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