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