examples/Kaleidoscope/Chapter6/toy.cpp

   1 #include "llvm/DerivedTypes.h"
   2 #include "llvm/ExecutionEngine/ExecutionEngine.h"
   3 #include "llvm/ExecutionEngine/JIT.h"
   4 #include "llvm/LLVMContext.h"
   5 #include "llvm/Module.h"
   6 #include "llvm/PassManager.h"
   7 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
   8 #include "llvm/Target/TargetData.h"
   9 #include "llvm/Target/TargetSelect.h"
  10 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  11 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
  12 #include <cstdio>
  13 #include <string>
  14 #include <map>
  15 #include <vector>
  16 using namespace llvm;
  17
  18 //===----------------------------------------------------------------------===//
  19 // Lexer
  20 //===----------------------------------------------------------------------===//
  21
  22 // The lexer returns tokens [0-255] if it is an unknown character, otherwise one
  23 // of these for known things.
  24 enum Token {
  25   tok_eof = -1,
  26
  27   // commands
  28   tok_def = -2, tok_extern = -3,
  29
  30   // primary
  31   tok_identifier = -4, tok_number = -5,
  32
  33   // control
  34   tok_if = -6, tok_then = -7, tok_else = -8,
  35   tok_for = -9, tok_in = -10,
  36
  37   // operators
  38   tok_binary = -11, tok_unary = -12
  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     if (IdentifierStr == "binary") return tok_binary;
  65     if (IdentifierStr == "unary") return tok_unary;
  66     return tok_identifier;
  67   }
  68
  69   if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') {   // Number: [0-9.]+
  70     std::string NumStr;
  71     do {
  72       NumStr += LastChar;
  73       LastChar = getchar();
  74     } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.');
  75
  76     NumVal = strtod(NumStr.c_str(), 0);
  77     return tok_number;
  78   }
  79
  80   if (LastChar == '#') {
  81     // Comment until end of line.
  82     do LastChar = getchar();
  83     while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r');
  84
  85     if (LastChar != EOF)
  86       return gettok();
  87   }
  88
  89   // Check for end of file.  Don't eat the EOF.
  90   if (LastChar == EOF)
  91     return tok_eof;
  92
  93   // Otherwise, just return the character as its ascii value.
  94   int ThisChar = LastChar;
  95   LastChar = getchar();
  96   return ThisChar;
  97 }
  98
  99 //===----------------------------------------------------------------------===//
 100 // Abstract Syntax Tree (aka Parse Tree)
 101 //===----------------------------------------------------------------------===//
 102
 103 /// ExprAST - Base class for all expression nodes.
 104 class ExprAST {
 105 public:
 106   virtual ~ExprAST() {}
 107   virtual Value *Codegen() = 0;
 108 };
 109
 110 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
 111 class NumberExprAST : public ExprAST {
 112   double Val;
 113 public:
 114   NumberExprAST(double val) : Val(val) {}
 115   virtual Value *Codegen();
 116 };
 117
 118 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
 119 class VariableExprAST : public ExprAST {
 120   std::string Name;
 121 public:
 122   VariableExprAST(const std::string &name) : Name(name) {}
 123   virtual Value *Codegen();
 124 };
 125
 126 /// UnaryExprAST - Expression class for a unary operator.
 127 class UnaryExprAST : public ExprAST {
 128   char Opcode;
 129   ExprAST *Operand;
 130 public:
 131   UnaryExprAST(char opcode, ExprAST *operand)
 132     : Opcode(opcode), Operand(operand) {}
 133   virtual Value *Codegen();
 134 };
 135
 136 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 137 class BinaryExprAST : public ExprAST {
 138   char Op;
 139   ExprAST *LHS, *RHS;
 140 public:
 141   BinaryExprAST(char op, ExprAST *lhs, ExprAST *rhs)
 142     : Op(op), LHS(lhs), RHS(rhs) {}
 143   virtual Value *Codegen();
 144 };
 145
 146 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 147 class CallExprAST : public ExprAST {
 148   std::string Callee;
 149   std::vector<ExprAST*> Args;
 150 public:
 151   CallExprAST(const std::string &callee, std::vector<ExprAST*> &args)
 152     : Callee(callee), Args(args) {}
 153   virtual Value *Codegen();
 154 };
 155
 156 /// IfExprAST - Expression class for if/then/else.
 157 class IfExprAST : public ExprAST {
 158   ExprAST *Cond, *Then, *Else;
 159 public:
 160   IfExprAST(ExprAST *cond, ExprAST *then, ExprAST *_else)
 161   : Cond(cond), Then(then), Else(_else) {}
 162   virtual Value *Codegen();
 163 };
 164
 165 /// ForExprAST - Expression class for for/in.
 166 class ForExprAST : public ExprAST {
 167   std::string VarName;
 168   ExprAST *Start, *End, *Step, *Body;
 169 public:
 170   ForExprAST(const std::string &varname, ExprAST *start, ExprAST *end,
 171              ExprAST *step, ExprAST *body)
 172     : VarName(varname), Start(start), End(end), Step(step), Body(body) {}
 173   virtual Value *Codegen();
 174 };
 175
 176 /// PrototypeAST - This class represents the "prototype" for a function,
 177 /// which captures its name, and its argument names (thus implicitly the number
 178 /// of arguments the function takes), as well as if it is an operator.
 179 class PrototypeAST {
 180   std::string Name;
 181   std::vector<std::string> Args;
 182   bool isOperator;
 183   unsigned Precedence;  // Precedence if a binary op.
 184 public:
 185   PrototypeAST(const std::string &name, const std::vector<std::string> &args,
 186                bool isoperator = false, unsigned prec = 0)
 187   : Name(name), Args(args), isOperator(isoperator), Precedence(prec) {}
 188
 189   bool isUnaryOp() const { return isOperator && Args.size() == 1; }
 190   bool isBinaryOp() const { return isOperator && Args.size() == 2; }
 191
 192   char getOperatorName() const {
 193     assert(isUnaryOp() || isBinaryOp());
 194     return Name[Name.size()-1];
 195   }
 196
 197   unsigned getBinaryPrecedence() const { return Precedence; }
 198
 199   Function *Codegen();
 200 };
 201
 202 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 203 class FunctionAST {
 204   PrototypeAST *Proto;
 205   ExprAST *Body;
 206 public:
 207   FunctionAST(PrototypeAST *proto, ExprAST *body)
 208     : Proto(proto), Body(body) {}
 209
 210   Function *Codegen();
 211 };
 212
 213 //===----------------------------------------------------------------------===//
 214 // Parser
 215 //===----------------------------------------------------------------------===//
 216
 217 /// CurTok/getNextToken - Provide a simple token buffer.  CurTok is the current
 218 /// token the parser is looking at.  getNextToken reads another token from the
 219 /// lexer and updates CurTok with its results.
 220 static int CurTok;
 221 static int getNextToken() {
 222   return CurTok = gettok();
 223 }
 224
 225 /// BinopPrecedence - This holds the precedence for each binary operator that is
 226 /// defined.
 227 static std::map<char, int> BinopPrecedence;
 228
 229 /// GetTokPrecedence - Get the precedence of the pending binary operator token.
 230 static int GetTokPrecedence() {
 231   if (!isascii(CurTok))
 232     return -1;
 233
 234   // Make sure it's a declared binop.
 235   int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
 236   if (TokPrec <= 0) return -1;
 237   return TokPrec;
 238 }
 239
 240 /// Error* - These are little helper functions for error handling.
 241 ExprAST *Error(const char *Str) { fprintf(stderr, "Error: %s\n", Str);return 0;}
 242 PrototypeAST *ErrorP(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 243 FunctionAST *ErrorF(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 244
 245 static ExprAST *ParseExpression();
 246
 247 /// identifierexpr
 248 ///   ::= identifier
 249 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
 250 static ExprAST *ParseIdentifierExpr() {
 251   std::string IdName = IdentifierStr;
 252
 253   getNextToken();  // eat identifier.
 254
 255   if (CurTok != '(') // Simple variable ref.
 256     return new VariableExprAST(IdName);
 257
 258   // Call.
 259   getNextToken();  // eat (
 260   std::vector<ExprAST*> Args;
 261   if (CurTok != ')') {
 262     while (1) {
 263       ExprAST *Arg = ParseExpression();
 264       if (!Arg) return 0;
 265       Args.push_back(Arg);
 266
 267       if (CurTok == ')') break;
 268
 269       if (CurTok != ',')
 270         return Error("Expected ')' or ',' in argument list");
 271       getNextToken();
 272     }
 273   }
 274
 275   // Eat the ')'.
 276   getNextToken();
 277
 278   return new CallExprAST(IdName, Args);
 279 }
 280
 281 /// numberexpr ::= number
 282 static ExprAST *ParseNumberExpr() {
 283   ExprAST *Result = new NumberExprAST(NumVal);
 284   getNextToken(); // consume the number
 285   return Result;
 286 }
 287
 288 /// parenexpr ::= '(' expression ')'
 289 static ExprAST *ParseParenExpr() {
 290   getNextToken();  // eat (.
 291   ExprAST *V = ParseExpression();
 292   if (!V) return 0;
 293
 294   if (CurTok != ')')
 295     return Error("expected ')'");
 296   getNextToken();  // eat ).
 297   return V;
 298 }
 299
 300 /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression
 301 static ExprAST *ParseIfExpr() {
 302   getNextToken();  // eat the if.
 303
 304   // condition.
 305   ExprAST *Cond = ParseExpression();
 306   if (!Cond) return 0;
 307
 308   if (CurTok != tok_then)
 309     return Error("expected then");
 310   getNextToken();  // eat the then
 311
 312   ExprAST *Then = ParseExpression();
 313   if (Then == 0) return 0;
 314
 315   if (CurTok != tok_else)
 316     return Error("expected else");
 317
 318   getNextToken();
 319
 320   ExprAST *Else = ParseExpression();
 321   if (!Else) return 0;
 322
 323   return new IfExprAST(Cond, Then, Else);
 324 }
 325
 326 /// forexpr ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression
 327 static ExprAST *ParseForExpr() {
 328   getNextToken();  // eat the for.
 329
 330   if (CurTok != tok_identifier)
 331     return Error("expected identifier after for");
 332
 333   std::string IdName = IdentifierStr;
 334   getNextToken();  // eat identifier.
 335
 336   if (CurTok != '=')
 337     return Error("expected '=' after for");
 338   getNextToken();  // eat '='.
 339
 340
 341   ExprAST *Start = ParseExpression();
 342   if (Start == 0) return 0;
 343   if (CurTok != ',')
 344     return Error("expected ',' after for start value");
 345   getNextToken();
 346
 347   ExprAST *End = ParseExpression();
 348   if (End == 0) return 0;
 349
 350   // The step value is optional.
 351   ExprAST *Step = 0;
 352   if (CurTok == ',') {
 353     getNextToken();
 354     Step = ParseExpression();
 355     if (Step == 0) return 0;
 356   }
 357
 358   if (CurTok != tok_in)
 359     return Error("expected 'in' after for");
 360   getNextToken();  // eat 'in'.
 361
 362   ExprAST *Body = ParseExpression();
 363   if (Body == 0) return 0;
 364
 365   return new ForExprAST(IdName, Start, End, Step, Body);
 366 }
 367
 368 /// primary
 369 ///   ::= identifierexpr
 370 ///   ::= numberexpr
 371 ///   ::= parenexpr
 372 ///   ::= ifexpr
 373 ///   ::= forexpr
 374 static ExprAST *ParsePrimary() {
 375   switch (CurTok) {
 376   default: return Error("unknown token when expecting an expression");
 377   case tok_identifier: return ParseIdentifierExpr();
 378   case tok_number:     return ParseNumberExpr();
 379   case '(':            return ParseParenExpr();
 380   case tok_if:         return ParseIfExpr();
 381   case tok_for:        return ParseForExpr();
 382   }
 383 }
 384
 385 /// unary
 386 ///   ::= primary
 387 ///   ::= '!' unary
 388 static ExprAST *ParseUnary() {
 389   // If the current token is not an operator, it must be a primary expr.
 390   if (!isascii(CurTok) || CurTok == '(' || CurTok == ',')
 391     return ParsePrimary();
 392
 393   // If this is a unary operator, read it.
 394   int Opc = CurTok;
 395   getNextToken();
 396   if (ExprAST *Operand = ParseUnary())
 397     return new UnaryExprAST(Opc, Operand);
 398   return 0;
 399 }
 400
 401 /// binoprhs
 402 ///   ::= ('+' unary)*
 403 static ExprAST *ParseBinOpRHS(int ExprPrec, ExprAST *LHS) {
 404   // If this is a binop, find its precedence.
 405   while (1) {
 406     int TokPrec = GetTokPrecedence();
 407
 408     // If this is a binop that binds at least as tightly as the current binop,
 409     // consume it, otherwise we are done.
 410     if (TokPrec < ExprPrec)
 411       return LHS;
 412
 413     // Okay, we know this is a binop.
 414     int BinOp = CurTok;
 415     getNextToken();  // eat binop
 416
 417     // Parse the unary expression after the binary operator.
 418     ExprAST *RHS = ParseUnary();
 419     if (!RHS) return 0;
 420
 421     // If BinOp binds less tightly with RHS than the operator after RHS, let
 422     // the pending operator take RHS as its LHS.
 423     int NextPrec = GetTokPrecedence();
 424     if (TokPrec < NextPrec) {
 425       RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec+1, RHS);
 426       if (RHS == 0) return 0;
 427     }
 428
 429     // Merge LHS/RHS.
 430     LHS = new BinaryExprAST(BinOp, LHS, RHS);
 431   }
 432 }
 433
 434 /// expression
 435 ///   ::= unary binoprhs
 436 ///
 437 static ExprAST *ParseExpression() {
 438   ExprAST *LHS = ParseUnary();
 439   if (!LHS) return 0;
 440
 441   return ParseBinOpRHS(0, LHS);
 442 }
 443
 444 /// prototype
 445 ///   ::= id '(' id* ')'
 446 ///   ::= binary LETTER number? (id, id)
 447 ///   ::= unary LETTER (id)
 448 static PrototypeAST *ParsePrototype() {
 449   std::string FnName;
 450
 451   unsigned Kind = 0; // 0 = identifier, 1 = unary, 2 = binary.
 452   unsigned BinaryPrecedence = 30;
 453
 454   switch (CurTok) {
 455   default:
 456     return ErrorP("Expected function name in prototype");
 457   case tok_identifier:
 458     FnName = IdentifierStr;
 459     Kind = 0;
 460     getNextToken();
 461     break;
 462   case tok_unary:
 463     getNextToken();
 464     if (!isascii(CurTok))
 465       return ErrorP("Expected unary operator");
 466     FnName = "unary";
 467     FnName += (char)CurTok;
 468     Kind = 1;
 469     getNextToken();
 470     break;
 471   case tok_binary:
 472     getNextToken();
 473     if (!isascii(CurTok))
 474       return ErrorP("Expected binary operator");
 475     FnName = "binary";
 476     FnName += (char)CurTok;
 477     Kind = 2;
 478     getNextToken();
 479
 480     // Read the precedence if present.
 481     if (CurTok == tok_number) {
 482       if (NumVal < 1 || NumVal > 100)
 483         return ErrorP("Invalid precedecnce: must be 1..100");
 484       BinaryPrecedence = (unsigned)NumVal;
 485       getNextToken();
 486     }
 487     break;
 488   }
 489
 490   if (CurTok != '(')
 491     return ErrorP("Expected '(' in prototype");
 492
 493   std::vector<std::string> ArgNames;
 494   while (getNextToken() == tok_identifier)
 495     ArgNames.push_back(IdentifierStr);
 496   if (CurTok != ')')
 497     return ErrorP("Expected ')' in prototype");
 498
 499   // success.
 500   getNextToken();  // eat ')'.
 501
 502   // Verify right number of names for operator.
 503   if (Kind && ArgNames.size() != Kind)
 504     return ErrorP("Invalid number of operands for operator");
 505
 506   return new PrototypeAST(FnName, ArgNames, Kind != 0, BinaryPrecedence);
 507 }
 508
 509 /// definition ::= 'def' prototype expression
 510 static FunctionAST *ParseDefinition() {
 511   getNextToken();  // eat def.
 512   PrototypeAST *Proto = ParsePrototype();
 513   if (Proto == 0) return 0;
 514
 515   if (ExprAST *E = ParseExpression())
 516     return new FunctionAST(Proto, E);
 517   return 0;
 518 }
 519
 520 /// toplevelexpr ::= expression
 521 static FunctionAST *ParseTopLevelExpr() {
 522   if (ExprAST *E = ParseExpression()) {
 523     // Make an anonymous proto.
 524     PrototypeAST *Proto = new PrototypeAST("", std::vector<std::string>());
 525     return new FunctionAST(Proto, E);
 526   }
 527   return 0;
 528 }
 529
 530 /// external ::= 'extern' prototype
 531 static PrototypeAST *ParseExtern() {
 532   getNextToken();  // eat extern.
 533   return ParsePrototype();
 534 }
 535
 536 //===----------------------------------------------------------------------===//
 537 // Code Generation
 538 //===----------------------------------------------------------------------===//
 539
 540 static Module *TheModule;
 541 static IRBuilder<> Builder(getGlobalContext());
 542 static std::map<std::string, Value*> NamedValues;
 543 static FunctionPassManager *TheFPM;
 544
 545 Value *ErrorV(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 546
 547 Value *NumberExprAST::Codegen() {
 548   return ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(Val));
 549 }
 550
 551 Value *VariableExprAST::Codegen() {
 552   // Look this variable up in the function.
 553   Value *V = NamedValues[Name];
 554   return V ? V : ErrorV("Unknown variable name");
 555 }
 556
 557 Value *UnaryExprAST::Codegen() {
 558   Value *OperandV = Operand->Codegen();
 559   if (OperandV == 0) return 0;
 560
 561   Function *F = TheModule->getFunction(std::string("unary")+Opcode);
 562   if (F == 0)
 563     return ErrorV("Unknown unary operator");
 564
 565   return Builder.CreateCall(F, OperandV, "unop");
 566 }
 567
 568 Value *BinaryExprAST::Codegen() {
 569   Value *L = LHS->Codegen();
 570   Value *R = RHS->Codegen();
 571   if (L == 0 || R == 0) return 0;
 572
 573   switch (Op) {
 574   case '+': return Builder.CreateFAdd(L, R, "addtmp");
 575   case '-': return Builder.CreateFSub(L, R, "subtmp");
 576   case '*': return Builder.CreateFMul(L, R, "multmp");
 577   case '<':
 578     L = Builder.CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp");
 579     // Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0
 580     return Builder.CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 581                                 "booltmp");
 582   default: break;
 583   }
 584
 585   // If it wasn't a builtin binary operator, it must be a user defined one. Emit
 586   // a call to it.
 587   Function *F = TheModule->getFunction(std::string("binary")+Op);
 588   assert(F && "binary operator not found!");
 589
 590   Value *Ops[] = { L, R };
 591   return Builder.CreateCall(F, Ops, Ops+2, "binop");
 592 }
 593
 594 Value *CallExprAST::Codegen() {
 595   // Look up the name in the global module table.
 596   Function *CalleeF = TheModule->getFunction(Callee);
 597   if (CalleeF == 0)
 598     return ErrorV("Unknown function referenced");
 599
 600   // If argument mismatch error.
 601   if (CalleeF->arg_size() != Args.size())
 602     return ErrorV("Incorrect # arguments passed");
 603
 604   std::vector<Value*> ArgsV;
 605   for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
 606     ArgsV.push_back(Args[i]->Codegen());
 607     if (ArgsV.back() == 0) return 0;
 608   }
 609
 610   return Builder.CreateCall(CalleeF, ArgsV.begin(), ArgsV.end(), "calltmp");
 611 }
 612
 613 Value *IfExprAST::Codegen() {
 614   Value *CondV = Cond->Codegen();
 615   if (CondV == 0) return 0;
 616
 617   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 618   CondV = Builder.CreateFCmpONE(CondV,
 619                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 620                                 "ifcond");
 621
 622   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 623
 624   // Create blocks for the then and else cases.  Insert the 'then' block at the
 625   // end of the function.
 626   BasicBlock *ThenBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "then", TheFunction);
 627   BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "else");
 628   BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "ifcont");
 629
 630   Builder.CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB);
 631
 632   // Emit then value.
 633   Builder.SetInsertPoint(ThenBB);
 634
 635   Value *ThenV = Then->Codegen();
 636   if (ThenV == 0) return 0;
 637
 638   Builder.CreateBr(MergeBB);
 639   // Codegen of 'Then' can change the current block, update ThenBB for the PHI.
 640   ThenBB = Builder.GetInsertBlock();
 641
 642   // Emit else block.
 643   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
 644   Builder.SetInsertPoint(ElseBB);
 645
 646   Value *ElseV = Else->Codegen();
 647   if (ElseV == 0) return 0;
 648
 649   Builder.CreateBr(MergeBB);
 650   // Codegen of 'Else' can change the current block, update ElseBB for the PHI.
 651   ElseBB = Builder.GetInsertBlock();
 652
 653   // Emit merge block.
 654   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(MergeBB);
 655   Builder.SetInsertPoint(MergeBB);
 656   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 657                                   "iftmp");
 658
 659   PN->addIncoming(ThenV, ThenBB);
 660   PN->addIncoming(ElseV, ElseBB);
 661   return PN;
 662 }
 663
 664 Value *ForExprAST::Codegen() {
 665   // Output this as:
 666   //   ...
 667   //   start = startexpr
 668   //   goto loop
 669   // loop:
 670   //   variable = phi [start, loopheader], [nextvariable, loopend]
 671   //   ...
 672   //   bodyexpr
 673   //   ...
 674   // loopend:
 675   //   step = stepexpr
 676   //   nextvariable = variable + step
 677   //   endcond = endexpr
 678   //   br endcond, loop, endloop
 679   // outloop:
 680
 681   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
 682   Value *StartVal = Start->Codegen();
 683   if (StartVal == 0) return 0;
 684
 685   // Make the new basic block for the loop header, inserting after current
 686   // block.
 687   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 688   BasicBlock *PreheaderBB = Builder.GetInsertBlock();
 689   BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "loop", TheFunction);
 690
 691   // Insert an explicit fall through from the current block to the LoopBB.
 692   Builder.CreateBr(LoopBB);
 693
 694   // Start insertion in LoopBB.
 695   Builder.SetInsertPoint(LoopBB);
 696
 697   // Start the PHI node with an entry for Start.
 698   PHINode *Variable = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), VarName.c_str());
 699   Variable->addIncoming(StartVal, PreheaderBB);
 700
 701   // Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node.  If it
 702   // shadows an existing variable, we have to restore it, so save it now.
 703   Value *OldVal = NamedValues[VarName];
 704   NamedValues[VarName] = Variable;
 705
 706   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
 707   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
 708   // allow an error.
 709   if (Body->Codegen() == 0)
 710     return 0;
 711
 712   // Emit the step value.
 713   Value *StepVal;
 714   if (Step) {
 715     StepVal = Step->Codegen();
 716     if (StepVal == 0) return 0;
 717   } else {
 718     // If not specified, use 1.0.
 719     StepVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(1.0));
 720   }
 721
 722   Value *NextVar = Builder.CreateFAdd(Variable, StepVal, "nextvar");
 723
 724   // Compute the end condition.
 725   Value *EndCond = End->Codegen();
 726   if (EndCond == 0) return EndCond;
 727
 728   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 729   EndCond = Builder.CreateFCmpONE(EndCond,
 730                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 731                                   "loopcond");
 732
 733   // Create the "after loop" block and insert it.
 734   BasicBlock *LoopEndBB = Builder.GetInsertBlock();
 735   BasicBlock *AfterBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "afterloop", TheFunction);
 736
 737   // Insert the conditional branch into the end of LoopEndBB.
 738   Builder.CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);
 739
 740   // Any new code will be inserted in AfterBB.
 741   Builder.SetInsertPoint(AfterBB);
 742
 743   // Add a new entry to the PHI node for the backedge.
 744   Variable->addIncoming(NextVar, LoopEndBB);
 745
 746   // Restore the unshadowed variable.
 747   if (OldVal)
 748     NamedValues[VarName] = OldVal;
 749   else
 750     NamedValues.erase(VarName);
 751
 752
 753   // for expr always returns 0.0.
 754   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 755 }
 756
 757 Function *PrototypeAST::Codegen() {
 758   // Make the function type:  double(double,double) etc.
 759   std::vector<const Type*> Doubles(Args.size(),
 760                                    Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 761   FunctionType *FT = FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 762                                        Doubles, false);
 763
 764   Function *F = Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, Name, TheModule);
 765
 766   // If F conflicted, there was already something named 'Name'.  If it has a
 767   // body, don't allow redefinition or reextern.
 768   if (F->getName() != Name) {
 769     // Delete the one we just made and get the existing one.
 770     F->eraseFromParent();
 771     F = TheModule->getFunction(Name);
 772
 773     // If F already has a body, reject this.
 774     if (!F->empty()) {
 775       ErrorF("redefinition of function");
 776       return 0;
 777     }
 778
 779     // If F took a different number of args, reject.
 780     if (F->arg_size() != Args.size()) {
 781       ErrorF("redefinition of function with different # args");
 782       return 0;
 783     }
 784   }
 785
 786   // Set names for all arguments.
 787   unsigned Idx = 0;
 788   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
 789        ++AI, ++Idx) {
 790     AI->setName(Args[Idx]);
 791
 792     // Add arguments to variable symbol table.
 793     NamedValues[Args[Idx]] = AI;
 794   }
 795
 796   return F;
 797 }
 798
 799 Function *FunctionAST::Codegen() {
 800   NamedValues.clear();
 801
 802   Function *TheFunction = Proto->Codegen();
 803   if (TheFunction == 0)
 804     return 0;
 805
 806   // If this is an operator, install it.
 807   if (Proto->isBinaryOp())
 808     BinopPrecedence[Proto->getOperatorName()] = Proto->getBinaryPrecedence();
 809
 810   // Create a new basic block to start insertion into.
 811   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
 812   Builder.SetInsertPoint(BB);
 813
 814   if (Value *RetVal = Body->Codegen()) {
 815     // Finish off the function.
 816     Builder.CreateRet(RetVal);
 817
 818     // Validate the generated code, checking for consistency.
 819     verifyFunction(*TheFunction);
 820
 821     // Optimize the function.
 822     TheFPM->run(*TheFunction);
 823
 824     return TheFunction;
 825   }
 826
 827   // Error reading body, remove function.
 828   TheFunction->eraseFromParent();
 829
 830   if (Proto->isBinaryOp())
 831     BinopPrecedence.erase(Proto->getOperatorName());
 832   return 0;
 833 }
 834
 835 //===----------------------------------------------------------------------===//
 836 // Top-Level parsing and JIT Driver
 837 //===----------------------------------------------------------------------===//
 838
 839 static ExecutionEngine *TheExecutionEngine;
 840
 841 static void HandleDefinition() {
 842   if (FunctionAST *F = ParseDefinition()) {
 843     if (Function *LF = F->Codegen()) {
 844       fprintf(stderr, "Read function definition:");
 845       LF->dump();
 846     }
 847   } else {
 848     // Skip token for error recovery.
 849     getNextToken();
 850   }
 851 }
 852
 853 static void HandleExtern() {
 854   if (PrototypeAST *P = ParseExtern()) {
 855     if (Function *F = P->Codegen()) {
 856       fprintf(stderr, "Read extern: ");
 857       F->dump();
 858     }
 859   } else {
 860     // Skip token for error recovery.
 861     getNextToken();
 862   }
 863 }
 864
 865 static void HandleTopLevelExpression() {
 866   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
 867   if (FunctionAST *F = ParseTopLevelExpr()) {
 868     if (Function *LF = F->Codegen()) {
 869       // JIT the function, returning a function pointer.
 870       void *FPtr = TheExecutionEngine->getPointerToFunction(LF);
 871
 872       // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
 873       // can call it as a native function.
 874       double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)FPtr;
 875       fprintf(stderr, "Evaluated to %f\n", FP());
 876     }
 877   } else {
 878     // Skip token for error recovery.
 879     getNextToken();
 880   }
 881 }
 882
 883 /// top ::= definition | external | expression | ';'
 884 static void MainLoop() {
 885   while (1) {
 886     fprintf(stderr, "ready> ");
 887     switch (CurTok) {
 888     case tok_eof:    return;
 889     case ';':        getNextToken(); break;  // ignore top-level semicolons.
 890     case tok_def:    HandleDefinition(); break;
 891     case tok_extern: HandleExtern(); break;
 892     default:         HandleTopLevelExpression(); break;
 893     }
 894   }
 895 }
 896
 897 //===----------------------------------------------------------------------===//
 898 // "Library" functions that can be "extern'd" from user code.
 899 //===----------------------------------------------------------------------===//
 900
 901 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
 902 extern "C"
 903 double putchard(double X) {
 904   putchar((char)X);
 905   return 0;
 906 }
 907
 908 /// printd - printf that takes a double prints it as "%f\n", returning 0.
 909 extern "C"
 910 double printd(double X) {
 911   printf("%f\n", X);
 912   return 0;
 913 }
 914
 915 //===----------------------------------------------------------------------===//
 916 // Main driver code.
 917 //===----------------------------------------------------------------------===//
 918
 919 int main() {
 920   InitializeNativeTarget();
 921   LLVMContext &Context = getGlobalContext();
 922
 923   // Install standard binary operators.
 924   // 1 is lowest precedence.
 925   BinopPrecedence['<'] = 10;
 926   BinopPrecedence['+'] = 20;
 927   BinopPrecedence['-'] = 20;
 928   BinopPrecedence['*'] = 40;  // highest.
 929
 930   // Prime the first token.
 931   fprintf(stderr, "ready> ");
 932   getNextToken();
 933
 934   // Make the module, which holds all the code.
 935   TheModule = new Module("my cool jit", Context);
 936
 937   // Create the JIT.  This takes ownership of the module.
 938   std::string ErrStr;
 939   TheExecutionEngine = EngineBuilder(TheModule).setErrorStr(&ErrStr).create();
 940   if (!TheExecutionEngine) {
 941     fprintf(stderr, "Could not create ExecutionEngine: %s\n", ErrStr.c_str());
 942     exit(1);
 943   }
 944
 945   FunctionPassManager OurFPM(TheModule);
 946
 947   // Set up the optimizer pipeline.  Start with registering info about how the
 948   // target lays out data structures.
 949   OurFPM.add(new TargetData(*TheExecutionEngine->getTargetData()));
 950   // Do simple "peephole" optimizations and bit-twiddling optzns.
 951   OurFPM.add(createInstructionCombiningPass());
 952   // Reassociate expressions.
 953   OurFPM.add(createReassociatePass());
 954   // Eliminate Common SubExpressions.
 955   OurFPM.add(createGVNPass());
 956   // Simplify the control flow graph (deleting unreachable blocks, etc).
 957   OurFPM.add(createCFGSimplificationPass());
 958
 959   OurFPM.doInitialization();
 960
 961   // Set the global so the code gen can use this.
 962   TheFPM = &OurFPM;
 963
 964   // Run the main "interpreter loop" now.
 965   MainLoop();
 966
 967   TheFPM = 0;
 968
 969   // Print out all of the generated code.
 970   TheModule->dump();
 971
 972   return 0;
 973 }