examples/Kaleidoscope/Chapter5/toy.cpp

   1 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
   2 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
   3 #include "llvm/ExecutionEngine/ExecutionEngine.h"
   4 #include "llvm/ExecutionEngine/JIT.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/PassManager.h"
  11 #include "llvm/Support/TargetSelect.h"
  12 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  13 #include <cctype>
  14 #include <cstdio>
  15 #include <map>
  16 #include <string>
  17 #include <vector>
  18 using namespace llvm;
  19
  20 //===----------------------------------------------------------------------===//
  21 // Lexer
  22 //===----------------------------------------------------------------------===//
  23
  24 // The lexer returns tokens [0-255] if it is an unknown character, otherwise one
  25 // of these for known things.
  26 enum Token {
  27   tok_eof = -1,
  28
  29   // commands
  30   tok_def = -2, tok_extern = -3,
  31
  32   // primary
  33   tok_identifier = -4, tok_number = -5,
  34
  35   // control
  36   tok_if = -6, tok_then = -7, tok_else = -8,
  37   tok_for = -9, tok_in = -10
  38 };
  39
  40 static std::string IdentifierStr;  // Filled in if tok_identifier
  41 static double NumVal;              // Filled in if tok_number
  42
  43 /// gettok - Return the next token from standard input.
  44 static int gettok() {
  45   static int LastChar = ' ';
  46
  47   // Skip any whitespace.
  48   while (isspace(LastChar))
  49     LastChar = getchar();
  50
  51   if (isalpha(LastChar)) { // identifier: [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*
  52     IdentifierStr = LastChar;
  53     while (isalnum((LastChar = getchar())))
  54       IdentifierStr += LastChar;
  55
  56     if (IdentifierStr == "def") return tok_def;
  57     if (IdentifierStr == "extern") return tok_extern;
  58     if (IdentifierStr == "if") return tok_if;
  59     if (IdentifierStr == "then") return tok_then;
  60     if (IdentifierStr == "else") return tok_else;
  61     if (IdentifierStr == "for") return tok_for;
  62     if (IdentifierStr == "in") return tok_in;
  63     return tok_identifier;
  64   }
  65
  66   if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') {   // Number: [0-9.]+
  67     std::string NumStr;
  68     do {
  69       NumStr += LastChar;
  70       LastChar = getchar();
  71     } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.');
  72
  73     NumVal = strtod(NumStr.c_str(), 0);
  74     return tok_number;
  75   }
  76
  77   if (LastChar == '#') {
  78     // Comment until end of line.
  79     do LastChar = getchar();
  80     while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r');
  81
  82     if (LastChar != EOF)
  83       return gettok();
  84   }
  85
  86   // Check for end of file.  Don't eat the EOF.
  87   if (LastChar == EOF)
  88     return tok_eof;
  89
  90   // Otherwise, just return the character as its ascii value.
  91   int ThisChar = LastChar;
  92   LastChar = getchar();
  93   return ThisChar;
  94 }
  95
  96 //===----------------------------------------------------------------------===//
  97 // Abstract Syntax Tree (aka Parse Tree)
  98 //===----------------------------------------------------------------------===//
  99 namespace {
 100 /// ExprAST - Base class for all expression nodes.
 101 class ExprAST {
 102 public:
 103   virtual ~ExprAST() {}
 104   virtual Value *Codegen() = 0;
 105 };
 106
 107 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
 108 class NumberExprAST : public ExprAST {
 109   double Val;
 110 public:
 111   NumberExprAST(double val) : Val(val) {}
 112   virtual Value *Codegen();
 113 };
 114
 115 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
 116 class VariableExprAST : public ExprAST {
 117   std::string Name;
 118 public:
 119   VariableExprAST(const std::string &name) : Name(name) {}
 120   virtual Value *Codegen();
 121 };
 122
 123 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 124 class BinaryExprAST : public ExprAST {
 125   char Op;
 126   ExprAST *LHS, *RHS;
 127 public:
 128   BinaryExprAST(char op, ExprAST *lhs, ExprAST *rhs)
 129     : Op(op), LHS(lhs), RHS(rhs) {}
 130   virtual Value *Codegen();
 131 };
 132
 133 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 134 class CallExprAST : public ExprAST {
 135   std::string Callee;
 136   std::vector<ExprAST*> Args;
 137 public:
 138   CallExprAST(const std::string &callee, std::vector<ExprAST*> &args)
 139     : Callee(callee), Args(args) {}
 140   virtual Value *Codegen();
 141 };
 142
 143 /// IfExprAST - Expression class for if/then/else.
 144 class IfExprAST : public ExprAST {
 145   ExprAST *Cond, *Then, *Else;
 146 public:
 147   IfExprAST(ExprAST *cond, ExprAST *then, ExprAST *_else)
 148   : Cond(cond), Then(then), Else(_else) {}
 149   virtual Value *Codegen();
 150 };
 151
 152 /// ForExprAST - Expression class for for/in.
 153 class ForExprAST : public ExprAST {
 154   std::string VarName;
 155   ExprAST *Start, *End, *Step, *Body;
 156 public:
 157   ForExprAST(const std::string &varname, ExprAST *start, ExprAST *end,
 158              ExprAST *step, ExprAST *body)
 159     : VarName(varname), Start(start), End(end), Step(step), Body(body) {}
 160   virtual Value *Codegen();
 161 };
 162
 163 /// PrototypeAST - This class represents the "prototype" for a function,
 164 /// which captures its name, and its argument names (thus implicitly the number
 165 /// of arguments the function takes).
 166 class PrototypeAST {
 167   std::string Name;
 168   std::vector<std::string> Args;
 169 public:
 170   PrototypeAST(const std::string &name, const std::vector<std::string> &args)
 171     : Name(name), Args(args) {}
 172
 173   Function *Codegen();
 174 };
 175
 176 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 177 class FunctionAST {
 178   PrototypeAST *Proto;
 179   ExprAST *Body;
 180 public:
 181   FunctionAST(PrototypeAST *proto, ExprAST *body)
 182     : Proto(proto), Body(body) {}
 183
 184   Function *Codegen();
 185 };
 186 } // end anonymous namespace
 187
 188 //===----------------------------------------------------------------------===//
 189 // Parser
 190 //===----------------------------------------------------------------------===//
 191
 192 /// CurTok/getNextToken - Provide a simple token buffer.  CurTok is the current
 193 /// token the parser is looking at.  getNextToken reads another token from the
 194 /// lexer and updates CurTok with its results.
 195 static int CurTok;
 196 static int getNextToken() {
 197   return CurTok = gettok();
 198 }
 199
 200 /// BinopPrecedence - This holds the precedence for each binary operator that is
 201 /// defined.
 202 static std::map<char, int> BinopPrecedence;
 203
 204 /// GetTokPrecedence - Get the precedence of the pending binary operator token.
 205 static int GetTokPrecedence() {
 206   if (!isascii(CurTok))
 207     return -1;
 208
 209   // Make sure it's a declared binop.
 210   int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
 211   if (TokPrec <= 0) return -1;
 212   return TokPrec;
 213 }
 214
 215 /// Error* - These are little helper functions for error handling.
 216 ExprAST *Error(const char *Str) { fprintf(stderr, "Error: %s\n", Str);return 0;}
 217 PrototypeAST *ErrorP(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 218 FunctionAST *ErrorF(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 219
 220 static ExprAST *ParseExpression();
 221
 222 /// identifierexpr
 223 ///   ::= identifier
 224 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
 225 static ExprAST *ParseIdentifierExpr() {
 226   std::string IdName = IdentifierStr;
 227
 228   getNextToken();  // eat identifier.
 229
 230   if (CurTok != '(') // Simple variable ref.
 231     return new VariableExprAST(IdName);
 232
 233   // Call.
 234   getNextToken();  // eat (
 235   std::vector<ExprAST*> Args;
 236   if (CurTok != ')') {
 237     while (1) {
 238       ExprAST *Arg = ParseExpression();
 239       if (!Arg) return 0;
 240       Args.push_back(Arg);
 241
 242       if (CurTok == ')') break;
 243
 244       if (CurTok != ',')
 245         return Error("Expected ')' or ',' in argument list");
 246       getNextToken();
 247     }
 248   }
 249
 250   // Eat the ')'.
 251   getNextToken();
 252
 253   return new CallExprAST(IdName, Args);
 254 }
 255
 256 /// numberexpr ::= number
 257 static ExprAST *ParseNumberExpr() {
 258   ExprAST *Result = new NumberExprAST(NumVal);
 259   getNextToken(); // consume the number
 260   return Result;
 261 }
 262
 263 /// parenexpr ::= '(' expression ')'
 264 static ExprAST *ParseParenExpr() {
 265   getNextToken();  // eat (.
 266   ExprAST *V = ParseExpression();
 267   if (!V) return 0;
 268
 269   if (CurTok != ')')
 270     return Error("expected ')'");
 271   getNextToken();  // eat ).
 272   return V;
 273 }
 274
 275 /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression
 276 static ExprAST *ParseIfExpr() {
 277   getNextToken();  // eat the if.
 278
 279   // condition.
 280   ExprAST *Cond = ParseExpression();
 281   if (!Cond) return 0;
 282
 283   if (CurTok != tok_then)
 284     return Error("expected then");
 285   getNextToken();  // eat the then
 286
 287   ExprAST *Then = ParseExpression();
 288   if (Then == 0) return 0;
 289
 290   if (CurTok != tok_else)
 291     return Error("expected else");
 292
 293   getNextToken();
 294
 295   ExprAST *Else = ParseExpression();
 296   if (!Else) return 0;
 297
 298   return new IfExprAST(Cond, Then, Else);
 299 }
 300
 301 /// forexpr ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression
 302 static ExprAST *ParseForExpr() {
 303   getNextToken();  // eat the for.
 304
 305   if (CurTok != tok_identifier)
 306     return Error("expected identifier after for");
 307
 308   std::string IdName = IdentifierStr;
 309   getNextToken();  // eat identifier.
 310
 311   if (CurTok != '=')
 312     return Error("expected '=' after for");
 313   getNextToken();  // eat '='.
 314
 315
 316   ExprAST *Start = ParseExpression();
 317   if (Start == 0) return 0;
 318   if (CurTok != ',')
 319     return Error("expected ',' after for start value");
 320   getNextToken();
 321
 322   ExprAST *End = ParseExpression();
 323   if (End == 0) return 0;
 324
 325   // The step value is optional.
 326   ExprAST *Step = 0;
 327   if (CurTok == ',') {
 328     getNextToken();
 329     Step = ParseExpression();
 330     if (Step == 0) return 0;
 331   }
 332
 333   if (CurTok != tok_in)
 334     return Error("expected 'in' after for");
 335   getNextToken();  // eat 'in'.
 336
 337   ExprAST *Body = ParseExpression();
 338   if (Body == 0) return 0;
 339
 340   return new ForExprAST(IdName, Start, End, Step, Body);
 341 }
 342
 343 /// primary
 344 ///   ::= identifierexpr
 345 ///   ::= numberexpr
 346 ///   ::= parenexpr
 347 ///   ::= ifexpr
 348 ///   ::= forexpr
 349 static ExprAST *ParsePrimary() {
 350   switch (CurTok) {
 351   default: return Error("unknown token when expecting an expression");
 352   case tok_identifier: return ParseIdentifierExpr();
 353   case tok_number:     return ParseNumberExpr();
 354   case '(':            return ParseParenExpr();
 355   case tok_if:         return ParseIfExpr();
 356   case tok_for:        return ParseForExpr();
 357   }
 358 }
 359
 360 /// binoprhs
 361 ///   ::= ('+' primary)*
 362 static ExprAST *ParseBinOpRHS(int ExprPrec, ExprAST *LHS) {
 363   // If this is a binop, find its precedence.
 364   while (1) {
 365     int TokPrec = GetTokPrecedence();
 366
 367     // If this is a binop that binds at least as tightly as the current binop,
 368     // consume it, otherwise we are done.
 369     if (TokPrec < ExprPrec)
 370       return LHS;
 371
 372     // Okay, we know this is a binop.
 373     int BinOp = CurTok;
 374     getNextToken();  // eat binop
 375
 376     // Parse the primary expression after the binary operator.
 377     ExprAST *RHS = ParsePrimary();
 378     if (!RHS) return 0;
 379
 380     // If BinOp binds less tightly with RHS than the operator after RHS, let
 381     // the pending operator take RHS as its LHS.
 382     int NextPrec = GetTokPrecedence();
 383     if (TokPrec < NextPrec) {
 384       RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec+1, RHS);
 385       if (RHS == 0) return 0;
 386     }
 387
 388     // Merge LHS/RHS.
 389     LHS = new BinaryExprAST(BinOp, LHS, RHS);
 390   }
 391 }
 392
 393 /// expression
 394 ///   ::= primary binoprhs
 395 ///
 396 static ExprAST *ParseExpression() {
 397   ExprAST *LHS = ParsePrimary();
 398   if (!LHS) return 0;
 399
 400   return ParseBinOpRHS(0, LHS);
 401 }
 402
 403 /// prototype
 404 ///   ::= id '(' id* ')'
 405 static PrototypeAST *ParsePrototype() {
 406   if (CurTok != tok_identifier)
 407     return ErrorP("Expected function name in prototype");
 408
 409   std::string FnName = IdentifierStr;
 410   getNextToken();
 411
 412   if (CurTok != '(')
 413     return ErrorP("Expected '(' in prototype");
 414
 415   std::vector<std::string> ArgNames;
 416   while (getNextToken() == tok_identifier)
 417     ArgNames.push_back(IdentifierStr);
 418   if (CurTok != ')')
 419     return ErrorP("Expected ')' in prototype");
 420
 421   // success.
 422   getNextToken();  // eat ')'.
 423
 424   return new PrototypeAST(FnName, ArgNames);
 425 }
 426
 427 /// definition ::= 'def' prototype expression
 428 static FunctionAST *ParseDefinition() {
 429   getNextToken();  // eat def.
 430   PrototypeAST *Proto = ParsePrototype();
 431   if (Proto == 0) return 0;
 432
 433   if (ExprAST *E = ParseExpression())
 434     return new FunctionAST(Proto, E);
 435   return 0;
 436 }
 437
 438 /// toplevelexpr ::= expression
 439 static FunctionAST *ParseTopLevelExpr() {
 440   if (ExprAST *E = ParseExpression()) {
 441     // Make an anonymous proto.
 442     PrototypeAST *Proto = new PrototypeAST("", std::vector<std::string>());
 443     return new FunctionAST(Proto, E);
 444   }
 445   return 0;
 446 }
 447
 448 /// external ::= 'extern' prototype
 449 static PrototypeAST *ParseExtern() {
 450   getNextToken();  // eat extern.
 451   return ParsePrototype();
 452 }
 453
 454 //===----------------------------------------------------------------------===//
 455 // Code Generation
 456 //===----------------------------------------------------------------------===//
 457
 458 static Module *TheModule;
 459 static IRBuilder<> Builder(getGlobalContext());
 460 static std::map<std::string, Value*> NamedValues;
 461 static FunctionPassManager *TheFPM;
 462
 463 Value *ErrorV(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 464
 465 Value *NumberExprAST::Codegen() {
 466   return ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(Val));
 467 }
 468
 469 Value *VariableExprAST::Codegen() {
 470   // Look this variable up in the function.
 471   Value *V = NamedValues[Name];
 472   return V ? V : ErrorV("Unknown variable name");
 473 }
 474
 475 Value *BinaryExprAST::Codegen() {
 476   Value *L = LHS->Codegen();
 477   Value *R = RHS->Codegen();
 478   if (L == 0 || R == 0) return 0;
 479
 480   switch (Op) {
 481   case '+': return Builder.CreateFAdd(L, R, "addtmp");
 482   case '-': return Builder.CreateFSub(L, R, "subtmp");
 483   case '*': return Builder.CreateFMul(L, R, "multmp");
 484   case '<':
 485     L = Builder.CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp");
 486     // Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0
 487     return Builder.CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 488                                 "booltmp");
 489   default: return ErrorV("invalid binary operator");
 490   }
 491 }
 492
 493 Value *CallExprAST::Codegen() {
 494   // Look up the name in the global module table.
 495   Function *CalleeF = TheModule->getFunction(Callee);
 496   if (CalleeF == 0)
 497     return ErrorV("Unknown function referenced");
 498
 499   // If argument mismatch error.
 500   if (CalleeF->arg_size() != Args.size())
 501     return ErrorV("Incorrect # arguments passed");
 502
 503   std::vector<Value*> ArgsV;
 504   for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
 505     ArgsV.push_back(Args[i]->Codegen());
 506     if (ArgsV.back() == 0) return 0;
 507   }
 508
 509   return Builder.CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 510 }
 511
 512 Value *IfExprAST::Codegen() {
 513   Value *CondV = Cond->Codegen();
 514   if (CondV == 0) return 0;
 515
 516   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 517   CondV = Builder.CreateFCmpONE(CondV,
 518                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 519                                 "ifcond");
 520
 521   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 522
 523   // Create blocks for the then and else cases.  Insert the 'then' block at the
 524   // end of the function.
 525   BasicBlock *ThenBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "then", TheFunction);
 526   BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "else");
 527   BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "ifcont");
 528
 529   Builder.CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB);
 530
 531   // Emit then value.
 532   Builder.SetInsertPoint(ThenBB);
 533
 534   Value *ThenV = Then->Codegen();
 535   if (ThenV == 0) return 0;
 536
 537   Builder.CreateBr(MergeBB);
 538   // Codegen of 'Then' can change the current block, update ThenBB for the PHI.
 539   ThenBB = Builder.GetInsertBlock();
 540
 541   // Emit else block.
 542   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
 543   Builder.SetInsertPoint(ElseBB);
 544
 545   Value *ElseV = Else->Codegen();
 546   if (ElseV == 0) return 0;
 547
 548   Builder.CreateBr(MergeBB);
 549   // Codegen of 'Else' can change the current block, update ElseBB for the PHI.
 550   ElseBB = Builder.GetInsertBlock();
 551
 552   // Emit merge block.
 553   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(MergeBB);
 554   Builder.SetInsertPoint(MergeBB);
 555   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2,
 556                                   "iftmp");
 557
 558   PN->addIncoming(ThenV, ThenBB);
 559   PN->addIncoming(ElseV, ElseBB);
 560   return PN;
 561 }
 562
 563 Value *ForExprAST::Codegen() {
 564   // Output this as:
 565   //   ...
 566   //   start = startexpr
 567   //   goto loop
 568   // loop:
 569   //   variable = phi [start, loopheader], [nextvariable, loopend]
 570   //   ...
 571   //   bodyexpr
 572   //   ...
 573   // loopend:
 574   //   step = stepexpr
 575   //   nextvariable = variable + step
 576   //   endcond = endexpr
 577   //   br endcond, loop, endloop
 578   // outloop:
 579
 580   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
 581   Value *StartVal = Start->Codegen();
 582   if (StartVal == 0) return 0;
 583
 584   // Make the new basic block for the loop header, inserting after current
 585   // block.
 586   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 587   BasicBlock *PreheaderBB = Builder.GetInsertBlock();
 588   BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "loop", TheFunction);
 589
 590   // Insert an explicit fall through from the current block to the LoopBB.
 591   Builder.CreateBr(LoopBB);
 592
 593   // Start insertion in LoopBB.
 594   Builder.SetInsertPoint(LoopBB);
 595
 596   // Start the PHI node with an entry for Start.
 597   PHINode *Variable = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2, VarName.c_str());
 598   Variable->addIncoming(StartVal, PreheaderBB);
 599
 600   // Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node.  If it
 601   // shadows an existing variable, we have to restore it, so save it now.
 602   Value *OldVal = NamedValues[VarName];
 603   NamedValues[VarName] = Variable;
 604
 605   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
 606   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
 607   // allow an error.
 608   if (Body->Codegen() == 0)
 609     return 0;
 610
 611   // Emit the step value.
 612   Value *StepVal;
 613   if (Step) {
 614     StepVal = Step->Codegen();
 615     if (StepVal == 0) return 0;
 616   } else {
 617     // If not specified, use 1.0.
 618     StepVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(1.0));
 619   }
 620
 621   Value *NextVar = Builder.CreateFAdd(Variable, StepVal, "nextvar");
 622
 623   // Compute the end condition.
 624   Value *EndCond = End->Codegen();
 625   if (EndCond == 0) return EndCond;
 626
 627   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 628   EndCond = Builder.CreateFCmpONE(EndCond,
 629                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 630                                   "loopcond");
 631
 632   // Create the "after loop" block and insert it.
 633   BasicBlock *LoopEndBB = Builder.GetInsertBlock();
 634   BasicBlock *AfterBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "afterloop", TheFunction);
 635
 636   // Insert the conditional branch into the end of LoopEndBB.
 637   Builder.CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);
 638
 639   // Any new code will be inserted in AfterBB.
 640   Builder.SetInsertPoint(AfterBB);
 641
 642   // Add a new entry to the PHI node for the backedge.
 643   Variable->addIncoming(NextVar, LoopEndBB);
 644
 645   // Restore the unshadowed variable.
 646   if (OldVal)
 647     NamedValues[VarName] = OldVal;
 648   else
 649     NamedValues.erase(VarName);
 650
 651
 652   // for expr always returns 0.0.
 653   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 654 }
 655
 656 Function *PrototypeAST::Codegen() {
 657   // Make the function type:  double(double,double) etc.
 658   std::vector<Type*> Doubles(Args.size(),
 659                              Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 660   FunctionType *FT = FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 661                                        Doubles, false);
 662
 663   Function *F = Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, Name, TheModule);
 664
 665   // If F conflicted, there was already something named 'Name'.  If it has a
 666   // body, don't allow redefinition or reextern.
 667   if (F->getName() != Name) {
 668     // Delete the one we just made and get the existing one.
 669     F->eraseFromParent();
 670     F = TheModule->getFunction(Name);
 671
 672     // If F already has a body, reject this.
 673     if (!F->empty()) {
 674       ErrorF("redefinition of function");
 675       return 0;
 676     }
 677
 678     // If F took a different number of args, reject.
 679     if (F->arg_size() != Args.size()) {
 680       ErrorF("redefinition of function with different # args");
 681       return 0;
 682     }
 683   }
 684
 685   // Set names for all arguments.
 686   unsigned Idx = 0;
 687   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
 688        ++AI, ++Idx) {
 689     AI->setName(Args[Idx]);
 690
 691     // Add arguments to variable symbol table.
 692     NamedValues[Args[Idx]] = AI;
 693   }
 694
 695   return F;
 696 }
 697
 698 Function *FunctionAST::Codegen() {
 699   NamedValues.clear();
 700
 701   Function *TheFunction = Proto->Codegen();
 702   if (TheFunction == 0)
 703     return 0;
 704
 705   // Create a new basic block to start insertion into.
 706   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
 707   Builder.SetInsertPoint(BB);
 708
 709   if (Value *RetVal = Body->Codegen()) {
 710     // Finish off the function.
 711     Builder.CreateRet(RetVal);
 712
 713     // Validate the generated code, checking for consistency.
 714     verifyFunction(*TheFunction);
 715
 716     // Optimize the function.
 717     TheFPM->run(*TheFunction);
 718
 719     return TheFunction;
 720   }
 721
 722   // Error reading body, remove function.
 723   TheFunction->eraseFromParent();
 724   return 0;
 725 }
 726
 727 //===----------------------------------------------------------------------===//
 728 // Top-Level parsing and JIT Driver
 729 //===----------------------------------------------------------------------===//
 730
 731 static ExecutionEngine *TheExecutionEngine;
 732
 733 static void HandleDefinition() {
 734   if (FunctionAST *F = ParseDefinition()) {
 735     if (Function *LF = F->Codegen()) {
 736       fprintf(stderr, "Read function definition:");
 737       LF->dump();
 738     }
 739   } else {
 740     // Skip token for error recovery.
 741     getNextToken();
 742   }
 743 }
 744
 745 static void HandleExtern() {
 746   if (PrototypeAST *P = ParseExtern()) {
 747     if (Function *F = P->Codegen()) {
 748       fprintf(stderr, "Read extern: ");
 749       F->dump();
 750     }
 751   } else {
 752     // Skip token for error recovery.
 753     getNextToken();
 754   }
 755 }
 756
 757 static void HandleTopLevelExpression() {
 758   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
 759   if (FunctionAST *F = ParseTopLevelExpr()) {
 760     if (Function *LF = F->Codegen()) {
 761       // JIT the function, returning a function pointer.
 762       void *FPtr = TheExecutionEngine->getPointerToFunction(LF);
 763
 764       // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
 765       // can call it as a native function.
 766       double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)FPtr;
 767       fprintf(stderr, "Evaluated to %f\n", FP());
 768     }
 769   } else {
 770     // Skip token for error recovery.
 771     getNextToken();
 772   }
 773 }
 774
 775 /// top ::= definition | external | expression | ';'
 776 static void MainLoop() {
 777   while (1) {
 778     fprintf(stderr, "ready> ");
 779     switch (CurTok) {
 780     case tok_eof:    return;
 781     case ';':        getNextToken(); break;  // ignore top-level semicolons.
 782     case tok_def:    HandleDefinition(); break;
 783     case tok_extern: HandleExtern(); break;
 784     default:         HandleTopLevelExpression(); break;
 785     }
 786   }
 787 }
 788
 789 //===----------------------------------------------------------------------===//
 790 // "Library" functions that can be "extern'd" from user code.
 791 //===----------------------------------------------------------------------===//
 792
 793 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
 794 extern "C"
 795 double putchard(double X) {
 796   putchar((char)X);
 797   return 0;
 798 }
 799
 800 //===----------------------------------------------------------------------===//
 801 // Main driver code.
 802 //===----------------------------------------------------------------------===//
 803
 804 int main() {
 805   InitializeNativeTarget();
 806   LLVMContext &Context = getGlobalContext();
 807
 808   // Install standard binary operators.
 809   // 1 is lowest precedence.
 810   BinopPrecedence['<'] = 10;
 811   BinopPrecedence['+'] = 20;
 812   BinopPrecedence['-'] = 20;
 813   BinopPrecedence['*'] = 40;  // highest.
 814
 815   // Prime the first token.
 816   fprintf(stderr, "ready> ");
 817   getNextToken();
 818
 819   // Make the module, which holds all the code.
 820   TheModule = new Module("my cool jit", Context);
 821
 822   // Create the JIT.  This takes ownership of the module.
 823   std::string ErrStr;
 824   TheExecutionEngine = EngineBuilder(TheModule).setErrorStr(&ErrStr).create();
 825   if (!TheExecutionEngine) {
 826     fprintf(stderr, "Could not create ExecutionEngine: %s\n", ErrStr.c_str());
 827     exit(1);
 828   }
 829
 830   FunctionPassManager OurFPM(TheModule);
 831
 832   // Set up the optimizer pipeline.  Start with registering info about how the
 833   // target lays out data structures.
 834   OurFPM.add(new DataLayout(*TheExecutionEngine->getDataLayout()));
 835   // Provide basic AliasAnalysis support for GVN.
 836   OurFPM.add(createBasicAliasAnalysisPass());
 837   // Do simple "peephole" optimizations and bit-twiddling optzns.
 838   OurFPM.add(createInstructionCombiningPass());
 839   // Reassociate expressions.
 840   OurFPM.add(createReassociatePass());
 841   // Eliminate Common SubExpressions.
 842   OurFPM.add(createGVNPass());
 843   // Simplify the control flow graph (deleting unreachable blocks, etc).
 844   OurFPM.add(createCFGSimplificationPass());
 845
 846   OurFPM.doInitialization();
 847
 848   // Set the global so the code gen can use this.
 849   TheFPM = &OurFPM;
 850
 851   // Run the main "interpreter loop" now.
 852   MainLoop();
 853
 854   TheFPM = 0;
 855
 856   // Print out all of the generated code.
 857   TheModule->dump();
 858
 859   return 0;
 860 }