examples/Kaleidoscope/Chapter6/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   // operators
  40   tok_binary = -11, tok_unary = -12
  41 };
  42
  43 static std::string IdentifierStr;  // Filled in if tok_identifier
  44 static double NumVal;              // Filled in if tok_number
  45
  46 /// gettok - Return the next token from standard input.
  47 static int gettok() {
  48   static int LastChar = ' ';
  49
  50   // Skip any whitespace.
  51   while (isspace(LastChar))
  52     LastChar = getchar();
  53
  54   if (isalpha(LastChar)) { // identifier: [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*
  55     IdentifierStr = LastChar;
  56     while (isalnum((LastChar = getchar())))
  57       IdentifierStr += LastChar;
  58
  59     if (IdentifierStr == "def") return tok_def;
  60     if (IdentifierStr == "extern") return tok_extern;
  61     if (IdentifierStr == "if") return tok_if;
  62     if (IdentifierStr == "then") return tok_then;
  63     if (IdentifierStr == "else") return tok_else;
  64     if (IdentifierStr == "for") return tok_for;
  65     if (IdentifierStr == "in") return tok_in;
  66     if (IdentifierStr == "binary") return tok_binary;
  67     if (IdentifierStr == "unary") return tok_unary;
  68     return tok_identifier;
  69   }
  70
  71   if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') {   // Number: [0-9.]+
  72     std::string NumStr;
  73     do {
  74       NumStr += LastChar;
  75       LastChar = getchar();
  76     } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.');
  77
  78     NumVal = strtod(NumStr.c_str(), 0);
  79     return tok_number;
  80   }
  81
  82   if (LastChar == '#') {
  83     // Comment until end of line.
  84     do LastChar = getchar();
  85     while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r');
  86
  87     if (LastChar != EOF)
  88       return gettok();
  89   }
  90
  91   // Check for end of file.  Don't eat the EOF.
  92   if (LastChar == EOF)
  93     return tok_eof;
  94
  95   // Otherwise, just return the character as its ascii value.
  96   int ThisChar = LastChar;
  97   LastChar = getchar();
  98   return ThisChar;
  99 }
 100
 101 //===----------------------------------------------------------------------===//
 102 // Abstract Syntax Tree (aka Parse Tree)
 103 //===----------------------------------------------------------------------===//
 104
 105 /// ExprAST - Base class for all expression nodes.
 106 class ExprAST {
 107 public:
 108   virtual ~ExprAST();
 109   virtual Value *Codegen() = 0;
 110 };
 111
 112 // Provide out-of-line definition to prevent weak vtable.
 113 ExprAST::~ExprAST() {}
 114
 115 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
 116 class NumberExprAST : public ExprAST {
 117   double Val;
 118 public:
 119   NumberExprAST(double val) : Val(val) {}
 120   virtual Value *Codegen();
 121 };
 122
 123 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
 124 class VariableExprAST : public ExprAST {
 125   std::string Name;
 126 public:
 127   VariableExprAST(const std::string &name) : Name(name) {}
 128   virtual Value *Codegen();
 129 };
 130
 131 /// UnaryExprAST - Expression class for a unary operator.
 132 class UnaryExprAST : public ExprAST {
 133   char Opcode;
 134   ExprAST *Operand;
 135 public:
 136   UnaryExprAST(char opcode, ExprAST *operand)
 137     : Opcode(opcode), Operand(operand) {}
 138   virtual Value *Codegen();
 139 };
 140
 141 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 142 class BinaryExprAST : public ExprAST {
 143   char Op;
 144   ExprAST *LHS, *RHS;
 145 public:
 146   BinaryExprAST(char op, ExprAST *lhs, ExprAST *rhs)
 147     : Op(op), LHS(lhs), RHS(rhs) {}
 148   virtual Value *Codegen();
 149 };
 150
 151 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 152 class CallExprAST : public ExprAST {
 153   std::string Callee;
 154   std::vector<ExprAST*> Args;
 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 public:
 165   IfExprAST(ExprAST *cond, ExprAST *then, ExprAST *_else)
 166   : Cond(cond), Then(then), Else(_else) {}
 167   virtual Value *Codegen();
 168 };
 169
 170 /// ForExprAST - Expression class for for/in.
 171 class ForExprAST : public ExprAST {
 172   std::string VarName;
 173   ExprAST *Start, *End, *Step, *Body;
 174 public:
 175   ForExprAST(const std::string &varname, ExprAST *start, ExprAST *end,
 176              ExprAST *step, ExprAST *body)
 177     : VarName(varname), Start(start), End(end), Step(step), Body(body) {}
 178   virtual Value *Codegen();
 179 };
 180
 181 /// PrototypeAST - This class represents the "prototype" for a function,
 182 /// which captures its name, and its argument names (thus implicitly the number
 183 /// of arguments the function takes), as well as if it is an operator.
 184 class PrototypeAST {
 185   std::string Name;
 186   std::vector<std::string> Args;
 187   bool isOperator;
 188   unsigned Precedence;  // Precedence if a binary op.
 189 public:
 190   PrototypeAST(const std::string &name, const std::vector<std::string> &args,
 191                bool isoperator = false, unsigned prec = 0)
 192   : Name(name), Args(args), isOperator(isoperator), Precedence(prec) {}
 193
 194   bool isUnaryOp() const { return isOperator && Args.size() == 1; }
 195   bool isBinaryOp() const { return isOperator && Args.size() == 2; }
 196
 197   char getOperatorName() const {
 198     assert(isUnaryOp() || isBinaryOp());
 199     return Name[Name.size()-1];
 200   }
 201
 202   unsigned getBinaryPrecedence() const { return Precedence; }
 203
 204   Function *Codegen();
 205 };
 206
 207 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 208 class FunctionAST {
 209   PrototypeAST *Proto;
 210   ExprAST *Body;
 211 public:
 212   FunctionAST(PrototypeAST *proto, ExprAST *body)
 213     : Proto(proto), Body(body) {}
 214
 215   Function *Codegen();
 216 };
 217
 218 //===----------------------------------------------------------------------===//
 219 // Parser
 220 //===----------------------------------------------------------------------===//
 221
 222 /// CurTok/getNextToken - Provide a simple token buffer.  CurTok is the current
 223 /// token the parser is looking at.  getNextToken reads another token from the
 224 /// lexer and updates CurTok with its results.
 225 static int CurTok;
 226 static int getNextToken() {
 227   return CurTok = gettok();
 228 }
 229
 230 /// BinopPrecedence - This holds the precedence for each binary operator that is
 231 /// defined.
 232 static std::map<char, int> BinopPrecedence;
 233
 234 /// GetTokPrecedence - Get the precedence of the pending binary operator token.
 235 static int GetTokPrecedence() {
 236   if (!isascii(CurTok))
 237     return -1;
 238
 239   // Make sure it's a declared binop.
 240   int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
 241   if (TokPrec <= 0) return -1;
 242   return TokPrec;
 243 }
 244
 245 /// Error* - These are little helper functions for error handling.
 246 ExprAST *Error(const char *Str) { fprintf(stderr, "Error: %s\n", Str);return 0;}
 247 PrototypeAST *ErrorP(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 248 FunctionAST *ErrorF(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 249
 250 static ExprAST *ParseExpression();
 251
 252 /// identifierexpr
 253 ///   ::= identifier
 254 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
 255 static ExprAST *ParseIdentifierExpr() {
 256   std::string IdName = IdentifierStr;
 257
 258   getNextToken();  // eat identifier.
 259
 260   if (CurTok != '(') // Simple variable ref.
 261     return new VariableExprAST(IdName);
 262
 263   // Call.
 264   getNextToken();  // eat (
 265   std::vector<ExprAST*> Args;
 266   if (CurTok != ')') {
 267     while (1) {
 268       ExprAST *Arg = ParseExpression();
 269       if (!Arg) return 0;
 270       Args.push_back(Arg);
 271
 272       if (CurTok == ')') break;
 273
 274       if (CurTok != ',')
 275         return Error("Expected ')' or ',' in argument list");
 276       getNextToken();
 277     }
 278   }
 279
 280   // Eat the ')'.
 281   getNextToken();
 282
 283   return new CallExprAST(IdName, Args);
 284 }
 285
 286 /// numberexpr ::= number
 287 static ExprAST *ParseNumberExpr() {
 288   ExprAST *Result = new NumberExprAST(NumVal);
 289   getNextToken(); // consume the number
 290   return Result;
 291 }
 292
 293 /// parenexpr ::= '(' expression ')'
 294 static ExprAST *ParseParenExpr() {
 295   getNextToken();  // eat (.
 296   ExprAST *V = ParseExpression();
 297   if (!V) return 0;
 298
 299   if (CurTok != ')')
 300     return Error("expected ')'");
 301   getNextToken();  // eat ).
 302   return V;
 303 }
 304
 305 /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression
 306 static ExprAST *ParseIfExpr() {
 307   getNextToken();  // eat the if.
 308
 309   // condition.
 310   ExprAST *Cond = ParseExpression();
 311   if (!Cond) return 0;
 312
 313   if (CurTok != tok_then)
 314     return Error("expected then");
 315   getNextToken();  // eat the then
 316
 317   ExprAST *Then = ParseExpression();
 318   if (Then == 0) return 0;
 319
 320   if (CurTok != tok_else)
 321     return Error("expected else");
 322
 323   getNextToken();
 324
 325   ExprAST *Else = ParseExpression();
 326   if (!Else) return 0;
 327
 328   return new IfExprAST(Cond, Then, Else);
 329 }
 330
 331 /// forexpr ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression
 332 static ExprAST *ParseForExpr() {
 333   getNextToken();  // eat the for.
 334
 335   if (CurTok != tok_identifier)
 336     return Error("expected identifier after for");
 337
 338   std::string IdName = IdentifierStr;
 339   getNextToken();  // eat identifier.
 340
 341   if (CurTok != '=')
 342     return Error("expected '=' after for");
 343   getNextToken();  // eat '='.
 344
 345
 346   ExprAST *Start = ParseExpression();
 347   if (Start == 0) return 0;
 348   if (CurTok != ',')
 349     return Error("expected ',' after for start value");
 350   getNextToken();
 351
 352   ExprAST *End = ParseExpression();
 353   if (End == 0) return 0;
 354
 355   // The step value is optional.
 356   ExprAST *Step = 0;
 357   if (CurTok == ',') {
 358     getNextToken();
 359     Step = ParseExpression();
 360     if (Step == 0) return 0;
 361   }
 362
 363   if (CurTok != tok_in)
 364     return Error("expected 'in' after for");
 365   getNextToken();  // eat 'in'.
 366
 367   ExprAST *Body = ParseExpression();
 368   if (Body == 0) return 0;
 369
 370   return new ForExprAST(IdName, Start, End, Step, Body);
 371 }
 372
 373 /// primary
 374 ///   ::= identifierexpr
 375 ///   ::= numberexpr
 376 ///   ::= parenexpr
 377 ///   ::= ifexpr
 378 ///   ::= forexpr
 379 static ExprAST *ParsePrimary() {
 380   switch (CurTok) {
 381   default: return Error("unknown token when expecting an expression");
 382   case tok_identifier: return ParseIdentifierExpr();
 383   case tok_number:     return ParseNumberExpr();
 384   case '(':            return ParseParenExpr();
 385   case tok_if:         return ParseIfExpr();
 386   case tok_for:        return ParseForExpr();
 387   }
 388 }
 389
 390 /// unary
 391 ///   ::= primary
 392 ///   ::= '!' unary
 393 static ExprAST *ParseUnary() {
 394   // If the current token is not an operator, it must be a primary expr.
 395   if (!isascii(CurTok) || CurTok == '(' || CurTok == ',')
 396     return ParsePrimary();
 397
 398   // If this is a unary operator, read it.
 399   int Opc = CurTok;
 400   getNextToken();
 401   if (ExprAST *Operand = ParseUnary())
 402     return new UnaryExprAST(Opc, Operand);
 403   return 0;
 404 }
 405
 406 /// binoprhs
 407 ///   ::= ('+' unary)*
 408 static ExprAST *ParseBinOpRHS(int ExprPrec, ExprAST *LHS) {
 409   // If this is a binop, find its precedence.
 410   while (1) {
 411     int TokPrec = GetTokPrecedence();
 412
 413     // If this is a binop that binds at least as tightly as the current binop,
 414     // consume it, otherwise we are done.
 415     if (TokPrec < ExprPrec)
 416       return LHS;
 417
 418     // Okay, we know this is a binop.
 419     int BinOp = CurTok;
 420     getNextToken();  // eat binop
 421
 422     // Parse the unary expression after the binary operator.
 423     ExprAST *RHS = ParseUnary();
 424     if (!RHS) return 0;
 425
 426     // If BinOp binds less tightly with RHS than the operator after RHS, let
 427     // the pending operator take RHS as its LHS.
 428     int NextPrec = GetTokPrecedence();
 429     if (TokPrec < NextPrec) {
 430       RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec+1, RHS);
 431       if (RHS == 0) return 0;
 432     }
 433
 434     // Merge LHS/RHS.
 435     LHS = new BinaryExprAST(BinOp, LHS, RHS);
 436   }
 437 }
 438
 439 /// expression
 440 ///   ::= unary binoprhs
 441 ///
 442 static ExprAST *ParseExpression() {
 443   ExprAST *LHS = ParseUnary();
 444   if (!LHS) return 0;
 445
 446   return ParseBinOpRHS(0, LHS);
 447 }
 448
 449 /// prototype
 450 ///   ::= id '(' id* ')'
 451 ///   ::= binary LETTER number? (id, id)
 452 ///   ::= unary LETTER (id)
 453 static PrototypeAST *ParsePrototype() {
 454   std::string FnName;
 455
 456   unsigned Kind = 0; // 0 = identifier, 1 = unary, 2 = binary.
 457   unsigned BinaryPrecedence = 30;
 458
 459   switch (CurTok) {
 460   default:
 461     return ErrorP("Expected function name in prototype");
 462   case tok_identifier:
 463     FnName = IdentifierStr;
 464     Kind = 0;
 465     getNextToken();
 466     break;
 467   case tok_unary:
 468     getNextToken();
 469     if (!isascii(CurTok))
 470       return ErrorP("Expected unary operator");
 471     FnName = "unary";
 472     FnName += (char)CurTok;
 473     Kind = 1;
 474     getNextToken();
 475     break;
 476   case tok_binary:
 477     getNextToken();
 478     if (!isascii(CurTok))
 479       return ErrorP("Expected binary operator");
 480     FnName = "binary";
 481     FnName += (char)CurTok;
 482     Kind = 2;
 483     getNextToken();
 484
 485     // Read the precedence if present.
 486     if (CurTok == tok_number) {
 487       if (NumVal < 1 || NumVal > 100)
 488         return ErrorP("Invalid precedecnce: must be 1..100");
 489       BinaryPrecedence = (unsigned)NumVal;
 490       getNextToken();
 491     }
 492     break;
 493   }
 494
 495   if (CurTok != '(')
 496     return ErrorP("Expected '(' in prototype");
 497
 498   std::vector<std::string> ArgNames;
 499   while (getNextToken() == tok_identifier)
 500     ArgNames.push_back(IdentifierStr);
 501   if (CurTok != ')')
 502     return ErrorP("Expected ')' in prototype");
 503
 504   // success.
 505   getNextToken();  // eat ')'.
 506
 507   // Verify right number of names for operator.
 508   if (Kind && ArgNames.size() != Kind)
 509     return ErrorP("Invalid number of operands for operator");
 510
 511   return new PrototypeAST(FnName, ArgNames, Kind != 0, BinaryPrecedence);
 512 }
 513
 514 /// definition ::= 'def' prototype expression
 515 static FunctionAST *ParseDefinition() {
 516   getNextToken();  // eat def.
 517   PrototypeAST *Proto = ParsePrototype();
 518   if (Proto == 0) return 0;
 519
 520   if (ExprAST *E = ParseExpression())
 521     return new FunctionAST(Proto, E);
 522   return 0;
 523 }
 524
 525 /// toplevelexpr ::= expression
 526 static FunctionAST *ParseTopLevelExpr() {
 527   if (ExprAST *E = ParseExpression()) {
 528     // Make an anonymous proto.
 529     PrototypeAST *Proto = new PrototypeAST("", std::vector<std::string>());
 530     return new FunctionAST(Proto, E);
 531   }
 532   return 0;
 533 }
 534
 535 /// external ::= 'extern' prototype
 536 static PrototypeAST *ParseExtern() {
 537   getNextToken();  // eat extern.
 538   return ParsePrototype();
 539 }
 540
 541 //===----------------------------------------------------------------------===//
 542 // Code Generation
 543 //===----------------------------------------------------------------------===//
 544
 545 static Module *TheModule;
 546 static IRBuilder<> Builder(getGlobalContext());
 547 static std::map<std::string, Value*> NamedValues;
 548 static FunctionPassManager *TheFPM;
 549
 550 Value *ErrorV(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 551
 552 Value *NumberExprAST::Codegen() {
 553   return ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(Val));
 554 }
 555
 556 Value *VariableExprAST::Codegen() {
 557   // Look this variable up in the function.
 558   Value *V = NamedValues[Name];
 559   return V ? V : ErrorV("Unknown variable name");
 560 }
 561
 562 Value *UnaryExprAST::Codegen() {
 563   Value *OperandV = Operand->Codegen();
 564   if (OperandV == 0) return 0;
 565
 566   Function *F = TheModule->getFunction(std::string("unary")+Opcode);
 567   if (F == 0)
 568     return ErrorV("Unknown unary operator");
 569
 570   return Builder.CreateCall(F, OperandV, "unop");
 571 }
 572
 573 Value *BinaryExprAST::Codegen() {
 574   Value *L = LHS->Codegen();
 575   Value *R = RHS->Codegen();
 576   if (L == 0 || R == 0) return 0;
 577
 578   switch (Op) {
 579   case '+': return Builder.CreateFAdd(L, R, "addtmp");
 580   case '-': return Builder.CreateFSub(L, R, "subtmp");
 581   case '*': return Builder.CreateFMul(L, R, "multmp");
 582   case '<':
 583     L = Builder.CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp");
 584     // Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0
 585     return Builder.CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 586                                 "booltmp");
 587   default: break;
 588   }
 589
 590   // If it wasn't a builtin binary operator, it must be a user defined one. Emit
 591   // a call to it.
 592   Function *F = TheModule->getFunction(std::string("binary")+Op);
 593   assert(F && "binary operator not found!");
 594
 595   Value *Ops[] = { L, R };
 596   return Builder.CreateCall(F, Ops, "binop");
 597 }
 598
 599 Value *CallExprAST::Codegen() {
 600   // Look up the name in the global module table.
 601   Function *CalleeF = TheModule->getFunction(Callee);
 602   if (CalleeF == 0)
 603     return ErrorV("Unknown function referenced");
 604
 605   // If argument mismatch error.
 606   if (CalleeF->arg_size() != Args.size())
 607     return ErrorV("Incorrect # arguments passed");
 608
 609   std::vector<Value*> ArgsV;
 610   for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
 611     ArgsV.push_back(Args[i]->Codegen());
 612     if (ArgsV.back() == 0) return 0;
 613   }
 614
 615   return Builder.CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 616 }
 617
 618 Value *IfExprAST::Codegen() {
 619   Value *CondV = Cond->Codegen();
 620   if (CondV == 0) return 0;
 621
 622   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 623   CondV = Builder.CreateFCmpONE(CondV,
 624                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 625                                 "ifcond");
 626
 627   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 628
 629   // Create blocks for the then and else cases.  Insert the 'then' block at the
 630   // end of the function.
 631   BasicBlock *ThenBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "then", TheFunction);
 632   BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "else");
 633   BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "ifcont");
 634
 635   Builder.CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB);
 636
 637   // Emit then value.
 638   Builder.SetInsertPoint(ThenBB);
 639
 640   Value *ThenV = Then->Codegen();
 641   if (ThenV == 0) return 0;
 642
 643   Builder.CreateBr(MergeBB);
 644   // Codegen of 'Then' can change the current block, update ThenBB for the PHI.
 645   ThenBB = Builder.GetInsertBlock();
 646
 647   // Emit else block.
 648   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
 649   Builder.SetInsertPoint(ElseBB);
 650
 651   Value *ElseV = Else->Codegen();
 652   if (ElseV == 0) return 0;
 653
 654   Builder.CreateBr(MergeBB);
 655   // Codegen of 'Else' can change the current block, update ElseBB for the PHI.
 656   ElseBB = Builder.GetInsertBlock();
 657
 658   // Emit merge block.
 659   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(MergeBB);
 660   Builder.SetInsertPoint(MergeBB);
 661   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2,
 662                                   "iftmp");
 663
 664   PN->addIncoming(ThenV, ThenBB);
 665   PN->addIncoming(ElseV, ElseBB);
 666   return PN;
 667 }
 668
 669 Value *ForExprAST::Codegen() {
 670   // Output this as:
 671   //   ...
 672   //   start = startexpr
 673   //   goto loop
 674   // loop:
 675   //   variable = phi [start, loopheader], [nextvariable, loopend]
 676   //   ...
 677   //   bodyexpr
 678   //   ...
 679   // loopend:
 680   //   step = stepexpr
 681   //   nextvariable = variable + step
 682   //   endcond = endexpr
 683   //   br endcond, loop, endloop
 684   // outloop:
 685
 686   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
 687   Value *StartVal = Start->Codegen();
 688   if (StartVal == 0) return 0;
 689
 690   // Make the new basic block for the loop header, inserting after current
 691   // block.
 692   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 693   BasicBlock *PreheaderBB = Builder.GetInsertBlock();
 694   BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "loop", TheFunction);
 695
 696   // Insert an explicit fall through from the current block to the LoopBB.
 697   Builder.CreateBr(LoopBB);
 698
 699   // Start insertion in LoopBB.
 700   Builder.SetInsertPoint(LoopBB);
 701
 702   // Start the PHI node with an entry for Start.
 703   PHINode *Variable = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2, VarName.c_str());
 704   Variable->addIncoming(StartVal, PreheaderBB);
 705
 706   // Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node.  If it
 707   // shadows an existing variable, we have to restore it, so save it now.
 708   Value *OldVal = NamedValues[VarName];
 709   NamedValues[VarName] = Variable;
 710
 711   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
 712   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
 713   // allow an error.
 714   if (Body->Codegen() == 0)
 715     return 0;
 716
 717   // Emit the step value.
 718   Value *StepVal;
 719   if (Step) {
 720     StepVal = Step->Codegen();
 721     if (StepVal == 0) return 0;
 722   } else {
 723     // If not specified, use 1.0.
 724     StepVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(1.0));
 725   }
 726
 727   Value *NextVar = Builder.CreateFAdd(Variable, StepVal, "nextvar");
 728
 729   // Compute the end condition.
 730   Value *EndCond = End->Codegen();
 731   if (EndCond == 0) return EndCond;
 732
 733   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 734   EndCond = Builder.CreateFCmpONE(EndCond,
 735                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 736                                   "loopcond");
 737
 738   // Create the "after loop" block and insert it.
 739   BasicBlock *LoopEndBB = Builder.GetInsertBlock();
 740   BasicBlock *AfterBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "afterloop", TheFunction);
 741
 742   // Insert the conditional branch into the end of LoopEndBB.
 743   Builder.CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);
 744
 745   // Any new code will be inserted in AfterBB.
 746   Builder.SetInsertPoint(AfterBB);
 747
 748   // Add a new entry to the PHI node for the backedge.
 749   Variable->addIncoming(NextVar, LoopEndBB);
 750
 751   // Restore the unshadowed variable.
 752   if (OldVal)
 753     NamedValues[VarName] = OldVal;
 754   else
 755     NamedValues.erase(VarName);
 756
 757
 758   // for expr always returns 0.0.
 759   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 760 }
 761
 762 Function *PrototypeAST::Codegen() {
 763   // Make the function type:  double(double,double) etc.
 764   std::vector<Type*> Doubles(Args.size(),
 765                              Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 766   FunctionType *FT = FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 767                                        Doubles, false);
 768
 769   Function *F = Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, Name, TheModule);
 770
 771   // If F conflicted, there was already something named 'Name'.  If it has a
 772   // body, don't allow redefinition or reextern.
 773   if (F->getName() != Name) {
 774     // Delete the one we just made and get the existing one.
 775     F->eraseFromParent();
 776     F = TheModule->getFunction(Name);
 777
 778     // If F already has a body, reject this.
 779     if (!F->empty()) {
 780       ErrorF("redefinition of function");
 781       return 0;
 782     }
 783
 784     // If F took a different number of args, reject.
 785     if (F->arg_size() != Args.size()) {
 786       ErrorF("redefinition of function with different # args");
 787       return 0;
 788     }
 789   }
 790
 791   // Set names for all arguments.
 792   unsigned Idx = 0;
 793   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
 794        ++AI, ++Idx) {
 795     AI->setName(Args[Idx]);
 796
 797     // Add arguments to variable symbol table.
 798     NamedValues[Args[Idx]] = AI;
 799   }
 800
 801   return F;
 802 }
 803
 804 Function *FunctionAST::Codegen() {
 805   NamedValues.clear();
 806
 807   Function *TheFunction = Proto->Codegen();
 808   if (TheFunction == 0)
 809     return 0;
 810
 811   // If this is an operator, install it.
 812   if (Proto->isBinaryOp())
 813     BinopPrecedence[Proto->getOperatorName()] = Proto->getBinaryPrecedence();
 814
 815   // Create a new basic block to start insertion into.
 816   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
 817   Builder.SetInsertPoint(BB);
 818
 819   if (Value *RetVal = Body->Codegen()) {
 820     // Finish off the function.
 821     Builder.CreateRet(RetVal);
 822
 823     // Validate the generated code, checking for consistency.
 824     verifyFunction(*TheFunction);
 825
 826     // Optimize the function.
 827     TheFPM->run(*TheFunction);
 828
 829     return TheFunction;
 830   }
 831
 832   // Error reading body, remove function.
 833   TheFunction->eraseFromParent();
 834
 835   if (Proto->isBinaryOp())
 836     BinopPrecedence.erase(Proto->getOperatorName());
 837   return 0;
 838 }
 839
 840 //===----------------------------------------------------------------------===//
 841 // Top-Level parsing and JIT Driver
 842 //===----------------------------------------------------------------------===//
 843
 844 static ExecutionEngine *TheExecutionEngine;
 845
 846 static void HandleDefinition() {
 847   if (FunctionAST *F = ParseDefinition()) {
 848     if (Function *LF = F->Codegen()) {
 849       fprintf(stderr, "Read function definition:");
 850       LF->dump();
 851     }
 852   } else {
 853     // Skip token for error recovery.
 854     getNextToken();
 855   }
 856 }
 857
 858 static void HandleExtern() {
 859   if (PrototypeAST *P = ParseExtern()) {
 860     if (Function *F = P->Codegen()) {
 861       fprintf(stderr, "Read extern: ");
 862       F->dump();
 863     }
 864   } else {
 865     // Skip token for error recovery.
 866     getNextToken();
 867   }
 868 }
 869
 870 static void HandleTopLevelExpression() {
 871   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
 872   if (FunctionAST *F = ParseTopLevelExpr()) {
 873     if (Function *LF = F->Codegen()) {
 874       // JIT the function, returning a function pointer.
 875       void *FPtr = TheExecutionEngine->getPointerToFunction(LF);
 876
 877       // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
 878       // can call it as a native function.
 879       double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)FPtr;
 880       fprintf(stderr, "Evaluated to %f\n", FP());
 881     }
 882   } else {
 883     // Skip token for error recovery.
 884     getNextToken();
 885   }
 886 }
 887
 888 /// top ::= definition | external | expression | ';'
 889 static void MainLoop() {
 890   while (1) {
 891     fprintf(stderr, "ready> ");
 892     switch (CurTok) {
 893     case tok_eof:    return;
 894     case ';':        getNextToken(); break;  // ignore top-level semicolons.
 895     case tok_def:    HandleDefinition(); break;
 896     case tok_extern: HandleExtern(); break;
 897     default:         HandleTopLevelExpression(); break;
 898     }
 899   }
 900 }
 901
 902 //===----------------------------------------------------------------------===//
 903 // "Library" functions that can be "extern'd" from user code.
 904 //===----------------------------------------------------------------------===//
 905
 906 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
 907 extern "C"
 908 double putchard(double X) {
 909   putchar((char)X);
 910   return 0;
 911 }
 912
 913 /// printd - printf that takes a double prints it as "%f\n", returning 0.
 914 extern "C"
 915 double printd(double X) {
 916   printf("%f\n", X);
 917   return 0;
 918 }
 919
 920 //===----------------------------------------------------------------------===//
 921 // Main driver code.
 922 //===----------------------------------------------------------------------===//
 923
 924 int main() {
 925   InitializeNativeTarget();
 926   LLVMContext &Context = getGlobalContext();
 927
 928   // Install standard binary operators.
 929   // 1 is lowest precedence.
 930   BinopPrecedence['<'] = 10;
 931   BinopPrecedence['+'] = 20;
 932   BinopPrecedence['-'] = 20;
 933   BinopPrecedence['*'] = 40;  // highest.
 934
 935   // Prime the first token.
 936   fprintf(stderr, "ready> ");
 937   getNextToken();
 938
 939   // Make the module, which holds all the code.
 940   TheModule = new Module("my cool jit", Context);
 941
 942   // Create the JIT.  This takes ownership of the module.
 943   std::string ErrStr;
 944   TheExecutionEngine = EngineBuilder(TheModule).setErrorStr(&ErrStr).create();
 945   if (!TheExecutionEngine) {
 946     fprintf(stderr, "Could not create ExecutionEngine: %s\n", ErrStr.c_str());
 947     exit(1);
 948   }
 949
 950   FunctionPassManager OurFPM(TheModule);
 951
 952   // Set up the optimizer pipeline.  Start with registering info about how the
 953   // target lays out data structures.
 954   OurFPM.add(new DataLayout(*TheExecutionEngine->getDataLayout()));
 955   // Provide basic AliasAnalysis support for GVN.
 956   OurFPM.add(createBasicAliasAnalysisPass());
 957   // Do simple "peephole" optimizations and bit-twiddling optzns.
 958   OurFPM.add(createInstructionCombiningPass());
 959   // Reassociate expressions.
 960   OurFPM.add(createReassociatePass());
 961   // Eliminate Common SubExpressions.
 962   OurFPM.add(createGVNPass());
 963   // Simplify the control flow graph (deleting unreachable blocks, etc).
 964   OurFPM.add(createCFGSimplificationPass());
 965
 966   OurFPM.doInitialization();
 967
 968   // Set the global so the code gen can use this.
 969   TheFPM = &OurFPM;
 970
 971   // Run the main "interpreter loop" now.
 972   MainLoop();
 973
 974   TheFPM = 0;
 975
 976   // Print out all of the generated code.
 977   TheModule->dump();
 978
 979   return 0;
 980 }