this is a binop, find its precedence. *)
943           | Some (Token.Kwd c) when Hashtbl.mem binop_precedence c ->
944               let token_prec = precedence c in
945
946               (* If this is a binop that binds at least as tightly as the current binop,
947                * consume it, otherwise we are done. *)
948               if token_prec < expr_prec then lhs else begin
949                 (* Eat the binop. *)
950                 Stream.junk stream;
951
952                 (* Parse the primary expression after the binary operator. *)
953                 let rhs = parse_primary stream in
954
955                 (* Okay, we know this is a binop. *)
956                 let rhs =
957                   match Stream.peek stream with
958                   | Some (Token.Kwd c2) ->
959                       (* If BinOp binds less tightly with rhs than the operator after
960                        * rhs, let the pending operator take rhs as its lhs. *)
961                       let next_prec = precedence c2 in
962                       if token_prec < next_prec
963                       then parse_bin_rhs (token_prec + 1) rhs stream
964                       else rhs
965                   | _ -> rhs
966                 in
967
968                 (* Merge lhs/rhs. *)
969                 let lhs = Ast.Binary (c, lhs, rhs) in
970                 parse_bin_rhs expr_prec lhs stream
971               end
972           | _ -> lhs
973
974         (* expression
975          *   ::= primary binoprhs *)
976         and parse_expr = parser
977           | [< lhs=parse_primary; stream >] -> parse_bin_rhs 0 lhs stream
978
979         (* prototype
980          *   ::= id '(' id* ')' *)
981         let parse_prototype =
982           let rec parse_args accumulator = parser
983             | [< 'Token.Ident id; e=parse_args (id::accumulator) >] -> e
984             | [< >] -> accumulator
985           in
986
987           parser
988           | [< 'Token.Ident id;
989                'Token.Kwd '(' ?? "expected '(' in prototype";
990                args=parse_args [];
991                'Token.Kwd ')' ?? "expected ')' in prototype" >] ->
992               (* success. *)
993               Ast.Prototype (id, Array.of_list (List.rev args))
994
995           | [< >] ->
996               raise (Stream.Error "expected function name in prototype")
997
998         (* definition ::= 'def' prototype expression *)
999         let parse_definition = parser
1000           | [< 'Token.Def; p=parse_prototype; e=parse_expr >] ->
1001               Ast.Function (p, e)
1002
1003         (* toplevelexpr ::= expression *)
1004         let parse_toplevel = parser
1005           | [< e=parse_expr >] ->
1006               (* Make an anonymous proto. *)
1007               Ast.Function (Ast.Prototype ("", [||]), e)
1008
1009         (*  external ::= 'extern' prototype *)
1010         let parse_extern = parser
1011           | [< 'Token.Extern; e=parse_prototype >] -> e
1012
1013 codegen.ml:
1014     .. code-block:: ocaml
1015
1016         (*===----------------------------------------------------------------------===
1017          * Code Generation
1018          *===----------------------------------------------------------------------===*)
1019
1020         open Llvm
1021
1022         exception Error of string
1023
1024         let context = global_context ()
1025         let the_module = create_module context "my cool jit"
1026         let builder = builder context
1027         let named_values:(string, llvalue) Hashtbl.t = Hashtbl.create 10
1028         let double_type = double_type context
1029
1030         let rec codegen_expr = function
1031           | Ast.Number n -> const_float double_type n
1032           | Ast.Variable name ->
1033               (try Hashtbl.find named_values name with
1034                 | Not_found -> raise (Error "unknown variable name"))
1035           | Ast.Binary (op, lhs, rhs) ->
1036               let lhs_val = codegen_expr lhs in
1037               let rhs_val = codegen_expr rhs in
1038               begin
1039                 match op with
1040                 | '+' -> build_add lhs_val rhs_val "addtmp" builder
1041                 | '-' -> build_sub lhs_val rhs_val "subtmp" builder
1042                 | '*' -> build_mul lhs_val rhs_val "multmp" builder
1043                 | '<' ->
1044                     (* Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0 *)
1045                     let i = build_fcmp Fcmp.Ult lhs_val rhs_val "cmptmp" builder in
1046                     build_uitofp i double_type "booltmp" builder
1047                 | _ -> raise (Error "invalid binary operator")
1048               end
1049           | Ast.Call (callee, args) ->
1050               (* Look up the name in the module table. *)
1051               let callee =
1052                 match lookup_function callee the_module with
1053                 | Some callee -> callee
1054                 | None -> raise (Error "unknown function referenced")
1055               in
1056               let params = params callee in
1057
1058               (* If argument mismatch error. *)
1059               if Array.length params == Array.length args then () else
1060                 raise (Error "incorrect # arguments passed");
1061               let args = Array.map codegen_expr args in
1062               build_call callee args "calltmp" builder
1063           | Ast.If (cond, then_, else_) ->
1064               let cond = codegen_expr cond in
1065
1066               (* Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0 *)
1067               let zero = const_float double_type 0.0 in
1068               let cond_val = build_fcmp Fcmp.One cond zero "ifcond" builder in
1069
1070               (* Grab the first block so that we might later add the conditional branch
1071                * to it at the end of the function. *)
1072               let start_bb = insertion_block builder in
1073               let the_function = block_parent start_bb in
1074
1075               let then_bb = append_block context "then" the_function in
1076
1077               (* Emit 'then' value. *)
1078               position_at_end then_bb builder;
1079               let then_val = codegen_expr then_ in
1080
1081               (* Codegen of 'then' can change the current block, update then_bb for the
1082                * phi. We create a new name because one is used for the phi node, and the
1083                * other is used for the conditional branch. *)
1084               let new_then_bb = insertion_block builder in
1085
1086               (* Emit 'else' value. *)
1087               let else_bb = append_block context "else" the_function in
1088               position_at_end else_bb builder;
1089               let else_val = codegen_expr else_ in
1090
1091               (* Codegen of 'else' can change the current block, update else_bb for the
1092                * phi. *)
1093               let new_else_bb = insertion_block builder in
1094
1095               (* Emit merge block. *)
1096               let merge_bb = append_block context "ifcont" the_function in
1097               position_at_end merge_bb builder;
1098               let incoming = [(then_val, new_then_bb); (else_val, new_else_bb)] in
1099               let phi = build_phi incoming "iftmp" builder in
1100
1101               (* Return to the start block to add the conditional branch. *)
1102               position_at_end start_bb builder;
1103               ignore (build_cond_br cond_val then_bb else_bb builder);
1104
1105               (* Set a unconditional branch at the end of the 'then' block and the
1106                * 'else' block to the 'merge' block. *)
1107               position_at_end new_then_bb builder; ignore (build_br merge_bb builder);
1108               position_at_end new_else_bb builder; ignore (build_br merge_bb builder);
1109
1110               (* Finally, set the builder to the end of the merge block. *)
1111               position_at_end merge_bb builder;
1112
1113               phi
1114           | Ast.For (var_name, start, end_, step, body) ->
1115               (* Emit the start code first, without 'variable' in scope. *)
1116               let start_val = codegen_expr start in
1117
1118               (* Make the new basic block for the loop header, inserting after current
1119                * block. *)
1120               let preheader_bb = insertion_block builder in
1121               let the_function = block_parent preheader_bb in
1122               let loop_bb = append_block context "loop" the_function in
1123
1124               (* Insert an explicit fall through from the current block to the
1125                * loop_bb. *)
1126               ignore (build_br loop_bb builder);
1127
1128               (* Start insertion in loop_bb. *)
1129               position_at_end loop_bb builder;
1130
1131               (* Start the PHI node with an entry for start. *)
1132               let variable = build_phi [(start_val, preheader_bb)] var_name builder in
1133
1134               (* Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node. If it
1135                * shadows an existing variable, we have to restore it, so save it
1136                * now. *)
1137               let old_val =
1138                 try Some (Hashtbl.find named_values var_name) with Not_found -> None
1139               in
1140               Hashtbl.add named_values var_name variable;
1141
1142               (* Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
1143                * current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but
1144                * don't allow an error *)
1145               ignore (codegen_expr body);
1146
1147               (* Emit the step value. *)
1148               let step_val =
1149                 match step with
1150                 | Some step -> codegen_expr step
1151                 (* If not specified, use 1.0. *)
1152                 | None -> const_float double_type 1.0
1153               in
1154
1155               let next_var = build_add variable step_val "nextvar" builder in
1156
1157               (* Compute the end condition. *)
1158               let end_cond = codegen_expr end_ in
1159
1160               (* Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0. *)
1161               let zero = const_float double_type 0.0 in
1162               let end_cond = build_fcmp Fcmp.One end_cond zero "loopcond" builder in
1163
1164               (* Create the "after loop" block and insert it. *)
1165               let loop_end_bb = insertion_block builder in
1166               let after_bb = append_block context "afterloop" the_function in
1167
1168               (* Insert the conditional branch into the end of loop_end_bb. *)
1169               ignore (build_cond_br end_cond loop_bb after_bb builder);
1170
1171               (* Any new code will be inserted in after_bb. *)
1172               position_at_end after_bb builder;
1173
1174               (* Add a new entry to the PHI node for the backedge. *)
1175               add_incoming (next_var, loop_end_bb) variable;
1176
1177               (* Restore the unshadowed variable. *)
1178               begin match old_val with
1179               | Some old_val -> Hashtbl.add named_values var_name old_val
1180               | None -> ()
1181               end;
1182
1183               (* for expr always returns 0.0. *)
1184               const_null double_type
1185
1186         let codegen_proto = function
1187           | Ast.Prototype (name, args) ->
1188               (* Make the function type: double(double,double) etc. *)
1189               let doubles = Array.make (Array.length args) double_type in
1190               let ft = function_type double_type doubles in
1191               let f =
1192                 match lookup_function name the_module with
1193                 | None -> declare_function name ft the_module
1194
1195                 (* If 'f' conflicted, there was already something named 'name'. If it
1196                  * has a body, don't allow redefinition or reextern. *)
1197                 | Some f ->
1198                     (* If 'f' already has a body, reject this. *)
1199                     if block_begin f <> At_end f then
1200                       raise (Error "redefinition of function");
1201
1202                     (* If 'f' took a different number of arguments, reject. *)
1203                     if element_type (type_of f) <> ft then
1204                       raise (Error "redefinition of function with different # args");
1205                     f
1206               in
1207
1208               (* Set names for all arguments. *)
1209               Array.iteri (fun i a ->
1210                 let n = args.(i) in
1211                 set_value_name n a;
1212                 Hashtbl.add named_values n a;
1213               ) (params f);
1214               f
1215
1216         let codegen_func the_fpm = function
1217           | Ast.Function (proto, body) ->
1218               Hashtbl.clear named_values;
1219               let the_function = codegen_proto proto in
1220
1221               (* Create a new basic block to start insertion into. *)
1222               let bb = append_block context "entry" the_function in
1223               position_at_end bb builder;
1224
1225               try
1226                 let ret_val = codegen_expr body in
1227
1228                 (* Finish off the function. *)
1229                 let _ = build_ret ret_val builder in
1230
1231                 (* Validate the generated code, checking for consistency. *)
1232                 Llvm_analysis.assert_valid_function the_function;
1233
1234                 (* Optimize the function. *)
1235                 let _ = PassManager.run_function the_function the_fpm in
1236
1237                 the_function
1238               with e ->
1239                 delete_function the_function;
1240                 raise e
1241
1242 toplevel.ml:
1243     .. code-block:: ocaml
1244
1245         (*===----------------------------------------------------------------------===
1246          * Top-Level parsing and JIT Driver
1247          *===----------------------------------------------------------------------===*)
1248
1249         open Llvm
1250         open Llvm_executionengine
1251
1252         (* top ::= definition | external | expression | ';' *)
1253         let rec main_loop the_fpm the_execution_engine stream =
1254           match Stream.peek stream with
1255           | None -> ()
1256
1257           (* ignore top-level semicolons. *)
1258           | Some (Token.Kwd ';') ->
1259               Stream.junk stream;
1260               main_loop the_fpm the_execution_engine stream
1261
1262           | Some token ->
1263               begin
1264                 try match token with
1265                 | Token.Def ->
1266                     let e = Parser.parse_definition stream in
1267                     print_endline "parsed a function definition.";
1268                     dump_value (Codegen.codegen_func the_fpm e);
1269                 | Token.Extern ->
1270                     let e = Parser.parse_extern stream in
1271                     print_endline "parsed an extern.";
1272                     dump_value (Codegen.codegen_proto e);
1273                 | _ ->
1274                     (* Evaluate a top-level expression into an anonymous function. *)
1275                     let e = Parser.parse_toplevel stream in
1276                     print_endline "parsed a top-level expr";
1277                     let the_function = Codegen.codegen_func the_fpm e in
1278                     dump_value the_function;
1279
1280                     (* JIT the function, returning a function pointer. *)
1281                     let result = ExecutionEngine.run_function the_function [||]
1282                       the_execution_engine in
1283
1284                     print_string "Evaluated to ";
1285                     print_float (GenericValue.as_float Codegen.double_type result);
1286                     print_newline ();
1287                 with Stream.Error s | Codegen.Error s ->
1288                   (* Skip token for error recovery. *)
1289                   Stream.junk stream;
1290                   print_endline s;
1291               end;
1292               print_string "ready> "; flush stdout;
1293               main_loop the_fpm the_execution_engine stream
1294
1295 toy.ml:
1296     .. code-block:: ocaml
1297
1298         (*===----------------------------------------------------------------------===
1299          * Main driver code.
1300          *===----------------------------------------------------------------------===*)
1301
1302         open Llvm
1303         open Llvm_executionengine
1304         open Llvm_target
1305         open Llvm_scalar_opts
1306
1307         let main () =
1308           ignore (initialize_native_target ());
1309
1310           (* Install standard binary operators.
1311            * 1 is the lowest precedence. *)
1312           Hashtbl.add Parser.binop_precedence '<' 10;
1313           Hashtbl.add Parser.binop_precedence '+' 20;
1314           Hashtbl.add Parser.binop_precedence '-' 20;
1315           Hashtbl.add Parser.binop_precedence '*' 40;    (* highest. *)
1316
1317           (* Prime the first token. *)
1318           print_string "ready> "; flush stdout;
1319           let stream = Lexer.lex (Stream.of_channel stdin) in
1320
1321           (* Create the JIT. *)
1322           let the_execution_engine = ExecutionEngine.create Codegen.the_module in
1323           let the_fpm = PassManager.create_function Codegen.the_module in
1324
1325           (* Set up the optimizer pipeline.  Start with registering info about how the
1326            * target lays out data structures. *)
1327           DataLayout.add (ExecutionEngine.target_data the_execution_engine) the_fpm;
1328
1329           (* Do simple "peephole" optimizations and bit-twiddling optzn. *)
1330           add_instruction_combination the_fpm;
1331
1332           (* reassociate expressions. *)
1333           add_reassociation the_fpm;
1334
1335           (* Eliminate Common SubExpressions. *)
1336           add_gvn the_fpm;
1337
1338           (* Simplify the control flow graph (deleting unreachable blocks, etc). *)
1339           add_cfg_simplification the_fpm;
1340
1341           ignore (PassManager.initialize the_fpm);
1342
1343           (* Run the main "interpreter loop" now. *)
1344           Toplevel.main_loop the_fpm the_execution_engine stream;
1345
1346           (* Print out all the generated code. *)
1347           dump_module Codegen.the_module
1348         ;;
1349
1350         main ()
1351
1352 bindings.c
1353     .. code-block:: c
1354
1355         #include <stdio.h>
1356
1357         /* putchard - putchar that takes a double and returns 0. */
1358         extern double putchard(double X) {
1359           putchar((char)X);
1360           return 0;
1361         }
1362
1363 `Next: Extending the language: user-defined
1364 operators <OCamlLangImpl6.html>`_
1365