examples/Kaleidoscope/Chapter5/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   // control
  41   tok_if = -6,
  42   tok_then = -7,
  43   tok_else = -8,
  44   tok_for = -9,
  45   tok_in = -10
  46 };
  47
  48 static std::string IdentifierStr; // Filled in if tok_identifier
  49 static double NumVal;             // Filled in if tok_number
  50
  51 /// gettok - Return the next token from standard input.
  52 static int gettok() {
  53   static int LastChar = ' ';
  54
  55   // Skip any whitespace.
  56   while (isspace(LastChar))
  57     LastChar = getchar();
  58
  59   if (isalpha(LastChar)) { // identifier: [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*
  60     IdentifierStr = LastChar;
  61     while (isalnum((LastChar = getchar())))
  62       IdentifierStr += LastChar;
  63
  64     if (IdentifierStr == "def")
  65       return tok_def;
  66     if (IdentifierStr == "extern")
  67       return tok_extern;
  68     if (IdentifierStr == "if")
  69       return tok_if;
  70     if (IdentifierStr == "then")
  71       return tok_then;
  72     if (IdentifierStr == "else")
  73       return tok_else;
  74     if (IdentifierStr == "for")
  75       return tok_for;
  76     if (IdentifierStr == "in")
  77       return tok_in;
  78     return tok_identifier;
  79   }
  80
  81   if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') { // Number: [0-9.]+
  82     std::string NumStr;
  83     do {
  84       NumStr += LastChar;
  85       LastChar = getchar();
  86     } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.');
  87
  88     NumVal = strtod(NumStr.c_str(), 0);
  89     return tok_number;
  90   }
  91
  92   if (LastChar == '#') {
  93     // Comment until end of line.
  94     do
  95       LastChar = getchar();
  96     while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r');
  97
  98     if (LastChar != EOF)
  99       return gettok();
 100   }
 101
 102   // Check for end of file.  Don't eat the EOF.
 103   if (LastChar == EOF)
 104     return tok_eof;
 105
 106   // Otherwise, just return the character as its ascii value.
 107   int ThisChar = LastChar;
 108   LastChar = getchar();
 109   return ThisChar;
 110 }
 111
 112 //===----------------------------------------------------------------------===//
 113 // Abstract Syntax Tree (aka Parse Tree)
 114 //===----------------------------------------------------------------------===//
 115 namespace {
 116 /// ExprAST - Base class for all expression nodes.
 117 class ExprAST {
 118 public:
 119   virtual ~ExprAST() {}
 120   virtual Value *Codegen() = 0;
 121 };
 122
 123 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
 124 class NumberExprAST : public ExprAST {
 125   double Val;
 126 public:
 127   NumberExprAST(double Val) : Val(Val) {}
 128   Value *Codegen() override;
 129 };
 130
 131 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
 132 class VariableExprAST : public ExprAST {
 133   std::string Name;
 134 public:
 135   VariableExprAST(const std::string &Name) : Name(Name) {}
 136   Value *Codegen() override;
 137 };
 138
 139 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 140 class BinaryExprAST : public ExprAST {
 141   char Op;
 142   std::unique_ptr<ExprAST> LHS, RHS;
 143 public:
 144   BinaryExprAST(char Op, std::unique_ptr<ExprAST> LHS,
 145                 std::unique_ptr<ExprAST> RHS)
 146       : Op(Op), LHS(std::move(LHS)), RHS(std::move(RHS)) {}
 147   Value *Codegen() override;
 148 };
 149
 150 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 151 class CallExprAST : public ExprAST {
 152   std::string Callee;
 153   std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
 154 public:
 155   CallExprAST(const std::string &Callee,
 156               std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args)
 157       : Callee(Callee), Args(std::move(Args)) {}
 158   Value *Codegen() override;
 159 };
 160
 161 /// IfExprAST - Expression class for if/then/else.
 162 class IfExprAST : public ExprAST {
 163   std::unique_ptr<ExprAST> Cond, Then, Else;
 164 public:
 165   IfExprAST(std::unique_ptr<ExprAST> Cond, std::unique_ptr<ExprAST> Then,
 166             std::unique_ptr<ExprAST> Else)
 167       : Cond(std::move(Cond)), Then(std::move(Then)), Else(std::move(Else)) {}
 168   Value *Codegen() override;
 169 };
 170
 171 /// ForExprAST - Expression class for for/in.
 172 class ForExprAST : public ExprAST {
 173   std::string VarName;
 174   std::unique_ptr<ExprAST> Start, End, Step, Body;
 175 public:
 176   ForExprAST(const std::string &VarName, std::unique_ptr<ExprAST> Start,
 177              std::unique_ptr<ExprAST> End, std::unique_ptr<ExprAST> Step,
 178              std::unique_ptr<ExprAST> Body)
 179       : VarName(VarName), Start(std::move(Start)), End(std::move(End)),
 180         Step(std::move(Step)), Body(std::move(Body)) {}
 181   Value *Codegen() override;
 182 };
 183
 184 /// PrototypeAST - This class represents the "prototype" for a function,
 185 /// which captures its name, and its argument names (thus implicitly the number
 186 /// of arguments the function takes).
 187 class PrototypeAST {
 188   std::string Name;
 189   std::vector<std::string> Args;
 190 public:
 191   PrototypeAST(const std::string &name, std::vector<std::string> Args)
 192       : Name(name), Args(std::move(Args)) {}
 193   Function *Codegen();
 194 };
 195
 196 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 197 class FunctionAST {
 198   std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto;
 199   std::unique_ptr<ExprAST> Body;
 200 public:
 201   FunctionAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto,
 202               std::unique_ptr<ExprAST> Body)
 203     : Proto(std::move(Proto)), Body(std::move(Body)) {}
 204   Function *Codegen();
 205 };
 206 } // end anonymous namespace
 207
 208 //===----------------------------------------------------------------------===//
 209 // Parser
 210 //===----------------------------------------------------------------------===//
 211
 212 /// CurTok/getNextToken - Provide a simple token buffer.  CurTok is the current
 213 /// token the parser is looking at.  getNextToken reads another token from the
 214 /// lexer and updates CurTok with its results.
 215 static int CurTok;
 216 static int getNextToken() { return CurTok = gettok(); }
 217
 218 /// BinopPrecedence - This holds the precedence for each binary operator that is
 219 /// defined.
 220 static std::map<char, int> BinopPrecedence;
 221
 222 /// GetTokPrecedence - Get the precedence of the pending binary operator token.
 223 static int GetTokPrecedence() {
 224   if (!isascii(CurTok))
 225     return -1;
 226
 227   // Make sure it's a declared binop.
 228   int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
 229   if (TokPrec <= 0)
 230     return -1;
 231   return TokPrec;
 232 }
 233
 234 /// Error* - These are little helper functions for error handling.
 235 std::unique_ptr<ExprAST> Error(const char *Str) {
 236   fprintf(stderr, "Error: %s\n", Str);
 237   return nullptr;
 238 }
 239 std::unique_ptr<PrototypeAST> ErrorP(const char *Str) {
 240   Error(Str);
 241   return nullptr;
 242 }
 243 std::unique_ptr<FunctionAST> ErrorF(const char *Str) {
 244   Error(Str);
 245   return nullptr;
 246 }
 247
 248 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression();
 249
 250 /// identifierexpr
 251 ///   ::= identifier
 252 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
 253 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIdentifierExpr() {
 254   std::string IdName = IdentifierStr;
 255
 256   getNextToken(); // eat identifier.
 257
 258   if (CurTok != '(') // Simple variable ref.
 259     return llvm::make_unique<VariableExprAST>(IdName);
 260
 261   // Call.
 262   getNextToken(); // eat (
 263   std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
 264   if (CurTok != ')') {
 265     while (1) {
 266       if (auto Arg = ParseExpression())
 267         Args.push_back(std::move(Arg));
 268       else
 269         return nullptr;
 270
 271       if (CurTok == ')')
 272         break;
 273
 274       if (CurTok != ',')
 275         return Error("Expected ')' or ',' in argument list");
 276       getNextToken();
 277     }
 278   }
 279
 280   // Eat the ')'.
 281   getNextToken();
 282
 283   return llvm::make_unique<CallExprAST>(IdName, std::move(Args));
 284 }
 285
 286 /// numberexpr ::= number
 287 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseNumberExpr() {
 288   auto Result = llvm::make_unique<NumberExprAST>(NumVal);
 289   getNextToken(); // consume the number
 290   return std::move(Result);
 291 }
 292
 293 /// parenexpr ::= '(' expression ')'
 294 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseParenExpr() {
 295   getNextToken(); // eat (.
 296   auto V = ParseExpression();
 297   if (!V)
 298     return nullptr;
 299
 300   if (CurTok != ')')
 301     return Error("expected ')'");
 302   getNextToken(); // eat ).
 303   return V;
 304 }
 305
 306 /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression
 307 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIfExpr() {
 308   getNextToken(); // eat the if.
 309
 310   // condition.
 311   auto Cond = ParseExpression();
 312   if (!Cond)
 313     return nullptr;
 314
 315   if (CurTok != tok_then)
 316     return Error("expected then");
 317   getNextToken(); // eat the then
 318
 319   auto Then = ParseExpression();
 320   if (!Then)
 321     return nullptr;
 322
 323   if (CurTok != tok_else)
 324     return Error("expected else");
 325
 326   getNextToken();
 327
 328   auto Else = ParseExpression();
 329   if (!Else)
 330     return nullptr;
 331
 332   return llvm::make_unique<IfExprAST>(std::move(Cond), std::move(Then),
 333                                       std::move(Else));
 334 }
 335
 336 /// forexpr ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression
 337 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseForExpr() {
 338   getNextToken(); // eat the for.
 339
 340   if (CurTok != tok_identifier)
 341     return Error("expected identifier after for");
 342
 343   std::string IdName = IdentifierStr;
 344   getNextToken(); // eat identifier.
 345
 346   if (CurTok != '=')
 347     return Error("expected '=' after for");
 348   getNextToken(); // eat '='.
 349
 350   auto Start = ParseExpression();
 351   if (!Start)
 352     return nullptr;
 353   if (CurTok != ',')
 354     return Error("expected ',' after for start value");
 355   getNextToken();
 356
 357   auto End = ParseExpression();
 358   if (!End)
 359     return nullptr;
 360
 361   // The step value is optional.
 362   std::unique_ptr<ExprAST> Step;
 363   if (CurTok == ',') {
 364     getNextToken();
 365     Step = ParseExpression();
 366     if (!Step)
 367       return nullptr;
 368   }
 369
 370   if (CurTok != tok_in)
 371     return Error("expected 'in' after for");
 372   getNextToken(); // eat 'in'.
 373
 374   auto Body = ParseExpression();
 375   if (!Body)
 376     return nullptr;
 377
 378   return llvm::make_unique<ForExprAST>(IdName, std::move(Start), std::move(End),
 379                                        std::move(Step), std::move(Body));
 380 }
 381
 382 /// primary
 383 ///   ::= identifierexpr
 384 ///   ::= numberexpr
 385 ///   ::= parenexpr
 386 ///   ::= ifexpr
 387 ///   ::= forexpr
 388 static std::unique_ptr<ExprAST> ParsePrimary() {
 389   switch (CurTok) {
 390   default:
 391     return Error("unknown token when expecting an expression");
 392   case tok_identifier:
 393     return ParseIdentifierExpr();
 394   case tok_number:
 395     return ParseNumberExpr();
 396   case '(':
 397     return ParseParenExpr();
 398   case tok_if:
 399     return ParseIfExpr();
 400   case tok_for:
 401     return ParseForExpr();
 402   }
 403 }
 404
 405 /// binoprhs
 406 ///   ::= ('+' primary)*
 407 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseBinOpRHS(int ExprPrec,
 408                                               std::unique_ptr<ExprAST> LHS) {
 409   // If this is a binop, find its precedence.
 410   while (1) {
 411     int TokPrec = GetTokPrecedence();
 412
 413     // If this is a binop that binds at least as tightly as the current binop,
 414     // consume it, otherwise we are done.
 415     if (TokPrec < ExprPrec)
 416       return LHS;
 417
 418     // Okay, we know this is a binop.
 419     int BinOp = CurTok;
 420     getNextToken(); // eat binop
 421
 422     // Parse the primary expression after the binary operator.
 423     auto RHS = ParsePrimary();
 424     if (!RHS)
 425       return nullptr;
 426
 427     // If BinOp binds less tightly with RHS than the operator after RHS, let
 428     // the pending operator take RHS as its LHS.
 429     int NextPrec = GetTokPrecedence();
 430     if (TokPrec < NextPrec) {
 431       RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec + 1, std::move(RHS));
 432       if (!RHS)
 433         return nullptr;
 434     }
 435
 436     // Merge LHS/RHS.
 437     LHS = llvm::make_unique<BinaryExprAST>(BinOp, std::move(LHS),
 438                                            std::move(RHS));
 439   }
 440 }
 441
 442 /// expression
 443 ///   ::= primary binoprhs
 444 ///
 445 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression() {
 446   auto LHS = ParsePrimary();
 447   if (!LHS)
 448     return nullptr;
 449
 450   return ParseBinOpRHS(0, std::move(LHS));
 451 }
 452
 453 /// prototype
 454 ///   ::= id '(' id* ')'
 455 static std::unique_ptr<PrototypeAST> ParsePrototype() {
 456   if (CurTok != tok_identifier)
 457     return ErrorP("Expected function name in prototype");
 458
 459   std::string FnName = IdentifierStr;
 460   getNextToken();
 461
 462   if (CurTok != '(')
 463     return ErrorP("Expected '(' in prototype");
 464
 465   std::vector<std::string> ArgNames;
 466   while (getNextToken() == tok_identifier)
 467     ArgNames.push_back(IdentifierStr);
 468   if (CurTok != ')')
 469     return ErrorP("Expected ')' in prototype");
 470
 471   // success.
 472   getNextToken(); // eat ')'.
 473
 474   return llvm::make_unique<PrototypeAST>(FnName, std::move(ArgNames));
 475 }
 476
 477 /// definition ::= 'def' prototype expression
 478 static std::unique_ptr<FunctionAST> ParseDefinition() {
 479   getNextToken(); // eat def.
 480   auto Proto = ParsePrototype();
 481   if (!Proto)
 482     return nullptr;
 483
 484   if (auto E = ParseExpression())
 485     return llvm::make_unique<FunctionAST>(std::move(Proto), std::move(E));
 486   return nullptr;
 487 }
 488
 489 /// toplevelexpr ::= expression
 490 static std::unique_ptr<FunctionAST> ParseTopLevelExpr() {
 491   if (auto E = ParseExpression()) {
 492     // Make an anonymous proto.
 493     auto Proto = llvm::make_unique<PrototypeAST>("",
 494                                                  std::vector<std::string>());
 495     return llvm::make_unique<FunctionAST>(std::move(Proto), std::move(E));
 496   }
 497   return nullptr;
 498 }
 499
 500 /// external ::= 'extern' prototype
 501 static std::unique_ptr<PrototypeAST> ParseExtern() {
 502   getNextToken(); // eat extern.
 503   return ParsePrototype();
 504 }
 505
 506 //===----------------------------------------------------------------------===//
 507 // Code Generation
 508 //===----------------------------------------------------------------------===//
 509
 510 static Module *TheModule;
 511 static IRBuilder<> Builder(getGlobalContext());
 512 static std::map<std::string, Value *> NamedValues;
 513 static legacy::FunctionPassManager *TheFPM;
 514
 515 Value *ErrorV(const char *Str) {
 516   Error(Str);
 517   return nullptr;
 518 }
 519
 520 Value *NumberExprAST::Codegen() {
 521   return ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(Val));
 522 }
 523
 524 Value *VariableExprAST::Codegen() {
 525   // Look this variable up in the function.
 526   Value *V = NamedValues[Name];
 527   return V ? V : ErrorV("Unknown variable name");
 528 }
 529
 530 Value *BinaryExprAST::Codegen() {
 531   Value *L = LHS->Codegen();
 532   Value *R = RHS->Codegen();
 533   if (!L || !R)
 534     return nullptr;
 535
 536   switch (Op) {
 537   case '+':
 538     return Builder.CreateFAdd(L, R, "addtmp");
 539   case '-':
 540     return Builder.CreateFSub(L, R, "subtmp");
 541   case '*':
 542     return Builder.CreateFMul(L, R, "multmp");
 543   case '<':
 544     L = Builder.CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp");
 545     // Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0
 546     return Builder.CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 547                                 "booltmp");
 548   default:
 549     return ErrorV("invalid binary operator");
 550   }
 551 }
 552
 553 Value *CallExprAST::Codegen() {
 554   // Look up the name in the global module table.
 555   Function *CalleeF = TheModule->getFunction(Callee);
 556   if (!CalleeF)
 557     return ErrorV("Unknown function referenced");
 558
 559   // If argument mismatch error.
 560   if (CalleeF->arg_size() != Args.size())
 561     return ErrorV("Incorrect # arguments passed");
 562
 563   std::vector<Value *> ArgsV;
 564   for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
 565     ArgsV.push_back(Args[i]->Codegen());
 566     if (!ArgsV.back())
 567       return nullptr;
 568   }
 569
 570   return Builder.CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 571 }
 572
 573 Value *IfExprAST::Codegen() {
 574   Value *CondV = Cond->Codegen();
 575   if (!CondV)
 576     return nullptr;
 577
 578   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 579   CondV = Builder.CreateFCmpONE(
 580       CondV, ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)), "ifcond");
 581
 582   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 583
 584   // Create blocks for the then and else cases.  Insert the 'then' block at the
 585   // end of the function.
 586   BasicBlock *ThenBB =
 587       BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "then", TheFunction);
 588   BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "else");
 589   BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "ifcont");
 590
 591   Builder.CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB);
 592
 593   // Emit then value.
 594   Builder.SetInsertPoint(ThenBB);
 595
 596   Value *ThenV = Then->Codegen();
 597   if (!ThenV)
 598     return nullptr;
 599
 600   Builder.CreateBr(MergeBB);
 601   // Codegen of 'Then' can change the current block, update ThenBB for the PHI.
 602   ThenBB = Builder.GetInsertBlock();
 603
 604   // Emit else block.
 605   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
 606   Builder.SetInsertPoint(ElseBB);
 607
 608   Value *ElseV = Else->Codegen();
 609   if (!ElseV)
 610     return nullptr;
 611
 612   Builder.CreateBr(MergeBB);
 613   // Codegen of 'Else' can change the current block, update ElseBB for the PHI.
 614   ElseBB = Builder.GetInsertBlock();
 615
 616   // Emit merge block.
 617   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(MergeBB);
 618   Builder.SetInsertPoint(MergeBB);
 619   PHINode *PN =
 620       Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2, "iftmp");
 621
 622   PN->addIncoming(ThenV, ThenBB);
 623   PN->addIncoming(ElseV, ElseBB);
 624   return PN;
 625 }
 626
 627 Value *ForExprAST::Codegen() {
 628   // Output this as:
 629   //   ...
 630   //   start = startexpr
 631   //   goto loop
 632   // loop:
 633   //   variable = phi [start, loopheader], [nextvariable, loopend]
 634   //   ...
 635   //   bodyexpr
 636   //   ...
 637   // loopend:
 638   //   step = stepexpr
 639   //   nextvariable = variable + step
 640   //   endcond = endexpr
 641   //   br endcond, loop, endloop
 642   // outloop:
 643
 644   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
 645   Value *StartVal = Start->Codegen();
 646   if (!StartVal)
 647     return nullptr;
 648
 649   // Make the new basic block for the loop header, inserting after current
 650   // block.
 651   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 652   BasicBlock *PreheaderBB = Builder.GetInsertBlock();
 653   BasicBlock *LoopBB =
 654       BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "loop", TheFunction);
 655
 656   // Insert an explicit fall through from the current block to the LoopBB.
 657   Builder.CreateBr(LoopBB);
 658
 659   // Start insertion in LoopBB.
 660   Builder.SetInsertPoint(LoopBB);
 661
 662   // Start the PHI node with an entry for Start.
 663   PHINode *Variable = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 664                                         2, VarName.c_str());
 665   Variable->addIncoming(StartVal, PreheaderBB);
 666
 667   // Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node.  If it
 668   // shadows an existing variable, we have to restore it, so save it now.
 669   Value *OldVal = NamedValues[VarName];
 670   NamedValues[VarName] = Variable;
 671
 672   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
 673   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
 674   // allow an error.
 675   if (!Body->Codegen())
 676     return nullptr;
 677
 678   // Emit the step value.
 679   Value *StepVal;
 680   if (Step) {
 681     StepVal = Step->Codegen();
 682     if (!StepVal)
 683       return nullptr;
 684   } else {
 685     // If not specified, use 1.0.
 686     StepVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(1.0));
 687   }
 688
 689   Value *NextVar = Builder.CreateFAdd(Variable, StepVal, "nextvar");
 690
 691   // Compute the end condition.
 692   Value *EndCond = End->Codegen();
 693   if (!EndCond)
 694     return EndCond;
 695
 696   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 697   EndCond = Builder.CreateFCmpONE(
 698       EndCond, ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)), "loopcond");
 699
 700   // Create the "after loop" block and insert it.
 701   BasicBlock *LoopEndBB = Builder.GetInsertBlock();
 702   BasicBlock *AfterBB =
 703       BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "afterloop", TheFunction);
 704
 705   // Insert the conditional branch into the end of LoopEndBB.
 706   Builder.CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);
 707
 708   // Any new code will be inserted in AfterBB.
 709   Builder.SetInsertPoint(AfterBB);
 710
 711   // Add a new entry to the PHI node for the backedge.
 712   Variable->addIncoming(NextVar, LoopEndBB);
 713
 714   // Restore the unshadowed variable.
 715   if (OldVal)
 716     NamedValues[VarName] = OldVal;
 717   else
 718     NamedValues.erase(VarName);
 719
 720   // for expr always returns 0.0.
 721   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 722 }
 723
 724 Function *PrototypeAST::Codegen() {
 725   // Make the function type:  double(double,double) etc.
 726   std::vector<Type *> Doubles(Args.size(),
 727                               Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 728   FunctionType *FT =
 729       FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), Doubles, false);
 730
 731   Function *F =
 732       Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, Name, TheModule);
 733
 734   // If F conflicted, there was already something named 'Name'.  If it has a
 735   // body, don't allow redefinition or reextern.
 736   if (F->getName() != Name) {
 737     // Delete the one we just made and get the existing one.
 738     F->eraseFromParent();
 739     F = TheModule->getFunction(Name);
 740
 741     // If F already has a body, reject this.
 742     if (!F->empty()) {
 743       ErrorF("redefinition of function");
 744       return nullptr;
 745     }
 746
 747     // If F took a different number of args, reject.
 748     if (F->arg_size() != Args.size()) {
 749       ErrorF("redefinition of function with different # args");
 750       return nullptr;
 751     }
 752   }
 753
 754   // Set names for all arguments.
 755   unsigned Idx = 0;
 756   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
 757        ++AI, ++Idx) {
 758     AI->setName(Args[Idx]);
 759
 760     // Add arguments to variable symbol table.
 761     NamedValues[Args[Idx]] = AI;
 762   }
 763
 764   return F;
 765 }
 766
 767 Function *FunctionAST::Codegen() {
 768   NamedValues.clear();
 769
 770   Function *TheFunction = Proto->Codegen();
 771   if (!TheFunction)
 772     return nullptr;
 773
 774   // Create a new basic block to start insertion into.
 775   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
 776   Builder.SetInsertPoint(BB);
 777
 778   if (Value *RetVal = Body->Codegen()) {
 779     // Finish off the function.
 780     Builder.CreateRet(RetVal);
 781
 782     // Validate the generated code, checking for consistency.
 783     verifyFunction(*TheFunction);
 784
 785     // Optimize the function.
 786     TheFPM->run(*TheFunction);
 787
 788     return TheFunction;
 789   }
 790
 791   // Error reading body, remove function.
 792   TheFunction->eraseFromParent();
 793   return nullptr;
 794 }
 795
 796 //===----------------------------------------------------------------------===//
 797 // Top-Level parsing and JIT Driver
 798 //===----------------------------------------------------------------------===//
 799
 800 static ExecutionEngine *TheExecutionEngine;
 801
 802 static void HandleDefinition() {
 803   if (auto FnAST = ParseDefinition()) {
 804     if (auto *FnIR = FnAST->Codegen()) {
 805       fprintf(stderr, "Read function definition:");
 806       FnIR->dump();
 807     }
 808   } else {
 809     // Skip token for error recovery.
 810     getNextToken();
 811   }
 812 }
 813
 814 static void HandleExtern() {
 815   if (auto ProtoAST = ParseExtern()) {
 816     if (auto *FnIR = ProtoAST->Codegen()) {
 817       fprintf(stderr, "Read extern: ");
 818       FnIR->dump();
 819     }
 820   } else {
 821     // Skip token for error recovery.
 822     getNextToken();
 823   }
 824 }
 825
 826 static void HandleTopLevelExpression() {
 827   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
 828   if (auto FnAST = ParseTopLevelExpr()) {
 829     if (auto *FnIR = FnAST->Codegen()) {
 830       TheExecutionEngine->finalizeObject();
 831       // JIT the function, returning a function pointer.
 832       void *FPtr = TheExecutionEngine->getPointerToFunction(FnIR);
 833
 834       // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
 835       // can call it as a native function.
 836       double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)FPtr;
 837       fprintf(stderr, "Evaluated to %f\n", FP());
 838     }
 839   } else {
 840     // Skip token for error recovery.
 841     getNextToken();
 842   }
 843 }
 844
 845 /// top ::= definition | external | expression | ';'
 846 static void MainLoop() {
 847   while (1) {
 848     fprintf(stderr, "ready> ");
 849     switch (CurTok) {
 850     case tok_eof:
 851       return;
 852     case ';':
 853       getNextToken();
 854       break; // ignore top-level semicolons.
 855     case tok_def:
 856       HandleDefinition();
 857       break;
 858     case tok_extern:
 859       HandleExtern();
 860       break;
 861     default:
 862       HandleTopLevelExpression();
 863       break;
 864     }
 865   }
 866 }
 867
 868 //===----------------------------------------------------------------------===//
 869 // "Library" functions that can be "extern'd" from user code.
 870 //===----------------------------------------------------------------------===//
 871
 872 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
 873 extern "C" double putchard(double X) {
 874   putchar((char)X);
 875   return 0;
 876 }
 877
 878 //===----------------------------------------------------------------------===//
 879 // Main driver code.
 880 //===----------------------------------------------------------------------===//
 881
 882 int main() {
 883   InitializeNativeTarget();
 884   InitializeNativeTargetAsmPrinter();
 885   InitializeNativeTargetAsmParser();
 886   LLVMContext &Context = getGlobalContext();
 887
 888   // Install standard binary operators.
 889   // 1 is lowest precedence.
 890   BinopPrecedence['<'] = 10;
 891   BinopPrecedence['+'] = 20;
 892   BinopPrecedence['-'] = 20;
 893   BinopPrecedence['*'] = 40; // highest.
 894
 895   // Prime the first token.
 896   fprintf(stderr, "ready> ");
 897   getNextToken();
 898
 899   // Make the module, which holds all the code.
 900   std::unique_ptr<Module> Owner = make_unique<Module>("my cool jit", Context);
 901   TheModule = Owner.get();
 902
 903   // Create the JIT.  This takes ownership of the module.
 904   std::string ErrStr;
 905   TheExecutionEngine =
 906       EngineBuilder(std::move(Owner))
 907           .setErrorStr(&ErrStr)
 908           .setMCJITMemoryManager(llvm::make_unique<SectionMemoryManager>())
 909           .create();
 910   if (!TheExecutionEngine) {
 911     fprintf(stderr, "Could not create ExecutionEngine: %s\n", ErrStr.c_str());
 912     exit(1);
 913   }
 914
 915   legacy::FunctionPassManager OurFPM(TheModule);
 916
 917   // Set up the optimizer pipeline.  Start with registering info about how the
 918   // target lays out data structures.
 919   TheModule->setDataLayout(TheExecutionEngine->getDataLayout());
 920   // Provide basic AliasAnalysis support for GVN.
 921   OurFPM.add(createBasicAliasAnalysisPass());
 922   // Do simple "peephole" optimizations and bit-twiddling optzns.
 923   OurFPM.add(createInstructionCombiningPass());
 924   // Reassociate expressions.
 925   OurFPM.add(createReassociatePass());
 926   // Eliminate Common SubExpressions.
 927   OurFPM.add(createGVNPass());
 928   // Simplify the control flow graph (deleting unreachable blocks, etc).
 929   OurFPM.add(createCFGSimplificationPass());
 930
 931   OurFPM.doInitialization();
 932
 933   // Set the global so the code gen can use this.
 934   TheFPM = &OurFPM;
 935
 936   // Run the main "interpreter loop" now.
 937   MainLoop();
 938
 939   TheFPM = 0;
 940
 941   // Print out all of the generated code.
 942   TheModule->dump();
 943
 944   return 0;
 945 }