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