examples/Kaleidoscope/Chapter4/toy.cpp

   1 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
   2 #include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
   3 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
   4 #include "llvm/ExecutionEngine/ExecutionEngine.h"
   5 #include "llvm/ExecutionEngine/MCJIT.h"
   6 #include "llvm/ExecutionEngine/SectionMemoryManager.h"
   7 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
   8 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
   9 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
  10 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  11 #include "llvm/IR/LegacyPassManager.h"
  12 #include "llvm/IR/Module.h"
  13 #include "llvm/IR/Verifier.h"
  14 #include "llvm/Support/TargetSelect.h"
  15 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  16 #include <cctype>
  17 #include <cstdio>
  18 #include <map>
  19 #include <string>
  20 #include <vector>
  21 using namespace llvm;
  22
  23 //===----------------------------------------------------------------------===//
  24 // Lexer
  25 //===----------------------------------------------------------------------===//
  26
  27 // The lexer returns tokens [0-255] if it is an unknown character, otherwise one
  28 // of these for known things.
  29 enum Token {
  30   tok_eof = -1,
  31
  32   // commands
  33   tok_def = -2,
  34   tok_extern = -3,
  35
  36   // primary
  37   tok_identifier = -4,
  38   tok_number = -5
  39 };
  40
  41 static std::string IdentifierStr; // Filled in if tok_identifier
  42 static double NumVal;             // Filled in if tok_number
  43
  44 /// gettok - Return the next token from standard input.
  45 static int gettok() {
  46   static int LastChar = ' ';
  47
  48   // Skip any whitespace.
  49   while (isspace(LastChar))
  50     LastChar = getchar();
  51
  52   if (isalpha(LastChar)) { // identifier: [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*
  53     IdentifierStr = LastChar;
  54     while (isalnum((LastChar = getchar())))
  55       IdentifierStr += LastChar;
  56
  57     if (IdentifierStr == "def")
  58       return tok_def;
  59     if (IdentifierStr == "extern")
  60       return tok_extern;
  61     return tok_identifier;
  62   }
  63
  64   if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') { // Number: [0-9.]+
  65     std::string NumStr;
  66     do {
  67       NumStr += LastChar;
  68       LastChar = getchar();
  69     } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.');
  70
  71     NumVal = strtod(NumStr.c_str(), 0);
  72     return tok_number;
  73   }
  74
  75   if (LastChar == '#') {
  76     // Comment until end of line.
  77     do
  78       LastChar = getchar();
  79     while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r');
  80
  81     if (LastChar != EOF)
  82       return gettok();
  83   }
  84
  85   // Check for end of file.  Don't eat the EOF.
  86   if (LastChar == EOF)
  87     return tok_eof;
  88
  89   // Otherwise, just return the character as its ascii value.
  90   int ThisChar = LastChar;
  91   LastChar = getchar();
  92   return ThisChar;
  93 }
  94
  95 //===----------------------------------------------------------------------===//
  96 // Abstract Syntax Tree (aka Parse Tree)
  97 //===----------------------------------------------------------------------===//
  98 namespace {
  99 /// ExprAST - Base class for all expression nodes.
 100 class ExprAST {
 101 public:
 102   virtual ~ExprAST() {}
 103   virtual Value *Codegen() = 0;
 104 };
 105
 106 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
 107 class NumberExprAST : public ExprAST {
 108   double Val;
 109
 110 public:
 111   NumberExprAST(double Val) : Val(Val) {}
 112   Value *Codegen() override;
 113 };
 114
 115 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
 116 class VariableExprAST : public ExprAST {
 117   std::string Name;
 118
 119 public:
 120   VariableExprAST(const std::string &Name) : Name(Name) {}
 121   Value *Codegen() override;
 122 };
 123
 124 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 125 class BinaryExprAST : public ExprAST {
 126   char Op;
 127   std::unique_ptr<ExprAST> LHS, RHS;
 128
 129 public:
 130   BinaryExprAST(char Op, std::unique_ptr<ExprAST> LHS,
 131                 std::unique_ptr<ExprAST> RHS)
 132       : Op(Op), LHS(std::move(LHS)), RHS(std::move(RHS)) {}
 133   Value *Codegen() override;
 134 };
 135
 136 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 137 class CallExprAST : public ExprAST {
 138   std::string Callee;
 139   std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
 140
 141 public:
 142   CallExprAST(const std::string &Callee,
 143               std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args)
 144       : Callee(Callee), Args(std::move(Args)) {}
 145   Value *Codegen() override;
 146 };
 147
 148 /// PrototypeAST - This class represents the "prototype" for a function,
 149 /// which captures its name, and its argument names (thus implicitly the number
 150 /// of arguments the function takes).
 151 class PrototypeAST {
 152   std::string Name;
 153   std::vector<std::string> Args;
 154
 155 public:
 156   PrototypeAST(const std::string &Name, std::vector<std::string> Args)
 157       : Name(Name), Args(std::move(Args)) {}
 158   Function *Codegen();
 159 };
 160
 161 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 162 class FunctionAST {
 163   std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto;
 164   std::unique_ptr<ExprAST> Body;
 165
 166 public:
 167   FunctionAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto,
 168               std::unique_ptr<ExprAST> Body)
 169       : Proto(std::move(Proto)), Body(std::move(Body)) {}
 170   Function *Codegen();
 171 };
 172 } // end anonymous namespace
 173
 174 //===----------------------------------------------------------------------===//
 175 // Parser
 176 //===----------------------------------------------------------------------===//
 177
 178 /// CurTok/getNextToken - Provide a simple token buffer.  CurTok is the current
 179 /// token the parser is looking at.  getNextToken reads another token from the
 180 /// lexer and updates CurTok with its results.
 181 static int CurTok;
 182 static int getNextToken() { return CurTok = gettok(); }
 183
 184 /// BinopPrecedence - This holds the precedence for each binary operator that is
 185 /// defined.
 186 static std::map<char, int> BinopPrecedence;
 187
 188 /// GetTokPrecedence - Get the precedence of the pending binary operator token.
 189 static int GetTokPrecedence() {
 190   if (!isascii(CurTok))
 191     return -1;
 192
 193   // Make sure it's a declared binop.
 194   int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
 195   if (TokPrec <= 0)
 196     return -1;
 197   return TokPrec;
 198 }
 199
 200 /// Error* - These are little helper functions for error handling.
 201 std::unique_ptr<ExprAST> Error(const char *Str) {
 202   fprintf(stderr, "Error: %s\n", Str);
 203   return nullptr;
 204 }
 205 std::unique_ptr<PrototypeAST> ErrorP(const char *Str) {
 206   Error(Str);
 207   return nullptr;
 208 }
 209 std::unique_ptr<FunctionAST> ErrorF(const char *Str) {
 210   Error(Str);
 211   return nullptr;
 212 }
 213
 214 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression();
 215
 216 /// numberexpr ::= number
 217 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseNumberExpr() {
 218   auto Result = llvm::make_unique<NumberExprAST>(NumVal);
 219   getNextToken(); // consume the number
 220   return std::move(Result);
 221 }
 222
 223 /// parenexpr ::= '(' expression ')'
 224 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseParenExpr() {
 225   getNextToken(); // eat (.
 226   auto V = ParseExpression();
 227   if (!V)
 228     return nullptr;
 229
 230   if (CurTok != ')')
 231     return Error("expected ')'");
 232   getNextToken(); // eat ).
 233   return V;
 234 }
 235
 236 /// identifierexpr
 237 ///   ::= identifier
 238 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
 239 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIdentifierExpr() {
 240   std::string IdName = IdentifierStr;
 241
 242   getNextToken(); // eat identifier.
 243
 244   if (CurTok != '(') // Simple variable ref.
 245     return llvm::make_unique<VariableExprAST>(IdName);
 246
 247   // Call.
 248   getNextToken(); // eat (
 249   std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
 250   if (CurTok != ')') {
 251     while (1) {
 252       if (auto Arg = ParseExpression())
 253         Args.push_back(std::move(Arg));
 254       else
 255         return nullptr;
 256
 257       if (CurTok == ')')
 258         break;
 259
 260       if (CurTok != ',')
 261         return Error("Expected ')' or ',' in argument list");
 262       getNextToken();
 263     }
 264   }
 265
 266   // Eat the ')'.
 267   getNextToken();
 268
 269   return llvm::make_unique<CallExprAST>(IdName, std::move(Args));
 270 }
 271
 272 /// primary
 273 ///   ::= identifierexpr
 274 ///   ::= numberexpr
 275 ///   ::= parenexpr
 276 static std::unique_ptr<ExprAST> ParsePrimary() {
 277   switch (CurTok) {
 278   default:
 279     return Error("unknown token when expecting an expression");
 280   case tok_identifier:
 281     return ParseIdentifierExpr();
 282   case tok_number:
 283     return ParseNumberExpr();
 284   case '(':
 285     return ParseParenExpr();
 286   }
 287 }
 288
 289 /// binoprhs
 290 ///   ::= ('+' primary)*
 291 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseBinOpRHS(int ExprPrec,
 292                                               std::unique_ptr<ExprAST> LHS) {
 293   // If this is a binop, find its precedence.
 294   while (1) {
 295     int TokPrec = GetTokPrecedence();
 296
 297     // If this is a binop that binds at least as tightly as the current binop,
 298     // consume it, otherwise we are done.
 299     if (TokPrec < ExprPrec)
 300       return LHS;
 301
 302     // Okay, we know this is a binop.
 303     int BinOp = CurTok;
 304     getNextToken(); // eat binop
 305
 306     // Parse the primary expression after the binary operator.
 307     auto RHS = ParsePrimary();
 308     if (!RHS)
 309       return nullptr;
 310
 311     // If BinOp binds less tightly with RHS than the operator after RHS, let
 312     // the pending operator take RHS as its LHS.
 313     int NextPrec = GetTokPrecedence();
 314     if (TokPrec < NextPrec) {
 315       RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec + 1, std::move(RHS));
 316       if (!RHS)
 317         return nullptr;
 318     }
 319
 320     // Merge LHS/RHS.
 321     LHS =
 322         llvm::make_unique<BinaryExprAST>(BinOp, std::move(LHS), std::move(RHS));
 323   }
 324 }
 325
 326 /// expression
 327 ///   ::= primary binoprhs
 328 ///
 329 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression() {
 330   auto LHS = ParsePrimary();
 331   if (!LHS)
 332     return nullptr;
 333
 334   return ParseBinOpRHS(0, std::move(LHS));
 335 }
 336
 337 /// prototype
 338 ///   ::= id '(' id* ')'
 339 static std::unique_ptr<PrototypeAST> ParsePrototype() {
 340   if (CurTok != tok_identifier)
 341     return ErrorP("Expected function name in prototype");
 342
 343   std::string FnName = IdentifierStr;
 344   getNextToken();
 345
 346   if (CurTok != '(')
 347     return ErrorP("Expected '(' in prototype");
 348
 349   std::vector<std::string> ArgNames;
 350   while (getNextToken() == tok_identifier)
 351     ArgNames.push_back(IdentifierStr);
 352   if (CurTok != ')')
 353     return ErrorP("Expected ')' in prototype");
 354
 355   // success.
 356   getNextToken(); // eat ')'.
 357
 358   return llvm::make_unique<PrototypeAST>(FnName, std::move(ArgNames));
 359 }
 360
 361 /// definition ::= 'def' prototype expression
 362 static std::unique_ptr<FunctionAST> ParseDefinition() {
 363   getNextToken(); // eat def.
 364   auto Proto = ParsePrototype();
 365   if (!Proto)
 366     return nullptr;
 367
 368   if (auto E = ParseExpression())
 369     return llvm::make_unique<FunctionAST>(std::move(Proto), std::move(E));
 370   return nullptr;
 371 }
 372
 373 /// toplevelexpr ::= expression
 374 static std::unique_ptr<FunctionAST> ParseTopLevelExpr() {
 375   if (auto E = ParseExpression()) {
 376     // Make an anonymous proto.
 377     auto Proto =
 378         llvm::make_unique<PrototypeAST>("", std::vector<std::string>());
 379     return llvm::make_unique<FunctionAST>(std::move(Proto), std::move(E));
 380   }
 381   return nullptr;
 382 }
 383
 384 /// external ::= 'extern' prototype
 385 static std::unique_ptr<PrototypeAST> ParseExtern() {
 386   getNextToken(); // eat extern.
 387   return ParsePrototype();
 388 }
 389
 390 //===----------------------------------------------------------------------===//
 391 // Quick and dirty hack
 392 //===----------------------------------------------------------------------===//
 393
 394 // FIXME: Obviously we can do better than this
 395 std::string GenerateUniqueName(const char *root) {
 396   static int i = 0;
 397   char s[16];
 398   sprintf(s, "%s%d", root, i++);
 399   std::string S = s;
 400   return S;
 401 }
 402
 403 std::string MakeLegalFunctionName(std::string Name) {
 404   std::string NewName;
 405   if (!Name.length())
 406     return GenerateUniqueName("anon_func_");
 407
 408   // Start with what we have
 409   NewName = Name;
 410
 411   // Look for a numberic first character
 412   if (NewName.find_first_of("0123456789") == 0) {
 413     NewName.insert(0, 1, 'n');
 414   }
 415
 416   // Replace illegal characters with their ASCII equivalent
 417   std::string legal_elements =
 418       "_abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789";
 419   size_t pos;
 420   while ((pos = NewName.find_first_not_of(legal_elements)) !=
 421          std::string::npos) {
 422     char old_c = NewName.at(pos);
 423     char new_str[16];
 424     sprintf(new_str, "%d", (int)old_c);
 425     NewName = NewName.replace(pos, 1, new_str);
 426   }
 427
 428   return NewName;
 429 }
 430
 431 //===----------------------------------------------------------------------===//
 432 // MCJIT helper class
 433 //===----------------------------------------------------------------------===//
 434
 435 class MCJITHelper {
 436 public:
 437   MCJITHelper(LLVMContext &C) : Context(C), OpenModule(NULL) {}
 438   ~MCJITHelper();
 439
 440   Function *getFunction(const std::string FnName);
 441   Module *getModuleForNewFunction();
 442   void *getPointerToFunction(Function *F);
 443   void *getSymbolAddress(const std::string &Name);
 444   void dump();
 445
 446 private:
 447   typedef std::vector<Module *> ModuleVector;
 448   typedef std::vector<ExecutionEngine *> EngineVector;
 449
 450   LLVMContext &Context;
 451   Module *OpenModule;
 452   ModuleVector Modules;
 453   EngineVector Engines;
 454 };
 455
 456 class HelpingMemoryManager : public SectionMemoryManager {
 457   HelpingMemoryManager(const HelpingMemoryManager &) = delete;
 458   void operator=(const HelpingMemoryManager &) = delete;
 459
 460 public:
 461   HelpingMemoryManager(MCJITHelper *Helper) : MasterHelper(Helper) {}
 462   ~HelpingMemoryManager() override {}
 463
 464   /// This method returns the address of the specified symbol.
 465   /// Our implementation will attempt to find symbols in other
 466   /// modules associated with the MCJITHelper to cross link symbols
 467   /// from one generated module to another.
 468   uint64_t getSymbolAddress(const std::string &Name) override;
 469
 470 private:
 471   MCJITHelper *MasterHelper;
 472 };
 473
 474 uint64_t HelpingMemoryManager::getSymbolAddress(const std::string &Name) {
 475   uint64_t FnAddr = SectionMemoryManager::getSymbolAddress(Name);
 476   if (FnAddr)
 477     return FnAddr;
 478
 479   uint64_t HelperFun = (uint64_t)MasterHelper->getSymbolAddress(Name);
 480   if (!HelperFun)
 481     report_fatal_error("Program used extern function '" + Name +
 482                        "' which could not be resolved!");
 483
 484   return HelperFun;
 485 }
 486
 487 MCJITHelper::~MCJITHelper() {
 488   if (OpenModule)
 489     delete OpenModule;
 490   EngineVector::iterator begin = Engines.begin();
 491   EngineVector::iterator end = Engines.end();
 492   EngineVector::iterator it;
 493   for (it = begin; it != end; ++it)
 494     delete *it;
 495 }
 496
 497 Function *MCJITHelper::getFunction(const std::string FnName) {
 498   ModuleVector::iterator begin = Modules.begin();
 499   ModuleVector::iterator end = Modules.end();
 500   ModuleVector::iterator it;
 501   for (it = begin; it != end; ++it) {
 502     Function *F = (*it)->getFunction(FnName);
 503     if (F) {
 504       if (*it == OpenModule)
 505         return F;
 506
 507       assert(OpenModule != NULL);
 508
 509       // This function is in a module that has already been JITed.
 510       // We need to generate a new prototype for external linkage.
 511       Function *PF = OpenModule->getFunction(FnName);
 512       if (PF && !PF->empty()) {
 513         ErrorF("redefinition of function across modules");
 514         return nullptr;
 515       }
 516
 517       // If we don't have a prototype yet, create one.
 518       if (!PF)
 519         PF = Function::Create(F->getFunctionType(), Function::ExternalLinkage,
 520                               FnName, OpenModule);
 521       return PF;
 522     }
 523   }
 524   return NULL;
 525 }
 526
 527 Module *MCJITHelper::getModuleForNewFunction() {
 528   // If we have a Module that hasn't been JITed, use that.
 529   if (OpenModule)
 530     return OpenModule;
 531
 532   // Otherwise create a new Module.
 533   std::string ModName = GenerateUniqueName("mcjit_module_");
 534   Module *M = new Module(ModName, Context);
 535   Modules.push_back(M);
 536   OpenModule = M;
 537   return M;
 538 }
 539
 540 void *MCJITHelper::getPointerToFunction(Function *F) {
 541   // See if an existing instance of MCJIT has this function.
 542   EngineVector::iterator begin = Engines.begin();
 543   EngineVector::iterator end = Engines.end();
 544   EngineVector::iterator it;
 545   for (it = begin; it != end; ++it) {
 546     void *P = (*it)->getPointerToFunction(F);
 547     if (P)
 548       return P;
 549   }
 550
 551   // If we didn't find the function, see if we can generate it.
 552   if (OpenModule) {
 553     std::string ErrStr;
 554     ExecutionEngine *NewEngine =
 555         EngineBuilder(std::unique_ptr<Module>(OpenModule))
 556             .setErrorStr(&ErrStr)
 557             .setMCJITMemoryManager(std::unique_ptr<HelpingMemoryManager>(
 558                 new HelpingMemoryManager(this)))
 559             .create();
 560     if (!NewEngine) {
 561       fprintf(stderr, "Could not create ExecutionEngine: %s\n", ErrStr.c_str());
 562       exit(1);
 563     }
 564
 565     // Create a function pass manager for this engine
 566     auto *FPM = new legacy::FunctionPassManager(OpenModule);
 567
 568     // Set up the optimizer pipeline.  Start with registering info about how the
 569     // target lays out data structures.
 570     OpenModule->setDataLayout(NewEngine->getDataLayout());
 571     // Provide basic AliasAnalysis support for GVN.
 572     FPM->add(createBasicAliasAnalysisPass());
 573     // Promote allocas to registers.
 574     FPM->add(createPromoteMemoryToRegisterPass());
 575     // Do simple "peephole" optimizations and bit-twiddling optzns.
 576     FPM->add(createInstructionCombiningPass());
 577     // Reassociate expressions.
 578     FPM->add(createReassociatePass());
 579     // Eliminate Common SubExpressions.
 580     FPM->add(createGVNPass());
 581     // Simplify the control flow graph (deleting unreachable blocks, etc).
 582     FPM->add(createCFGSimplificationPass());
 583     FPM->doInitialization();
 584
 585     // For each function in the module
 586     Module::iterator it;
 587     Module::iterator end = OpenModule->end();
 588     for (it = OpenModule->begin(); it != end; ++it) {
 589       // Run the FPM on this function
 590       FPM->run(*it);
 591     }
 592
 593     // We don't need this anymore
 594     delete FPM;
 595
 596     OpenModule = NULL;
 597     Engines.push_back(NewEngine);
 598     NewEngine->finalizeObject();
 599     return NewEngine->getPointerToFunction(F);
 600   }
 601   return NULL;
 602 }
 603
 604 void *MCJITHelper::getSymbolAddress(const std::string &Name) {
 605   // Look for the symbol in each of our execution engines.
 606   EngineVector::iterator begin = Engines.begin();
 607   EngineVector::iterator end = Engines.end();
 608   EngineVector::iterator it;
 609   for (it = begin; it != end; ++it) {
 610     uint64_t FAddr = (*it)->getFunctionAddress(Name);
 611     if (FAddr) {
 612       return (void *)FAddr;
 613     }
 614   }
 615   return NULL;
 616 }
 617
 618 void MCJITHelper::dump() {
 619   ModuleVector::iterator begin = Modules.begin();
 620   ModuleVector::iterator end = Modules.end();
 621   ModuleVector::iterator it;
 622   for (it = begin; it != end; ++it)
 623     (*it)->dump();
 624 }
 625 //===----------------------------------------------------------------------===//
 626 // Code Generation
 627 //===----------------------------------------------------------------------===//
 628
 629 static MCJITHelper *JITHelper;
 630 static IRBuilder<> Builder(getGlobalContext());
 631 static std::map<std::string, Value *> NamedValues;
 632
 633 Value *ErrorV(const char *Str) {
 634   Error(Str);
 635   return nullptr;
 636 }
 637
 638 Value *NumberExprAST::Codegen() {
 639   return ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(Val));
 640 }
 641
 642 Value *VariableExprAST::Codegen() {
 643   // Look this variable up in the function.
 644   Value *V = NamedValues[Name];
 645   return V ? V : ErrorV("Unknown variable name");
 646 }
 647
 648 Value *BinaryExprAST::Codegen() {
 649   Value *L = LHS->Codegen();
 650   Value *R = RHS->Codegen();
 651   if (!L || !R)
 652     return nullptr;
 653
 654   switch (Op) {
 655   case '+':
 656     return Builder.CreateFAdd(L, R, "addtmp");
 657   case '-':
 658     return Builder.CreateFSub(L, R, "subtmp");
 659   case '*':
 660     return Builder.CreateFMul(L, R, "multmp");
 661   case '<':
 662     L = Builder.CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp");
 663     // Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0
 664     return Builder.CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 665                                 "booltmp");
 666   default:
 667     return ErrorV("invalid binary operator");
 668   }
 669 }
 670
 671 Value *CallExprAST::Codegen() {
 672   // Look up the name in the global module table.
 673   Function *CalleeF = JITHelper->getFunction(Callee);
 674   if (!CalleeF)
 675     return ErrorV("Unknown function referenced");
 676
 677   // If argument mismatch error.
 678   if (CalleeF->arg_size() != Args.size())
 679     return ErrorV("Incorrect # arguments passed");
 680
 681   std::vector<Value *> ArgsV;
 682   for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
 683     ArgsV.push_back(Args[i]->Codegen());
 684     if (!ArgsV.back())
 685       return nullptr;
 686   }
 687
 688   return Builder.CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 689 }
 690
 691 Function *PrototypeAST::Codegen() {
 692   // Make the function type:  double(double,double) etc.
 693   std::vector<Type *> Doubles(Args.size(),
 694                               Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 695   FunctionType *FT =
 696       FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), Doubles, false);
 697
 698   std::string FnName = MakeLegalFunctionName(Name);
 699
 700   Module *M = JITHelper->getModuleForNewFunction();
 701
 702   Function *F = Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, FnName, M);
 703
 704   // If F conflicted, there was already something named 'Name'.  If it has a
 705   // body, don't allow redefinition or reextern.
 706   if (F->getName() != FnName) {
 707     // Delete the one we just made and get the existing one.
 708     F->eraseFromParent();
 709     F = JITHelper->getFunction(Name);
 710     // If F already has a body, reject this.
 711     if (!F->empty()) {
 712       ErrorF("redefinition of function");
 713       return nullptr;
 714     }
 715
 716     // If F took a different number of args, reject.
 717     if (F->arg_size() != Args.size()) {
 718       ErrorF("redefinition of function with different # args");
 719       return nullptr;
 720     }
 721   }
 722
 723   // Set names for all arguments.
 724   unsigned Idx = 0;
 725   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
 726        ++AI, ++Idx) {
 727     AI->setName(Args[Idx]);
 728
 729     // Add arguments to variable symbol table.
 730     NamedValues[Args[Idx]] = AI;
 731   }
 732
 733   return F;
 734 }
 735
 736 Function *FunctionAST::Codegen() {
 737   NamedValues.clear();
 738
 739   Function *TheFunction = Proto->Codegen();
 740   if (!TheFunction)
 741     return nullptr;
 742
 743   // Create a new basic block to start insertion into.
 744   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
 745   Builder.SetInsertPoint(BB);
 746
 747   if (Value *RetVal = Body->Codegen()) {
 748     // Finish off the function.
 749     Builder.CreateRet(RetVal);
 750
 751     // Validate the generated code, checking for consistency.
 752     verifyFunction(*TheFunction);
 753
 754     return TheFunction;
 755   }
 756
 757   // Error reading body, remove function.
 758   TheFunction->eraseFromParent();
 759   return nullptr;
 760 }
 761
 762 //===----------------------------------------------------------------------===//
 763 // Top-Level parsing and JIT Driver
 764 //===----------------------------------------------------------------------===//
 765
 766 static void HandleDefinition() {
 767   if (auto FnAST = ParseDefinition()) {
 768     if (auto *FnIR = FnAST->Codegen()) {
 769       fprintf(stderr, "Read function definition:");
 770       FnIR->dump();
 771     }
 772   } else {
 773     // Skip token for error recovery.
 774     getNextToken();
 775   }
 776 }
 777
 778 static void HandleExtern() {
 779   if (auto ProtoAST = ParseExtern()) {
 780     if (auto *FnIR = ProtoAST->Codegen()) {
 781       fprintf(stderr, "Read extern: ");
 782       FnIR->dump();
 783     }
 784   } else {
 785     // Skip token for error recovery.
 786     getNextToken();
 787   }
 788 }
 789
 790 static void HandleTopLevelExpression() {
 791   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
 792   if (auto FnAST = ParseTopLevelExpr()) {
 793     if (auto *FnIR = FnAST->Codegen()) {
 794       // JIT the function, returning a function pointer.
 795       void *FPtr = JITHelper->getPointerToFunction(FnIR);
 796
 797       // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
 798       // can call it as a native function.
 799       double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)FPtr;
 800       fprintf(stderr, "Evaluated to %f\n", FP());
 801     }
 802   } else {
 803     // Skip token for error recovery.
 804     getNextToken();
 805   }
 806 }
 807
 808 /// top ::= definition | external | expression | ';'
 809 static void MainLoop() {
 810   while (1) {
 811     fprintf(stderr, "ready> ");
 812     switch (CurTok) {
 813     case tok_eof:
 814       return;
 815     case ';': // ignore top-level semicolons.
 816       getNextToken();
 817       break;
 818     case tok_def:
 819       HandleDefinition();
 820       break;
 821     case tok_extern:
 822       HandleExtern();
 823       break;
 824     default:
 825       HandleTopLevelExpression();
 826       break;
 827     }
 828   }
 829 }
 830
 831 //===----------------------------------------------------------------------===//
 832 // "Library" functions that can be "extern'd" from user code.
 833 //===----------------------------------------------------------------------===//
 834
 835 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
 836 extern "C" double putchard(double X) {
 837   putchar((char)X);
 838   return 0;
 839 }
 840
 841 /// printd - printf that takes a double prints it as "%f\n", returning 0.
 842 extern "C" double printd(double X) {
 843   printf("%f\n", X);
 844   return 0;
 845 }
 846
 847 //===----------------------------------------------------------------------===//
 848 // Main driver code.
 849 //===----------------------------------------------------------------------===//
 850
 851 int main() {
 852   InitializeNativeTarget();
 853   InitializeNativeTargetAsmPrinter();
 854   InitializeNativeTargetAsmParser();
 855   LLVMContext &Context = getGlobalContext();
 856   JITHelper = new MCJITHelper(Context);
 857
 858   // Install standard binary operators.
 859   // 1 is lowest precedence.
 860   BinopPrecedence['<'] = 10;
 861   BinopPrecedence['+'] = 20;
 862   BinopPrecedence['-'] = 20;
 863   BinopPrecedence['*'] = 40; // highest.
 864
 865   // Prime the first token.
 866   fprintf(stderr, "ready> ");
 867   getNextToken();
 868
 869   // Run the main "interpreter loop" now.
 870   MainLoop();
 871
 872   // Print out all of the generated code.
 873   JITHelper->dump();
 874
 875   return 0;
 876 }