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/LegacyPassManager.h"
  10 #include "llvm/IR/Module.h"
  11 #include "llvm/IR/Verifier.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,
  32   tok_extern = -3,
  33
  34   // primary
  35   tok_identifier = -4,
  36   tok_number = -5,
  37
  38   // control
  39   tok_if = -6,
  40   tok_then = -7,
  41   tok_else = -8,
  42   tok_for = -9,
  43   tok_in = -10
  44 };
  45
  46 static std::string IdentifierStr; // Filled in if tok_identifier
  47 static double NumVal;             // Filled in if tok_number
  48
  49 /// gettok - Return the next token from standard input.
  50 static int gettok() {
  51   static int LastChar = ' ';
  52
  53   // Skip any whitespace.
  54   while (isspace(LastChar))
  55     LastChar = getchar();
  56
  57   if (isalpha(LastChar)) { // identifier: [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*
  58     IdentifierStr = LastChar;
  59     while (isalnum((LastChar = getchar())))
  60       IdentifierStr += LastChar;
  61
  62     if (IdentifierStr == "def")
  63       return tok_def;
  64     if (IdentifierStr == "extern")
  65       return tok_extern;
  66     if (IdentifierStr == "if")
  67       return tok_if;
  68     if (IdentifierStr == "then")
  69       return tok_then;
  70     if (IdentifierStr == "else")
  71       return tok_else;
  72     if (IdentifierStr == "for")
  73       return tok_for;
  74     if (IdentifierStr == "in")
  75       return tok_in;
  76     return tok_identifier;
  77   }
  78
  79   if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') { // Number: [0-9.]+
  80     std::string NumStr;
  81     do {
  82       NumStr += LastChar;
  83       LastChar = getchar();
  84     } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.');
  85
  86     NumVal = strtod(NumStr.c_str(), 0);
  87     return tok_number;
  88   }
  89
  90   if (LastChar == '#') {
  91     // Comment until end of line.
  92     do
  93       LastChar = getchar();
  94     while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r');
  95
  96     if (LastChar != EOF)
  97       return gettok();
  98   }
  99
 100   // Check for end of file.  Don't eat the EOF.
 101   if (LastChar == EOF)
 102     return tok_eof;
 103
 104   // Otherwise, just return the character as its ascii value.
 105   int ThisChar = LastChar;
 106   LastChar = getchar();
 107   return ThisChar;
 108 }
 109
 110 //===----------------------------------------------------------------------===//
 111 // Abstract Syntax Tree (aka Parse Tree)
 112 //===----------------------------------------------------------------------===//
 113 namespace {
 114 /// ExprAST - Base class for all expression nodes.
 115 class ExprAST {
 116 public:
 117   virtual ~ExprAST() {}
 118   virtual Value *Codegen() = 0;
 119 };
 120
 121 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
 122 class NumberExprAST : public ExprAST {
 123   double Val;
 124
 125 public:
 126   NumberExprAST(double val) : Val(val) {}
 127   virtual Value *Codegen();
 128 };
 129
 130 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
 131 class VariableExprAST : public ExprAST {
 132   std::string Name;
 133
 134 public:
 135   VariableExprAST(const std::string &name) : Name(name) {}
 136   virtual Value *Codegen();
 137 };
 138
 139 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 140 class BinaryExprAST : public ExprAST {
 141   char Op;
 142   ExprAST *LHS, *RHS;
 143
 144 public:
 145   BinaryExprAST(char op, ExprAST *lhs, ExprAST *rhs)
 146       : Op(op), LHS(lhs), RHS(rhs) {}
 147   virtual Value *Codegen();
 148 };
 149
 150 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 151 class CallExprAST : public ExprAST {
 152   std::string Callee;
 153   std::vector<ExprAST *> Args;
 154
 155 public:
 156   CallExprAST(const std::string &callee, std::vector<ExprAST *> &args)
 157       : Callee(callee), Args(args) {}
 158   virtual Value *Codegen();
 159 };
 160
 161 /// IfExprAST - Expression class for if/then/else.
 162 class IfExprAST : public ExprAST {
 163   ExprAST *Cond, *Then, *Else;
 164
 165 public:
 166   IfExprAST(ExprAST *cond, ExprAST *then, ExprAST *_else)
 167       : Cond(cond), Then(then), Else(_else) {}
 168   virtual Value *Codegen();
 169 };
 170
 171 /// ForExprAST - Expression class for for/in.
 172 class ForExprAST : public ExprAST {
 173   std::string VarName;
 174   ExprAST *Start, *End, *Step, *Body;
 175
 176 public:
 177   ForExprAST(const std::string &varname, ExprAST *start, ExprAST *end,
 178              ExprAST *step, ExprAST *body)
 179       : VarName(varname), Start(start), End(end), Step(step), Body(body) {}
 180   virtual Value *Codegen();
 181 };
 182
 183 /// PrototypeAST - This class represents the "prototype" for a function,
 184 /// which captures its name, and its argument names (thus implicitly the number
 185 /// of arguments the function takes).
 186 class PrototypeAST {
 187   std::string Name;
 188   std::vector<std::string> Args;
 189
 190 public:
 191   PrototypeAST(const std::string &name, const std::vector<std::string> &args)
 192       : Name(name), Args(args) {}
 193
 194   Function *Codegen();
 195 };
 196
 197 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 198 class FunctionAST {
 199   PrototypeAST *Proto;
 200   ExprAST *Body;
 201
 202 public:
 203   FunctionAST(PrototypeAST *proto, ExprAST *body) : Proto(proto), Body(body) {}
 204
 205   Function *Codegen();
 206 };
 207 } // end anonymous namespace
 208
 209 //===----------------------------------------------------------------------===//
 210 // Parser
 211 //===----------------------------------------------------------------------===//
 212
 213 /// CurTok/getNextToken - Provide a simple token buffer.  CurTok is the current
 214 /// token the parser is looking at.  getNextToken reads another token from the
 215 /// lexer and updates CurTok with its results.
 216 static int CurTok;
 217 static int getNextToken() { return CurTok = gettok(); }
 218
 219 /// BinopPrecedence - This holds the precedence for each binary operator that is
 220 /// defined.
 221 static std::map<char, int> BinopPrecedence;
 222
 223 /// GetTokPrecedence - Get the precedence of the pending binary operator token.
 224 static int GetTokPrecedence() {
 225   if (!isascii(CurTok))
 226     return -1;
 227
 228   // Make sure it's a declared binop.
 229   int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
 230   if (TokPrec <= 0)
 231     return -1;
 232   return TokPrec;
 233 }
 234
 235 /// Error* - These are little helper functions for error handling.
 236 ExprAST *Error(const char *Str) {
 237   fprintf(stderr, "Error: %s\n", Str);
 238   return 0;
 239 }
 240 PrototypeAST *ErrorP(const char *Str) {
 241   Error(Str);
 242   return 0;
 243 }
 244 FunctionAST *ErrorF(const char *Str) {
 245   Error(Str);
 246   return 0;
 247 }
 248
 249 static ExprAST *ParseExpression();
 250
 251 /// identifierexpr
 252 ///   ::= identifier
 253 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
 254 static ExprAST *ParseIdentifierExpr() {
 255   std::string IdName = IdentifierStr;
 256
 257   getNextToken(); // eat identifier.
 258
 259   if (CurTok != '(') // Simple variable ref.
 260     return new VariableExprAST(IdName);
 261
 262   // Call.
 263   getNextToken(); // eat (
 264   std::vector<ExprAST *> Args;
 265   if (CurTok != ')') {
 266     while (1) {
 267       ExprAST *Arg = ParseExpression();
 268       if (!Arg)
 269         return 0;
 270       Args.push_back(Arg);
 271
 272       if (CurTok == ')')
 273         break;
 274
 275       if (CurTok != ',')
 276         return Error("Expected ')' or ',' in argument list");
 277       getNextToken();
 278     }
 279   }
 280
 281   // Eat the ')'.
 282   getNextToken();
 283
 284   return new CallExprAST(IdName, Args);
 285 }
 286
 287 /// numberexpr ::= number
 288 static ExprAST *ParseNumberExpr() {
 289   ExprAST *Result = new NumberExprAST(NumVal);
 290   getNextToken(); // consume the number
 291   return Result;
 292 }
 293
 294 /// parenexpr ::= '(' expression ')'
 295 static ExprAST *ParseParenExpr() {
 296   getNextToken(); // eat (.
 297   ExprAST *V = ParseExpression();
 298   if (!V)
 299     return 0;
 300
 301   if (CurTok != ')')
 302     return Error("expected ')'");
 303   getNextToken(); // eat ).
 304   return V;
 305 }
 306
 307 /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression
 308 static ExprAST *ParseIfExpr() {
 309   getNextToken(); // eat the if.
 310
 311   // condition.
 312   ExprAST *Cond = ParseExpression();
 313   if (!Cond)
 314     return 0;
 315
 316   if (CurTok != tok_then)
 317     return Error("expected then");
 318   getNextToken(); // eat the then
 319
 320   ExprAST *Then = ParseExpression();
 321   if (Then == 0)
 322     return 0;
 323
 324   if (CurTok != tok_else)
 325     return Error("expected else");
 326
 327   getNextToken();
 328
 329   ExprAST *Else = ParseExpression();
 330   if (!Else)
 331     return 0;
 332
 333   return new IfExprAST(Cond, Then, Else);
 334 }
 335
 336 /// forexpr ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression
 337 static 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   ExprAST *Start = ParseExpression();
 351   if (Start == 0)
 352     return 0;
 353   if (CurTok != ',')
 354     return Error("expected ',' after for start value");
 355   getNextToken();
 356
 357   ExprAST *End = ParseExpression();
 358   if (End == 0)
 359     return 0;
 360
 361   // The step value is optional.
 362   ExprAST *Step = 0;
 363   if (CurTok == ',') {
 364     getNextToken();
 365     Step = ParseExpression();
 366     if (Step == 0)
 367       return 0;
 368   }
 369
 370   if (CurTok != tok_in)
 371     return Error("expected 'in' after for");
 372   getNextToken(); // eat 'in'.
 373
 374   ExprAST *Body = ParseExpression();
 375   if (Body == 0)
 376     return 0;
 377
 378   return new ForExprAST(IdName, Start, End, Step, Body);
 379 }
 380
 381 /// primary
 382 ///   ::= identifierexpr
 383 ///   ::= numberexpr
 384 ///   ::= parenexpr
 385 ///   ::= ifexpr
 386 ///   ::= forexpr
 387 static ExprAST *ParsePrimary() {
 388   switch (CurTok) {
 389   default:
 390     return Error("unknown token when expecting an expression");
 391   case tok_identifier:
 392     return ParseIdentifierExpr();
 393   case tok_number:
 394     return ParseNumberExpr();
 395   case '(':
 396     return ParseParenExpr();
 397   case tok_if:
 398     return ParseIfExpr();
 399   case tok_for:
 400     return ParseForExpr();
 401   }
 402 }
 403
 404 /// binoprhs
 405 ///   ::= ('+' primary)*
 406 static ExprAST *ParseBinOpRHS(int ExprPrec, ExprAST *LHS) {
 407   // If this is a binop, find its precedence.
 408   while (1) {
 409     int TokPrec = GetTokPrecedence();
 410
 411     // If this is a binop that binds at least as tightly as the current binop,
 412     // consume it, otherwise we are done.
 413     if (TokPrec < ExprPrec)
 414       return LHS;
 415
 416     // Okay, we know this is a binop.
 417     int BinOp = CurTok;
 418     getNextToken(); // eat binop
 419
 420     // Parse the primary expression after the binary operator.
 421     ExprAST *RHS = ParsePrimary();
 422     if (!RHS)
 423       return 0;
 424
 425     // If BinOp binds less tightly with RHS than the operator after RHS, let
 426     // the pending operator take RHS as its LHS.
 427     int NextPrec = GetTokPrecedence();
 428     if (TokPrec < NextPrec) {
 429       RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec + 1, RHS);
 430       if (RHS == 0)
 431         return 0;
 432     }
 433
 434     // Merge LHS/RHS.
 435     LHS = new BinaryExprAST(BinOp, LHS, RHS);
 436   }
 437 }
 438
 439 /// expression
 440 ///   ::= primary binoprhs
 441 ///
 442 static ExprAST *ParseExpression() {
 443   ExprAST *LHS = ParsePrimary();
 444   if (!LHS)
 445     return 0;
 446
 447   return ParseBinOpRHS(0, LHS);
 448 }
 449
 450 /// prototype
 451 ///   ::= id '(' id* ')'
 452 static PrototypeAST *ParsePrototype() {
 453   if (CurTok != tok_identifier)
 454     return ErrorP("Expected function name in prototype");
 455
 456   std::string FnName = IdentifierStr;
 457   getNextToken();
 458
 459   if (CurTok != '(')
 460     return ErrorP("Expected '(' in prototype");
 461
 462   std::vector<std::string> ArgNames;
 463   while (getNextToken() == tok_identifier)
 464     ArgNames.push_back(IdentifierStr);
 465   if (CurTok != ')')
 466     return ErrorP("Expected ')' in prototype");
 467
 468   // success.
 469   getNextToken(); // eat ')'.
 470
 471   return new PrototypeAST(FnName, ArgNames);
 472 }
 473
 474 /// definition ::= 'def' prototype expression
 475 static FunctionAST *ParseDefinition() {
 476   getNextToken(); // eat def.
 477   PrototypeAST *Proto = ParsePrototype();
 478   if (Proto == 0)
 479     return 0;
 480
 481   if (ExprAST *E = ParseExpression())
 482     return new FunctionAST(Proto, E);
 483   return 0;
 484 }
 485
 486 /// toplevelexpr ::= expression
 487 static FunctionAST *ParseTopLevelExpr() {
 488   if (ExprAST *E = ParseExpression()) {
 489     // Make an anonymous proto.
 490     PrototypeAST *Proto = new PrototypeAST("", std::vector<std::string>());
 491     return new FunctionAST(Proto, E);
 492   }
 493   return 0;
 494 }
 495
 496 /// external ::= 'extern' prototype
 497 static PrototypeAST *ParseExtern() {
 498   getNextToken(); // eat extern.
 499   return ParsePrototype();
 500 }
 501
 502 //===----------------------------------------------------------------------===//
 503 // Code Generation
 504 //===----------------------------------------------------------------------===//
 505
 506 static Module *TheModule;
 507 static IRBuilder<> Builder(getGlobalContext());
 508 static std::map<std::string, Value *> NamedValues;
 509 static FunctionPassManager *TheFPM;
 510
 511 Value *ErrorV(const char *Str) {
 512   Error(Str);
 513   return 0;
 514 }
 515
 516 Value *NumberExprAST::Codegen() {
 517   return ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(Val));
 518 }
 519
 520 Value *VariableExprAST::Codegen() {
 521   // Look this variable up in the function.
 522   Value *V = NamedValues[Name];
 523   return V ? V : ErrorV("Unknown variable name");
 524 }
 525
 526 Value *BinaryExprAST::Codegen() {
 527   Value *L = LHS->Codegen();
 528   Value *R = RHS->Codegen();
 529   if (L == 0 || R == 0)
 530     return 0;
 531
 532   switch (Op) {
 533   case '+':
 534     return Builder.CreateFAdd(L, R, "addtmp");
 535   case '-':
 536     return Builder.CreateFSub(L, R, "subtmp");
 537   case '*':
 538     return Builder.CreateFMul(L, R, "multmp");
 539   case '<':
 540     L = Builder.CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp");
 541     // Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0
 542     return Builder.CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 543                                 "booltmp");
 544   default:
 545     return ErrorV("invalid binary operator");
 546   }
 547 }
 548
 549 Value *CallExprAST::Codegen() {
 550   // Look up the name in the global module table.
 551   Function *CalleeF = TheModule->getFunction(Callee);
 552   if (CalleeF == 0)
 553     return ErrorV("Unknown function referenced");
 554
 555   // If argument mismatch error.
 556   if (CalleeF->arg_size() != Args.size())
 557     return ErrorV("Incorrect # arguments passed");
 558
 559   std::vector<Value *> ArgsV;
 560   for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
 561     ArgsV.push_back(Args[i]->Codegen());
 562     if (ArgsV.back() == 0)
 563       return 0;
 564   }
 565
 566   return Builder.CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 567 }
 568
 569 Value *IfExprAST::Codegen() {
 570   Value *CondV = Cond->Codegen();
 571   if (CondV == 0)
 572     return 0;
 573
 574   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 575   CondV = Builder.CreateFCmpONE(
 576       CondV, ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)), "ifcond");
 577
 578   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 579
 580   // Create blocks for the then and else cases.  Insert the 'then' block at the
 581   // end of the function.
 582   BasicBlock *ThenBB =
 583       BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "then", TheFunction);
 584   BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "else");
 585   BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "ifcont");
 586
 587   Builder.CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB);
 588
 589   // Emit then value.
 590   Builder.SetInsertPoint(ThenBB);
 591
 592   Value *ThenV = Then->Codegen();
 593   if (ThenV == 0)
 594     return 0;
 595
 596   Builder.CreateBr(MergeBB);
 597   // Codegen of 'Then' can change the current block, update ThenBB for the PHI.
 598   ThenBB = Builder.GetInsertBlock();
 599
 600   // Emit else block.
 601   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
 602   Builder.SetInsertPoint(ElseBB);
 603
 604   Value *ElseV = Else->Codegen();
 605   if (ElseV == 0)
 606     return 0;
 607
 608   Builder.CreateBr(MergeBB);
 609   // Codegen of 'Else' can change the current block, update ElseBB for the PHI.
 610   ElseBB = Builder.GetInsertBlock();
 611
 612   // Emit merge block.
 613   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(MergeBB);
 614   Builder.SetInsertPoint(MergeBB);
 615   PHINode *PN =
 616       Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2, "iftmp");
 617
 618   PN->addIncoming(ThenV, ThenBB);
 619   PN->addIncoming(ElseV, ElseBB);
 620   return PN;
 621 }
 622
 623 Value *ForExprAST::Codegen() {
 624   // Output this as:
 625   //   ...
 626   //   start = startexpr
 627   //   goto loop
 628   // loop:
 629   //   variable = phi [start, loopheader], [nextvariable, loopend]
 630   //   ...
 631   //   bodyexpr
 632   //   ...
 633   // loopend:
 634   //   step = stepexpr
 635   //   nextvariable = variable + step
 636   //   endcond = endexpr
 637   //   br endcond, loop, endloop
 638   // outloop:
 639
 640   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
 641   Value *StartVal = Start->Codegen();
 642   if (StartVal == 0)
 643     return 0;
 644
 645   // Make the new basic block for the loop header, inserting after current
 646   // block.
 647   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 648   BasicBlock *PreheaderBB = Builder.GetInsertBlock();
 649   BasicBlock *LoopBB =
 650       BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "loop", TheFunction);
 651
 652   // Insert an explicit fall through from the current block to the LoopBB.
 653   Builder.CreateBr(LoopBB);
 654
 655   // Start insertion in LoopBB.
 656   Builder.SetInsertPoint(LoopBB);
 657
 658   // Start the PHI node with an entry for Start.
 659   PHINode *Variable = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 660                                         2, VarName.c_str());
 661   Variable->addIncoming(StartVal, PreheaderBB);
 662
 663   // Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node.  If it
 664   // shadows an existing variable, we have to restore it, so save it now.
 665   Value *OldVal = NamedValues[VarName];
 666   NamedValues[VarName] = Variable;
 667
 668   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
 669   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
 670   // allow an error.
 671   if (Body->Codegen() == 0)
 672     return 0;
 673
 674   // Emit the step value.
 675   Value *StepVal;
 676   if (Step) {
 677     StepVal = Step->Codegen();
 678     if (StepVal == 0)
 679       return 0;
 680   } else {
 681     // If not specified, use 1.0.
 682     StepVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(1.0));
 683   }
 684
 685   Value *NextVar = Builder.CreateFAdd(Variable, StepVal, "nextvar");
 686
 687   // Compute the end condition.
 688   Value *EndCond = End->Codegen();
 689   if (EndCond == 0)
 690     return EndCond;
 691
 692   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 693   EndCond = Builder.CreateFCmpONE(
 694       EndCond, ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)), "loopcond");
 695
 696   // Create the "after loop" block and insert it.
 697   BasicBlock *LoopEndBB = Builder.GetInsertBlock();
 698   BasicBlock *AfterBB =
 699       BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "afterloop", TheFunction);
 700
 701   // Insert the conditional branch into the end of LoopEndBB.
 702   Builder.CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);
 703
 704   // Any new code will be inserted in AfterBB.
 705   Builder.SetInsertPoint(AfterBB);
 706
 707   // Add a new entry to the PHI node for the backedge.
 708   Variable->addIncoming(NextVar, LoopEndBB);
 709
 710   // Restore the unshadowed variable.
 711   if (OldVal)
 712     NamedValues[VarName] = OldVal;
 713   else
 714     NamedValues.erase(VarName);
 715
 716   // for expr always returns 0.0.
 717   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 718 }
 719
 720 Function *PrototypeAST::Codegen() {
 721   // Make the function type:  double(double,double) etc.
 722   std::vector<Type *> Doubles(Args.size(),
 723                               Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 724   FunctionType *FT =
 725       FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), Doubles, false);
 726
 727   Function *F =
 728       Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, Name, TheModule);
 729
 730   // If F conflicted, there was already something named 'Name'.  If it has a
 731   // body, don't allow redefinition or reextern.
 732   if (F->getName() != Name) {
 733     // Delete the one we just made and get the existing one.
 734     F->eraseFromParent();
 735     F = TheModule->getFunction(Name);
 736
 737     // If F already has a body, reject this.
 738     if (!F->empty()) {
 739       ErrorF("redefinition of function");
 740       return 0;
 741     }
 742
 743     // If F took a different number of args, reject.
 744     if (F->arg_size() != Args.size()) {
 745       ErrorF("redefinition of function with different # args");
 746       return 0;
 747     }
 748   }
 749
 750   // Set names for all arguments.
 751   unsigned Idx = 0;
 752   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
 753        ++AI, ++Idx) {
 754     AI->setName(Args[Idx]);
 755
 756     // Add arguments to variable symbol table.
 757     NamedValues[Args[Idx]] = AI;
 758   }
 759
 760   return F;
 761 }
 762
 763 Function *FunctionAST::Codegen() {
 764   NamedValues.clear();
 765
 766   Function *TheFunction = Proto->Codegen();
 767   if (TheFunction == 0)
 768     return 0;
 769
 770   // Create a new basic block to start insertion into.
 771   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
 772   Builder.SetInsertPoint(BB);
 773
 774   if (Value *RetVal = Body->Codegen()) {
 775     // Finish off the function.
 776     Builder.CreateRet(RetVal);
 777
 778     // Validate the generated code, checking for consistency.
 779     verifyFunction(*TheFunction);
 780
 781     // Optimize the function.
 782     TheFPM->run(*TheFunction);
 783
 784     return TheFunction;
 785   }
 786
 787   // Error reading body, remove function.
 788   TheFunction->eraseFromParent();
 789   return 0;
 790 }
 791
 792 //===----------------------------------------------------------------------===//
 793 // Top-Level parsing and JIT Driver
 794 //===----------------------------------------------------------------------===//
 795
 796 static ExecutionEngine *TheExecutionEngine;
 797
 798 static void HandleDefinition() {
 799   if (FunctionAST *F = ParseDefinition()) {
 800     if (Function *LF = F->Codegen()) {
 801       fprintf(stderr, "Read function definition:");
 802       LF->dump();
 803     }
 804   } else {
 805     // Skip token for error recovery.
 806     getNextToken();
 807   }
 808 }
 809
 810 static void HandleExtern() {
 811   if (PrototypeAST *P = ParseExtern()) {
 812     if (Function *F = P->Codegen()) {
 813       fprintf(stderr, "Read extern: ");
 814       F->dump();
 815     }
 816   } else {
 817     // Skip token for error recovery.
 818     getNextToken();
 819   }
 820 }
 821
 822 static void HandleTopLevelExpression() {
 823   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
 824   if (FunctionAST *F = ParseTopLevelExpr()) {
 825     if (Function *LF = F->Codegen()) {
 826       TheExecutionEngine->finalizeObject();
 827       // JIT the function, returning a function pointer.
 828       void *FPtr = TheExecutionEngine->getPointerToFunction(LF);
 829
 830       // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
 831       // can call it as a native function.
 832       double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)FPtr;
 833       fprintf(stderr, "Evaluated to %f\n", FP());
 834     }
 835   } else {
 836     // Skip token for error recovery.
 837     getNextToken();
 838   }
 839 }
 840
 841 /// top ::= definition | external | expression | ';'
 842 static void MainLoop() {
 843   while (1) {
 844     fprintf(stderr, "ready> ");
 845     switch (CurTok) {
 846     case tok_eof:
 847       return;
 848     case ';':
 849       getNextToken();
 850       break; // ignore top-level semicolons.
 851     case tok_def:
 852       HandleDefinition();
 853       break;
 854     case tok_extern:
 855       HandleExtern();
 856       break;
 857     default:
 858       HandleTopLevelExpression();
 859       break;
 860     }
 861   }
 862 }
 863
 864 //===----------------------------------------------------------------------===//
 865 // "Library" functions that can be "extern'd" from user code.
 866 //===----------------------------------------------------------------------===//
 867
 868 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
 869 extern "C" double putchard(double X) {
 870   putchar((char)X);
 871   return 0;
 872 }
 873
 874 //===----------------------------------------------------------------------===//
 875 // Main driver code.
 876 //===----------------------------------------------------------------------===//
 877
 878 int main() {
 879   InitializeNativeTarget();
 880   InitializeNativeTargetAsmPrinter();
 881   InitializeNativeTargetAsmParser();
 882   LLVMContext &Context = getGlobalContext();
 883
 884   // Install standard binary operators.
 885   // 1 is lowest precedence.
 886   BinopPrecedence['<'] = 10;
 887   BinopPrecedence['+'] = 20;
 888   BinopPrecedence['-'] = 20;
 889   BinopPrecedence['*'] = 40; // highest.
 890
 891   // Prime the first token.
 892   fprintf(stderr, "ready> ");
 893   getNextToken();
 894
 895   // Make the module, which holds all the code.
 896   std::unique_ptr<Module> Owner = make_unique<Module>("my cool jit", Context);
 897   TheModule = Owner.get();
 898
 899   // Create the JIT.  This takes ownership of the module.
 900   std::string ErrStr;
 901   TheExecutionEngine =
 902       EngineBuilder(std::move(Owner))
 903           .setErrorStr(&ErrStr)
 904           .setMCJITMemoryManager(llvm::make_unique<SectionMemoryManager>())
 905           .create();
 906   if (!TheExecutionEngine) {
 907     fprintf(stderr, "Could not create ExecutionEngine: %s\n", ErrStr.c_str());
 908     exit(1);
 909   }
 910
 911   FunctionPassManager OurFPM(TheModule);
 912
 913   // Set up the optimizer pipeline.  Start with registering info about how the
 914   // target lays out data structures.
 915   TheModule->setDataLayout(TheExecutionEngine->getDataLayout());
 916   OurFPM.add(new DataLayoutPass());
 917   // Provide basic AliasAnalysis support for GVN.
 918   OurFPM.add(createBasicAliasAnalysisPass());
 919   // Do simple "peephole" optimizations and bit-twiddling optzns.
 920   OurFPM.add(createInstructionCombiningPass());
 921   // Reassociate expressions.
 922   OurFPM.add(createReassociatePass());
 923   // Eliminate Common SubExpressions.
 924   OurFPM.add(createGVNPass());
 925   // Simplify the control flow graph (deleting unreachable blocks, etc).
 926   OurFPM.add(createCFGSimplificationPass());
 927
 928   OurFPM.doInitialization();
 929
 930   // Set the global so the code gen can use this.
 931   TheFPM = &OurFPM;
 932
 933   // Run the main "interpreter loop" now.
 934   MainLoop();
 935
 936   TheFPM = 0;
 937
 938   // Print out all of the generated code.
 939   TheModule->dump();
 940
 941   return 0;
 942 }