examples/Kaleidoscope/MCJIT/cached/toy-jit.cpp

   1 #define MINIMAL_STDERR_OUTPUT
   2
   3 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
   4 #include "llvm/IR/Verifier.h"
   5 #include "llvm/ExecutionEngine/ExecutionEngine.h"
   6 #include "llvm/ExecutionEngine/JIT.h"
   7 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
   8 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
   9 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
  10 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  11 #include "llvm/IR/Module.h"
  12 #include "llvm/IRReader/IRReader.h"
  13 #include "llvm/PassManager.h"
  14 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  15 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  16 #include "llvm/Support/SourceMgr.h"
  17 #include "llvm/Support/TargetSelect.h"
  18 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  19 #include <cctype>
  20 #include <cstdio>
  21 #include <map>
  22 #include <string>
  23 #include <vector>
  24
  25 using namespace llvm;
  26
  27 //===----------------------------------------------------------------------===//
  28 // Command-line options
  29 //===----------------------------------------------------------------------===//
  30
  31 namespace {
  32   cl::opt<std::string>
  33   InputIR("input-IR",
  34               cl::desc("Specify the name of an IR file to load for function definitions"),
  35               cl::value_desc("input IR file name"));
  36 } // namespace
  37
  38 //===----------------------------------------------------------------------===//
  39 // Lexer
  40 //===----------------------------------------------------------------------===//
  41
  42 // The lexer returns tokens [0-255] if it is an unknown character, otherwise one
  43 // of these for known things.
  44 enum Token {
  45   tok_eof = -1,
  46
  47   // commands
  48   tok_def = -2, tok_extern = -3,
  49
  50   // primary
  51   tok_identifier = -4, tok_number = -5,
  52
  53   // control
  54   tok_if = -6, tok_then = -7, tok_else = -8,
  55   tok_for = -9, tok_in = -10,
  56
  57   // operators
  58   tok_binary = -11, tok_unary = -12,
  59
  60   // var definition
  61   tok_var = -13
  62 };
  63
  64 static std::string IdentifierStr;  // Filled in if tok_identifier
  65 static double NumVal;              // Filled in if tok_number
  66
  67 /// gettok - Return the next token from standard input.
  68 static int gettok() {
  69   static int LastChar = ' ';
  70
  71   // Skip any whitespace.
  72   while (isspace(LastChar))
  73     LastChar = getchar();
  74
  75   if (isalpha(LastChar)) { // identifier: [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*
  76     IdentifierStr = LastChar;
  77     while (isalnum((LastChar = getchar())))
  78       IdentifierStr += LastChar;
  79
  80     if (IdentifierStr == "def") return tok_def;
  81     if (IdentifierStr == "extern") return tok_extern;
  82     if (IdentifierStr == "if") return tok_if;
  83     if (IdentifierStr == "then") return tok_then;
  84     if (IdentifierStr == "else") return tok_else;
  85     if (IdentifierStr == "for") return tok_for;
  86     if (IdentifierStr == "in") return tok_in;
  87     if (IdentifierStr == "binary") return tok_binary;
  88     if (IdentifierStr == "unary") return tok_unary;
  89     if (IdentifierStr == "var") return tok_var;
  90     return tok_identifier;
  91   }
  92
  93   if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') {   // Number: [0-9.]+
  94     std::string NumStr;
  95     do {
  96       NumStr += LastChar;
  97       LastChar = getchar();
  98     } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.');
  99
 100     NumVal = strtod(NumStr.c_str(), 0);
 101     return tok_number;
 102   }
 103
 104   if (LastChar == '#') {
 105     // Comment until end of line.
 106     do LastChar = getchar();
 107     while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r');
 108
 109     if (LastChar != EOF)
 110       return gettok();
 111   }
 112
 113   // Check for end of file.  Don't eat the EOF.
 114   if (LastChar == EOF)
 115     return tok_eof;
 116
 117   // Otherwise, just return the character as its ascii value.
 118   int ThisChar = LastChar;
 119   LastChar = getchar();
 120   return ThisChar;
 121 }
 122
 123 //===----------------------------------------------------------------------===//
 124 // Abstract Syntax Tree (aka Parse Tree)
 125 //===----------------------------------------------------------------------===//
 126
 127 /// ExprAST - Base class for all expression nodes.
 128 class ExprAST {
 129 public:
 130   virtual ~ExprAST() {}
 131   virtual Value *Codegen() = 0;
 132 };
 133
 134 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
 135 class NumberExprAST : public ExprAST {
 136   double Val;
 137 public:
 138   NumberExprAST(double val) : Val(val) {}
 139   virtual Value *Codegen();
 140 };
 141
 142 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
 143 class VariableExprAST : public ExprAST {
 144   std::string Name;
 145 public:
 146   VariableExprAST(const std::string &name) : Name(name) {}
 147   const std::string &getName() const { return Name; }
 148   virtual Value *Codegen();
 149 };
 150
 151 /// UnaryExprAST - Expression class for a unary operator.
 152 class UnaryExprAST : public ExprAST {
 153   char Opcode;
 154   ExprAST *Operand;
 155 public:
 156   UnaryExprAST(char opcode, ExprAST *operand)
 157     : Opcode(opcode), Operand(operand) {}
 158   virtual Value *Codegen();
 159 };
 160
 161 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 162 class BinaryExprAST : public ExprAST {
 163   char Op;
 164   ExprAST *LHS, *RHS;
 165 public:
 166   BinaryExprAST(char op, ExprAST *lhs, ExprAST *rhs)
 167     : Op(op), LHS(lhs), RHS(rhs) {}
 168   virtual Value *Codegen();
 169 };
 170
 171 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 172 class CallExprAST : public ExprAST {
 173   std::string Callee;
 174   std::vector<ExprAST*> Args;
 175 public:
 176   CallExprAST(const std::string &callee, std::vector<ExprAST*> &args)
 177     : Callee(callee), Args(args) {}
 178   virtual Value *Codegen();
 179 };
 180
 181 /// IfExprAST - Expression class for if/then/else.
 182 class IfExprAST : public ExprAST {
 183   ExprAST *Cond, *Then, *Else;
 184 public:
 185   IfExprAST(ExprAST *cond, ExprAST *then, ExprAST *_else)
 186   : Cond(cond), Then(then), Else(_else) {}
 187   virtual Value *Codegen();
 188 };
 189
 190 /// ForExprAST - Expression class for for/in.
 191 class ForExprAST : public ExprAST {
 192   std::string VarName;
 193   ExprAST *Start, *End, *Step, *Body;
 194 public:
 195   ForExprAST(const std::string &varname, ExprAST *start, ExprAST *end,
 196              ExprAST *step, ExprAST *body)
 197     : VarName(varname), Start(start), End(end), Step(step), Body(body) {}
 198   virtual Value *Codegen();
 199 };
 200
 201 /// VarExprAST - Expression class for var/in
 202 class VarExprAST : public ExprAST {
 203   std::vector<std::pair<std::string, ExprAST*> > VarNames;
 204   ExprAST *Body;
 205 public:
 206   VarExprAST(const std::vector<std::pair<std::string, ExprAST*> > &varnames,
 207              ExprAST *body)
 208   : VarNames(varnames), Body(body) {}
 209
 210   virtual Value *Codegen();
 211 };
 212
 213 /// PrototypeAST - This class represents the "prototype" for a function,
 214 /// which captures its argument names as well as if it is an operator.
 215 class PrototypeAST {
 216   std::string Name;
 217   std::vector<std::string> Args;
 218   bool isOperator;
 219   unsigned Precedence;  // Precedence if a binary op.
 220 public:
 221   PrototypeAST(const std::string &name, const std::vector<std::string> &args,
 222                bool isoperator = false, unsigned prec = 0)
 223   : Name(name), Args(args), isOperator(isoperator), Precedence(prec) {}
 224
 225   bool isUnaryOp() const { return isOperator && Args.size() == 1; }
 226   bool isBinaryOp() const { return isOperator && Args.size() == 2; }
 227
 228   char getOperatorName() const {
 229     assert(isUnaryOp() || isBinaryOp());
 230     return Name[Name.size()-1];
 231   }
 232
 233   unsigned getBinaryPrecedence() const { return Precedence; }
 234
 235   Function *Codegen();
 236
 237   void CreateArgumentAllocas(Function *F);
 238 };
 239
 240 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 241 class FunctionAST {
 242   PrototypeAST *Proto;
 243   ExprAST *Body;
 244 public:
 245   FunctionAST(PrototypeAST *proto, ExprAST *body)
 246     : Proto(proto), Body(body) {}
 247
 248   Function *Codegen();
 249 };
 250
 251 //===----------------------------------------------------------------------===//
 252 // Parser
 253 //===----------------------------------------------------------------------===//
 254
 255 /// CurTok/getNextToken - Provide a simple token buffer.  CurTok is the current
 256 /// token the parser is looking at.  getNextToken reads another token from the
 257 /// lexer and updates CurTok with its results.
 258 static int CurTok;
 259 static int getNextToken() {
 260   return CurTok = gettok();
 261 }
 262
 263 /// BinopPrecedence - This holds the precedence for each binary operator that is
 264 /// defined.
 265 static std::map<char, int> BinopPrecedence;
 266
 267 /// GetTokPrecedence - Get the precedence of the pending binary operator token.
 268 static int GetTokPrecedence() {
 269   if (!isascii(CurTok))
 270     return -1;
 271
 272   // Make sure it's a declared binop.
 273   int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
 274   if (TokPrec <= 0) return -1;
 275   return TokPrec;
 276 }
 277
 278 /// Error* - These are little helper functions for error handling.
 279 ExprAST *Error(const char *Str) { fprintf(stderr, "Error: %s\n", Str);return 0;}
 280 PrototypeAST *ErrorP(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 281 FunctionAST *ErrorF(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 282
 283 static ExprAST *ParseExpression();
 284
 285 /// identifierexpr
 286 ///   ::= identifier
 287 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
 288 static ExprAST *ParseIdentifierExpr() {
 289   std::string IdName = IdentifierStr;
 290
 291   getNextToken();  // eat identifier.
 292
 293   if (CurTok != '(') // Simple variable ref.
 294     return new VariableExprAST(IdName);
 295
 296   // Call.
 297   getNextToken();  // eat (
 298   std::vector<ExprAST*> Args;
 299   if (CurTok != ')') {
 300     while (1) {
 301       ExprAST *Arg = ParseExpression();
 302       if (!Arg) return 0;
 303       Args.push_back(Arg);
 304
 305       if (CurTok == ')') break;
 306
 307       if (CurTok != ',')
 308         return Error("Expected ')' or ',' in argument list");
 309       getNextToken();
 310     }
 311   }
 312
 313   // Eat the ')'.
 314   getNextToken();
 315
 316   return new CallExprAST(IdName, Args);
 317 }
 318
 319 /// numberexpr ::= number
 320 static ExprAST *ParseNumberExpr() {
 321   ExprAST *Result = new NumberExprAST(NumVal);
 322   getNextToken(); // consume the number
 323   return Result;
 324 }
 325
 326 /// parenexpr ::= '(' expression ')'
 327 static ExprAST *ParseParenExpr() {
 328   getNextToken();  // eat (.
 329   ExprAST *V = ParseExpression();
 330   if (!V) return 0;
 331
 332   if (CurTok != ')')
 333     return Error("expected ')'");
 334   getNextToken();  // eat ).
 335   return V;
 336 }
 337
 338 /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression
 339 static ExprAST *ParseIfExpr() {
 340   getNextToken();  // eat the if.
 341
 342   // condition.
 343   ExprAST *Cond = ParseExpression();
 344   if (!Cond) return 0;
 345
 346   if (CurTok != tok_then)
 347     return Error("expected then");
 348   getNextToken();  // eat the then
 349
 350   ExprAST *Then = ParseExpression();
 351   if (Then == 0) return 0;
 352
 353   if (CurTok != tok_else)
 354     return Error("expected else");
 355
 356   getNextToken();
 357
 358   ExprAST *Else = ParseExpression();
 359   if (!Else) return 0;
 360
 361   return new IfExprAST(Cond, Then, Else);
 362 }
 363
 364 /// forexpr ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression
 365 static ExprAST *ParseForExpr() {
 366   getNextToken();  // eat the for.
 367
 368   if (CurTok != tok_identifier)
 369     return Error("expected identifier after for");
 370
 371   std::string IdName = IdentifierStr;
 372   getNextToken();  // eat identifier.
 373
 374   if (CurTok != '=')
 375     return Error("expected '=' after for");
 376   getNextToken();  // eat '='.
 377
 378
 379   ExprAST *Start = ParseExpression();
 380   if (Start == 0) return 0;
 381   if (CurTok != ',')
 382     return Error("expected ',' after for start value");
 383   getNextToken();
 384
 385   ExprAST *End = ParseExpression();
 386   if (End == 0) return 0;
 387
 388   // The step value is optional.
 389   ExprAST *Step = 0;
 390   if (CurTok == ',') {
 391     getNextToken();
 392     Step = ParseExpression();
 393     if (Step == 0) return 0;
 394   }
 395
 396   if (CurTok != tok_in)
 397     return Error("expected 'in' after for");
 398   getNextToken();  // eat 'in'.
 399
 400   ExprAST *Body = ParseExpression();
 401   if (Body == 0) return 0;
 402
 403   return new ForExprAST(IdName, Start, End, Step, Body);
 404 }
 405
 406 /// varexpr ::= 'var' identifier ('=' expression)?
 407 //                    (',' identifier ('=' expression)?)* 'in' expression
 408 static ExprAST *ParseVarExpr() {
 409   getNextToken();  // eat the var.
 410
 411   std::vector<std::pair<std::string, ExprAST*> > VarNames;
 412
 413   // At least one variable name is required.
 414   if (CurTok != tok_identifier)
 415     return Error("expected identifier after var");
 416
 417   while (1) {
 418     std::string Name = IdentifierStr;
 419     getNextToken();  // eat identifier.
 420
 421     // Read the optional initializer.
 422     ExprAST *Init = 0;
 423     if (CurTok == '=') {
 424       getNextToken(); // eat the '='.
 425
 426       Init = ParseExpression();
 427       if (Init == 0) return 0;
 428     }
 429
 430     VarNames.push_back(std::make_pair(Name, Init));
 431
 432     // End of var list, exit loop.
 433     if (CurTok != ',') break;
 434     getNextToken(); // eat the ','.
 435
 436     if (CurTok != tok_identifier)
 437       return Error("expected identifier list after var");
 438   }
 439
 440   // At this point, we have to have 'in'.
 441   if (CurTok != tok_in)
 442     return Error("expected 'in' keyword after 'var'");
 443   getNextToken();  // eat 'in'.
 444
 445   ExprAST *Body = ParseExpression();
 446   if (Body == 0) return 0;
 447
 448   return new VarExprAST(VarNames, Body);
 449 }
 450
 451 /// primary
 452 ///   ::= identifierexpr
 453 ///   ::= numberexpr
 454 ///   ::= parenexpr
 455 ///   ::= ifexpr
 456 ///   ::= forexpr
 457 ///   ::= varexpr
 458 static ExprAST *ParsePrimary() {
 459   switch (CurTok) {
 460   default: return Error("unknown token when expecting an expression");
 461   case tok_identifier: return ParseIdentifierExpr();
 462   case tok_number:     return ParseNumberExpr();
 463   case '(':            return ParseParenExpr();
 464   case tok_if:         return ParseIfExpr();
 465   case tok_for:        return ParseForExpr();
 466   case tok_var:        return ParseVarExpr();
 467   }
 468 }
 469
 470 /// unary
 471 ///   ::= primary
 472 ///   ::= '!' unary
 473 static ExprAST *ParseUnary() {
 474   // If the current token is not an operator, it must be a primary expr.
 475   if (!isascii(CurTok) || CurTok == '(' || CurTok == ',')
 476     return ParsePrimary();
 477
 478   // If this is a unary operator, read it.
 479   int Opc = CurTok;
 480   getNextToken();
 481   if (ExprAST *Operand = ParseUnary())
 482     return new UnaryExprAST(Opc, Operand);
 483   return 0;
 484 }
 485
 486 /// binoprhs
 487 ///   ::= ('+' unary)*
 488 static ExprAST *ParseBinOpRHS(int ExprPrec, ExprAST *LHS) {
 489   // If this is a binop, find its precedence.
 490   while (1) {
 491     int TokPrec = GetTokPrecedence();
 492
 493     // If this is a binop that binds at least as tightly as the current binop,
 494     // consume it, otherwise we are done.
 495     if (TokPrec < ExprPrec)
 496       return LHS;
 497
 498     // Okay, we know this is a binop.
 499     int BinOp = CurTok;
 500     getNextToken();  // eat binop
 501
 502     // Parse the unary expression after the binary operator.
 503     ExprAST *RHS = ParseUnary();
 504     if (!RHS) return 0;
 505
 506     // If BinOp binds less tightly with RHS than the operator after RHS, let
 507     // the pending operator take RHS as its LHS.
 508     int NextPrec = GetTokPrecedence();
 509     if (TokPrec < NextPrec) {
 510       RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec+1, RHS);
 511       if (RHS == 0) return 0;
 512     }
 513
 514     // Merge LHS/RHS.
 515     LHS = new BinaryExprAST(BinOp, LHS, RHS);
 516   }
 517 }
 518
 519 /// expression
 520 ///   ::= unary binoprhs
 521 ///
 522 static ExprAST *ParseExpression() {
 523   ExprAST *LHS = ParseUnary();
 524   if (!LHS) return 0;
 525
 526   return ParseBinOpRHS(0, LHS);
 527 }
 528
 529 /// prototype
 530 ///   ::= id '(' id* ')'
 531 ///   ::= binary LETTER number? (id, id)
 532 ///   ::= unary LETTER (id)
 533 static PrototypeAST *ParsePrototype() {
 534   std::string FnName;
 535
 536   unsigned Kind = 0; // 0 = identifier, 1 = unary, 2 = binary.
 537   unsigned BinaryPrecedence = 30;
 538
 539   switch (CurTok) {
 540   default:
 541     return ErrorP("Expected function name in prototype");
 542   case tok_identifier:
 543     FnName = IdentifierStr;
 544     Kind = 0;
 545     getNextToken();
 546     break;
 547   case tok_unary:
 548     getNextToken();
 549     if (!isascii(CurTok))
 550       return ErrorP("Expected unary operator");
 551     FnName = "unary";
 552     FnName += (char)CurTok;
 553     Kind = 1;
 554     getNextToken();
 555     break;
 556   case tok_binary:
 557     getNextToken();
 558     if (!isascii(CurTok))
 559       return ErrorP("Expected binary operator");
 560     FnName = "binary";
 561     FnName += (char)CurTok;
 562     Kind = 2;
 563     getNextToken();
 564
 565     // Read the precedence if present.
 566     if (CurTok == tok_number) {
 567       if (NumVal < 1 || NumVal > 100)
 568         return ErrorP("Invalid precedecnce: must be 1..100");
 569       BinaryPrecedence = (unsigned)NumVal;
 570       getNextToken();
 571     }
 572     break;
 573   }
 574
 575   if (CurTok != '(')
 576     return ErrorP("Expected '(' in prototype");
 577
 578   std::vector<std::string> ArgNames;
 579   while (getNextToken() == tok_identifier)
 580     ArgNames.push_back(IdentifierStr);
 581   if (CurTok != ')')
 582     return ErrorP("Expected ')' in prototype");
 583
 584   // success.
 585   getNextToken();  // eat ')'.
 586
 587   // Verify right number of names for operator.
 588   if (Kind && ArgNames.size() != Kind)
 589     return ErrorP("Invalid number of operands for operator");
 590
 591   return new PrototypeAST(FnName, ArgNames, Kind != 0, BinaryPrecedence);
 592 }
 593
 594 /// definition ::= 'def' prototype expression
 595 static FunctionAST *ParseDefinition() {
 596   getNextToken();  // eat def.
 597   PrototypeAST *Proto = ParsePrototype();
 598   if (Proto == 0) return 0;
 599
 600   if (ExprAST *E = ParseExpression())
 601     return new FunctionAST(Proto, E);
 602   return 0;
 603 }
 604
 605 /// toplevelexpr ::= expression
 606 static FunctionAST *ParseTopLevelExpr() {
 607   if (ExprAST *E = ParseExpression()) {
 608     // Make an anonymous proto.
 609     PrototypeAST *Proto = new PrototypeAST("", std::vector<std::string>());
 610     return new FunctionAST(Proto, E);
 611   }
 612   return 0;
 613 }
 614
 615 /// external ::= 'extern' prototype
 616 static PrototypeAST *ParseExtern() {
 617   getNextToken();  // eat extern.
 618   return ParsePrototype();
 619 }
 620
 621 //===----------------------------------------------------------------------===//
 622 // Code Generation
 623 //===----------------------------------------------------------------------===//
 624
 625 static Module *TheModule;
 626 static FunctionPassManager *TheFPM;
 627 static IRBuilder<> Builder(getGlobalContext());
 628 static std::map<std::string, AllocaInst*> NamedValues;
 629
 630 Value *ErrorV(const char *Str) { Error(Str); return 0; }
 631
 632 /// CreateEntryBlockAlloca - Create an alloca instruction in the entry block of
 633 /// the function.  This is used for mutable variables etc.
 634 static AllocaInst *CreateEntryBlockAlloca(Function *TheFunction,
 635                                           const std::string &VarName) {
 636   IRBuilder<> TmpB(&TheFunction->getEntryBlock(),
 637                  TheFunction->getEntryBlock().begin());
 638   return TmpB.CreateAlloca(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 0,
 639                            VarName.c_str());
 640 }
 641
 642 Value *NumberExprAST::Codegen() {
 643   return ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(Val));
 644 }
 645
 646 Value *VariableExprAST::Codegen() {
 647   // Look this variable up in the function.
 648   Value *V = NamedValues[Name];
 649   if (V == 0) return ErrorV("Unknown variable name");
 650
 651   // Load the value.
 652   return Builder.CreateLoad(V, Name.c_str());
 653 }
 654
 655 Value *UnaryExprAST::Codegen() {
 656   Value *OperandV = Operand->Codegen();
 657   if (OperandV == 0) return 0;
 658 #ifdef USE_MCJIT
 659   Function *F = TheHelper->getFunction(MakeLegalFunctionName(std::string("unary")+Opcode));
 660 #else
 661   Function *F = TheModule->getFunction(std::string("unary")+Opcode);
 662 #endif
 663   if (F == 0)
 664     return ErrorV("Unknown unary operator");
 665
 666   return Builder.CreateCall(F, OperandV, "unop");
 667 }
 668
 669 Value *BinaryExprAST::Codegen() {
 670   // Special case '=' because we don't want to emit the LHS as an expression.
 671   if (Op == '=') {
 672     // Assignment requires the LHS to be an identifier.
 673     // For now, I'm building without RTTI because LLVM builds that way by
 674     // default and so we need to build that way to use the command line supprt.
 675     // If you build LLVM with RTTI this can be changed back to a dynamic_cast.
 676     VariableExprAST *LHSE = reinterpret_cast<VariableExprAST*>(LHS);
 677     if (!LHSE)
 678       return ErrorV("destination of '=' must be a variable");
 679     // Codegen the RHS.
 680     Value *Val = RHS->Codegen();
 681     if (Val == 0) return 0;
 682
 683     // Look up the name.
 684     Value *Variable = NamedValues[LHSE->getName()];
 685     if (Variable == 0) return ErrorV("Unknown variable name");
 686
 687     Builder.CreateStore(Val, Variable);
 688     return Val;
 689   }
 690
 691   Value *L = LHS->Codegen();
 692   Value *R = RHS->Codegen();
 693   if (L == 0 || R == 0) return 0;
 694
 695   switch (Op) {
 696   case '+': return Builder.CreateFAdd(L, R, "addtmp");
 697   case '-': return Builder.CreateFSub(L, R, "subtmp");
 698   case '*': return Builder.CreateFMul(L, R, "multmp");
 699   case '/': return Builder.CreateFDiv(L, R, "divtmp");
 700   case '<':
 701     L = Builder.CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp");
 702     // Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0
 703     return Builder.CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 704                                 "booltmp");
 705   default: break;
 706   }
 707
 708   // If it wasn't a builtin binary operator, it must be a user defined one. Emit
 709   // a call to it.
 710   Function *F = TheModule->getFunction(std::string("binary")+Op);
 711   assert(F && "binary operator not found!");
 712
 713   Value *Ops[] = { L, R };
 714   return Builder.CreateCall(F, Ops, "binop");
 715 }
 716
 717 Value *CallExprAST::Codegen() {
 718   // Look up the name in the global module table.
 719   Function *CalleeF = TheModule->getFunction(Callee);
 720   if (CalleeF == 0) {
 721     char error_str[64];
 722     sprintf(error_str, "Unknown function referenced %s", Callee.c_str());
 723     return ErrorV(error_str);
 724   }
 725
 726   // If argument mismatch error.
 727   if (CalleeF->arg_size() != Args.size())
 728     return ErrorV("Incorrect # arguments passed");
 729
 730   std::vector<Value*> ArgsV;
 731   for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
 732     ArgsV.push_back(Args[i]->Codegen());
 733     if (ArgsV.back() == 0) return 0;
 734   }
 735
 736   return Builder.CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 737 }
 738
 739 Value *IfExprAST::Codegen() {
 740   Value *CondV = Cond->Codegen();
 741   if (CondV == 0) return 0;
 742
 743   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 744   CondV = Builder.CreateFCmpONE(CondV,
 745                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 746                                 "ifcond");
 747
 748   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 749
 750   // Create blocks for the then and else cases.  Insert the 'then' block at the
 751   // end of the function.
 752   BasicBlock *ThenBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "then", TheFunction);
 753   BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "else");
 754   BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "ifcont");
 755
 756   Builder.CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB);
 757
 758   // Emit then value.
 759   Builder.SetInsertPoint(ThenBB);
 760
 761   Value *ThenV = Then->Codegen();
 762   if (ThenV == 0) return 0;
 763
 764   Builder.CreateBr(MergeBB);
 765   // Codegen of 'Then' can change the current block, update ThenBB for the PHI.
 766   ThenBB = Builder.GetInsertBlock();
 767
 768   // Emit else block.
 769   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
 770   Builder.SetInsertPoint(ElseBB);
 771
 772   Value *ElseV = Else->Codegen();
 773   if (ElseV == 0) return 0;
 774
 775   Builder.CreateBr(MergeBB);
 776   // Codegen of 'Else' can change the current block, update ElseBB for the PHI.
 777   ElseBB = Builder.GetInsertBlock();
 778
 779   // Emit merge block.
 780   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(MergeBB);
 781   Builder.SetInsertPoint(MergeBB);
 782   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2,
 783                                   "iftmp");
 784
 785   PN->addIncoming(ThenV, ThenBB);
 786   PN->addIncoming(ElseV, ElseBB);
 787   return PN;
 788 }
 789
 790 Value *ForExprAST::Codegen() {
 791   // Output this as:
 792   //   var = alloca double
 793   //   ...
 794   //   start = startexpr
 795   //   store start -> var
 796   //   goto loop
 797   // loop:
 798   //   ...
 799   //   bodyexpr
 800   //   ...
 801   // loopend:
 802   //   step = stepexpr
 803   //   endcond = endexpr
 804   //
 805   //   curvar = load var
 806   //   nextvar = curvar + step
 807   //   store nextvar -> var
 808   //   br endcond, loop, endloop
 809   // outloop:
 810
 811   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 812
 813   // Create an alloca for the variable in the entry block.
 814   AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName);
 815
 816   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
 817   Value *StartVal = Start->Codegen();
 818   if (StartVal == 0) return 0;
 819
 820   // Store the value into the alloca.
 821   Builder.CreateStore(StartVal, Alloca);
 822
 823   // Make the new basic block for the loop header, inserting after current
 824   // block.
 825   BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "loop", TheFunction);
 826
 827   // Insert an explicit fall through from the current block to the LoopBB.
 828   Builder.CreateBr(LoopBB);
 829
 830   // Start insertion in LoopBB.
 831   Builder.SetInsertPoint(LoopBB);
 832
 833   // Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node.  If it
 834   // shadows an existing variable, we have to restore it, so save it now.
 835   AllocaInst *OldVal = NamedValues[VarName];
 836   NamedValues[VarName] = Alloca;
 837
 838   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
 839   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
 840   // allow an error.
 841   if (Body->Codegen() == 0)
 842     return 0;
 843
 844   // Emit the step value.
 845   Value *StepVal;
 846   if (Step) {
 847     StepVal = Step->Codegen();
 848     if (StepVal == 0) return 0;
 849   } else {
 850     // If not specified, use 1.0.
 851     StepVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(1.0));
 852   }
 853
 854   // Compute the end condition.
 855   Value *EndCond = End->Codegen();
 856   if (EndCond == 0) return EndCond;
 857
 858   // Reload, increment, and restore the alloca.  This handles the case where
 859   // the body of the loop mutates the variable.
 860   Value *CurVar = Builder.CreateLoad(Alloca, VarName.c_str());
 861   Value *NextVar = Builder.CreateFAdd(CurVar, StepVal, "nextvar");
 862   Builder.CreateStore(NextVar, Alloca);
 863
 864   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 865   EndCond = Builder.CreateFCmpONE(EndCond,
 866                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 867                                   "loopcond");
 868
 869   // Create the "after loop" block and insert it.
 870   BasicBlock *AfterBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "afterloop", TheFunction);
 871
 872   // Insert the conditional branch into the end of LoopEndBB.
 873   Builder.CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);
 874
 875   // Any new code will be inserted in AfterBB.
 876   Builder.SetInsertPoint(AfterBB);
 877
 878   // Restore the unshadowed variable.
 879   if (OldVal)
 880     NamedValues[VarName] = OldVal;
 881   else
 882     NamedValues.erase(VarName);
 883
 884
 885   // for expr always returns 0.0.
 886   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 887 }
 888
 889 Value *VarExprAST::Codegen() {
 890   std::vector<AllocaInst *> OldBindings;
 891
 892   Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
 893
 894   // Register all variables and emit their initializer.
 895   for (unsigned i = 0, e = VarNames.size(); i != e; ++i) {
 896     const std::string &VarName = VarNames[i].first;
 897     ExprAST *Init = VarNames[i].second;
 898
 899     // Emit the initializer before adding the variable to scope, this prevents
 900     // the initializer from referencing the variable itself, and permits stuff
 901     // like this:
 902     //  var a = 1 in
 903     //    var a = a in ...   # refers to outer 'a'.
 904     Value *InitVal;
 905     if (Init) {
 906       InitVal = Init->Codegen();
 907       if (InitVal == 0) return 0;
 908     } else { // If not specified, use 0.0.
 909       InitVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0));
 910     }
 911
 912     AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName);
 913     Builder.CreateStore(InitVal, Alloca);
 914
 915     // Remember the old variable binding so that we can restore the binding when
 916     // we unrecurse.
 917     OldBindings.push_back(NamedValues[VarName]);
 918
 919     // Remember this binding.
 920     NamedValues[VarName] = Alloca;
 921   }
 922
 923   // Codegen the body, now that all vars are in scope.
 924   Value *BodyVal = Body->Codegen();
 925   if (BodyVal == 0) return 0;
 926
 927   // Pop all our variables from scope.
 928   for (unsigned i = 0, e = VarNames.size(); i != e; ++i)
 929     NamedValues[VarNames[i].first] = OldBindings[i];
 930
 931   // Return the body computation.
 932   return BodyVal;
 933 }
 934
 935 Function *PrototypeAST::Codegen() {
 936   // Make the function type:  double(double,double) etc.
 937   std::vector<Type*> Doubles(Args.size(),
 938                              Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 939   FunctionType *FT = FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 940                                        Doubles, false);
 941
 942   Function *F = Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, Name, TheModule);
 943   // If F conflicted, there was already something named 'Name'.  If it has a
 944   // body, don't allow redefinition or reextern.
 945   if (F->getName() != Name) {
 946     // Delete the one we just made and get the existing one.
 947     F->eraseFromParent();
 948     F = TheModule->getFunction(Name);
 949     // If F already has a body, reject this.
 950     if (!F->empty()) {
 951       ErrorF("redefinition of function");
 952       return 0;
 953     }
 954     // If F took a different number of args, reject.
 955     if (F->arg_size() != Args.size()) {
 956       ErrorF("redefinition of function with different # args");
 957       return 0;
 958     }
 959   }
 960
 961   // Set names for all arguments.
 962   unsigned Idx = 0;
 963   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
 964        ++AI, ++Idx)
 965     AI->setName(Args[Idx]);
 966
 967   return F;
 968 }
 969
 970 /// CreateArgumentAllocas - Create an alloca for each argument and register the
 971 /// argument in the symbol table so that references to it will succeed.
 972 void PrototypeAST::CreateArgumentAllocas(Function *F) {
 973   Function::arg_iterator AI = F->arg_begin();
 974   for (unsigned Idx = 0, e = Args.size(); Idx != e; ++Idx, ++AI) {
 975     // Create an alloca for this variable.
 976     AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(F, Args[Idx]);
 977
 978     // Store the initial value into the alloca.
 979     Builder.CreateStore(AI, Alloca);
 980
 981     // Add arguments to variable symbol table.
 982     NamedValues[Args[Idx]] = Alloca;
 983   }
 984 }
 985
 986 Function *FunctionAST::Codegen() {
 987   NamedValues.clear();
 988
 989   Function *TheFunction = Proto->Codegen();
 990   if (TheFunction == 0)
 991     return 0;
 992
 993   // If this is an operator, install it.
 994   if (Proto->isBinaryOp())
 995     BinopPrecedence[Proto->getOperatorName()] = Proto->getBinaryPrecedence();
 996
 997   // Create a new basic block to start insertion into.
 998   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
 999   Builder.SetInsertPoint(BB);
1000
1001   // Add all arguments to the symbol table and create their allocas.
1002   Proto->CreateArgumentAllocas(TheFunction);
1003
1004   if (Value *RetVal = Body->Codegen()) {
1005     // Finish off the function.
1006     Builder.CreateRet(RetVal);
1007
1008     // Validate the generated code, checking for consistency.
1009     verifyFunction(*TheFunction);
1010
1011     // Optimize the function.
1012     TheFPM->run(*TheFunction);
1013
1014     return TheFunction;
1015   }
1016
1017   // Error reading body, remove function.
1018   TheFunction->eraseFromParent();
1019
1020   if (Proto->isBinaryOp())
1021     BinopPrecedence.erase(Proto->getOperatorName());
1022   return 0;
1023 }
1024
1025 //===----------------------------------------------------------------------===//
1026 // Top-Level parsing and JIT Driver
1027 //===----------------------------------------------------------------------===//
1028
1029 static ExecutionEngine *TheExecutionEngine;
1030
1031 static void HandleDefinition() {
1032   if (FunctionAST *F = ParseDefinition()) {
1033     if (Function *LF = F->Codegen()) {
1034 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1035       fprintf(stderr, "Read function definition:");
1036       LF->dump();
1037 #endif
1038     }
1039   } else {
1040     // Skip token for error recovery.
1041     getNextToken();
1042   }
1043 }
1044
1045 static void HandleExtern() {
1046   if (PrototypeAST *P = ParseExtern()) {
1047     if (Function *F = P->Codegen()) {
1048 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1049       fprintf(stderr, "Read extern: ");
1050       F->dump();
1051 #endif
1052     }
1053   } else {
1054     // Skip token for error recovery.
1055     getNextToken();
1056   }
1057 }
1058
1059 static void HandleTopLevelExpression() {
1060   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
1061   if (FunctionAST *F = ParseTopLevelExpr()) {
1062     if (Function *LF = F->Codegen()) {
1063       // JIT the function, returning a function pointer.
1064       void *FPtr = TheExecutionEngine->getPointerToFunction(LF);
1065       // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
1066       // can call it as a native function.
1067       double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)FPtr;
1068 #ifdef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1069       FP();
1070 #else
1071       fprintf(stderr, "Evaluated to %f\n", FP());
1072 #endif
1073     }
1074   } else {
1075     // Skip token for error recovery.
1076     getNextToken();
1077   }
1078 }
1079
1080 /// top ::= definition | external | expression | ';'
1081 static void MainLoop() {
1082   while (1) {
1083 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1084     fprintf(stderr, "ready> ");
1085 #endif
1086     switch (CurTok) {
1087     case tok_eof:    return;
1088     case ';':        getNextToken(); break;  // ignore top-level semicolons.
1089     case tok_def:    HandleDefinition(); break;
1090     case tok_extern: HandleExtern(); break;
1091     default:         HandleTopLevelExpression(); break;
1092     }
1093   }
1094 }
1095
1096 //===----------------------------------------------------------------------===//
1097 // "Library" functions that can be "extern'd" from user code.
1098 //===----------------------------------------------------------------------===//
1099
1100 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
1101 extern "C"
1102 double putchard(double X) {
1103   putchar((char)X);
1104   return 0;
1105 }
1106
1107 /// printd - printf that takes a double prints it as "%f\n", returning 0.
1108 extern "C"
1109 double printd(double X) {
1110   printf("%f", X);
1111   return 0;
1112 }
1113
1114 extern "C"
1115 double printlf() {
1116   printf("\n");
1117   return 0;
1118 }
1119
1120 //===----------------------------------------------------------------------===//
1121 // Command line input file handlers
1122 //===----------------------------------------------------------------------===//
1123
1124 Module* parseInputIR(std::string InputFile) {
1125   SMDiagnostic Err;
1126   Module *M = ParseIRFile(InputFile, Err, getGlobalContext());
1127   if (!M) {
1128     Err.print("IR parsing failed: ", errs());
1129     return NULL;
1130   }
1131
1132   return M;
1133 }
1134
1135 //===----------------------------------------------------------------------===//
1136 // Main driver code.
1137 //===----------------------------------------------------------------------===//
1138
1139 int main(int argc, char **argv) {
1140   InitializeNativeTarget();
1141   LLVMContext &Context = getGlobalContext();
1142
1143   cl::ParseCommandLineOptions(argc, argv,
1144                               "Kaleidoscope example program\n");
1145
1146   // Install standard binary operators.
1147   // 1 is lowest precedence.
1148   BinopPrecedence['='] = 2;
1149   BinopPrecedence['<'] = 10;
1150   BinopPrecedence['+'] = 20;
1151   BinopPrecedence['-'] = 20;
1152   BinopPrecedence['/'] = 40;
1153   BinopPrecedence['*'] = 40;  // highest.
1154
1155   // Make the module, which holds all the code.
1156   if (!InputIR.empty()) {
1157     TheModule = parseInputIR(InputIR);
1158   } else {
1159     TheModule = new Module("my cool jit", Context);
1160   }
1161
1162   // Create the JIT.  This takes ownership of the module.
1163   std::string ErrStr;
1164   TheExecutionEngine = EngineBuilder(TheModule).setErrorStr(&ErrStr).create();
1165   if (!TheExecutionEngine) {
1166     fprintf(stderr, "Could not create ExecutionEngine: %s\n", ErrStr.c_str());
1167     exit(1);
1168   }
1169
1170   FunctionPassManager OurFPM(TheModule);
1171
1172   // Set up the optimizer pipeline.  Start with registering info about how the
1173   // target lays out data structures.
1174   OurFPM.add(new DataLayout(*TheExecutionEngine->getDataLayout()));
1175   // Provide basic AliasAnalysis support for GVN.
1176   OurFPM.add(createBasicAliasAnalysisPass());
1177   // Promote allocas to registers.
1178   OurFPM.add(createPromoteMemoryToRegisterPass());
1179   // Do simple "peephole" optimizations and bit-twiddling optzns.
1180   OurFPM.add(createInstructionCombiningPass());
1181   // Reassociate expressions.
1182   OurFPM.add(createReassociatePass());
1183   // Eliminate Common SubExpressions.
1184   OurFPM.add(createGVNPass());
1185   // Simplify the control flow graph (deleting unreachable blocks, etc).
1186   OurFPM.add(createCFGSimplificationPass());
1187
1188   OurFPM.doInitialization();
1189
1190   // Set the global so the code gen can use this.
1191   TheFPM = &OurFPM;
1192
1193   // Prime the first token.
1194 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1195   fprintf(stderr, "ready> ");
1196 #endif
1197   getNextToken();
1198
1199   // Run the main "interpreter loop" now.
1200   MainLoop();
1201
1202   // Print out all of the generated code.
1203   TheFPM = 0;
1204 #if !defined(MINIMAL_STDERR_OUTPUT) || defined(DUMP_FINAL_MODULE)
1205   TheModule->dump();
1206 #endif
1207   return 0;
1208 }