examples/Kaleidoscope/Chapter5/toy.cpp

   1 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
   2 #include "llvm/ExecutionEngine/ExecutionEngine.h"
   3 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
   4 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
   5 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
   6 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
   7 #include "llvm/IR/Module.h"
   8 #include "llvm/IR/Verifier.h"
   9 #include "llvm/PassManager.h"
  10 #include "llvm/Support/TargetSelect.h"
  11 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  12 #include <cctype>
  13 #include <cstdio>
  14 #include <map>
  15 #include <string>
  16 #include <vector>
  17 using namespace llvm;
  18
  19 //===----------------------------------------------------------------------===//
  20 // Lexer
  21 //===----------------------------------------------------------------------===//
  22
  23 // The lexer returns tokens [0-255] if it is an unknown character, otherwise one
  24 // of these for known things.
  25 enum Token {
  26   tok_eof = -1,
  27
  28   // commands
  29   tok_def = -2, tok_extern = -3,
  30
  31   // primary
  32   tok_identifier = -4, tok_number = -5,
  33
  34   // control
  35   tok_if = -6, tok_then = -7, tok_else = -8,
  36   tok_for = -9, tok_in = -10
  37 };
  38
  39 static std::string IdentifierStr;  // Filled in if tok_identifier
  40 static double NumVal;              // Filled in if tok_number
  41
  42 /// gettok - Return the next token from standard input.
  43 static int gettok() {
  44   static int LastChar = ' ';
  45
  46   // Skip any whitespace.
  47   while (isspace(LastChar))
  48     LastChar = getchar();
  49
  50   if (isalpha(LastChar)) { // identifier: [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*
  51     IdentifierStr = LastChar;
  52     while (isalnum((LastChar = getchar())))
  53       IdentifierStr += LastChar;
  54
  55     if (IdentifierStr == "def") return tok_def;
  56     if (IdentifierStr == "extern") return tok_extern;
  57     if (IdentifierStr == "if") return tok_if;
  58     if (IdentifierStr == "then") return tok_then;
  59     if (IdentifierStr == "else") return tok_else;
  60     if (IdentifierStr == "for") return tok_for;
  61     if (IdentifierStr == "in") return tok_in;
  62     return tok_identifier;
  63   }
  64
  65   if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') {   // Number: [0-9.]+
  66     std::string NumStr;
  67     do {
  68       NumStr += LastChar;
  69       LastChar = getchar();
  70     } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.');
  71
  72     NumVal = strtod(NumStr.c_str(), 0);
  73     return tok_number;
  74   }
  75
  76   if (LastChar == '#') {
  77     // Comment until end of line.
  78     do LastChar = getchar();
  79     while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r');
  80
  81     if (LastChar != EOF)
  82       return gettok();
  83   }
  84
  85   // Check for end of file.  Don't eat the EOF.
  86   if (LastChar == EOF)
  87     return tok_eof;
  88
  89   // Otherwise, just return the character as its ascii value.
  90   int ThisChar = LastChar;
  91   LastChar = getchar();
  92   return ThisChar;
  93 }
  94
  95 //===----------------------------------------------------------------------===//
  96 // Abstract Syntax Tree (aka Parse Tree)
  97 //===----------------------------------------------------------------------===//
  98 namespace {
  99 /// ExprAST - Base class for all expression nodes.
 100 class ExprAST {
 101 public:
 102   virtual ~ExprAST() {}
 103   virtual Value *Codegen() = 0;
 104 };
 105
 106 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
 107 class NumberExprAST : public ExprAST {
 108   double Val;
 109 public:
 110   NumberExprAST(double val) : Val(val) {}
 111   virtual Value *Codegen();
 112 };
 113
 114 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
 115 class VariableExprAST : public ExprAST {
 116   std::string Name;
 117 public:
 118   VariableExprAST(const std::string &name) : Name(name) {}
 119   virtual Value *Codegen();
 120 };
 121
 122 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 123 class BinaryExprAST : public ExprAST {
 124   char Op;
 125   ExprAST *LHS, *RHS;
 126 public:
 127   BinaryExprAST(char op, ExprAST *lhs, ExprAST *rhs)
 128     : Op(op), LHS(lhs), RHS(rhs) {}
 129   virtual Value *Codegen();
 130 };
 131
 132 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 133 class CallExprAST : public ExprAST {
 134   std::string Callee;
 135   std::vector<ExprAST*> Args;
 136 public:
 137   CallExprAST(const std::string &callee, std::vector<ExprAST*> &args)
 138     : Callee(callee), Args(args) {}
 139   virtual Value *Codegen();
 140 };
 141
 142 /// IfExprAST - Expression class for if/then/else.
 143 class IfExprAST : public ExprAST {
 144   ExprAST *Cond, *Then, *Else;
 145 public:
 146   IfExprAST(ExprAST *cond, ExprAST *then, ExprAST *_else)
 147   : Cond(cond), Then(then), Else(_else) {}
 148   virtual Value *Codegen();
 149 };
 150
 151 /// ForExprAST - Expression class for for/in.
 152 class ForExprAST : public ExprAST {
 153   std::string VarName;
 154   ExprAST *Start, *End, *Step, *Body;
 155 public:
 156   ForExprAST(const std::string &varname, ExprAST *start, ExprAST *end,
 157              ExprAST *step, ExprAST *body)
 158     : VarName(varname), Start(start), End(end), Step(step), Body(body) {}
 159   virtual Value *Codegen();
 160 };
 161
 162 /// PrototypeAST - This class represents the "prototype" for a function,
 163 /// which captures its name, and its argument names (thus implicitly the number
 164 /// of arguments the function takes).
 165 class PrototypeAST {
 166   std::string Name;
 167   std::vector<std::string> Args;
 168 public:
 169   PrototypeAST(const std::string &name, const std::vector<std::string> &args)
 170     : Name(name), Args(args) {}
 171
 172   Function *Codegen();
 173 };
 174
 175 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 176 class FunctionAST {
 177   PrototypeAST *Proto;
 178   ExprAST *Body;
 179 public:
 180   FunctionAST(PrototypeAST *proto, ExprAST *body)
 181     : Proto(proto), Body(body) {}
 182
 183   Function *Codegen();
 184 };
 185 } // end anonymous namespace
 186
 187 //===----------------------------------------------------------------------===//
 188 // Parser
 189 //===----------------------------------------------------------------------===//
 190
 191 /// CurTok/getNextToken - Provide a simple token buffer.  CurTok is the current
 192 /// token the parser is looking at.  getNextToken reads another token from the
 193 /// lexer and updates CurTok with its results.
 194 static int CurTok;
 195 static int getNextToken() {
 196   return CurTok = gettok();
 197 }
 198
 199 /// BinopPrecedence - This holds the precedence for each binary operator that is
 200 /// defined.
 201 static std::map<char, int> BinopPrecedence;
 202
 203 /// GetTokPrecedence - Get the precedence of the pending binary operator token.
 204 static int GetTokPrecedence() {
 205   if (!isascii(CurTok))
 206     return -1;
 207
 208   // Make sure it's a declared binop.
 209   int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
 210   if (TokPrec <= 0) return -1;
 211   return TokPrec;
 212 }
 213
 214 /// Error* - These are little helper functions for error handling.
 215 ExprAST *Error(const char *Str) { fprintf(stderr, "Error: %s\n", Str);return 0;}
 216 PrototypeAST *ErrorP(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 217 FunctionAST *ErrorF(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 218
 219 static ExprAST *ParseExpression();
 220
 221 /// identifierexpr
 222 ///   ::= identifier
 223 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
 224 static ExprAST *ParseIdentifierExpr() {
 225   std::string IdName = IdentifierStr;
 226
 227   getNextToken();  // eat identifier.
 228
 229   if (CurTok != '(') // Simple variable ref.
 230     return new VariableExprAST(IdName);
 231
 232   // Call.
 233   getNextToken();  // eat (
 234   std::vector<ExprAST*> Args;
 235   if (CurTok != ')') {
 236     while (1) {
 237       ExprAST *Arg = ParseExpression();
 238       if (!Arg) return 0;
 239       Args.push_back(Arg);
 240
 241       if (CurTok == ')') break;
 242
 243       if (CurTok != ',')
 244         return Error("Expected ')' or ',' in argument list");
 245       getNextToken();
 246     }
 247   }
 248
 249   // Eat the ')'.
 250   getNextToken();
 251
 252   return new CallExprAST(IdName, Args);
 253 }
 254
 255 /// numberexpr ::= number
 256 static ExprAST *ParseNumberExpr() {
 257   ExprAST *Result = new NumberExprAST(NumVal);
 258   getNextToken(); // consume the number
 259   return Result;
 260 }
 261
 262 /// parenexpr ::= '(' expression ')'
 263 static ExprAST *ParseParenExpr() {
 264   getNextToken();  // eat (.
 265   ExprAST *V = ParseExpression();
 266   if (!V) return 0;
 267
 268   if (CurTok != ')')
 269     return Error("expected ')'");
 270   getNextToken();  // eat ).
 271   return V;
 272 }
 273
 274 /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression
 275 static ExprAST *ParseIfExpr() {
 276   getNextToken();  // eat the if.
 277
 278   // condition.
 279   ExprAST *Cond = ParseExpression();
 280   if (!Cond) return 0;
 281
 282   if (CurTok != tok_then)
 283     return Error("expected then");
 284   getNextToken();  // eat the then
 285
 286   ExprAST *Then = ParseExpression();
 287   if (Then == 0) return 0;
 288
 289   if (CurTok != tok_else)
 290     return Error("expected else");
 291
 292   getNextToken();
 293
 294   ExprAST *Else = ParseExpression();
 295   if (!Else) return 0;
 296
 297   return new IfExprAST(Cond, Then, Else);
 298 }
 299
 300 /// forexpr ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression
 301 static ExprAST *ParseForExpr() {
 302   getNextToken();  // eat the for.
 303
 304   if (CurTok != tok_identifier)
 305     return Error("expected identifier after for");
 306
 307   std::string IdName = IdentifierStr;
 308   getNextToken();  // eat identifier.
 309
 310   if (CurTok != '=')
 311     return Error("expected '=' after for");
 312   getNextToken();  // eat '='.
 313
 314
 315   ExprAST *Start = ParseExpression();
 316   if (Start == 0) return 0;
 317   if (CurTok != ',')
 318     return Error("expected ',' after for start value");
 319   getNextToken();
 320
 321   ExprAST *End = ParseExpression();
 322   if (End == 0) return 0;
 323
 324   // The step value is optional.
 325   ExprAST *Step = 0;
 326   if (CurTok == ',') {
 327     getNextToken();
 328     Step = ParseExpression();
 329     if (Step == 0) return 0;
 330   }
 331
 332   if (CurTok != tok_in)
 333     return Error("expected 'in' after for");
 334   getNextToken();  // eat 'in'.
 335
 336   ExprAST *Body = ParseExpression();
 337   if (Body == 0) return 0;
 338
 339   return new ForExprAST(IdName, Start, End, Step, Body);
 340 }
 341
 342 /// primary
 343 ///   ::= identifierexpr
 344 ///   ::= numberexpr
 345 ///   ::= parenexpr
 346 ///   ::= ifexpr
 347 ///   ::= forexpr
 348 static ExprAST *ParsePrimary() {
 349   switch (CurTok) {
 350   default: return Error("unknown token when expecting an expression");
 351   case tok_identifier: return ParseIdentifierExpr();
 352   case tok_number:     return ParseNumberExpr();
 353   case '(':            return ParseParenExpr();
 354   case tok_if:         return ParseIfExpr();
 355   case tok_for:        return ParseForExpr();
 356   }
 357 }
 358
 359 /// binoprhs
 360 ///   ::= ('+' primary)*
 361 static ExprAST *ParseBinOpRHS(int ExprPrec, ExprAST *LHS) {
 362   // If this is a binop, find its precedence.
 363   while (1) {
 364     int TokPrec = GetTokPrecedence();
 365
 366     // If this is a binop that binds at least as tightly as the current binop,
 367     // consume it, otherwise we are done.
 368     if (TokPrec < ExprPrec)
 369       return LHS;
 370
 371     // Okay, we know this is a binop.
 372     int BinOp = CurTok;
 373     getNextToken();  // eat binop
 374
 375     // Parse the primary expression after the binary operator.
 376     ExprAST *RHS = ParsePrimary();
 377     if (!RHS) return 0;
 378
 379     // If BinOp binds less tightly with RHS than the operator after RHS, let
 380     // the pending operator take RHS as its LHS.
 381     int NextPrec = GetTokPrecedence();
 382     if (TokPrec < NextPrec) {
 383       RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec+1, RHS);
 384       if (RHS == 0) return 0;
 385     }
 386
 387     // Merge LHS/RHS.
 388     LHS = new BinaryExprAST(BinOp, LHS, RHS);
 389   }
 390 }
 391
 392 /// expression
 393 ///   ::= primary binoprhs
 394 ///
 395 static ExprAST *ParseExpression() {
 396   ExprAST *LHS = ParsePrimary();
 397   if (!LHS) return 0;
 398
 399   return ParseBinOpRHS(0, LHS);
 400 }
 401
 402 /// prototype
 403 ///   ::= id '(' id* ')'
 404 static PrototypeAST *ParsePrototype() {
 405   if (CurTok != tok_identifier)
 406     return ErrorP("Expected function name in prototype");
 407
 408   std::string FnName = IdentifierStr;
 409   getNextToken();
 410
 411   if (CurTok != '(')
 412     return ErrorP("Expected '(' in prototype");
 413
 414   std::vector<std::string> ArgNames;
 415   while (getNextToken() == tok_identifier)
 416     ArgNames.push_back(IdentifierStr);
 417   if (CurTok != ')')
 418     return ErrorP("Expected ')' in prototype");
 419
 420   // success.
 421   getNextToken();  // eat ')'.
 422
 423   return new PrototypeAST(FnName, ArgNames);
 424 }
 425
 426 /// definition ::= 'def' prototype expression
 427 static FunctionAST *ParseDefinition() {
 428   getNextToken();  // eat def.
 429   PrototypeAST *Proto = ParsePrototype();
 430   if (Proto == 0) return 0;
 431
 432   if (ExprAST *E = ParseExpression())
 433     return new FunctionAST(Proto, E);
 434   return 0;
 435 }
 436
 437 /// toplevelexpr ::= expression
 438 static FunctionAST *ParseTopLevelExpr() {
 439   if (ExprAST *E = ParseExpression()) {
 440     // Make an anonymous proto.
 441     PrototypeAST *Proto = new PrototypeAST("", std::vector<std::string>());
 442     return new FunctionAST(Proto, E);
 443   }
 444   return 0;
 445 }
 446
 447 /// external ::= 'extern' prototype
 448 static PrototypeAST *ParseExtern() {
 449   getNextToken();  // eat extern.
 450   return ParsePrototype();
 451 }
 452
 453 //===----------------------------------------------------------------------===//
 454 // Code Generation
 455 //===----------------------------------------------------------------------===//
 456
 457 static Module *TheModule;
 458 static IRBuilder<> Builder(getGlobalContext());
 459 static std::map<std::string, Value*> NamedValues;
 460 static FunctionPassManager *TheFPM;
 461
 462 Value *ErrorV(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 463
 464 Value *NumberExprAST::Codegen() {
 465   return ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(Val));
 466 }
 467
 468 Value *VariableExprAST::Codegen() {
 469   // Look this variable up in the function.
 470   Value *V = NamedValues[Name];
 471   return V ? V : ErrorV("Unknown variable name");
 472 }
 473
 474 Value *BinaryExprAST::Codegen() {
 475   Value *L = LHS->Codegen();
 476   Value *R = RHS->Codegen();
 477   if (L == 0 || R == 0) return 0;
 478
 479   switch (Op) {
 480   case '+': return Builder.CreateFAdd(L, R, "addtmp");
 481   case '-': return Builder.CreateFSub(L, R, "subtmp");
 482   case '*': return Builder.CreateFMul(L, R, "multmp");
 483   case '<':
 484     L = Builder.CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp");
 485     // Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0
 486     return Builder.CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 487                                 "booltmp");
 488   default: return ErrorV("invalid binary operator");
 489   }
 490 }
 491
 492 Value *CallExprAST::Codegen() {
 493   // Look up the name in the global module table.
 494   Function *CalleeF = TheModule->getFunction(Callee);
 495   if (CalleeF == 0)
 496     return ErrorV("Unknown function referenced");
 497
 498   // If argument mismatch error.
 499   if (CalleeF->arg_size() != Args.size())
 500     return ErrorV("Incorrect # arguments passed");
 501
 502   std::vector<Value*> ArgsV;
 503   for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
 504     ArgsV.push_back(Args[i]->Codegen());
 505     if (ArgsV.back() == 0) return 0;
 506   }
 507
 508   return Builder.CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 509 }
 510
 511 Value *IfExprAST::Codegen() {
 512   Value *CondV = Cond->Codegen();
 513   if (CondV == 0) return 0;
 514
 515   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 516   CondV = Builder.CreateFCmpONE(CondV,
 517                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 518                                 "ifcond");
 519
 520   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 521
 522   // Create blocks for the then and else cases.  Insert the 'then' block at the
 523   // end of the function.
 524   BasicBlock *ThenBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "then", TheFunction);
 525   BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "else");
 526   BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "ifcont");
 527
 528   Builder.CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB);
 529
 530   // Emit then value.
 531   Builder.SetInsertPoint(ThenBB);
 532
 533   Value *ThenV = Then->Codegen();
 534   if (ThenV == 0) return 0;
 535
 536   Builder.CreateBr(MergeBB);
 537   // Codegen of 'Then' can change the current block, update ThenBB for the PHI.
 538   ThenBB = Builder.GetInsertBlock();
 539
 540   // Emit else block.
 541   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
 542   Builder.SetInsertPoint(ElseBB);
 543
 544   Value *ElseV = Else->Codegen();
 545   if (ElseV == 0) return 0;
 546
 547   Builder.CreateBr(MergeBB);
 548   // Codegen of 'Else' can change the current block, update ElseBB for the PHI.
 549   ElseBB = Builder.GetInsertBlock();
 550
 551   // Emit merge block.
 552   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(MergeBB);
 553   Builder.SetInsertPoint(MergeBB);
 554   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2,
 555                                   "iftmp");
 556
 557   PN->addIncoming(ThenV, ThenBB);
 558   PN->addIncoming(ElseV, ElseBB);
 559   return PN;
 560 }
 561
 562 Value *ForExprAST::Codegen() {
 563   // Output this as:
 564   //   ...
 565   //   start = startexpr
 566   //   goto loop
 567   // loop:
 568   //   variable = phi [start, loopheader], [nextvariable, loopend]
 569   //   ...
 570   //   bodyexpr
 571   //   ...
 572   // loopend:
 573   //   step = stepexpr
 574   //   nextvariable = variable + step
 575   //   endcond = endexpr
 576   //   br endcond, loop, endloop
 577   // outloop:
 578
 579   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
 580   Value *StartVal = Start->Codegen();
 581   if (StartVal == 0) return 0;
 582
 583   // Make the new basic block for the loop header, inserting after current
 584   // block.
 585   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 586   BasicBlock *PreheaderBB = Builder.GetInsertBlock();
 587   BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "loop", TheFunction);
 588
 589   // Insert an explicit fall through from the current block to the LoopBB.
 590   Builder.CreateBr(LoopBB);
 591
 592   // Start insertion in LoopBB.
 593   Builder.SetInsertPoint(LoopBB);
 594
 595   // Start the PHI node with an entry for Start.
 596   PHINode *Variable = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2, VarName.c_str());
 597   Variable->addIncoming(StartVal, PreheaderBB);
 598
 599   // Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node.  If it
 600   // shadows an existing variable, we have to restore it, so save it now.
 601   Value *OldVal = NamedValues[VarName];
 602   NamedValues[VarName] = Variable;
 603
 604   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
 605   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
 606   // allow an error.
 607   if (Body->Codegen() == 0)
 608     return 0;
 609
 610   // Emit the step value.
 611   Value *StepVal;
 612   if (Step) {
 613     StepVal = Step->Codegen();
 614     if (StepVal == 0) return 0;
 615   } else {
 616     // If not specified, use 1.0.
 617     StepVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(1.0));
 618   }
 619
 620   Value *NextVar = Builder.CreateFAdd(Variable, StepVal, "nextvar");
 621
 622   // Compute the end condition.
 623   Value *EndCond = End->Codegen();
 624   if (EndCond == 0) return EndCond;
 625
 626   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 627   EndCond = Builder.CreateFCmpONE(EndCond,
 628                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 629                                   "loopcond");
 630
 631   // Create the "after loop" block and insert it.
 632   BasicBlock *LoopEndBB = Builder.GetInsertBlock();
 633   BasicBlock *AfterBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "afterloop", TheFunction);
 634
 635   // Insert the conditional branch into the end of LoopEndBB.
 636   Builder.CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);
 637
 638   // Any new code will be inserted in AfterBB.
 639   Builder.SetInsertPoint(AfterBB);
 640
 641   // Add a new entry to the PHI node for the backedge.
 642   Variable->addIncoming(NextVar, LoopEndBB);
 643
 644   // Restore the unshadowed variable.
 645   if (OldVal)
 646     NamedValues[VarName] = OldVal;
 647   else
 648     NamedValues.erase(VarName);
 649
 650
 651   // for expr always returns 0.0.
 652   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 653 }
 654
 655 Function *PrototypeAST::Codegen() {
 656   // Make the function type:  double(double,double) etc.
 657   std::vector<Type*> Doubles(Args.size(),
 658                              Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 659   FunctionType *FT = FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 660                                        Doubles, false);
 661
 662   Function *F = Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, Name, TheModule);
 663
 664   // If F conflicted, there was already something named 'Name'.  If it has a
 665   // body, don't allow redefinition or reextern.
 666   if (F->getName() != Name) {
 667     // Delete the one we just made and get the existing one.
 668     F->eraseFromParent();
 669     F = TheModule->getFunction(Name);
 670
 671     // If F already has a body, reject this.
 672     if (!F->empty()) {
 673       ErrorF("redefinition of function");
 674       return 0;
 675     }
 676
 677     // If F took a different number of args, reject.
 678     if (F->arg_size() != Args.size()) {
 679       ErrorF("redefinition of function with different # args");
 680       return 0;
 681     }
 682   }
 683
 684   // Set names for all arguments.
 685   unsigned Idx = 0;
 686   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
 687        ++AI, ++Idx) {
 688     AI->setName(Args[Idx]);
 689
 690     // Add arguments to variable symbol table.
 691     NamedValues[Args[Idx]] = AI;
 692   }
 693
 694   return F;
 695 }
 696
 697 Function *FunctionAST::Codegen() {
 698   NamedValues.clear();
 699
 700   Function *TheFunction = Proto->Codegen();
 701   if (TheFunction == 0)
 702     return 0;
 703
 704   // Create a new basic block to start insertion into.
 705   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
 706   Builder.SetInsertPoint(BB);
 707
 708   if (Value *RetVal = Body->Codegen()) {
 709     // Finish off the function.
 710     Builder.CreateRet(RetVal);
 711
 712     // Validate the generated code, checking for consistency.
 713     verifyFunction(*TheFunction);
 714
 715     // Optimize the function.
 716     TheFPM->run(*TheFunction);
 717
 718     return TheFunction;
 719   }
 720
 721   // Error reading body, remove function.
 722   TheFunction->eraseFromParent();
 723   return 0;
 724 }
 725
 726 //===----------------------------------------------------------------------===//
 727 // Top-Level parsing and JIT Driver
 728 //===----------------------------------------------------------------------===//
 729
 730 static ExecutionEngine *TheExecutionEngine;
 731
 732 static void HandleDefinition() {
 733   if (FunctionAST *F = ParseDefinition()) {
 734     if (Function *LF = F->Codegen()) {
 735       fprintf(stderr, "Read function definition:");
 736       LF->dump();
 737     }
 738   } else {
 739     // Skip token for error recovery.
 740     getNextToken();
 741   }
 742 }
 743
 744 static void HandleExtern() {
 745   if (PrototypeAST *P = ParseExtern()) {
 746     if (Function *F = P->Codegen()) {
 747       fprintf(stderr, "Read extern: ");
 748       F->dump();
 749     }
 750   } else {
 751     // Skip token for error recovery.
 752     getNextToken();
 753   }
 754 }
 755
 756 static void HandleTopLevelExpression() {
 757   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
 758   if (FunctionAST *F = ParseTopLevelExpr()) {
 759     if (Function *LF = F->Codegen()) {
 760       // JIT the function, returning a function pointer.
 761       void *FPtr = TheExecutionEngine->getPointerToFunction(LF);
 762
 763       // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
 764       // can call it as a native function.
 765       double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)FPtr;
 766       fprintf(stderr, "Evaluated to %f\n", FP());
 767     }
 768   } else {
 769     // Skip token for error recovery.
 770     getNextToken();
 771   }
 772 }
 773
 774 /// top ::= definition | external | expression | ';'
 775 static void MainLoop() {
 776   while (1) {
 777     fprintf(stderr, "ready> ");
 778     switch (CurTok) {
 779     case tok_eof:    return;
 780     case ';':        getNextToken(); break;  // ignore top-level semicolons.
 781     case tok_def:    HandleDefinition(); break;
 782     case tok_extern: HandleExtern(); break;
 783     default:         HandleTopLevelExpression(); break;
 784     }
 785   }
 786 }
 787
 788 //===----------------------------------------------------------------------===//
 789 // "Library" functions that can be "extern'd" from user code.
 790 //===----------------------------------------------------------------------===//
 791
 792 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
 793 extern "C"
 794 double putchard(double X) {
 795   putchar((char)X);
 796   return 0;
 797 }
 798
 799 //===----------------------------------------------------------------------===//
 800 // Main driver code.
 801 //===----------------------------------------------------------------------===//
 802
 803 int main() {
 804   InitializeNativeTarget();
 805   LLVMContext &Context = getGlobalContext();
 806
 807   // Install standard binary operators.
 808   // 1 is lowest precedence.
 809   BinopPrecedence['<'] = 10;
 810   BinopPrecedence['+'] = 20;
 811   BinopPrecedence['-'] = 20;
 812   BinopPrecedence['*'] = 40;  // highest.
 813
 814   // Prime the first token.
 815   fprintf(stderr, "ready> ");
 816   getNextToken();
 817
 818   // Make the module, which holds all the code.
 819   std::unique_ptr<Module> Owner = make_unique<Module>("my cool jit", Context);
 820   TheModule = Owner.get();
 821
 822   // Create the JIT.  This takes ownership of the module.
 823   std::string ErrStr;
 824   TheExecutionEngine =
 825       EngineBuilder(std::move(Owner)).setErrorStr(&ErrStr).create();
 826   if (!TheExecutionEngine) {
 827     fprintf(stderr, "Could not create ExecutionEngine: %s\n", ErrStr.c_str());
 828     exit(1);
 829   }
 830
 831   FunctionPassManager OurFPM(TheModule);
 832
 833   // Set up the optimizer pipeline.  Start with registering info about how the
 834   // target lays out data structures.
 835   TheModule->setDataLayout(TheExecutionEngine->getDataLayout());
 836   OurFPM.add(new DataLayoutPass());
 837   // Provide basic AliasAnalysis support for GVN.
 838   OurFPM.add(createBasicAliasAnalysisPass());
 839   // Do simple "peephole" optimizations and bit-twiddling optzns.
 840   OurFPM.add(createInstructionCombiningPass());
 841   // Reassociate expressions.
 842   OurFPM.add(createReassociatePass());
 843   // Eliminate Common SubExpressions.
 844   OurFPM.add(createGVNPass());
 845   // Simplify the control flow graph (deleting unreachable blocks, etc).
 846   OurFPM.add(createCFGSimplificationPass());
 847
 848   OurFPM.doInitialization();
 849
 850   // Set the global so the code gen can use this.
 851   TheFPM = &OurFPM;
 852
 853   // Run the main "interpreter loop" now.
 854   MainLoop();
 855
 856   TheFPM = 0;
 857
 858   // Print out all of the generated code.
 859   TheModule->dump();
 860
 861   return 0;
 862 }