examples/Kaleidoscope/Chapter5/toy.cpp

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