examples/Kaleidoscope/Orc/fully_lazy/toy.cpp

   1 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
   2 #include "llvm/ExecutionEngine/Orc/CompileUtils.h"
   3 #include "llvm/ExecutionEngine/Orc/IRCompileLayer.h"
   4 #include "llvm/ExecutionEngine/Orc/LazyEmittingLayer.h"
   5 #include "llvm/ExecutionEngine/Orc/ObjectLinkingLayer.h"
   6 #include "llvm/ExecutionEngine/Orc/OrcTargetSupport.h"
   7 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
   8 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
   9 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
  10 #include "llvm/IR/LegacyPassManager.h"
  11 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  12 #include "llvm/IR/Module.h"
  13 #include "llvm/IR/Verifier.h"
  14 #include "llvm/Support/TargetSelect.h"
  15 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  16 #include <cctype>
  17 #include <iomanip>
  18 #include <iostream>
  19 #include <map>
  20 #include <sstream>
  21 #include <string>
  22 #include <vector>
  23 using namespace llvm;
  24
  25 //===----------------------------------------------------------------------===//
  26 // Lexer
  27 //===----------------------------------------------------------------------===//
  28
  29 // The lexer returns tokens [0-255] if it is an unknown character, otherwise one
  30 // of these for known things.
  31 enum Token {
  32   tok_eof = -1,
  33
  34   // commands
  35   tok_def = -2, tok_extern = -3,
  36
  37   // primary
  38   tok_identifier = -4, tok_number = -5,
  39
  40   // control
  41   tok_if = -6, tok_then = -7, tok_else = -8,
  42   tok_for = -9, tok_in = -10,
  43
  44   // operators
  45   tok_binary = -11, tok_unary = -12,
  46
  47   // var definition
  48   tok_var = -13
  49 };
  50
  51 static std::string IdentifierStr;  // Filled in if tok_identifier
  52 static double NumVal;              // Filled in if tok_number
  53
  54 /// gettok - Return the next token from standard input.
  55 static int gettok() {
  56   static int LastChar = ' ';
  57
  58   // Skip any whitespace.
  59   while (isspace(LastChar))
  60     LastChar = getchar();
  61
  62   if (isalpha(LastChar)) { // identifier: [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*
  63     IdentifierStr = LastChar;
  64     while (isalnum((LastChar = getchar())))
  65       IdentifierStr += LastChar;
  66
  67     if (IdentifierStr == "def") return tok_def;
  68     if (IdentifierStr == "extern") return tok_extern;
  69     if (IdentifierStr == "if") return tok_if;
  70     if (IdentifierStr == "then") return tok_then;
  71     if (IdentifierStr == "else") return tok_else;
  72     if (IdentifierStr == "for") return tok_for;
  73     if (IdentifierStr == "in") return tok_in;
  74     if (IdentifierStr == "binary") return tok_binary;
  75     if (IdentifierStr == "unary") return tok_unary;
  76     if (IdentifierStr == "var") return tok_var;
  77     return tok_identifier;
  78   }
  79
  80   if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') {   // Number: [0-9.]+
  81     std::string NumStr;
  82     do {
  83       NumStr += LastChar;
  84       LastChar = getchar();
  85     } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.');
  86
  87     NumVal = strtod(NumStr.c_str(), 0);
  88     return tok_number;
  89   }
  90
  91   if (LastChar == '#') {
  92     // Comment until end of line.
  93     do LastChar = getchar();
  94     while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r');
  95
  96     if (LastChar != EOF)
  97       return gettok();
  98   }
  99
 100   // Check for end of file.  Don't eat the EOF.
 101   if (LastChar == EOF)
 102     return tok_eof;
 103
 104   // Otherwise, just return the character as its ascii value.
 105   int ThisChar = LastChar;
 106   LastChar = getchar();
 107   return ThisChar;
 108 }
 109
 110 //===----------------------------------------------------------------------===//
 111 // Abstract Syntax Tree (aka Parse Tree)
 112 //===----------------------------------------------------------------------===//
 113
 114 class IRGenContext;
 115
 116 /// ExprAST - Base class for all expression nodes.
 117 struct ExprAST {
 118   virtual ~ExprAST() {}
 119   virtual Value *IRGen(IRGenContext &C) const = 0;
 120 };
 121
 122 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
 123 struct NumberExprAST : public ExprAST {
 124   NumberExprAST(double Val) : Val(Val) {}
 125   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 126
 127   double Val;
 128 };
 129
 130 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
 131 struct VariableExprAST : public ExprAST {
 132   VariableExprAST(std::string Name) : Name(std::move(Name)) {}
 133   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 134
 135   std::string Name;
 136 };
 137
 138 /// UnaryExprAST - Expression class for a unary operator.
 139 struct UnaryExprAST : public ExprAST {
 140   UnaryExprAST(char Opcode, std::unique_ptr<ExprAST> Operand)
 141     : Opcode(std::move(Opcode)), Operand(std::move(Operand)) {}
 142
 143   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 144
 145   char Opcode;
 146   std::unique_ptr<ExprAST> Operand;
 147 };
 148
 149 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 150 struct BinaryExprAST : public ExprAST {
 151   BinaryExprAST(char Op, std::unique_ptr<ExprAST> LHS,
 152                 std::unique_ptr<ExprAST> RHS)
 153     : Op(Op), LHS(std::move(LHS)), RHS(std::move(RHS)) {}
 154
 155   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 156
 157   char Op;
 158   std::unique_ptr<ExprAST> LHS, RHS;
 159 };
 160
 161 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 162 struct CallExprAST : public ExprAST {
 163   CallExprAST(std::string CalleeName,
 164               std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args)
 165     : CalleeName(std::move(CalleeName)), Args(std::move(Args)) {}
 166
 167   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 168
 169   std::string CalleeName;
 170   std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
 171 };
 172
 173 /// IfExprAST - Expression class for if/then/else.
 174 struct IfExprAST : public ExprAST {
 175   IfExprAST(std::unique_ptr<ExprAST> Cond, std::unique_ptr<ExprAST> Then,
 176             std::unique_ptr<ExprAST> Else)
 177     : Cond(std::move(Cond)), Then(std::move(Then)), Else(std::move(Else)) {}
 178   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 179
 180   std::unique_ptr<ExprAST> Cond, Then, Else;
 181 };
 182
 183 /// ForExprAST - Expression class for for/in.
 184 struct ForExprAST : public ExprAST {
 185   ForExprAST(std::string VarName, std::unique_ptr<ExprAST> Start,
 186              std::unique_ptr<ExprAST> End, std::unique_ptr<ExprAST> Step,
 187              std::unique_ptr<ExprAST> Body)
 188     : VarName(std::move(VarName)), Start(std::move(Start)), End(std::move(End)),
 189       Step(std::move(Step)), Body(std::move(Body)) {}
 190
 191   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 192
 193   std::string VarName;
 194   std::unique_ptr<ExprAST> Start, End, Step, Body;
 195 };
 196
 197 /// VarExprAST - Expression class for var/in
 198 struct VarExprAST : public ExprAST {
 199   typedef std::pair<std::string, std::unique_ptr<ExprAST>> Binding;
 200   typedef std::vector<Binding> BindingList;
 201
 202   VarExprAST(BindingList VarBindings, std::unique_ptr<ExprAST> Body)
 203     : VarBindings(std::move(VarBindings)), Body(std::move(Body)) {}
 204
 205   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 206
 207   BindingList VarBindings;
 208   std::unique_ptr<ExprAST> Body;
 209 };
 210
 211 /// PrototypeAST - This class represents the "prototype" for a function,
 212 /// which captures its argument names as well as if it is an operator.
 213 struct PrototypeAST {
 214   PrototypeAST(std::string Name, std::vector<std::string> Args,
 215                bool IsOperator = false, unsigned Precedence = 0)
 216     : Name(std::move(Name)), Args(std::move(Args)), IsOperator(IsOperator),
 217       Precedence(Precedence) {}
 218
 219   Function *IRGen(IRGenContext &C) const;
 220   void CreateArgumentAllocas(Function *F, IRGenContext &C);
 221
 222   bool isUnaryOp() const { return IsOperator && Args.size() == 1; }
 223   bool isBinaryOp() const { return IsOperator && Args.size() == 2; }
 224
 225   char getOperatorName() const {
 226     assert(isUnaryOp() || isBinaryOp());
 227     return Name[Name.size()-1];
 228   }
 229
 230   std::string Name;
 231   std::vector<std::string> Args;
 232   bool IsOperator;
 233   unsigned Precedence;  // Precedence if a binary op.
 234 };
 235
 236 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 237 struct FunctionAST {
 238   FunctionAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto,
 239               std::unique_ptr<ExprAST> Body)
 240     : Proto(std::move(Proto)), Body(std::move(Body)) {}
 241
 242   Function *IRGen(IRGenContext &C) const;
 243
 244   std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto;
 245   std::unique_ptr<ExprAST> Body;
 246 };
 247
 248 //===----------------------------------------------------------------------===//
 249 // Parser
 250 //===----------------------------------------------------------------------===//
 251
 252 /// CurTok/getNextToken - Provide a simple token buffer.  CurTok is the current
 253 /// token the parser is looking at.  getNextToken reads another token from the
 254 /// lexer and updates CurTok with its results.
 255 static int CurTok;
 256 static int getNextToken() {
 257   return CurTok = gettok();
 258 }
 259
 260 /// BinopPrecedence - This holds the precedence for each binary operator that is
 261 /// defined.
 262 static std::map<char, int> BinopPrecedence;
 263
 264 /// GetTokPrecedence - Get the precedence of the pending binary operator token.
 265 static int GetTokPrecedence() {
 266   if (!isascii(CurTok))
 267     return -1;
 268
 269   // Make sure it's a declared binop.
 270   int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
 271   if (TokPrec <= 0) return -1;
 272   return TokPrec;
 273 }
 274
 275 template <typename T>
 276 std::unique_ptr<T> ErrorU(const std::string &Str) {
 277   std::cerr << "Error: " << Str << "\n";
 278   return nullptr;
 279 }
 280
 281 template <typename T>
 282 T* ErrorP(const std::string &Str) {
 283   std::cerr << "Error: " << Str << "\n";
 284   return nullptr;
 285 }
 286
 287 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression();
 288
 289 /// identifierexpr
 290 ///   ::= identifier
 291 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
 292 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIdentifierExpr() {
 293   std::string IdName = IdentifierStr;
 294
 295   getNextToken();  // eat identifier.
 296
 297   if (CurTok != '(') // Simple variable ref.
 298     return llvm::make_unique<VariableExprAST>(IdName);
 299
 300   // Call.
 301   getNextToken();  // eat (
 302   std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
 303   if (CurTok != ')') {
 304     while (1) {
 305       auto Arg = ParseExpression();
 306       if (!Arg) return nullptr;
 307       Args.push_back(std::move(Arg));
 308
 309       if (CurTok == ')') break;
 310
 311       if (CurTok != ',')
 312         return ErrorU<CallExprAST>("Expected ')' or ',' in argument list");
 313       getNextToken();
 314     }
 315   }
 316
 317   // Eat the ')'.
 318   getNextToken();
 319
 320   return llvm::make_unique<CallExprAST>(IdName, std::move(Args));
 321 }
 322
 323 /// numberexpr ::= number
 324 static std::unique_ptr<NumberExprAST> ParseNumberExpr() {
 325   auto Result = llvm::make_unique<NumberExprAST>(NumVal);
 326   getNextToken(); // consume the number
 327   return Result;
 328 }
 329
 330 /// parenexpr ::= '(' expression ')'
 331 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseParenExpr() {
 332   getNextToken();  // eat (.
 333   auto V = ParseExpression();
 334   if (!V)
 335     return nullptr;
 336
 337   if (CurTok != ')')
 338     return ErrorU<ExprAST>("expected ')'");
 339   getNextToken();  // eat ).
 340   return V;
 341 }
 342
 343 /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression
 344 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIfExpr() {
 345   getNextToken();  // eat the if.
 346
 347   // condition.
 348   auto Cond = ParseExpression();
 349   if (!Cond)
 350     return nullptr;
 351
 352   if (CurTok != tok_then)
 353     return ErrorU<ExprAST>("expected then");
 354   getNextToken();  // eat the then
 355
 356   auto Then = ParseExpression();
 357   if (!Then)
 358     return nullptr;
 359
 360   if (CurTok != tok_else)
 361     return ErrorU<ExprAST>("expected else");
 362
 363   getNextToken();
 364
 365   auto Else = ParseExpression();
 366   if (!Else)
 367     return nullptr;
 368
 369   return llvm::make_unique<IfExprAST>(std::move(Cond), std::move(Then),
 370                                       std::move(Else));
 371 }
 372
 373 /// forexpr ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression
 374 static std::unique_ptr<ForExprAST> ParseForExpr() {
 375   getNextToken();  // eat the for.
 376
 377   if (CurTok != tok_identifier)
 378     return ErrorU<ForExprAST>("expected identifier after for");
 379
 380   std::string IdName = IdentifierStr;
 381   getNextToken();  // eat identifier.
 382
 383   if (CurTok != '=')
 384     return ErrorU<ForExprAST>("expected '=' after for");
 385   getNextToken();  // eat '='.
 386
 387
 388   auto Start = ParseExpression();
 389   if (!Start)
 390     return nullptr;
 391   if (CurTok != ',')
 392     return ErrorU<ForExprAST>("expected ',' after for start value");
 393   getNextToken();
 394
 395   auto End = ParseExpression();
 396   if (!End)
 397     return nullptr;
 398
 399   // The step value is optional.
 400   std::unique_ptr<ExprAST> Step;
 401   if (CurTok == ',') {
 402     getNextToken();
 403     Step = ParseExpression();
 404     if (!Step)
 405       return nullptr;
 406   }
 407
 408   if (CurTok != tok_in)
 409     return ErrorU<ForExprAST>("expected 'in' after for");
 410   getNextToken();  // eat 'in'.
 411
 412   auto Body = ParseExpression();
 413   if (Body)
 414     return nullptr;
 415
 416   return llvm::make_unique<ForExprAST>(IdName, std::move(Start), std::move(End),
 417                                        std::move(Step), std::move(Body));
 418 }
 419
 420 /// varexpr ::= 'var' identifier ('=' expression)?
 421 //                    (',' identifier ('=' expression)?)* 'in' expression
 422 static std::unique_ptr<VarExprAST> ParseVarExpr() {
 423   getNextToken();  // eat the var.
 424
 425   VarExprAST::BindingList VarBindings;
 426
 427   // At least one variable name is required.
 428   if (CurTok != tok_identifier)
 429     return ErrorU<VarExprAST>("expected identifier after var");
 430
 431   while (1) {
 432     std::string Name = IdentifierStr;
 433     getNextToken();  // eat identifier.
 434
 435     // Read the optional initializer.
 436     std::unique_ptr<ExprAST> Init;
 437     if (CurTok == '=') {
 438       getNextToken(); // eat the '='.
 439
 440       Init = ParseExpression();
 441       if (!Init)
 442         return nullptr;
 443     }
 444
 445     VarBindings.push_back(VarExprAST::Binding(Name, std::move(Init)));
 446
 447     // End of var list, exit loop.
 448     if (CurTok != ',') break;
 449     getNextToken(); // eat the ','.
 450
 451     if (CurTok != tok_identifier)
 452       return ErrorU<VarExprAST>("expected identifier list after var");
 453   }
 454
 455   // At this point, we have to have 'in'.
 456   if (CurTok != tok_in)
 457     return ErrorU<VarExprAST>("expected 'in' keyword after 'var'");
 458   getNextToken();  // eat 'in'.
 459
 460   auto Body = ParseExpression();
 461   if (!Body)
 462     return nullptr;
 463
 464   return llvm::make_unique<VarExprAST>(std::move(VarBindings), std::move(Body));
 465 }
 466
 467 /// primary
 468 ///   ::= identifierexpr
 469 ///   ::= numberexpr
 470 ///   ::= parenexpr
 471 ///   ::= ifexpr
 472 ///   ::= forexpr
 473 ///   ::= varexpr
 474 static std::unique_ptr<ExprAST> ParsePrimary() {
 475   switch (CurTok) {
 476   default: return ErrorU<ExprAST>("unknown token when expecting an expression");
 477   case tok_identifier: return ParseIdentifierExpr();
 478   case tok_number:     return ParseNumberExpr();
 479   case '(':            return ParseParenExpr();
 480   case tok_if:         return ParseIfExpr();
 481   case tok_for:        return ParseForExpr();
 482   case tok_var:        return ParseVarExpr();
 483   }
 484 }
 485
 486 /// unary
 487 ///   ::= primary
 488 ///   ::= '!' unary
 489 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseUnary() {
 490   // If the current token is not an operator, it must be a primary expr.
 491   if (!isascii(CurTok) || CurTok == '(' || CurTok == ',')
 492     return ParsePrimary();
 493
 494   // If this is a unary operator, read it.
 495   int Opc = CurTok;
 496   getNextToken();
 497   if (auto Operand = ParseUnary())
 498     return llvm::make_unique<UnaryExprAST>(Opc, std::move(Operand));
 499   return nullptr;
 500 }
 501
 502 /// binoprhs
 503 ///   ::= ('+' unary)*
 504 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseBinOpRHS(int ExprPrec,
 505                                               std::unique_ptr<ExprAST> LHS) {
 506   // If this is a binop, find its precedence.
 507   while (1) {
 508     int TokPrec = GetTokPrecedence();
 509
 510     // If this is a binop that binds at least as tightly as the current binop,
 511     // consume it, otherwise we are done.
 512     if (TokPrec < ExprPrec)
 513       return LHS;
 514
 515     // Okay, we know this is a binop.
 516     int BinOp = CurTok;
 517     getNextToken();  // eat binop
 518
 519     // Parse the unary expression after the binary operator.
 520     auto RHS = ParseUnary();
 521     if (!RHS)
 522       return nullptr;
 523
 524     // If BinOp binds less tightly with RHS than the operator after RHS, let
 525     // the pending operator take RHS as its LHS.
 526     int NextPrec = GetTokPrecedence();
 527     if (TokPrec < NextPrec) {
 528       RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec+1, std::move(RHS));
 529       if (!RHS)
 530         return nullptr;
 531     }
 532
 533     // Merge LHS/RHS.
 534     LHS = llvm::make_unique<BinaryExprAST>(BinOp, std::move(LHS), std::move(RHS));
 535   }
 536 }
 537
 538 /// expression
 539 ///   ::= unary binoprhs
 540 ///
 541 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression() {
 542   auto LHS = ParseUnary();
 543   if (!LHS)
 544     return nullptr;
 545
 546   return ParseBinOpRHS(0, std::move(LHS));
 547 }
 548
 549 /// prototype
 550 ///   ::= id '(' id* ')'
 551 ///   ::= binary LETTER number? (id, id)
 552 ///   ::= unary LETTER (id)
 553 static std::unique_ptr<PrototypeAST> ParsePrototype() {
 554   std::string FnName;
 555
 556   unsigned Kind = 0; // 0 = identifier, 1 = unary, 2 = binary.
 557   unsigned BinaryPrecedence = 30;
 558
 559   switch (CurTok) {
 560   default:
 561     return ErrorU<PrototypeAST>("Expected function name in prototype");
 562   case tok_identifier:
 563     FnName = IdentifierStr;
 564     Kind = 0;
 565     getNextToken();
 566     break;
 567   case tok_unary:
 568     getNextToken();
 569     if (!isascii(CurTok))
 570       return ErrorU<PrototypeAST>("Expected unary operator");
 571     FnName = "unary";
 572     FnName += (char)CurTok;
 573     Kind = 1;
 574     getNextToken();
 575     break;
 576   case tok_binary:
 577     getNextToken();
 578     if (!isascii(CurTok))
 579       return ErrorU<PrototypeAST>("Expected binary operator");
 580     FnName = "binary";
 581     FnName += (char)CurTok;
 582     Kind = 2;
 583     getNextToken();
 584
 585     // Read the precedence if present.
 586     if (CurTok == tok_number) {
 587       if (NumVal < 1 || NumVal > 100)
 588         return ErrorU<PrototypeAST>("Invalid precedecnce: must be 1..100");
 589       BinaryPrecedence = (unsigned)NumVal;
 590       getNextToken();
 591     }
 592     break;
 593   }
 594
 595   if (CurTok != '(')
 596     return ErrorU<PrototypeAST>("Expected '(' in prototype");
 597
 598   std::vector<std::string> ArgNames;
 599   while (getNextToken() == tok_identifier)
 600     ArgNames.push_back(IdentifierStr);
 601   if (CurTok != ')')
 602     return ErrorU<PrototypeAST>("Expected ')' in prototype");
 603
 604   // success.
 605   getNextToken();  // eat ')'.
 606
 607   // Verify right number of names for operator.
 608   if (Kind && ArgNames.size() != Kind)
 609     return ErrorU<PrototypeAST>("Invalid number of operands for operator");
 610
 611   return llvm::make_unique<PrototypeAST>(FnName, std::move(ArgNames), Kind != 0,
 612                                          BinaryPrecedence);
 613 }
 614
 615 /// definition ::= 'def' prototype expression
 616 static std::unique_ptr<FunctionAST> ParseDefinition() {
 617   getNextToken();  // eat def.
 618   auto Proto = ParsePrototype();
 619   if (!Proto)
 620     return nullptr;
 621
 622   if (auto Body = ParseExpression())
 623     return llvm::make_unique<FunctionAST>(std::move(Proto), std::move(Body));
 624   return nullptr;
 625 }
 626
 627 /// toplevelexpr ::= expression
 628 static std::unique_ptr<FunctionAST> ParseTopLevelExpr() {
 629   if (auto E = ParseExpression()) {
 630     // Make an anonymous proto.
 631     auto Proto =
 632       llvm::make_unique<PrototypeAST>("__anon_expr", std::vector<std::string>());
 633     return llvm::make_unique<FunctionAST>(std::move(Proto), std::move(E));
 634   }
 635   return nullptr;
 636 }
 637
 638 /// external ::= 'extern' prototype
 639 static std::unique_ptr<PrototypeAST> ParseExtern() {
 640   getNextToken();  // eat extern.
 641   return ParsePrototype();
 642 }
 643
 644 //===----------------------------------------------------------------------===//
 645 // Code Generation
 646 //===----------------------------------------------------------------------===//
 647
 648 // FIXME: Obviously we can do better than this
 649 std::string GenerateUniqueName(const std::string &Root) {
 650   static int i = 0;
 651   std::ostringstream NameStream;
 652   NameStream << Root << ++i;
 653   return NameStream.str();
 654 }
 655
 656 std::string MakeLegalFunctionName(std::string Name)
 657 {
 658   std::string NewName;
 659   assert(!Name.empty() && "Base name must not be empty");
 660
 661   // Start with what we have
 662   NewName = Name;
 663
 664   // Look for a numberic first character
 665   if (NewName.find_first_of("0123456789") == 0) {
 666     NewName.insert(0, 1, 'n');
 667   }
 668
 669   // Replace illegal characters with their ASCII equivalent
 670   std::string legal_elements = "_abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789";
 671   size_t pos;
 672   while ((pos = NewName.find_first_not_of(legal_elements)) != std::string::npos) {
 673     std::ostringstream NumStream;
 674     NumStream << (int)NewName.at(pos);
 675     NewName = NewName.replace(pos, 1, NumStream.str());
 676   }
 677
 678   return NewName;
 679 }
 680
 681 class SessionContext {
 682 public:
 683   SessionContext(LLVMContext &C) : Context(C) {}
 684   LLVMContext& getLLVMContext() const { return Context; }
 685   void addPrototypeAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> P);
 686   PrototypeAST* getPrototypeAST(const std::string &Name);
 687   std::map<std::string, std::unique_ptr<FunctionAST>> FunctionDefs;
 688 private:
 689   typedef std::map<std::string, std::unique_ptr<PrototypeAST>> PrototypeMap;
 690   LLVMContext &Context;
 691   PrototypeMap Prototypes;
 692 };
 693
 694 void SessionContext::addPrototypeAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> P) {
 695   Prototypes[P->Name] = std::move(P);
 696 }
 697
 698 PrototypeAST* SessionContext::getPrototypeAST(const std::string &Name) {
 699   PrototypeMap::iterator I = Prototypes.find(Name);
 700   if (I != Prototypes.end())
 701     return I->second.get();
 702   return nullptr;
 703 }
 704
 705 class IRGenContext {
 706 public:
 707
 708   IRGenContext(SessionContext &S)
 709     : Session(S),
 710       M(new Module(GenerateUniqueName("jit_module_"),
 711                    Session.getLLVMContext())),
 712       Builder(Session.getLLVMContext()) {}
 713
 714   SessionContext& getSession() { return Session; }
 715   Module& getM() const { return *M; }
 716   std::unique_ptr<Module> takeM() { return std::move(M); }
 717   IRBuilder<>& getBuilder() { return Builder; }
 718   LLVMContext& getLLVMContext() { return Session.getLLVMContext(); }
 719   Function* getPrototype(const std::string &Name);
 720
 721   std::map<std::string, AllocaInst*> NamedValues;
 722 private:
 723   SessionContext &Session;
 724   std::unique_ptr<Module> M;
 725   IRBuilder<> Builder;
 726 };
 727
 728 Function* IRGenContext::getPrototype(const std::string &Name) {
 729   if (Function *ExistingProto = M->getFunction(Name))
 730     return ExistingProto;
 731   if (PrototypeAST *ProtoAST = Session.getPrototypeAST(Name))
 732     return ProtoAST->IRGen(*this);
 733   return nullptr;
 734 }
 735
 736 /// CreateEntryBlockAlloca - Create an alloca instruction in the entry block of
 737 /// the function.  This is used for mutable variables etc.
 738 static AllocaInst *CreateEntryBlockAlloca(Function *TheFunction,
 739                                           const std::string &VarName) {
 740   IRBuilder<> TmpB(&TheFunction->getEntryBlock(),
 741                  TheFunction->getEntryBlock().begin());
 742   return TmpB.CreateAlloca(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 0,
 743                            VarName.c_str());
 744 }
 745
 746 Value *NumberExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 747   return ConstantFP::get(C.getLLVMContext(), APFloat(Val));
 748 }
 749
 750 Value *VariableExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 751   // Look this variable up in the function.
 752   Value *V = C.NamedValues[Name];
 753
 754   if (V == 0)
 755     return ErrorP<Value>("Unknown variable name '" + Name + "'");
 756
 757   // Load the value.
 758   return C.getBuilder().CreateLoad(V, Name.c_str());
 759 }
 760
 761 Value *UnaryExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 762   if (Value *OperandV = Operand->IRGen(C)) {
 763     std::string FnName = MakeLegalFunctionName(std::string("unary")+Opcode);
 764     if (Function *F = C.getPrototype(FnName))
 765       return C.getBuilder().CreateCall(F, OperandV, "unop");
 766     return ErrorP<Value>("Unknown unary operator");
 767   }
 768
 769   // Could not codegen operand - return null.
 770   return nullptr;
 771 }
 772
 773 Value *BinaryExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 774   // Special case '=' because we don't want to emit the LHS as an expression.
 775   if (Op == '=') {
 776     // Assignment requires the LHS to be an identifier.
 777     auto LHSVar = static_cast<VariableExprAST&>(*LHS);
 778     // Codegen the RHS.
 779     Value *Val = RHS->IRGen(C);
 780     if (!Val) return nullptr;
 781
 782     // Look up the name.
 783     if (auto Variable = C.NamedValues[LHSVar.Name]) {
 784       C.getBuilder().CreateStore(Val, Variable);
 785       return Val;
 786     }
 787     return ErrorP<Value>("Unknown variable name");
 788   }
 789
 790   Value *L = LHS->IRGen(C);
 791   Value *R = RHS->IRGen(C);
 792   if (!L || !R) return nullptr;
 793
 794   switch (Op) {
 795   case '+': return C.getBuilder().CreateFAdd(L, R, "addtmp");
 796   case '-': return C.getBuilder().CreateFSub(L, R, "subtmp");
 797   case '*': return C.getBuilder().CreateFMul(L, R, "multmp");
 798   case '/': return C.getBuilder().CreateFDiv(L, R, "divtmp");
 799   case '<':
 800     L = C.getBuilder().CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp");
 801     // Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0
 802     return C.getBuilder().CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 803                                 "booltmp");
 804   default: break;
 805   }
 806
 807   // If it wasn't a builtin binary operator, it must be a user defined one. Emit
 808   // a call to it.
 809   std::string FnName = MakeLegalFunctionName(std::string("binary")+Op);
 810   if (Function *F = C.getPrototype(FnName)) {
 811     Value *Ops[] = { L, R };
 812     return C.getBuilder().CreateCall(F, Ops, "binop");
 813   }
 814
 815   return ErrorP<Value>("Unknown binary operator");
 816 }
 817
 818 Value *CallExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 819   // Look up the name in the global module table.
 820   if (auto CalleeF = C.getPrototype(CalleeName)) {
 821     // If argument mismatch error.
 822     if (CalleeF->arg_size() != Args.size())
 823       return ErrorP<Value>("Incorrect # arguments passed");
 824
 825     std::vector<Value*> ArgsV;
 826     for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
 827       ArgsV.push_back(Args[i]->IRGen(C));
 828       if (!ArgsV.back()) return nullptr;
 829     }
 830
 831     return C.getBuilder().CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 832   }
 833
 834   return ErrorP<Value>("Unknown function referenced");
 835 }
 836
 837 Value *IfExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 838   Value *CondV = Cond->IRGen(C);
 839   if (!CondV) return nullptr;
 840
 841   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 842   ConstantFP *FPZero =
 843     ConstantFP::get(C.getLLVMContext(), APFloat(0.0));
 844   CondV = C.getBuilder().CreateFCmpONE(CondV, FPZero, "ifcond");
 845
 846   Function *TheFunction = C.getBuilder().GetInsertBlock()->getParent();
 847
 848   // Create blocks for the then and else cases.  Insert the 'then' block at the
 849   // end of the function.
 850   BasicBlock *ThenBB = BasicBlock::Create(C.getLLVMContext(), "then", TheFunction);
 851   BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(C.getLLVMContext(), "else");
 852   BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(C.getLLVMContext(), "ifcont");
 853
 854   C.getBuilder().CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB);
 855
 856   // Emit then value.
 857   C.getBuilder().SetInsertPoint(ThenBB);
 858
 859   Value *ThenV = Then->IRGen(C);
 860   if (!ThenV) return nullptr;
 861
 862   C.getBuilder().CreateBr(MergeBB);
 863   // Codegen of 'Then' can change the current block, update ThenBB for the PHI.
 864   ThenBB = C.getBuilder().GetInsertBlock();
 865
 866   // Emit else block.
 867   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
 868   C.getBuilder().SetInsertPoint(ElseBB);
 869
 870   Value *ElseV = Else->IRGen(C);
 871   if (!ElseV) return nullptr;
 872
 873   C.getBuilder().CreateBr(MergeBB);
 874   // Codegen of 'Else' can change the current block, update ElseBB for the PHI.
 875   ElseBB = C.getBuilder().GetInsertBlock();
 876
 877   // Emit merge block.
 878   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(MergeBB);
 879   C.getBuilder().SetInsertPoint(MergeBB);
 880   PHINode *PN = C.getBuilder().CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2,
 881                                   "iftmp");
 882
 883   PN->addIncoming(ThenV, ThenBB);
 884   PN->addIncoming(ElseV, ElseBB);
 885   return PN;
 886 }
 887
 888 Value *ForExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 889   // Output this as:
 890   //   var = alloca double
 891   //   ...
 892   //   start = startexpr
 893   //   store start -> var
 894   //   goto loop
 895   // loop:
 896   //   ...
 897   //   bodyexpr
 898   //   ...
 899   // loopend:
 900   //   step = stepexpr
 901   //   endcond = endexpr
 902   //
 903   //   curvar = load var
 904   //   nextvar = curvar + step
 905   //   store nextvar -> var
 906   //   br endcond, loop, endloop
 907   // outloop:
 908
 909   Function *TheFunction = C.getBuilder().GetInsertBlock()->getParent();
 910
 911   // Create an alloca for the variable in the entry block.
 912   AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName);
 913
 914   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
 915   Value *StartVal = Start->IRGen(C);
 916   if (!StartVal) return nullptr;
 917
 918   // Store the value into the alloca.
 919   C.getBuilder().CreateStore(StartVal, Alloca);
 920
 921   // Make the new basic block for the loop header, inserting after current
 922   // block.
 923   BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "loop", TheFunction);
 924
 925   // Insert an explicit fall through from the current block to the LoopBB.
 926   C.getBuilder().CreateBr(LoopBB);
 927
 928   // Start insertion in LoopBB.
 929   C.getBuilder().SetInsertPoint(LoopBB);
 930
 931   // Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node.  If it
 932   // shadows an existing variable, we have to restore it, so save it now.
 933   AllocaInst *OldVal = C.NamedValues[VarName];
 934   C.NamedValues[VarName] = Alloca;
 935
 936   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
 937   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
 938   // allow an error.
 939   if (!Body->IRGen(C))
 940     return nullptr;
 941
 942   // Emit the step value.
 943   Value *StepVal;
 944   if (Step) {
 945     StepVal = Step->IRGen(C);
 946     if (!StepVal) return nullptr;
 947   } else {
 948     // If not specified, use 1.0.
 949     StepVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(1.0));
 950   }
 951
 952   // Compute the end condition.
 953   Value *EndCond = End->IRGen(C);
 954   if (EndCond == 0) return EndCond;
 955
 956   // Reload, increment, and restore the alloca.  This handles the case where
 957   // the body of the loop mutates the variable.
 958   Value *CurVar = C.getBuilder().CreateLoad(Alloca, VarName.c_str());
 959   Value *NextVar = C.getBuilder().CreateFAdd(CurVar, StepVal, "nextvar");
 960   C.getBuilder().CreateStore(NextVar, Alloca);
 961
 962   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 963   EndCond = C.getBuilder().CreateFCmpONE(EndCond,
 964                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 965                                   "loopcond");
 966
 967   // Create the "after loop" block and insert it.
 968   BasicBlock *AfterBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "afterloop", TheFunction);
 969
 970   // Insert the conditional branch into the end of LoopEndBB.
 971   C.getBuilder().CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);
 972
 973   // Any new code will be inserted in AfterBB.
 974   C.getBuilder().SetInsertPoint(AfterBB);
 975
 976   // Restore the unshadowed variable.
 977   if (OldVal)
 978     C.NamedValues[VarName] = OldVal;
 979   else
 980     C.NamedValues.erase(VarName);
 981
 982
 983   // for expr always returns 0.0.
 984   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 985 }
 986
 987 Value *VarExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 988   std::vector<AllocaInst *> OldBindings;
 989
 990   Function *TheFunction = C.getBuilder().GetInsertBlock()->getParent();
 991
 992   // Register all variables and emit their initializer.
 993   for (unsigned i = 0, e = VarBindings.size(); i != e; ++i) {
 994     auto &VarName = VarBindings[i].first;
 995     auto &Init = VarBindings[i].second;
 996
 997     // Emit the initializer before adding the variable to scope, this prevents
 998     // the initializer from referencing the variable itself, and permits stuff
 999     // like this:
1000     //  var a = 1 in
1001     //    var a = a in ...   # refers to outer 'a'.
1002     Value *InitVal;
1003     if (Init) {
1004       InitVal = Init->IRGen(C);
1005       if (!InitVal) return nullptr;
1006     } else // If not specified, use 0.0.
1007       InitVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0));
1008
1009     AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName);
1010     C.getBuilder().CreateStore(InitVal, Alloca);
1011
1012     // Remember the old variable binding so that we can restore the binding when
1013     // we unrecurse.
1014     OldBindings.push_back(C.NamedValues[VarName]);
1015
1016     // Remember this binding.
1017     C.NamedValues[VarName] = Alloca;
1018   }
1019
1020   // Codegen the body, now that all vars are in scope.
1021   Value *BodyVal = Body->IRGen(C);
1022   if (!BodyVal) return nullptr;
1023
1024   // Pop all our variables from scope.
1025   for (unsigned i = 0, e = VarBindings.size(); i != e; ++i)
1026     C.NamedValues[VarBindings[i].first] = OldBindings[i];
1027
1028   // Return the body computation.
1029   return BodyVal;
1030 }
1031
1032 Function *PrototypeAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
1033   std::string FnName = MakeLegalFunctionName(Name);
1034
1035   // Make the function type:  double(double,double) etc.
1036   std::vector<Type*> Doubles(Args.size(),
1037                              Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
1038   FunctionType *FT = FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
1039                                        Doubles, false);
1040   Function *F = Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, FnName,
1041                                  &C.getM());
1042
1043   // If F conflicted, there was already something named 'FnName'.  If it has a
1044   // body, don't allow redefinition or reextern.
1045   if (F->getName() != FnName) {
1046     // Delete the one we just made and get the existing one.
1047     F->eraseFromParent();
1048     F = C.getM().getFunction(Name);
1049
1050     // If F already has a body, reject this.
1051     if (!F->empty()) {
1052       ErrorP<Function>("redefinition of function");
1053       return nullptr;
1054     }
1055
1056     // If F took a different number of args, reject.
1057     if (F->arg_size() != Args.size()) {
1058       ErrorP<Function>("redefinition of function with different # args");
1059       return nullptr;
1060     }
1061   }
1062
1063   // Set names for all arguments.
1064   unsigned Idx = 0;
1065   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
1066        ++AI, ++Idx)
1067     AI->setName(Args[Idx]);
1068
1069   return F;
1070 }
1071
1072 /// CreateArgumentAllocas - Create an alloca for each argument and register the
1073 /// argument in the symbol table so that references to it will succeed.
1074 void PrototypeAST::CreateArgumentAllocas(Function *F, IRGenContext &C) {
1075   Function::arg_iterator AI = F->arg_begin();
1076   for (unsigned Idx = 0, e = Args.size(); Idx != e; ++Idx, ++AI) {
1077     // Create an alloca for this variable.
1078     AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(F, Args[Idx]);
1079
1080     // Store the initial value into the alloca.
1081     C.getBuilder().CreateStore(AI, Alloca);
1082
1083     // Add arguments to variable symbol table.
1084     C.NamedValues[Args[Idx]] = Alloca;
1085   }
1086 }
1087
1088 Function *FunctionAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
1089   C.NamedValues.clear();
1090
1091   Function *TheFunction = Proto->IRGen(C);
1092   if (!TheFunction)
1093     return nullptr;
1094
1095   // If this is an operator, install it.
1096   if (Proto->isBinaryOp())
1097     BinopPrecedence[Proto->getOperatorName()] = Proto->Precedence;
1098
1099   // Create a new basic block to start insertion into.
1100   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
1101   C.getBuilder().SetInsertPoint(BB);
1102
1103   // Add all arguments to the symbol table and create their allocas.
1104   Proto->CreateArgumentAllocas(TheFunction, C);
1105
1106   if (Value *RetVal = Body->IRGen(C)) {
1107     // Finish off the function.
1108     C.getBuilder().CreateRet(RetVal);
1109
1110     // Validate the generated code, checking for consistency.
1111     verifyFunction(*TheFunction);
1112
1113     return TheFunction;
1114   }
1115
1116   // Error reading body, remove function.
1117   TheFunction->eraseFromParent();
1118
1119   if (Proto->isBinaryOp())
1120     BinopPrecedence.erase(Proto->getOperatorName());
1121   return nullptr;
1122 }
1123
1124 //===----------------------------------------------------------------------===//
1125 // Top-Level parsing and JIT Driver
1126 //===----------------------------------------------------------------------===//
1127
1128 static std::unique_ptr<llvm::Module> IRGen(SessionContext &S,
1129                                            const FunctionAST &F) {
1130   IRGenContext C(S);
1131   auto LF = F.IRGen(C);
1132   if (!LF)
1133     return nullptr;
1134 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1135   fprintf(stderr, "Read function definition:");
1136   LF->dump();
1137 #endif
1138   return C.takeM();
1139 }
1140
1141
1142 static void EarthShatteringKaboom() {
1143   fprintf(stderr, "Earth shattering kaboom.");
1144   exit(1);
1145 }
1146
1147 class KaleidoscopeJIT {
1148 public:
1149   typedef ObjectLinkingLayer<> ObjLayerT;
1150   typedef IRCompileLayer<ObjLayerT> CompileLayerT;
1151   typedef LazyEmittingLayer<CompileLayerT> LazyEmitLayerT;
1152
1153   typedef LazyEmitLayerT::ModuleSetHandleT ModuleHandleT;
1154
1155   std::string Mangle(const std::string &Name) {
1156     std::string MangledName;
1157     {
1158       raw_string_ostream MangledNameStream(MangledName);
1159       Mang.getNameWithPrefix(MangledNameStream, Name);
1160     }
1161     return MangledName;
1162   }
1163
1164   KaleidoscopeJIT(SessionContext &Session)
1165     : TM(EngineBuilder().selectTarget()),
1166       Mang(TM->getDataLayout()), Session(Session),
1167       ObjectLayer(
1168         [](){ return llvm::make_unique<SectionMemoryManager>(); }),
1169       CompileLayer(ObjectLayer, SimpleCompiler(*TM)),
1170       LazyEmitLayer(CompileLayer),
1171       CompileCallbacks(LazyEmitLayer, Session.getLLVMContext(),
1172                        reinterpret_cast<uintptr_t>(EarthShatteringKaboom),
1173                        64) {}
1174
1175   ModuleHandleT addModule(std::unique_ptr<Module> M) {
1176     if (!M->getDataLayout())
1177       M->setDataLayout(TM->getDataLayout());
1178
1179     // The LazyEmitLayer takes lists of modules, rather than single modules, so
1180     // we'll just build a single-element list.
1181     std::vector<std::unique_ptr<Module>> S;
1182     S.push_back(std::move(M));
1183
1184     // We need a memory manager to allocate memory and resolve symbols for this
1185     // new module. Create one that resolves symbols by looking back into the JIT.
1186     auto MM = createLookasideRTDyldMM<SectionMemoryManager>(
1187                 [&](const std::string &Name) -> uint64_t {
1188                   // First try to find 'Name' within the JIT.
1189                   if (auto Symbol = findMangledSymbol(Name))
1190                     return Symbol.getAddress();
1191
1192                   // If we don't find 'Name' in the JIT, see if we have some AST
1193                   // for it.
1194                   auto DefI = Session.FunctionDefs.find(Name);
1195                   if (DefI == Session.FunctionDefs.end())
1196                     return 0;
1197
1198                   // We have AST for 'Name'. IRGen it, add it to the JIT, and
1199                   // return the address for it.
1200                   // FIXME: What happens if IRGen fails?
1201                   addModule(IRGen(Session, *DefI->second));
1202
1203                   // Remove the function definition's AST now that we've
1204                   // finished with it.
1205                   Session.FunctionDefs.erase(DefI);
1206
1207                   return findMangledSymbol(Name).getAddress();
1208                 },
1209                 [](const std::string &S) { return 0; } );
1210
1211     return LazyEmitLayer.addModuleSet(std::move(S), std::move(MM));
1212   }
1213
1214   void removeModule(ModuleHandleT H) { LazyEmitLayer.removeModuleSet(H); }
1215
1216   JITSymbol findMangledSymbol(const std::string &Name) {
1217     return LazyEmitLayer.findSymbol(Name, true);
1218   }
1219
1220   JITSymbol findSymbol(const std::string &Name) {
1221     return findMangledSymbol(Mangle(Name));
1222   }
1223
1224   JITSymbol findMangledSymbolIn(LazyEmitLayerT::ModuleSetHandleT H,
1225                                 const std::string &Name) {
1226     return LazyEmitLayer.findSymbolIn(H, Name, true);
1227   }
1228
1229   JITSymbol findSymbolIn(LazyEmitLayerT::ModuleSetHandleT H,
1230                          const std::string &Name) {
1231     return findMangledSymbolIn(H, Mangle(Name));
1232   }
1233
1234   void addFunctionDefinition(std::unique_ptr<FunctionAST> FnAST) {
1235     // Step 1) IRGen a prototype for this function:
1236     IRGenContext C(Session);
1237     Function *F = FnAST->Proto->IRGen(C);
1238     C.getM().setDataLayout(TM->getDataLayout());
1239
1240     // Step 2) Create a compile callback that will be used to compile this
1241     //         function when it is first called.
1242     auto CallbackInfo =
1243       CompileCallbacks.getCompileCallback(*F->getFunctionType());
1244
1245     // Step 3) Create a stub that will indirectly call the body of this
1246     //         function. Initialize the function pointer for the indirection to
1247     //         point at the compile callback.
1248     std::string BodyPtrName = (F->getName() + "$address").str();
1249     GlobalVariable *FunctionBodyPointer =
1250       createImplPointer(*F, BodyPtrName, CallbackInfo.getAddress());
1251     makeStub(*F, *FunctionBodyPointer);
1252
1253     // Step 3) Add the module to the JIT.
1254     auto H = addModule(C.takeM());
1255
1256     // Step 4) Set the compile and update actions for the callback. The compile
1257     //         action will IRGen and Codegen the function. The update action
1258     //         will update FunctionBodyPointer to point at the newly compiled
1259     //         function pointer.
1260     //
1261     // FIXME: Use generalized capture for FnAST when we get C++14 support.
1262     FunctionAST *FnASTPtr = FnAST.release();
1263     CallbackInfo.setCompileAction([this,FnASTPtr](){
1264       std::unique_ptr<FunctionAST> Fn(FnASTPtr);
1265       auto H = addModule(IRGen(Session, *Fn));
1266       return findSymbolIn(H, Fn->Proto->Name).getAddress();
1267     });
1268     CallbackInfo.setUpdateAction(
1269       CompileCallbacks.getLocalFPUpdater(H, BodyPtrName));
1270   }
1271
1272 private:
1273
1274   std::unique_ptr<TargetMachine> TM;
1275   Mangler Mang;
1276   SessionContext &Session;
1277
1278   ObjLayerT ObjectLayer;
1279   CompileLayerT CompileLayer;
1280   LazyEmitLayerT LazyEmitLayer;
1281
1282   JITCompileCallbackManager<LazyEmitLayerT, OrcX86_64> CompileCallbacks;
1283 };
1284
1285 static void HandleDefinition(SessionContext &S, KaleidoscopeJIT &J) {
1286   if (auto F = ParseDefinition()) {
1287     S.addPrototypeAST(llvm::make_unique<PrototypeAST>(*F->Proto));
1288     J.addFunctionDefinition(std::move(F));
1289   } else {
1290     // Skip token for error recovery.
1291     getNextToken();
1292   }
1293 }
1294
1295 static void HandleExtern(SessionContext &S) {
1296   if (auto P = ParseExtern())
1297     S.addPrototypeAST(std::move(P));
1298   else {
1299     // Skip token for error recovery.
1300     getNextToken();
1301   }
1302 }
1303
1304 static void HandleTopLevelExpression(SessionContext &S, KaleidoscopeJIT &J) {
1305   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
1306   if (auto F = ParseTopLevelExpr()) {
1307     IRGenContext C(S);
1308     if (auto ExprFunc = F->IRGen(C)) {
1309 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1310       std::cerr << "Expression function:\n";
1311       ExprFunc->dump();
1312 #endif
1313       // Add the CodeGen'd module to the JIT. Keep a handle to it: We can remove
1314       // this module as soon as we've executed Function ExprFunc.
1315       auto H = J.addModule(C.takeM());
1316
1317       // Get the address of the JIT'd function in memory.
1318       auto ExprSymbol = J.findSymbol("__anon_expr");
1319
1320       // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
1321       // can call it as a native function.
1322       double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)ExprSymbol.getAddress();
1323 #ifdef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1324       FP();
1325 #else
1326       std::cerr << "Evaluated to " << FP() << "\n";
1327 #endif
1328
1329       // Remove the function.
1330       J.removeModule(H);
1331     }
1332   } else {
1333     // Skip token for error recovery.
1334     getNextToken();
1335   }
1336 }
1337
1338 /// top ::= definition | external | expression | ';'
1339 static void MainLoop() {
1340   SessionContext S(getGlobalContext());
1341   KaleidoscopeJIT J(S);
1342
1343   while (1) {
1344     switch (CurTok) {
1345     case tok_eof:    return;
1346     case ';':        getNextToken(); continue;  // ignore top-level semicolons.
1347     case tok_def:    HandleDefinition(S, J); break;
1348     case tok_extern: HandleExtern(S); break;
1349     default:         HandleTopLevelExpression(S, J); break;
1350     }
1351 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1352     std::cerr << "ready> ";
1353 #endif
1354   }
1355 }
1356
1357 //===----------------------------------------------------------------------===//
1358 // "Library" functions that can be "extern'd" from user code.
1359 //===----------------------------------------------------------------------===//
1360
1361 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
1362 extern "C"
1363 double putchard(double X) {
1364   putchar((char)X);
1365   return 0;
1366 }
1367
1368 /// printd - printf that takes a double prints it as "%f\n", returning 0.
1369 extern "C"
1370 double printd(double X) {
1371   printf("%f", X);
1372   return 0;
1373 }
1374
1375 extern "C"
1376 double printlf() {
1377   printf("\n");
1378   return 0;
1379 }
1380
1381 //===----------------------------------------------------------------------===//
1382 // Main driver code.
1383 //===----------------------------------------------------------------------===//
1384
1385 int main() {
1386   InitializeNativeTarget();
1387   InitializeNativeTargetAsmPrinter();
1388   InitializeNativeTargetAsmParser();
1389
1390   // Install standard binary operators.
1391   // 1 is lowest precedence.
1392   BinopPrecedence['='] = 2;
1393   BinopPrecedence['<'] = 10;
1394   BinopPrecedence['+'] = 20;
1395   BinopPrecedence['-'] = 20;
1396   BinopPrecedence['/'] = 40;
1397   BinopPrecedence['*'] = 40;  // highest.
1398
1399   // Prime the first token.
1400 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1401   std::cerr << "ready> ";
1402 #endif
1403   getNextToken();
1404
1405   std::cerr << std::fixed;
1406
1407   // Run the main "interpreter loop" now.
1408   MainLoop();
1409
1410   return 0;
1411 }
1412