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 ExprAST::~ExprAST() {}
 113
 114 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
 115 class NumberExprAST : public ExprAST {
 116   double Val;
 117 public:
 118   NumberExprAST(double val) : Val(val) {}
 119   virtual Value *Codegen();
 120 };
 121
 122 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
 123 class VariableExprAST : public ExprAST {
 124   std::string Name;
 125 public:
 126   VariableExprAST(const std::string &name) : Name(name) {}
 127   virtual Value *Codegen();
 128 };
 129
 130 /// UnaryExprAST - Expression class for a unary operator.
 131 class UnaryExprAST : public ExprAST {
 132   char Opcode;
 133   ExprAST *Operand;
 134 public:
 135   UnaryExprAST(char opcode, ExprAST *operand)
 136     : Opcode(opcode), Operand(operand) {}
 137   virtual Value *Codegen();
 138 };
 139
 140 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 141 class BinaryExprAST : public ExprAST {
 142   char Op;
 143   ExprAST *LHS, *RHS;
 144 public:
 145   BinaryExprAST(char op, ExprAST *lhs, ExprAST *rhs)
 146     : Op(op), LHS(lhs), RHS(rhs) {}
 147   virtual Value *Codegen();
 148 };
 149
 150 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 151 class CallExprAST : public ExprAST {
 152   std::string Callee;
 153   std::vector<ExprAST*> Args;
 154 public:
 155   CallExprAST(const std::string &callee, std::vector<ExprAST*> &args)
 156     : Callee(callee), Args(args) {}
 157   virtual Value *Codegen();
 158 };
 159
 160 /// IfExprAST - Expression class for if/then/else.
 161 class IfExprAST : public ExprAST {
 162   ExprAST *Cond, *Then, *Else;
 163 public:
 164   IfExprAST(ExprAST *cond, ExprAST *then, ExprAST *_else)
 165   : Cond(cond), Then(then), Else(_else) {}
 166   virtual Value *Codegen();
 167 };
 168
 169 /// ForExprAST - Expression class for for/in.
 170 class ForExprAST : public ExprAST {
 171   std::string VarName;
 172   ExprAST *Start, *End, *Step, *Body;
 173 public:
 174   ForExprAST(const std::string &varname, ExprAST *start, ExprAST *end,
 175              ExprAST *step, ExprAST *body)
 176     : VarName(varname), Start(start), End(end), Step(step), Body(body) {}
 177   virtual Value *Codegen();
 178 };
 179
 180 /// PrototypeAST - This class represents the "prototype" for a function,
 181 /// which captures its name, and its argument names (thus implicitly the number
 182 /// of arguments the function takes), as well as if it is an operator.
 183 class PrototypeAST {
 184   std::string Name;
 185   std::vector<std::string> Args;
 186   bool isOperator;
 187   unsigned Precedence;  // Precedence if a binary op.
 188 public:
 189   PrototypeAST(const std::string &name, const std::vector<std::string> &args,
 190                bool isoperator = false, unsigned prec = 0)
 191   : Name(name), Args(args), isOperator(isoperator), Precedence(prec) {}
 192
 193   bool isUnaryOp() const { return isOperator && Args.size() == 1; }
 194   bool isBinaryOp() const { return isOperator && Args.size() == 2; }
 195
 196   char getOperatorName() const {
 197     assert(isUnaryOp() || isBinaryOp());
 198     return Name[Name.size()-1];
 199   }
 200
 201   unsigned getBinaryPrecedence() const { return Precedence; }
 202
 203   Function *Codegen();
 204 };
 205
 206 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 207 class FunctionAST {
 208   PrototypeAST *Proto;
 209   ExprAST *Body;
 210 public:
 211   FunctionAST(PrototypeAST *proto, ExprAST *body)
 212     : Proto(proto), Body(body) {}
 213
 214   Function *Codegen();
 215 };
 216
 217 //===----------------------------------------------------------------------===//
 218 // Parser
 219 //===----------------------------------------------------------------------===//
 220
 221 /// CurTok/getNextToken - Provide a simple token buffer.  CurTok is the current
 222 /// token the parser is looking at.  getNextToken reads another token from the
 223 /// lexer and updates CurTok with its results.
 224 static int CurTok;
 225 static int getNextToken() {
 226   return CurTok = gettok();
 227 }
 228
 229 /// BinopPrecedence - This holds the precedence for each binary operator that is
 230 /// defined.
 231 static std::map<char, int> BinopPrecedence;
 232
 233 /// GetTokPrecedence - Get the precedence of the pending binary operator token.
 234 static int GetTokPrecedence() {
 235   if (!isascii(CurTok))
 236     return -1;
 237
 238   // Make sure it's a declared binop.
 239   int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
 240   if (TokPrec <= 0) return -1;
 241   return TokPrec;
 242 }
 243
 244 /// Error* - These are little helper functions for error handling.
 245 ExprAST *Error(const char *Str) { fprintf(stderr, "Error: %s\n", Str);return 0;}
 246 PrototypeAST *ErrorP(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 247 FunctionAST *ErrorF(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 248
 249 static ExprAST *ParseExpression();
 250
 251 /// identifierexpr
 252 ///   ::= identifier
 253 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
 254 static ExprAST *ParseIdentifierExpr() {
 255   std::string IdName = IdentifierStr;
 256
 257   getNextToken();  // eat identifier.
 258
 259   if (CurTok != '(') // Simple variable ref.
 260     return new VariableExprAST(IdName);
 261
 262   // Call.
 263   getNextToken();  // eat (
 264   std::vector<ExprAST*> Args;
 265   if (CurTok != ')') {
 266     while (1) {
 267       ExprAST *Arg = ParseExpression();
 268       if (!Arg) return 0;
 269       Args.push_back(Arg);
 270
 271       if (CurTok == ')') break;
 272
 273       if (CurTok != ',')
 274         return Error("Expected ')' or ',' in argument list");
 275       getNextToken();
 276     }
 277   }
 278
 279   // Eat the ')'.
 280   getNextToken();
 281
 282   return new CallExprAST(IdName, Args);
 283 }
 284
 285 /// numberexpr ::= number
 286 static ExprAST *ParseNumberExpr() {
 287   ExprAST *Result = new NumberExprAST(NumVal);
 288   getNextToken(); // consume the number
 289   return Result;
 290 }
 291
 292 /// parenexpr ::= '(' expression ')'
 293 static ExprAST *ParseParenExpr() {
 294   getNextToken();  // eat (.
 295   ExprAST *V = ParseExpression();
 296   if (!V) return 0;
 297
 298   if (CurTok != ')')
 299     return Error("expected ')'");
 300   getNextToken();  // eat ).
 301   return V;
 302 }
 303
 304 /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression
 305 static ExprAST *ParseIfExpr() {
 306   getNextToken();  // eat the if.
 307
 308   // condition.
 309   ExprAST *Cond = ParseExpression();
 310   if (!Cond) return 0;
 311
 312   if (CurTok != tok_then)
 313     return Error("expected then");
 314   getNextToken();  // eat the then
 315
 316   ExprAST *Then = ParseExpression();
 317   if (Then == 0) return 0;
 318
 319   if (CurTok != tok_else)
 320     return Error("expected else");
 321
 322   getNextToken();
 323
 324   ExprAST *Else = ParseExpression();
 325   if (!Else) return 0;
 326
 327   return new IfExprAST(Cond, Then, Else);
 328 }
 329
 330 /// forexpr ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression
 331 static ExprAST *ParseForExpr() {
 332   getNextToken();  // eat the for.
 333
 334   if (CurTok != tok_identifier)
 335     return Error("expected identifier after for");
 336
 337   std::string IdName = IdentifierStr;
 338   getNextToken();  // eat identifier.
 339
 340   if (CurTok != '=')
 341     return Error("expected '=' after for");
 342   getNextToken();  // eat '='.
 343
 344
 345   ExprAST *Start = ParseExpression();
 346   if (Start == 0) return 0;
 347   if (CurTok != ',')
 348     return Error("expected ',' after for start value");
 349   getNextToken();
 350
 351   ExprAST *End = ParseExpression();
 352   if (End == 0) return 0;
 353
 354   // The step value is optional.
 355   ExprAST *Step = 0;
 356   if (CurTok == ',') {
 357     getNextToken();
 358     Step = ParseExpression();
 359     if (Step == 0) return 0;
 360   }
 361
 362   if (CurTok != tok_in)
 363     return Error("expected 'in' after for");
 364   getNextToken();  // eat 'in'.
 365
 366   ExprAST *Body = ParseExpression();
 367   if (Body == 0) return 0;
 368
 369   return new ForExprAST(IdName, Start, End, Step, Body);
 370 }
 371
 372 /// primary
 373 ///   ::= identifierexpr
 374 ///   ::= numberexpr
 375 ///   ::= parenexpr
 376 ///   ::= ifexpr
 377 ///   ::= forexpr
 378 static ExprAST *ParsePrimary() {
 379   switch (CurTok) {
 380   default: return Error("unknown token when expecting an expression");
 381   case tok_identifier: return ParseIdentifierExpr();
 382   case tok_number:     return ParseNumberExpr();
 383   case '(':            return ParseParenExpr();
 384   case tok_if:         return ParseIfExpr();
 385   case tok_for:        return ParseForExpr();
 386   }
 387 }
 388
 389 /// unary
 390 ///   ::= primary
 391 ///   ::= '!' unary
 392 static ExprAST *ParseUnary() {
 393   // If the current token is not an operator, it must be a primary expr.
 394   if (!isascii(CurTok) || CurTok == '(' || CurTok == ',')
 395     return ParsePrimary();
 396
 397   // If this is a unary operator, read it.
 398   int Opc = CurTok;
 399   getNextToken();
 400   if (ExprAST *Operand = ParseUnary())
 401     return new UnaryExprAST(Opc, Operand);
 402   return 0;
 403 }
 404
 405 /// binoprhs
 406 ///   ::= ('+' unary)*
 407 static ExprAST *ParseBinOpRHS(int ExprPrec, ExprAST *LHS) {
 408   // If this is a binop, find its precedence.
 409   while (1) {
 410     int TokPrec = GetTokPrecedence();
 411
 412     // If this is a binop that binds at least as tightly as the current binop,
 413     // consume it, otherwise we are done.
 414     if (TokPrec < ExprPrec)
 415       return LHS;
 416
 417     // Okay, we know this is a binop.
 418     int BinOp = CurTok;
 419     getNextToken();  // eat binop
 420
 421     // Parse the unary expression after the binary operator.
 422     ExprAST *RHS = ParseUnary();
 423     if (!RHS) return 0;
 424
 425     // If BinOp binds less tightly with RHS than the operator after RHS, let
 426     // the pending operator take RHS as its LHS.
 427     int NextPrec = GetTokPrecedence();
 428     if (TokPrec < NextPrec) {
 429       RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec+1, RHS);
 430       if (RHS == 0) return 0;
 431     }
 432
 433     // Merge LHS/RHS.
 434     LHS = new BinaryExprAST(BinOp, LHS, RHS);
 435   }
 436 }
 437
 438 /// expression
 439 ///   ::= unary binoprhs
 440 ///
 441 static ExprAST *ParseExpression() {
 442   ExprAST *LHS = ParseUnary();
 443   if (!LHS) return 0;
 444
 445   return ParseBinOpRHS(0, LHS);
 446 }
 447
 448 /// prototype
 449 ///   ::= id '(' id* ')'
 450 ///   ::= binary LETTER number? (id, id)
 451 ///   ::= unary LETTER (id)
 452 static PrototypeAST *ParsePrototype() {
 453   std::string FnName;
 454
 455   unsigned Kind = 0; // 0 = identifier, 1 = unary, 2 = binary.
 456   unsigned BinaryPrecedence = 30;
 457
 458   switch (CurTok) {
 459   default:
 460     return ErrorP("Expected function name in prototype");
 461   case tok_identifier:
 462     FnName = IdentifierStr;
 463     Kind = 0;
 464     getNextToken();
 465     break;
 466   case tok_unary:
 467     getNextToken();
 468     if (!isascii(CurTok))
 469       return ErrorP("Expected unary operator");
 470     FnName = "unary";
 471     FnName += (char)CurTok;
 472     Kind = 1;
 473     getNextToken();
 474     break;
 475   case tok_binary:
 476     getNextToken();
 477     if (!isascii(CurTok))
 478       return ErrorP("Expected binary operator");
 479     FnName = "binary";
 480     FnName += (char)CurTok;
 481     Kind = 2;
 482     getNextToken();
 483
 484     // Read the precedence if present.
 485     if (CurTok == tok_number) {
 486       if (NumVal < 1 || NumVal > 100)
 487         return ErrorP("Invalid precedecnce: must be 1..100");
 488       BinaryPrecedence = (unsigned)NumVal;
 489       getNextToken();
 490     }
 491     break;
 492   }
 493
 494   if (CurTok != '(')
 495     return ErrorP("Expected '(' in prototype");
 496
 497   std::vector<std::string> ArgNames;
 498   while (getNextToken() == tok_identifier)
 499     ArgNames.push_back(IdentifierStr);
 500   if (CurTok != ')')
 501     return ErrorP("Expected ')' in prototype");
 502
 503   // success.
 504   getNextToken();  // eat ')'.
 505
 506   // Verify right number of names for operator.
 507   if (Kind && ArgNames.size() != Kind)
 508     return ErrorP("Invalid number of operands for operator");
 509
 510   return new PrototypeAST(FnName, ArgNames, Kind != 0, BinaryPrecedence);
 511 }
 512
 513 /// definition ::= 'def' prototype expression
 514 static FunctionAST *ParseDefinition() {
 515   getNextToken();  // eat def.
 516   PrototypeAST *Proto = ParsePrototype();
 517   if (Proto == 0) return 0;
 518
 519   if (ExprAST *E = ParseExpression())
 520     return new FunctionAST(Proto, E);
 521   return 0;
 522 }
 523
 524 /// toplevelexpr ::= expression
 525 static FunctionAST *ParseTopLevelExpr() {
 526   if (ExprAST *E = ParseExpression()) {
 527     // Make an anonymous proto.
 528     PrototypeAST *Proto = new PrototypeAST("", std::vector<std::string>());
 529     return new FunctionAST(Proto, E);
 530   }
 531   return 0;
 532 }
 533
 534 /// external ::= 'extern' prototype
 535 static PrototypeAST *ParseExtern() {
 536   getNextToken();  // eat extern.
 537   return ParsePrototype();
 538 }
 539
 540 //===----------------------------------------------------------------------===//
 541 // Code Generation
 542 //===----------------------------------------------------------------------===//
 543
 544 static Module *TheModule;
 545 static IRBuilder<> Builder(getGlobalContext());
 546 static std::map<std::string, Value*> NamedValues;
 547 static FunctionPassManager *TheFPM;
 548
 549 Value *ErrorV(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 550
 551 Value *NumberExprAST::Codegen() {
 552   return ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(Val));
 553 }
 554
 555 Value *VariableExprAST::Codegen() {
 556   // Look this variable up in the function.
 557   Value *V = NamedValues[Name];
 558   return V ? V : ErrorV("Unknown variable name");
 559 }
 560
 561 Value *UnaryExprAST::Codegen() {
 562   Value *OperandV = Operand->Codegen();
 563   if (OperandV == 0) return 0;
 564
 565   Function *F = TheModule->getFunction(std::string("unary")+Opcode);
 566   if (F == 0)
 567     return ErrorV("Unknown unary operator");
 568
 569   return Builder.CreateCall(F, OperandV, "unop");
 570 }
 571
 572 Value *BinaryExprAST::Codegen() {
 573   Value *L = LHS->Codegen();
 574   Value *R = RHS->Codegen();
 575   if (L == 0 || R == 0) return 0;
 576
 577   switch (Op) {
 578   case '+': return Builder.CreateFAdd(L, R, "addtmp");
 579   case '-': return Builder.CreateFSub(L, R, "subtmp");
 580   case '*': return Builder.CreateFMul(L, R, "multmp");
 581   case '<':
 582     L = Builder.CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp");
 583     // Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0
 584     return Builder.CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 585                                 "booltmp");
 586   default: break;
 587   }
 588
 589   // If it wasn't a builtin binary operator, it must be a user defined one. Emit
 590   // a call to it.
 591   Function *F = TheModule->getFunction(std::string("binary")+Op);
 592   assert(F && "binary operator not found!");
 593
 594   Value *Ops[] = { L, R };
 595   return Builder.CreateCall(F, Ops, "binop");
 596 }
 597
 598 Value *CallExprAST::Codegen() {
 599   // Look up the name in the global module table.
 600   Function *CalleeF = TheModule->getFunction(Callee);
 601   if (CalleeF == 0)
 602     return ErrorV("Unknown function referenced");
 603
 604   // If argument mismatch error.
 605   if (CalleeF->arg_size() != Args.size())
 606     return ErrorV("Incorrect # arguments passed");
 607
 608   std::vector<Value*> ArgsV;
 609   for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
 610     ArgsV.push_back(Args[i]->Codegen());
 611     if (ArgsV.back() == 0) return 0;
 612   }
 613
 614   return Builder.CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 615 }
 616
 617 Value *IfExprAST::Codegen() {
 618   Value *CondV = Cond->Codegen();
 619   if (CondV == 0) return 0;
 620
 621   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 622   CondV = Builder.CreateFCmpONE(CondV,
 623                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 624                                 "ifcond");
 625
 626   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 627
 628   // Create blocks for the then and else cases.  Insert the 'then' block at the
 629   // end of the function.
 630   BasicBlock *ThenBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "then", TheFunction);
 631   BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "else");
 632   BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "ifcont");
 633
 634   Builder.CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB);
 635
 636   // Emit then value.
 637   Builder.SetInsertPoint(ThenBB);
 638
 639   Value *ThenV = Then->Codegen();
 640   if (ThenV == 0) return 0;
 641
 642   Builder.CreateBr(MergeBB);
 643   // Codegen of 'Then' can change the current block, update ThenBB for the PHI.
 644   ThenBB = Builder.GetInsertBlock();
 645
 646   // Emit else block.
 647   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
 648   Builder.SetInsertPoint(ElseBB);
 649
 650   Value *ElseV = Else->Codegen();
 651   if (ElseV == 0) return 0;
 652
 653   Builder.CreateBr(MergeBB);
 654   // Codegen of 'Else' can change the current block, update ElseBB for the PHI.
 655   ElseBB = Builder.GetInsertBlock();
 656
 657   // Emit merge block.
 658   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(MergeBB);
 659   Builder.SetInsertPoint(MergeBB);
 660   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2,
 661                                   "iftmp");
 662
 663   PN->addIncoming(ThenV, ThenBB);
 664   PN->addIncoming(ElseV, ElseBB);
 665   return PN;
 666 }
 667
 668 Value *ForExprAST::Codegen() {
 669   // Output this as:
 670   //   ...
 671   //   start = startexpr
 672   //   goto loop
 673   // loop:
 674   //   variable = phi [start, loopheader], [nextvariable, loopend]
 675   //   ...
 676   //   bodyexpr
 677   //   ...
 678   // loopend:
 679   //   step = stepexpr
 680   //   nextvariable = variable + step
 681   //   endcond = endexpr
 682   //   br endcond, loop, endloop
 683   // outloop:
 684
 685   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
 686   Value *StartVal = Start->Codegen();
 687   if (StartVal == 0) return 0;
 688
 689   // Make the new basic block for the loop header, inserting after current
 690   // block.
 691   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 692   BasicBlock *PreheaderBB = Builder.GetInsertBlock();
 693   BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "loop", TheFunction);
 694
 695   // Insert an explicit fall through from the current block to the LoopBB.
 696   Builder.CreateBr(LoopBB);
 697
 698   // Start insertion in LoopBB.
 699   Builder.SetInsertPoint(LoopBB);
 700
 701   // Start the PHI node with an entry for Start.
 702   PHINode *Variable = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2, VarName.c_str());
 703   Variable->addIncoming(StartVal, PreheaderBB);
 704
 705   // Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node.  If it
 706   // shadows an existing variable, we have to restore it, so save it now.
 707   Value *OldVal = NamedValues[VarName];
 708   NamedValues[VarName] = Variable;
 709
 710   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
 711   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
 712   // allow an error.
 713   if (Body->Codegen() == 0)
 714     return 0;
 715
 716   // Emit the step value.
 717   Value *StepVal;
 718   if (Step) {
 719     StepVal = Step->Codegen();
 720     if (StepVal == 0) return 0;
 721   } else {
 722     // If not specified, use 1.0.
 723     StepVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(1.0));
 724   }
 725
 726   Value *NextVar = Builder.CreateFAdd(Variable, StepVal, "nextvar");
 727
 728   // Compute the end condition.
 729   Value *EndCond = End->Codegen();
 730   if (EndCond == 0) return EndCond;
 731
 732   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 733   EndCond = Builder.CreateFCmpONE(EndCond,
 734                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 735                                   "loopcond");
 736
 737   // Create the "after loop" block and insert it.
 738   BasicBlock *LoopEndBB = Builder.GetInsertBlock();
 739   BasicBlock *AfterBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "afterloop", TheFunction);
 740
 741   // Insert the conditional branch into the end of LoopEndBB.
 742   Builder.CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);
 743
 744   // Any new code will be inserted in AfterBB.
 745   Builder.SetInsertPoint(AfterBB);
 746
 747   // Add a new entry to the PHI node for the backedge.
 748   Variable->addIncoming(NextVar, LoopEndBB);
 749
 750   // Restore the unshadowed variable.
 751   if (OldVal)
 752     NamedValues[VarName] = OldVal;
 753   else
 754     NamedValues.erase(VarName);
 755
 756
 757   // for expr always returns 0.0.
 758   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 759 }
 760
 761 Function *PrototypeAST::Codegen() {
 762   // Make the function type:  double(double,double) etc.
 763   std::vector<Type*> Doubles(Args.size(),
 764                              Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 765   FunctionType *FT = FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 766                                        Doubles, false);
 767
 768   Function *F = Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, Name, TheModule);
 769
 770   // If F conflicted, there was already something named 'Name'.  If it has a
 771   // body, don't allow redefinition or reextern.
 772   if (F->getName() != Name) {
 773     // Delete the one we just made and get the existing one.
 774     F->eraseFromParent();
 775     F = TheModule->getFunction(Name);
 776
 777     // If F already has a body, reject this.
 778     if (!F->empty()) {
 779       ErrorF("redefinition of function");
 780       return 0;
 781     }
 782
 783     // If F took a different number of args, reject.
 784     if (F->arg_size() != Args.size()) {
 785       ErrorF("redefinition of function with different # args");
 786       return 0;
 787     }
 788   }
 789
 790   // Set names for all arguments.
 791   unsigned Idx = 0;
 792   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
 793        ++AI, ++Idx) {
 794     AI->setName(Args[Idx]);
 795
 796     // Add arguments to variable symbol table.
 797     NamedValues[Args[Idx]] = AI;
 798   }
 799
 800   return F;
 801 }
 802
 803 Function *FunctionAST::Codegen() {
 804   NamedValues.clear();
 805
 806   Function *TheFunction = Proto->Codegen();
 807   if (TheFunction == 0)
 808     return 0;
 809
 810   // If this is an operator, install it.
 811   if (Proto->isBinaryOp())
 812     BinopPrecedence[Proto->getOperatorName()] = Proto->getBinaryPrecedence();
 813
 814   // Create a new basic block to start insertion into.
 815   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
 816   Builder.SetInsertPoint(BB);
 817
 818   if (Value *RetVal = Body->Codegen()) {
 819     // Finish off the function.
 820     Builder.CreateRet(RetVal);
 821
 822     // Validate the generated code, checking for consistency.
 823     verifyFunction(*TheFunction);
 824
 825     // Optimize the function.
 826     TheFPM->run(*TheFunction);
 827
 828     return TheFunction;
 829   }
 830
 831   // Error reading body, remove function.
 832   TheFunction->eraseFromParent();
 833
 834   if (Proto->isBinaryOp())
 835     BinopPrecedence.erase(Proto->getOperatorName());
 836   return 0;
 837 }
 838
 839 //===----------------------------------------------------------------------===//
 840 // Top-Level parsing and JIT Driver
 841 //===----------------------------------------------------------------------===//
 842
 843 static ExecutionEngine *TheExecutionEngine;
 844
 845 static void HandleDefinition() {
 846   if (FunctionAST *F = ParseDefinition()) {
 847     if (Function *LF = F->Codegen()) {
 848       fprintf(stderr, "Read function definition:");
 849       LF->dump();
 850     }
 851   } else {
 852     // Skip token for error recovery.
 853     getNextToken();
 854   }
 855 }
 856
 857 static void HandleExtern() {
 858   if (PrototypeAST *P = ParseExtern()) {
 859     if (Function *F = P->Codegen()) {
 860       fprintf(stderr, "Read extern: ");
 861       F->dump();
 862     }
 863   } else {
 864     // Skip token for error recovery.
 865     getNextToken();
 866   }
 867 }
 868
 869 static void HandleTopLevelExpression() {
 870   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
 871   if (FunctionAST *F = ParseTopLevelExpr()) {
 872     if (Function *LF = F->Codegen()) {
 873       // JIT the function, returning a function pointer.
 874       void *FPtr = TheExecutionEngine->getPointerToFunction(LF);
 875
 876       // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
 877       // can call it as a native function.
 878       double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)FPtr;
 879       fprintf(stderr, "Evaluated to %f\n", FP());
 880     }
 881   } else {
 882     // Skip token for error recovery.
 883     getNextToken();
 884   }
 885 }
 886
 887 /// top ::= definition | external | expression | ';'
 888 static void MainLoop() {
 889   while (1) {
 890     fprintf(stderr, "ready> ");
 891     switch (CurTok) {
 892     case tok_eof:    return;
 893     case ';':        getNextToken(); break;  // ignore top-level semicolons.
 894     case tok_def:    HandleDefinition(); break;
 895     case tok_extern: HandleExtern(); break;
 896     default:         HandleTopLevelExpression(); break;
 897     }
 898   }
 899 }
 900
 901 //===----------------------------------------------------------------------===//
 902 // "Library" functions that can be "extern'd" from user code.
 903 //===----------------------------------------------------------------------===//
 904
 905 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
 906 extern "C"
 907 double putchard(double X) {
 908   putchar((char)X);
 909   return 0;
 910 }
 911
 912 /// printd - printf that takes a double prints it as "%f\n", returning 0.
 913 extern "C"
 914 double printd(double X) {
 915   printf("%f\n", X);
 916   return 0;
 917 }
 918
 919 //===----------------------------------------------------------------------===//
 920 // Main driver code.
 921 //===----------------------------------------------------------------------===//
 922
 923 int main() {
 924   InitializeNativeTarget();
 925   LLVMContext &Context = getGlobalContext();
 926
 927   // Install standard binary operators.
 928   // 1 is lowest precedence.
 929   BinopPrecedence['<'] = 10;
 930   BinopPrecedence['+'] = 20;
 931   BinopPrecedence['-'] = 20;
 932   BinopPrecedence['*'] = 40;  // highest.
 933
 934   // Prime the first token.
 935   fprintf(stderr, "ready> ");
 936   getNextToken();
 937
 938   // Make the module, which holds all the code.
 939   TheModule = new Module("my cool jit", Context);
 940
 941   // Create the JIT.  This takes ownership of the module.
 942   std::string ErrStr;
 943   TheExecutionEngine = EngineBuilder(TheModule).setErrorStr(&ErrStr).create();
 944   if (!TheExecutionEngine) {
 945     fprintf(stderr, "Could not create ExecutionEngine: %s\n", ErrStr.c_str());
 946     exit(1);
 947   }
 948
 949   FunctionPassManager OurFPM(TheModule);
 950
 951   // Set up the optimizer pipeline.  Start with registering info about how the
 952   // target lays out data structures.
 953   OurFPM.add(new DataLayout(*TheExecutionEngine->getDataLayout()));
 954   // Provide basic AliasAnalysis support for GVN.
 955   OurFPM.add(createBasicAliasAnalysisPass());
 956   // Do simple "peephole" optimizations and bit-twiddling optzns.
 957   OurFPM.add(createInstructionCombiningPass());
 958   // Reassociate expressions.
 959   OurFPM.add(createReassociatePass());
 960   // Eliminate Common SubExpressions.
 961   OurFPM.add(createGVNPass());
 962   // Simplify the control flow graph (deleting unreachable blocks, etc).
 963   OurFPM.add(createCFGSimplificationPass());
 964
 965   OurFPM.doInitialization();
 966
 967   // Set the global so the code gen can use this.
 968   TheFPM = &OurFPM;
 969
 970   // Run the main "interpreter loop" now.
 971   MainLoop();
 972
 973   TheFPM = 0;
 974
 975   // Print out all of the generated code.
 976   TheModule->dump();
 977
 978   return 0;
 979 }