Update for llvm API change.
[oota-llvm.git] / examples / Kaleidoscope / Chapter8 / toy.cpp
index ed2d9b427ff11181e07a03991197a071350e3a07..7eaf16caa075cebda98b01bba86b03c241c0ec3d 100644 (file)
@@ -1,27 +1,23 @@
 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
-#include "llvm/ADT/Triple.h"
+#include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
-#include "llvm/ExecutionEngine/ExecutionEngine.h"
-#include "llvm/ExecutionEngine/MCJIT.h"
-#include "llvm/ExecutionEngine/SectionMemoryManager.h"
 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
-#include "llvm/IR/DataLayout.h"
-#include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
 #include "llvm/IR/LegacyPassManager.h"
 #include "llvm/IR/Module.h"
 #include "llvm/IR/Verifier.h"
-#include "llvm/Support/Host.h"
 #include "llvm/Support/TargetSelect.h"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
 #include <cctype>
 #include <cstdio>
-#include <iostream>
 #include <map>
 #include <string>
 #include <vector>
+#include "../include/KaleidoscopeJIT.h"
+
 using namespace llvm;
+using namespace llvm::orc;
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Lexer
@@ -96,20 +92,17 @@ struct DebugInfo {
   DICompileUnit *TheCU;
   DIType *DblTy;
   std::vector<DIScope *> LexicalBlocks;
-  std::map<const PrototypeAST *, DIScope *> FnScopeMap;
 
   void emitLocation(ExprAST *AST);
   DIType *getDoubleTy();
 } KSDbgInfo;
 
-static std::string IdentifierStr; // Filled in if tok_identifier
-static double NumVal;             // Filled in if tok_number
 struct SourceLocation {
   int Line;
   int Col;
 };
 static SourceLocation CurLoc;
-static SourceLocation LexLoc = { 1, 0 };
+static SourceLocation LexLoc = {1, 0};
 
 static int advance() {
   int LastChar = getchar();
@@ -122,6 +115,9 @@ static int advance() {
   return LastChar;
 }
 
+static std::string IdentifierStr; // Filled in if tok_identifier
+static double NumVal;             // Filled in if tok_number
+
 /// gettok - Return the next token from standard input.
 static int gettok() {
   static int LastChar = ' ';
@@ -167,7 +163,7 @@ static int gettok() {
       LastChar = advance();
     } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.');
 
-    NumVal = strtod(NumStr.c_str(), 0);
+    NumVal = strtod(NumStr.c_str(), nullptr);
     return tok_number;
   }
 
@@ -196,125 +192,135 @@ static int gettok() {
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 namespace {
 
-std::ostream &indent(std::ostream &O, int size) {
+raw_ostream &indent(raw_ostream &O, int size) {
   return O << std::string(size, ' ');
 }
 
 /// ExprAST - Base class for all expression nodes.
 class ExprAST {
   SourceLocation Loc;
+
 public:
+  ExprAST(SourceLocation Loc = CurLoc) : Loc(Loc) {}
+  virtual ~ExprAST() {}
+  virtual Value *codegen() = 0;
   int getLine() const { return Loc.Line; }
   int getCol() const { return Loc.Col; }
-  ExprAST(SourceLocation Loc = CurLoc) : Loc(Loc) {}
-  virtual std::ostream &dump(std::ostream &out, int ind) {
+  virtual raw_ostream &dump(raw_ostream &out, int ind) {
     return out << ':' << getLine() << ':' << getCol() << '\n';
   }
-  virtual ~ExprAST() {}
-  virtual Value *Codegen() = 0;
 };
 
 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
 class NumberExprAST : public ExprAST {
   double Val;
+
 public:
   NumberExprAST(double Val) : Val(Val) {}
-  std::ostream &dump(std::ostream &out, int ind) override {
+  raw_ostream &dump(raw_ostream &out, int ind) override {
     return ExprAST::dump(out << Val, ind);
   }
-  Value *Codegen() override;
+  Value *codegen() override;
 };
 
 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
 class VariableExprAST : public ExprAST {
   std::string Name;
+
 public:
   VariableExprAST(SourceLocation Loc, const std::string &Name)
       : ExprAST(Loc), Name(Name) {}
   const std::string &getName() const { return Name; }
-  std::ostream &dump(std::ostream &out, int ind) override {
+  Value *codegen() override;
+  raw_ostream &dump(raw_ostream &out, int ind) override {
     return ExprAST::dump(out << Name, ind);
   }
-  Value *Codegen() override;
 };
 
 /// UnaryExprAST - Expression class for a unary operator.
 class UnaryExprAST : public ExprAST {
   char Opcode;
   std::unique_ptr<ExprAST> Operand;
+
 public:
   UnaryExprAST(char Opcode, std::unique_ptr<ExprAST> Operand)
       : Opcode(Opcode), Operand(std::move(Operand)) {}
-  std::ostream &dump(std::ostream &out, int ind) override {
+  Value *codegen() override;
+  raw_ostream &dump(raw_ostream &out, int ind) override {
     ExprAST::dump(out << "unary" << Opcode, ind);
     Operand->dump(out, ind + 1);
     return out;
   }
-  Value *Codegen() override;
 };
 
 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 class BinaryExprAST : public ExprAST {
   char Op;
   std::unique_ptr<ExprAST> LHS, RHS;
+
 public:
   BinaryExprAST(SourceLocation Loc, char Op, std::unique_ptr<ExprAST> LHS,
                 std::unique_ptr<ExprAST> RHS)
       : ExprAST(Loc), Op(Op), LHS(std::move(LHS)), RHS(std::move(RHS)) {}
-  std::ostream &dump(std::ostream &out, int ind) override {
+  Value *codegen() override;
+  raw_ostream &dump(raw_ostream &out, int ind) override {
     ExprAST::dump(out << "binary" << Op, ind);
     LHS->dump(indent(out, ind) << "LHS:", ind + 1);
     RHS->dump(indent(out, ind) << "RHS:", ind + 1);
     return out;
   }
-  Value *Codegen() override;
 };
 
 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 class CallExprAST : public ExprAST {
   std::string Callee;
   std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
+
 public:
   CallExprAST(SourceLocation Loc, const std::string &Callee,
               std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args)
       : ExprAST(Loc), Callee(Callee), Args(std::move(Args)) {}
-  std::ostream &dump(std::ostream &out, int ind) override {
+  Value *codegen() override;
+  raw_ostream &dump(raw_ostream &out, int ind) override {
     ExprAST::dump(out << "call " << Callee, ind);
     for (const auto &Arg : Args)
       Arg->dump(indent(out, ind + 1), ind + 1);
     return out;
   }
-  Value *Codegen() override;
 };
 
 /// IfExprAST - Expression class for if/then/else.
 class IfExprAST : public ExprAST {
   std::unique_ptr<ExprAST> Cond, Then, Else;
+
 public:
   IfExprAST(SourceLocation Loc, std::unique_ptr<ExprAST> Cond,
             std::unique_ptr<ExprAST> Then, std::unique_ptr<ExprAST> Else)
-    : ExprAST(Loc), Cond(std::move(Cond)), Then(std::move(Then)), Else(std::move(Else)) {}
-  std::ostream &dump(std::ostream &out, int ind) override {
+      : ExprAST(Loc), Cond(std::move(Cond)), Then(std::move(Then)),
+        Else(std::move(Else)) {}
+  Value *codegen() override;
+  raw_ostream &dump(raw_ostream &out, int ind) override {
     ExprAST::dump(out << "if", ind);
     Cond->dump(indent(out, ind) << "Cond:", ind + 1);
     Then->dump(indent(out, ind) << "Then:", ind + 1);
     Else->dump(indent(out, ind) << "Else:", ind + 1);
     return out;
   }
-  Value *Codegen() override;
 };
 
 /// ForExprAST - Expression class for for/in.
 class ForExprAST : public ExprAST {
   std::string VarName;
   std::unique_ptr<ExprAST> Start, End, Step, Body;
+
 public:
   ForExprAST(const std::string &VarName, std::unique_ptr<ExprAST> Start,
              std::unique_ptr<ExprAST> End, std::unique_ptr<ExprAST> Step,
              std::unique_ptr<ExprAST> Body)
       : VarName(VarName), Start(std::move(Start)), End(std::move(End)),
         Step(std::move(Step)), Body(std::move(Body)) {}
-  std::ostream &dump(std::ostream &out, int ind) override {
+  Value *codegen() override;
+  raw_ostream &dump(raw_ostream &out, int ind) override {
     ExprAST::dump(out << "for", ind);
     Start->dump(indent(out, ind) << "Cond:", ind + 1);
     End->dump(indent(out, ind) << "End:", ind + 1);
@@ -322,41 +328,46 @@ public:
     Body->dump(indent(out, ind) << "Body:", ind + 1);
     return out;
   }
-  Value *Codegen() override;
 };
 
 /// VarExprAST - Expression class for var/in
 class VarExprAST : public ExprAST {
   std::vector<std::pair<std::string, std::unique_ptr<ExprAST>>> VarNames;
   std::unique_ptr<ExprAST> Body;
+
 public:
-  VarExprAST(std::vector<std::pair<std::string, std::unique_ptr<ExprAST>>> VarNames,
-             std::unique_ptr<ExprAST> Body)
+  VarExprAST(
+      std::vector<std::pair<std::string, std::unique_ptr<ExprAST>>> VarNames,
+      std::unique_ptr<ExprAST> Body)
       : VarNames(std::move(VarNames)), Body(std::move(Body)) {}
-  std::ostream &dump(std::ostream &out, int ind) override {
+  Value *codegen() override;
+  raw_ostream &dump(raw_ostream &out, int ind) override {
     ExprAST::dump(out << "var", ind);
     for (const auto &NamedVar : VarNames)
       NamedVar.second->dump(indent(out, ind) << NamedVar.first << ':', ind + 1);
     Body->dump(indent(out, ind) << "Body:", ind + 1);
     return out;
   }
-  Value *Codegen() override;
 };
 
 /// PrototypeAST - This class represents the "prototype" for a function,
-/// which captures its argument names as well as if it is an operator.
+/// which captures its name, and its argument names (thus implicitly the number
+/// of arguments the function takes), as well as if it is an operator.
 class PrototypeAST {
   std::string Name;
   std::vector<std::string> Args;
   bool IsOperator;
   unsigned Precedence; // Precedence if a binary op.
   int Line;
+
 public:
   PrototypeAST(SourceLocation Loc, const std::string &Name,
                std::vector<std::string> Args, bool IsOperator = false,
                unsigned Prec = 0)
-    : Name(Name), Args(std::move(Args)), IsOperator(IsOperator),
-      Precedence(Prec), Line(Loc.Line) {}
+      : Name(Name), Args(std::move(Args)), IsOperator(IsOperator),
+        Precedence(Prec), Line(Loc.Line) {}
+  Function *codegen();
+  const std::string &getName() const { return Name; }
 
   bool isUnaryOp() const { return IsOperator && Args.size() == 1; }
   bool isBinaryOp() const { return IsOperator && Args.size() == 2; }
@@ -367,30 +378,25 @@ public:
   }
 
   unsigned getBinaryPrecedence() const { return Precedence; }
-
-  Function *Codegen();
-
-  void CreateArgumentAllocas(Function *F);
-  const std::vector<std::string> &getArgs() const { return Args; }
+  int getLine() const { return Line; }
 };
 
 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 class FunctionAST {
   std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto;
   std::unique_ptr<ExprAST> Body;
+
 public:
   FunctionAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto,
               std::unique_ptr<ExprAST> Body)
       : Proto(std::move(Proto)), Body(std::move(Body)) {}
-
-  std::ostream &dump(std::ostream &out, int ind) {
+  Function *codegen();
+  raw_ostream &dump(raw_ostream &out, int ind) {
     indent(out, ind) << "FunctionAST\n";
     ++ind;
     indent(out, ind) << "Body:";
     return Body ? Body->dump(out, ind) : out << "null\n";
   }
-
-  Function *Codegen();
 };
 } // end anonymous namespace
 
@@ -425,21 +431,38 @@ std::unique_ptr<ExprAST> Error(const char *Str) {
   fprintf(stderr, "Error: %s\n", Str);
   return nullptr;
 }
+
 std::unique_ptr<PrototypeAST> ErrorP(const char *Str) {
   Error(Str);
   return nullptr;
 }
-std::unique_ptr<FunctionAST> ErrorF(const char *Str) {
-  Error(Str);
-  return nullptr;
-}
 
 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression();
 
+/// numberexpr ::= number
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParseNumberExpr() {
+  auto Result = llvm::make_unique<NumberExprAST>(NumVal);
+  getNextToken(); // consume the number
+  return std::move(Result);
+}
+
+/// parenexpr ::= '(' expression ')'
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParseParenExpr() {
+  getNextToken(); // eat (.
+  auto V = ParseExpression();
+  if (!V)
+    return nullptr;
+
+  if (CurTok != ')')
+    return Error("expected ')'");
+  getNextToken(); // eat ).
+  return V;
+}
+
 /// identifierexpr
 ///   ::= identifier
 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
-  static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIdentifierExpr() {
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIdentifierExpr() {
   std::string IdName = IdentifierStr;
 
   SourceLocation LitLoc = CurLoc;
@@ -454,10 +477,10 @@ static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression();
   std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
   if (CurTok != ')') {
     while (1) {
-      auto Arg = ParseExpression();
-      if (!Arg)
+      if (auto Arg = ParseExpression())
+        Args.push_back(std::move(Arg));
+      else
         return nullptr;
-      Args.push_back(std::move(Arg));
 
       if (CurTok == ')')
         break;
@@ -474,26 +497,6 @@ static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression();
   return llvm::make_unique<CallExprAST>(LitLoc, IdName, std::move(Args));
 }
 
-/// numberexpr ::= number
-static std::unique_ptr<ExprAST> ParseNumberExpr() {
-  auto Result = llvm::make_unique<NumberExprAST>(NumVal);
-  getNextToken(); // consume the number
-  return std::move(Result);
-}
-
-/// parenexpr ::= '(' expression ')'
-static std::unique_ptr<ExprAST> ParseParenExpr() {
-  getNextToken(); // eat (.
-  auto V = ParseExpression();
-  if (!V)
-    return nullptr;
-
-  if (CurTok != ')')
-    return Error("expected ')'");
-  getNextToken(); // eat ).
-  return V;
-}
-
 /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression
 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIfExpr() {
   SourceLocation IfLoc = CurLoc;
@@ -664,7 +667,8 @@ static std::unique_ptr<ExprAST> ParseUnary() {
 
 /// binoprhs
 ///   ::= ('+' unary)*
-static std::unique_ptr<ExprAST> ParseBinOpRHS(int ExprPrec, std::unique_ptr<ExprAST> LHS) {
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParseBinOpRHS(int ExprPrec,
+                                              std::unique_ptr<ExprAST> LHS) {
   // If this is a binop, find its precedence.
   while (1) {
     int TokPrec = GetTokPrecedence();
@@ -795,8 +799,8 @@ static std::unique_ptr<FunctionAST> ParseTopLevelExpr() {
   SourceLocation FnLoc = CurLoc;
   if (auto E = ParseExpression()) {
     // Make an anonymous proto.
-    auto Proto =
-      llvm::make_unique<PrototypeAST>(FnLoc, "main", std::vector<std::string>());
+    auto Proto = llvm::make_unique<PrototypeAST>(FnLoc, "__anon_expr",
+                                                 std::vector<std::string>());
     return llvm::make_unique<FunctionAST>(std::move(Proto), std::move(E));
   }
   return nullptr;
@@ -812,7 +816,7 @@ static std::unique_ptr<PrototypeAST> ParseExtern() {
 // Debug Info Support
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-static DIBuilder *DBuilder;
+static std::unique_ptr<DIBuilder> DBuilder;
 
 DIType *DebugInfo::getDoubleTy() {
   if (DblTy)
@@ -844,39 +848,54 @@ static DISubroutineType *CreateFunctionType(unsigned NumArgs, DIFile *Unit) {
   for (unsigned i = 0, e = NumArgs; i != e; ++i)
     EltTys.push_back(DblTy);
 
-  return DBuilder->createSubroutineType(Unit,
-                                        DBuilder->getOrCreateTypeArray(EltTys));
+  return DBuilder->createSubroutineType(DBuilder->getOrCreateTypeArray(EltTys));
 }
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Code Generation
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-static Module *TheModule;
+static std::unique_ptr<Module> TheModule;
 static std::map<std::string, AllocaInst *> NamedValues;
-static legacy::FunctionPassManager *TheFPM;
+static std::unique_ptr<KaleidoscopeJIT> TheJIT;
+static std::map<std::string, std::unique_ptr<PrototypeAST>> FunctionProtos;
 
 Value *ErrorV(const char *Str) {
   Error(Str);
   return nullptr;
 }
 
+Function *getFunction(std::string Name) {
+  // First, see if the function has already been added to the current module.
+  if (auto *F = TheModule->getFunction(Name))
+    return F;
+
+  // If not, check whether we can codegen the declaration from some existing
+  // prototype.
+  auto FI = FunctionProtos.find(Name);
+  if (FI != FunctionProtos.end())
+    return FI->second->codegen();
+
+  // If no existing prototype exists, return null.
+  return nullptr;
+}
+
 /// CreateEntryBlockAlloca - Create an alloca instruction in the entry block of
 /// the function.  This is used for mutable variables etc.
 static AllocaInst *CreateEntryBlockAlloca(Function *TheFunction,
                                           const std::string &VarName) {
   IRBuilder<> TmpB(&TheFunction->getEntryBlock(),
                    TheFunction->getEntryBlock().begin());
-  return TmpB.CreateAlloca(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 0,
+  return TmpB.CreateAlloca(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), nullptr,
                            VarName.c_str());
 }
 
-Value *NumberExprAST::Codegen() {
+Value *NumberExprAST::codegen() {
   KSDbgInfo.emitLocation(this);
   return ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(Val));
 }
 
-Value *VariableExprAST::Codegen() {
+Value *VariableExprAST::codegen() {
   // Look this variable up in the function.
   Value *V = NamedValues[Name];
   if (!V)
@@ -887,12 +906,12 @@ Value *VariableExprAST::Codegen() {
   return Builder.CreateLoad(V, Name.c_str());
 }
 
-Value *UnaryExprAST::Codegen() {
-  Value *OperandV = Operand->Codegen();
+Value *UnaryExprAST::codegen() {
+  Value *OperandV = Operand->codegen();
   if (!OperandV)
     return nullptr;
 
-  Function *F = TheModule->getFunction(std::string("unary") + Opcode);
+  Function *F = getFunction(std::string("unary") + Opcode);
   if (!F)
     return ErrorV("Unknown unary operator");
 
@@ -900,7 +919,7 @@ Value *UnaryExprAST::Codegen() {
   return Builder.CreateCall(F, OperandV, "unop");
 }
 
-Value *BinaryExprAST::Codegen() {
+Value *BinaryExprAST::codegen() {
   KSDbgInfo.emitLocation(this);
 
   // Special case '=' because we don't want to emit the LHS as an expression.
@@ -909,11 +928,11 @@ Value *BinaryExprAST::Codegen() {
     // This assume we're building without RTTI because LLVM builds that way by
     // default.  If you build LLVM with RTTI this can be changed to a
     // dynamic_cast for automatic error checking.
-    VariableExprAST *LHSE = static_cast<VariableExprAST*>(LHS.get());
+    VariableExprAST *LHSE = static_cast<VariableExprAST *>(LHS.get());
     if (!LHSE)
       return ErrorV("destination of '=' must be a variable");
     // Codegen the RHS.
-    Value *Val = RHS->Codegen();
+    Value *Val = RHS->codegen();
     if (!Val)
       return nullptr;
 
@@ -926,8 +945,8 @@ Value *BinaryExprAST::Codegen() {
     return Val;
   }
 
-  Value *L = LHS->Codegen();
-  Value *R = RHS->Codegen();
+  Value *L = LHS->codegen();
+  Value *R = RHS->codegen();
   if (!L || !R)
     return nullptr;
 
@@ -949,18 +968,18 @@ Value *BinaryExprAST::Codegen() {
 
   // If it wasn't a builtin binary operator, it must be a user defined one. Emit
   // a call to it.
-  Function *F = TheModule->getFunction(std::string("binary") + Op);
+  Function *F = getFunction(std::string("binary") + Op);
   assert(F && "binary operator not found!");
 
-  Value *Ops[] = { L, R };
+  Value *Ops[] = {L, R};
   return Builder.CreateCall(F, Ops, "binop");
 }
 
-Value *CallExprAST::Codegen() {
+Value *CallExprAST::codegen() {
   KSDbgInfo.emitLocation(this);
 
   // Look up the name in the global module table.
-  Function *CalleeF = TheModule->getFunction(Callee);
+  Function *CalleeF = getFunction(Callee);
   if (!CalleeF)
     return ErrorV("Unknown function referenced");
 
@@ -970,7 +989,7 @@ Value *CallExprAST::Codegen() {
 
   std::vector<Value *> ArgsV;
   for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
-    ArgsV.push_back(Args[i]->Codegen());
+    ArgsV.push_back(Args[i]->codegen());
     if (!ArgsV.back())
       return nullptr;
   }
@@ -978,10 +997,10 @@ Value *CallExprAST::Codegen() {
   return Builder.CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 }
 
-Value *IfExprAST::Codegen() {
+Value *IfExprAST::codegen() {
   KSDbgInfo.emitLocation(this);
 
-  Value *CondV = Cond->Codegen();
+  Value *CondV = Cond->codegen();
   if (!CondV)
     return nullptr;
 
@@ -1003,7 +1022,7 @@ Value *IfExprAST::Codegen() {
   // Emit then value.
   Builder.SetInsertPoint(ThenBB);
 
-  Value *ThenV = Then->Codegen();
+  Value *ThenV = Then->codegen();
   if (!ThenV)
     return nullptr;
 
@@ -1015,7 +1034,7 @@ Value *IfExprAST::Codegen() {
   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
   Builder.SetInsertPoint(ElseBB);
 
-  Value *ElseV = Else->Codegen();
+  Value *ElseV = Else->codegen();
   if (!ElseV)
     return nullptr;
 
@@ -1034,27 +1053,26 @@ Value *IfExprAST::Codegen() {
   return PN;
 }
 
-Value *ForExprAST::Codegen() {
-  // Output this as:
-  //   var = alloca double
-  //   ...
-  //   start = startexpr
-  //   store start -> var
-  //   goto loop
-  // loop:
-  //   ...
-  //   bodyexpr
-  //   ...
-  // loopend:
-  //   step = stepexpr
-  //   endcond = endexpr
-  //
-  //   curvar = load var
-  //   nextvar = curvar + step
-  //   store nextvar -> var
-  //   br endcond, loop, endloop
-  // outloop:
-
+// Output for-loop as:
+//   var = alloca double
+//   ...
+//   start = startexpr
+//   store start -> var
+//   goto loop
+// loop:
+//   ...
+//   bodyexpr
+//   ...
+// loopend:
+//   step = stepexpr
+//   endcond = endexpr
+//
+//   curvar = load var
+//   nextvar = curvar + step
+//   store nextvar -> var
+//   br endcond, loop, endloop
+// outloop:
+Value *ForExprAST::codegen() {
   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 
   // Create an alloca for the variable in the entry block.
@@ -1063,7 +1081,7 @@ Value *ForExprAST::Codegen() {
   KSDbgInfo.emitLocation(this);
 
   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
-  Value *StartVal = Start->Codegen();
+  Value *StartVal = Start->codegen();
   if (!StartVal)
     return nullptr;
 
@@ -1089,13 +1107,13 @@ Value *ForExprAST::Codegen() {
   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
   // allow an error.
-  if (!Body->Codegen())
+  if (!Body->codegen())
     return nullptr;
 
   // Emit the step value.
-  Value *StepVal;
+  Value *StepVal = nullptr;
   if (Step) {
-    StepVal = Step->Codegen();
+    StepVal = Step->codegen();
     if (!StepVal)
       return nullptr;
   } else {
@@ -1104,9 +1122,9 @@ Value *ForExprAST::Codegen() {
   }
 
   // Compute the end condition.
-  Value *EndCond = End->Codegen();
+  Value *EndCond = End->codegen();
   if (!EndCond)
-    return EndCond;
+    return nullptr;
 
   // Reload, increment, and restore the alloca.  This handles the case where
   // the body of the loop mutates the variable.
@@ -1138,7 +1156,7 @@ Value *ForExprAST::Codegen() {
   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 }
 
-Value *VarExprAST::Codegen() {
+Value *VarExprAST::codegen() {
   std::vector<AllocaInst *> OldBindings;
 
   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
@@ -1155,7 +1173,7 @@ Value *VarExprAST::Codegen() {
     //    var a = a in ...   # refers to outer 'a'.
     Value *InitVal;
     if (Init) {
-      InitVal = Init->Codegen();
+      InitVal = Init->codegen();
       if (!InitVal)
         return nullptr;
     } else { // If not specified, use 0.0.
@@ -1176,7 +1194,7 @@ Value *VarExprAST::Codegen() {
   KSDbgInfo.emitLocation(this);
 
   // Codegen the body, now that all vars are in scope.
-  Value *BodyVal = Body->Codegen();
+  Value *BodyVal = Body->codegen();
   if (!BodyVal)
     return nullptr;
 
@@ -1188,7 +1206,7 @@ Value *VarExprAST::Codegen() {
   return BodyVal;
 }
 
-Function *PrototypeAST::Codegen() {
+Function *PrototypeAST::codegen() {
   // Make the function type:  double(double,double) etc.
   std::vector<Type *> Doubles(Args.size(),
                               Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
@@ -1196,105 +1214,79 @@ Function *PrototypeAST::Codegen() {
       FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), Doubles, false);
 
   Function *F =
-      Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, Name, TheModule);
-
-  // If F conflicted, there was already something named 'Name'.  If it has a
-  // body, don't allow redefinition or reextern.
-  if (F->getName() != Name) {
-    // Delete the one we just made and get the existing one.
-    F->eraseFromParent();
-    F = TheModule->getFunction(Name);
-
-    // If F already has a body, reject this.
-    if (!F->empty()) {
-      ErrorF("redefinition of function");
-      return nullptr;
-    }
-
-    // If F took a different number of args, reject.
-    if (F->arg_size() != Args.size()) {
-      ErrorF("redefinition of function with different # args");
-      return nullptr;
-    }
-  }
+      Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, Name, TheModule.get());
 
   // Set names for all arguments.
   unsigned Idx = 0;
-  for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
-       ++AI, ++Idx)
-    AI->setName(Args[Idx]);
+  for (auto &Arg : F->args())
+    Arg.setName(Args[Idx++]);
+
+  return F;
+}
+
+Function *FunctionAST::codegen() {
+  // Transfer ownership of the prototype to the FunctionProtos map, but keep a
+  // reference to it for use below.
+  auto &P = *Proto;
+  FunctionProtos[Proto->getName()] = std::move(Proto);
+  Function *TheFunction = getFunction(P.getName());
+  if (!TheFunction)
+    return nullptr;
+
+  // If this is an operator, install it.
+  if (P.isBinaryOp())
+    BinopPrecedence[P.getOperatorName()] = P.getBinaryPrecedence();
+
+  // Create a new basic block to start insertion into.
+  BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
+  Builder.SetInsertPoint(BB);
 
   // Create a subprogram DIE for this function.
   DIFile *Unit = DBuilder->createFile(KSDbgInfo.TheCU->getFilename(),
                                       KSDbgInfo.TheCU->getDirectory());
   DIScope *FContext = Unit;
-  unsigned LineNo = Line;
-  unsigned ScopeLine = Line;
+  unsigned LineNo = P.getLine();
+  unsigned ScopeLine = LineNo;
   DISubprogram *SP = DBuilder->createFunction(
-      FContext, Name, StringRef(), Unit, LineNo,
-      CreateFunctionType(Args.size(), Unit), false /* internal linkage */,
-      true /* definition */, ScopeLine, DINode::FlagPrototyped, false, F);
+      FContext, P.getName(), StringRef(), Unit, LineNo,
+      CreateFunctionType(TheFunction->arg_size(), Unit),
+      false /* internal linkage */, true /* definition */, ScopeLine,
+      DINode::FlagPrototyped, false, TheFunction);
 
-  KSDbgInfo.FnScopeMap[this] = SP;
-  return F;
-}
+  // Push the current scope.
+  KSDbgInfo.LexicalBlocks.push_back(SP);
 
-/// CreateArgumentAllocas - Create an alloca for each argument and register the
-/// argument in the symbol table so that references to it will succeed.
-void PrototypeAST::CreateArgumentAllocas(Function *F) {
-  Function::arg_iterator AI = F->arg_begin();
-  for (unsigned Idx = 0, e = Args.size(); Idx != e; ++Idx, ++AI) {
+  // Unset the location for the prologue emission (leading instructions with no
+  // location in a function are considered part of the prologue and the debugger
+  // will run past them when breaking on a function)
+  KSDbgInfo.emitLocation(nullptr);
+
+  // Record the function arguments in the NamedValues map.
+  NamedValues.clear();
+  unsigned ArgIdx = 0;
+  for (auto &Arg : TheFunction->args()) {
     // Create an alloca for this variable.
-    AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(F, Args[Idx]);
+    AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, Arg.getName());
 
     // Create a debug descriptor for the variable.
-    DIScope *Scope = KSDbgInfo.LexicalBlocks.back();
-    DIFile *Unit = DBuilder->createFile(KSDbgInfo.TheCU->getFilename(),
-                                        KSDbgInfo.TheCU->getDirectory());
     DILocalVariable *D = DBuilder->createParameterVariable(
-        Scope, Args[Idx], Idx + 1, Unit, Line, KSDbgInfo.getDoubleTy(), true);
+        SP, Arg.getName(), ++ArgIdx, Unit, LineNo, KSDbgInfo.getDoubleTy(),
+        true);
 
     DBuilder->insertDeclare(Alloca, D, DBuilder->createExpression(),
-                            DebugLoc::get(Line, 0, Scope),
+                            DebugLoc::get(LineNo, 0, SP),
                             Builder.GetInsertBlock());
 
     // Store the initial value into the alloca.
-    Builder.CreateStore(AI, Alloca);
+    Builder.CreateStore(&Arg, Alloca);
 
     // Add arguments to variable symbol table.
-    NamedValues[Args[Idx]] = Alloca;
+    NamedValues[Arg.getName()] = Alloca;
   }
-}
-
-Function *FunctionAST::Codegen() {
-  NamedValues.clear();
-
-  Function *TheFunction = Proto->Codegen();
-  if (!TheFunction)
-    return nullptr;
-
-  // Push the current scope.
-  KSDbgInfo.LexicalBlocks.push_back(KSDbgInfo.FnScopeMap[Proto.get()]);
-
-  // Unset the location for the prologue emission (leading instructions with no
-  // location in a function are considered part of the prologue and the debugger
-  // will run past them when breaking on a function)
-  KSDbgInfo.emitLocation(nullptr);
-
-  // If this is an operator, install it.
-  if (Proto->isBinaryOp())
-    BinopPrecedence[Proto->getOperatorName()] = Proto->getBinaryPrecedence();
-
-  // Create a new basic block to start insertion into.
-  BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
-  Builder.SetInsertPoint(BB);
-
-  // Add all arguments to the symbol table and create their allocas.
-  Proto->CreateArgumentAllocas(TheFunction);
 
   KSDbgInfo.emitLocation(Body.get());
 
-  if (Value *RetVal = Body->Codegen()) {
+  if (Value *RetVal = Body->codegen()) {
     // Finish off the function.
     Builder.CreateRet(RetVal);
 
@@ -1304,16 +1296,13 @@ Function *FunctionAST::Codegen() {
     // Validate the generated code, checking for consistency.
     verifyFunction(*TheFunction);
 
-    // Optimize the function.
-    TheFPM->run(*TheFunction);
-
     return TheFunction;
   }
 
   // Error reading body, remove function.
   TheFunction->eraseFromParent();
 
-  if (Proto->isBinaryOp())
+  if (P.isBinaryOp())
     BinopPrecedence.erase(Proto->getOperatorName());
 
   // Pop off the lexical block for the function since we added it
@@ -1327,13 +1316,16 @@ Function *FunctionAST::Codegen() {
 // Top-Level parsing and JIT Driver
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-static ExecutionEngine *TheExecutionEngine;
+static void InitializeModule() {
+  // Open a new module.
+  TheModule = llvm::make_unique<Module>("my cool jit", getGlobalContext());
+  TheModule->setDataLayout(TheJIT->getTargetMachine().createDataLayout());
+}
 
 static void HandleDefinition() {
   if (auto FnAST = ParseDefinition()) {
-    if (!FnAST->Codegen()) {
+    if (!FnAST->codegen())
       fprintf(stderr, "Error reading function definition:");
-    }
   } else {
     // Skip token for error recovery.
     getNextToken();
@@ -1342,9 +1334,10 @@ static void HandleDefinition() {
 
 static void HandleExtern() {
   if (auto ProtoAST = ParseExtern()) {
-    if (!ProtoAST->Codegen()) {
+    if (!ProtoAST->codegen())
       fprintf(stderr, "Error reading extern");
-    }
+    else
+      FunctionProtos[ProtoAST->getName()] = std::move(ProtoAST);
   } else {
     // Skip token for error recovery.
     getNextToken();
@@ -1354,7 +1347,7 @@ static void HandleExtern() {
 static void HandleTopLevelExpression() {
   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
   if (auto FnAST = ParseTopLevelExpr()) {
-    if (!FnAST->Codegen()) {
+    if (!FnAST->codegen()) {
       fprintf(stderr, "Error generating code for top level expr");
     }
   } else {
@@ -1369,9 +1362,9 @@ static void MainLoop() {
     switch (CurTok) {
     case tok_eof:
       return;
-    case ';':
+    case ';': // ignore top-level semicolons.
       getNextToken();
-      break; // ignore top-level semicolons.
+      break;
     case tok_def:
       HandleDefinition();
       break;
@@ -1391,13 +1384,13 @@ static void MainLoop() {
 
 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
 extern "C" double putchard(double X) {
-  putchar((char)X);
+  fputc((char)X, stderr);
   return 0;
 }
 
 /// printd - printf that takes a double prints it as "%f\n", returning 0.
 extern "C" double printd(double X) {
-  printf("%f\n", X);
+  fprintf(stderr, "%f\n", X);
   return 0;
 }
 
@@ -1409,7 +1402,6 @@ int main() {
   InitializeNativeTarget();
   InitializeNativeTargetAsmPrinter();
   InitializeNativeTargetAsmParser();
-  LLVMContext &Context = getGlobalContext();
 
   // Install standard binary operators.
   // 1 is lowest precedence.
@@ -1422,9 +1414,9 @@ int main() {
   // Prime the first token.
   getNextToken();
 
-  // Make the module, which holds all the code.
-  std::unique_ptr<Module> Owner = make_unique<Module>("my cool jit", Context);
-  TheModule = Owner.get();
+  TheJIT = llvm::make_unique<KaleidoscopeJIT>();
+
+  InitializeModule();
 
   // Add the current debug info version into the module.
   TheModule->addModuleFlag(Module::Warning, "Debug Info Version",
@@ -1435,7 +1427,7 @@ int main() {
     TheModule->addModuleFlag(llvm::Module::Warning, "Dwarf Version", 2);
 
   // Construct the DIBuilder, we do this here because we need the module.
-  DBuilder = new DIBuilder(*TheModule);
+  DBuilder = llvm::make_unique<DIBuilder>(*TheModule);
 
   // Create the compile unit for the module.
   // Currently down as "fib.ks" as a filename since we're redirecting stdin
@@ -1443,47 +1435,9 @@ int main() {
   KSDbgInfo.TheCU = DBuilder->createCompileUnit(
       dwarf::DW_LANG_C, "fib.ks", ".", "Kaleidoscope Compiler", 0, "", 0);
 
-  // Create the JIT.  This takes ownership of the module.
-  std::string ErrStr;
-  TheExecutionEngine =
-      EngineBuilder(std::move(Owner))
-          .setErrorStr(&ErrStr)
-          .setMCJITMemoryManager(llvm::make_unique<SectionMemoryManager>())
-          .create();
-  if (!TheExecutionEngine) {
-    fprintf(stderr, "Could not create ExecutionEngine: %s\n", ErrStr.c_str());
-    exit(1);
-  }
-
-  legacy::FunctionPassManager OurFPM(TheModule);
-
-  // Set up the optimizer pipeline.  Start with registering info about how the
-  // target lays out data structures.
-  TheModule->setDataLayout(TheExecutionEngine->getDataLayout());
-#if 0
-  // Provide basic AliasAnalysis support for GVN.
-  OurFPM.add(createBasicAliasAnalysisPass());
-  // Promote allocas to registers.
-  OurFPM.add(createPromoteMemoryToRegisterPass());
-  // Do simple "peephole" optimizations and bit-twiddling optzns.
-  OurFPM.add(createInstructionCombiningPass());
-  // Reassociate expressions.
-  OurFPM.add(createReassociatePass());
-  // Eliminate Common SubExpressions.
-  OurFPM.add(createGVNPass());
-  // Simplify the control flow graph (deleting unreachable blocks, etc).
-  OurFPM.add(createCFGSimplificationPass());
-  #endif
-  OurFPM.doInitialization();
-
-  // Set the global so the code gen can use this.
-  TheFPM = &OurFPM;
-
   // Run the main "interpreter loop" now.
   MainLoop();
 
-  TheFPM = 0;
-
   // Finalize the debug info.
   DBuilder->finalize();