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
  24 using namespace llvm;
  25 using namespace llvm::orc;
  26
  27 //===----------------------------------------------------------------------===//
  28 // Lexer
  29 //===----------------------------------------------------------------------===//
  30
  31 // The lexer returns tokens [0-255] if it is an unknown character, otherwise one
  32 // of these for known things.
  33 enum Token {
  34   tok_eof = -1,
  35
  36   // commands
  37   tok_def = -2, tok_extern = -3,
  38
  39   // primary
  40   tok_identifier = -4, tok_number = -5,
  41
  42   // control
  43   tok_if = -6, tok_then = -7, tok_else = -8,
  44   tok_for = -9, tok_in = -10,
  45
  46   // operators
  47   tok_binary = -11, tok_unary = -12,
  48
  49   // var definition
  50   tok_var = -13
  51 };
  52
  53 static std::string IdentifierStr;  // Filled in if tok_identifier
  54 static double NumVal;              // Filled in if tok_number
  55
  56 /// gettok - Return the next token from standard input.
  57 static int gettok() {
  58   static int LastChar = ' ';
  59
  60   // Skip any whitespace.
  61   while (isspace(LastChar))
  62     LastChar = getchar();
  63
  64   if (isalpha(LastChar)) { // identifier: [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*
  65     IdentifierStr = LastChar;
  66     while (isalnum((LastChar = getchar())))
  67       IdentifierStr += LastChar;
  68
  69     if (IdentifierStr == "def") return tok_def;
  70     if (IdentifierStr == "extern") return tok_extern;
  71     if (IdentifierStr == "if") return tok_if;
  72     if (IdentifierStr == "then") return tok_then;
  73     if (IdentifierStr == "else") return tok_else;
  74     if (IdentifierStr == "for") return tok_for;
  75     if (IdentifierStr == "in") return tok_in;
  76     if (IdentifierStr == "binary") return tok_binary;
  77     if (IdentifierStr == "unary") return tok_unary;
  78     if (IdentifierStr == "var") return tok_var;
  79     return tok_identifier;
  80   }
  81
  82   if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') {   // Number: [0-9.]+
  83     std::string NumStr;
  84     do {
  85       NumStr += LastChar;
  86       LastChar = getchar();
  87     } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.');
  88
  89     NumVal = strtod(NumStr.c_str(), 0);
  90     return tok_number;
  91   }
  92
  93   if (LastChar == '#') {
  94     // Comment until end of line.
  95     do LastChar = getchar();
  96     while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r');
  97
  98     if (LastChar != EOF)
  99       return gettok();
 100   }
 101
 102   // Check for end of file.  Don't eat the EOF.
 103   if (LastChar == EOF)
 104     return tok_eof;
 105
 106   // Otherwise, just return the character as its ascii value.
 107   int ThisChar = LastChar;
 108   LastChar = getchar();
 109   return ThisChar;
 110 }
 111
 112 //===----------------------------------------------------------------------===//
 113 // Abstract Syntax Tree (aka Parse Tree)
 114 //===----------------------------------------------------------------------===//
 115
 116 class IRGenContext;
 117
 118 /// ExprAST - Base class for all expression nodes.
 119 struct ExprAST {
 120   virtual ~ExprAST() {}
 121   virtual Value *IRGen(IRGenContext &C) const = 0;
 122 };
 123
 124 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
 125 struct NumberExprAST : public ExprAST {
 126   NumberExprAST(double Val) : Val(Val) {}
 127   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 128
 129   double Val;
 130 };
 131
 132 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
 133 struct VariableExprAST : public ExprAST {
 134   VariableExprAST(std::string Name) : Name(std::move(Name)) {}
 135   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 136
 137   std::string Name;
 138 };
 139
 140 /// UnaryExprAST - Expression class for a unary operator.
 141 struct UnaryExprAST : public ExprAST {
 142   UnaryExprAST(char Opcode, std::unique_ptr<ExprAST> Operand)
 143     : Opcode(std::move(Opcode)), Operand(std::move(Operand)) {}
 144
 145   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 146
 147   char Opcode;
 148   std::unique_ptr<ExprAST> Operand;
 149 };
 150
 151 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 152 struct BinaryExprAST : public ExprAST {
 153   BinaryExprAST(char Op, std::unique_ptr<ExprAST> LHS,
 154                 std::unique_ptr<ExprAST> RHS)
 155     : Op(Op), LHS(std::move(LHS)), RHS(std::move(RHS)) {}
 156
 157   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 158
 159   char Op;
 160   std::unique_ptr<ExprAST> LHS, RHS;
 161 };
 162
 163 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 164 struct CallExprAST : public ExprAST {
 165   CallExprAST(std::string CalleeName,
 166               std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args)
 167     : CalleeName(std::move(CalleeName)), Args(std::move(Args)) {}
 168
 169   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 170
 171   std::string CalleeName;
 172   std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
 173 };
 174
 175 /// IfExprAST - Expression class for if/then/else.
 176 struct IfExprAST : public ExprAST {
 177   IfExprAST(std::unique_ptr<ExprAST> Cond, std::unique_ptr<ExprAST> Then,
 178             std::unique_ptr<ExprAST> Else)
 179     : Cond(std::move(Cond)), Then(std::move(Then)), Else(std::move(Else)) {}
 180   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 181
 182   std::unique_ptr<ExprAST> Cond, Then, Else;
 183 };
 184
 185 /// ForExprAST - Expression class for for/in.
 186 struct ForExprAST : public ExprAST {
 187   ForExprAST(std::string VarName, std::unique_ptr<ExprAST> Start,
 188              std::unique_ptr<ExprAST> End, std::unique_ptr<ExprAST> Step,
 189              std::unique_ptr<ExprAST> Body)
 190     : VarName(std::move(VarName)), Start(std::move(Start)), End(std::move(End)),
 191       Step(std::move(Step)), Body(std::move(Body)) {}
 192
 193   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 194
 195   std::string VarName;
 196   std::unique_ptr<ExprAST> Start, End, Step, Body;
 197 };
 198
 199 /// VarExprAST - Expression class for var/in
 200 struct VarExprAST : public ExprAST {
 201   typedef std::pair<std::string, std::unique_ptr<ExprAST>> Binding;
 202   typedef std::vector<Binding> BindingList;
 203
 204   VarExprAST(BindingList VarBindings, std::unique_ptr<ExprAST> Body)
 205     : VarBindings(std::move(VarBindings)), Body(std::move(Body)) {}
 206
 207   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 208
 209   BindingList VarBindings;
 210   std::unique_ptr<ExprAST> Body;
 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 struct PrototypeAST {
 216   PrototypeAST(std::string Name, std::vector<std::string> Args,
 217                bool IsOperator = false, unsigned Precedence = 0)
 218     : Name(std::move(Name)), Args(std::move(Args)), IsOperator(IsOperator),
 219       Precedence(Precedence) {}
 220
 221   Function *IRGen(IRGenContext &C) const;
 222   void CreateArgumentAllocas(Function *F, IRGenContext &C);
 223
 224   bool isUnaryOp() const { return IsOperator && Args.size() == 1; }
 225   bool isBinaryOp() const { return IsOperator && Args.size() == 2; }
 226
 227   char getOperatorName() const {
 228     assert(isUnaryOp() || isBinaryOp());
 229     return Name[Name.size()-1];
 230   }
 231
 232   std::string Name;
 233   std::vector<std::string> Args;
 234   bool IsOperator;
 235   unsigned Precedence;  // Precedence if a binary op.
 236 };
 237
 238 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 239 struct FunctionAST {
 240   FunctionAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto,
 241               std::unique_ptr<ExprAST> Body)
 242     : Proto(std::move(Proto)), Body(std::move(Body)) {}
 243
 244   Function *IRGen(IRGenContext &C) const;
 245
 246   std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto;
 247   std::unique_ptr<ExprAST> Body;
 248 };
 249
 250 //===----------------------------------------------------------------------===//
 251 // Parser
 252 //===----------------------------------------------------------------------===//
 253
 254 /// CurTok/getNextToken - Provide a simple token buffer.  CurTok is the current
 255 /// token the parser is looking at.  getNextToken reads another token from the
 256 /// lexer and updates CurTok with its results.
 257 static int CurTok;
 258 static int getNextToken() {
 259   return CurTok = gettok();
 260 }
 261
 262 /// BinopPrecedence - This holds the precedence for each binary operator that is
 263 /// defined.
 264 static std::map<char, int> BinopPrecedence;
 265
 266 /// GetTokPrecedence - Get the precedence of the pending binary operator token.
 267 static int GetTokPrecedence() {
 268   if (!isascii(CurTok))
 269     return -1;
 270
 271   // Make sure it's a declared binop.
 272   int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
 273   if (TokPrec <= 0) return -1;
 274   return TokPrec;
 275 }
 276
 277 template <typename T>
 278 std::unique_ptr<T> ErrorU(const std::string &Str) {
 279   std::cerr << "Error: " << Str << "\n";
 280   return nullptr;
 281 }
 282
 283 template <typename T>
 284 T* ErrorP(const std::string &Str) {
 285   std::cerr << "Error: " << Str << "\n";
 286   return nullptr;
 287 }
 288
 289 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression();
 290
 291 /// identifierexpr
 292 ///   ::= identifier
 293 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
 294 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIdentifierExpr() {
 295   std::string IdName = IdentifierStr;
 296
 297   getNextToken();  // eat identifier.
 298
 299   if (CurTok != '(') // Simple variable ref.
 300     return llvm::make_unique<VariableExprAST>(IdName);
 301
 302   // Call.
 303   getNextToken();  // eat (
 304   std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
 305   if (CurTok != ')') {
 306     while (1) {
 307       auto Arg = ParseExpression();
 308       if (!Arg) return nullptr;
 309       Args.push_back(std::move(Arg));
 310
 311       if (CurTok == ')') break;
 312
 313       if (CurTok != ',')
 314         return ErrorU<CallExprAST>("Expected ')' or ',' in argument list");
 315       getNextToken();
 316     }
 317   }
 318
 319   // Eat the ')'.
 320   getNextToken();
 321
 322   return llvm::make_unique<CallExprAST>(IdName, std::move(Args));
 323 }
 324
 325 /// numberexpr ::= number
 326 static std::unique_ptr<NumberExprAST> ParseNumberExpr() {
 327   auto Result = llvm::make_unique<NumberExprAST>(NumVal);
 328   getNextToken(); // consume the number
 329   return Result;
 330 }
 331
 332 /// parenexpr ::= '(' expression ')'
 333 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseParenExpr() {
 334   getNextToken();  // eat (.
 335   auto V = ParseExpression();
 336   if (!V)
 337     return nullptr;
 338
 339   if (CurTok != ')')
 340     return ErrorU<ExprAST>("expected ')'");
 341   getNextToken();  // eat ).
 342   return V;
 343 }
 344
 345 /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression
 346 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIfExpr() {
 347   getNextToken();  // eat the if.
 348
 349   // condition.
 350   auto Cond = ParseExpression();
 351   if (!Cond)
 352     return nullptr;
 353
 354   if (CurTok != tok_then)
 355     return ErrorU<ExprAST>("expected then");
 356   getNextToken();  // eat the then
 357
 358   auto Then = ParseExpression();
 359   if (!Then)
 360     return nullptr;
 361
 362   if (CurTok != tok_else)
 363     return ErrorU<ExprAST>("expected else");
 364
 365   getNextToken();
 366
 367   auto Else = ParseExpression();
 368   if (!Else)
 369     return nullptr;
 370
 371   return llvm::make_unique<IfExprAST>(std::move(Cond), std::move(Then),
 372                                       std::move(Else));
 373 }
 374
 375 /// forexpr ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression
 376 static std::unique_ptr<ForExprAST> ParseForExpr() {
 377   getNextToken();  // eat the for.
 378
 379   if (CurTok != tok_identifier)
 380     return ErrorU<ForExprAST>("expected identifier after for");
 381
 382   std::string IdName = IdentifierStr;
 383   getNextToken();  // eat identifier.
 384
 385   if (CurTok != '=')
 386     return ErrorU<ForExprAST>("expected '=' after for");
 387   getNextToken();  // eat '='.
 388
 389
 390   auto Start = ParseExpression();
 391   if (!Start)
 392     return nullptr;
 393   if (CurTok != ',')
 394     return ErrorU<ForExprAST>("expected ',' after for start value");
 395   getNextToken();
 396
 397   auto End = ParseExpression();
 398   if (!End)
 399     return nullptr;
 400
 401   // The step value is optional.
 402   std::unique_ptr<ExprAST> Step;
 403   if (CurTok == ',') {
 404     getNextToken();
 405     Step = ParseExpression();
 406     if (!Step)
 407       return nullptr;
 408   }
 409
 410   if (CurTok != tok_in)
 411     return ErrorU<ForExprAST>("expected 'in' after for");
 412   getNextToken();  // eat 'in'.
 413
 414   auto Body = ParseExpression();
 415   if (Body)
 416     return nullptr;
 417
 418   return llvm::make_unique<ForExprAST>(IdName, std::move(Start), std::move(End),
 419                                        std::move(Step), std::move(Body));
 420 }
 421
 422 /// varexpr ::= 'var' identifier ('=' expression)?
 423 //                    (',' identifier ('=' expression)?)* 'in' expression
 424 static std::unique_ptr<VarExprAST> ParseVarExpr() {
 425   getNextToken();  // eat the var.
 426
 427   VarExprAST::BindingList VarBindings;
 428
 429   // At least one variable name is required.
 430   if (CurTok != tok_identifier)
 431     return ErrorU<VarExprAST>("expected identifier after var");
 432
 433   while (1) {
 434     std::string Name = IdentifierStr;
 435     getNextToken();  // eat identifier.
 436
 437     // Read the optional initializer.
 438     std::unique_ptr<ExprAST> Init;
 439     if (CurTok == '=') {
 440       getNextToken(); // eat the '='.
 441
 442       Init = ParseExpression();
 443       if (!Init)
 444         return nullptr;
 445     }
 446
 447     VarBindings.push_back(VarExprAST::Binding(Name, std::move(Init)));
 448
 449     // End of var list, exit loop.
 450     if (CurTok != ',') break;
 451     getNextToken(); // eat the ','.
 452
 453     if (CurTok != tok_identifier)
 454       return ErrorU<VarExprAST>("expected identifier list after var");
 455   }
 456
 457   // At this point, we have to have 'in'.
 458   if (CurTok != tok_in)
 459     return ErrorU<VarExprAST>("expected 'in' keyword after 'var'");
 460   getNextToken();  // eat 'in'.
 461
 462   auto Body = ParseExpression();
 463   if (!Body)
 464     return nullptr;
 465
 466   return llvm::make_unique<VarExprAST>(std::move(VarBindings), std::move(Body));
 467 }
 468
 469 /// primary
 470 ///   ::= identifierexpr
 471 ///   ::= numberexpr
 472 ///   ::= parenexpr
 473 ///   ::= ifexpr
 474 ///   ::= forexpr
 475 ///   ::= varexpr
 476 static std::unique_ptr<ExprAST> ParsePrimary() {
 477   switch (CurTok) {
 478   default: return ErrorU<ExprAST>("unknown token when expecting an expression");
 479   case tok_identifier: return ParseIdentifierExpr();
 480   case tok_number:     return ParseNumberExpr();
 481   case '(':            return ParseParenExpr();
 482   case tok_if:         return ParseIfExpr();
 483   case tok_for:        return ParseForExpr();
 484   case tok_var:        return ParseVarExpr();
 485   }
 486 }
 487
 488 /// unary
 489 ///   ::= primary
 490 ///   ::= '!' unary
 491 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseUnary() {
 492   // If the current token is not an operator, it must be a primary expr.
 493   if (!isascii(CurTok) || CurTok == '(' || CurTok == ',')
 494     return ParsePrimary();
 495
 496   // If this is a unary operator, read it.
 497   int Opc = CurTok;
 498   getNextToken();
 499   if (auto Operand = ParseUnary())
 500     return llvm::make_unique<UnaryExprAST>(Opc, std::move(Operand));
 501   return nullptr;
 502 }
 503
 504 /// binoprhs
 505 ///   ::= ('+' unary)*
 506 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseBinOpRHS(int ExprPrec,
 507                                               std::unique_ptr<ExprAST> LHS) {
 508   // If this is a binop, find its precedence.
 509   while (1) {
 510     int TokPrec = GetTokPrecedence();
 511
 512     // If this is a binop that binds at least as tightly as the current binop,
 513     // consume it, otherwise we are done.
 514     if (TokPrec < ExprPrec)
 515       return LHS;
 516
 517     // Okay, we know this is a binop.
 518     int BinOp = CurTok;
 519     getNextToken();  // eat binop
 520
 521     // Parse the unary expression after the binary operator.
 522     auto RHS = ParseUnary();
 523     if (!RHS)
 524       return nullptr;
 525
 526     // If BinOp binds less tightly with RHS than the operator after RHS, let
 527     // the pending operator take RHS as its LHS.
 528     int NextPrec = GetTokPrecedence();
 529     if (TokPrec < NextPrec) {
 530       RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec+1, std::move(RHS));
 531       if (!RHS)
 532         return nullptr;
 533     }
 534
 535     // Merge LHS/RHS.
 536     LHS = llvm::make_unique<BinaryExprAST>(BinOp, std::move(LHS), std::move(RHS));
 537   }
 538 }
 539
 540 /// expression
 541 ///   ::= unary binoprhs
 542 ///
 543 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression() {
 544   auto LHS = ParseUnary();
 545   if (!LHS)
 546     return nullptr;
 547
 548   return ParseBinOpRHS(0, std::move(LHS));
 549 }
 550
 551 /// prototype
 552 ///   ::= id '(' id* ')'
 553 ///   ::= binary LETTER number? (id, id)
 554 ///   ::= unary LETTER (id)
 555 static std::unique_ptr<PrototypeAST> ParsePrototype() {
 556   std::string FnName;
 557
 558   unsigned Kind = 0; // 0 = identifier, 1 = unary, 2 = binary.
 559   unsigned BinaryPrecedence = 30;
 560
 561   switch (CurTok) {
 562   default:
 563     return ErrorU<PrototypeAST>("Expected function name in prototype");
 564   case tok_identifier:
 565     FnName = IdentifierStr;
 566     Kind = 0;
 567     getNextToken();
 568     break;
 569   case tok_unary:
 570     getNextToken();
 571     if (!isascii(CurTok))
 572       return ErrorU<PrototypeAST>("Expected unary operator");
 573     FnName = "unary";
 574     FnName += (char)CurTok;
 575     Kind = 1;
 576     getNextToken();
 577     break;
 578   case tok_binary:
 579     getNextToken();
 580     if (!isascii(CurTok))
 581       return ErrorU<PrototypeAST>("Expected binary operator");
 582     FnName = "binary";
 583     FnName += (char)CurTok;
 584     Kind = 2;
 585     getNextToken();
 586
 587     // Read the precedence if present.
 588     if (CurTok == tok_number) {
 589       if (NumVal < 1 || NumVal > 100)
 590         return ErrorU<PrototypeAST>("Invalid precedecnce: must be 1..100");
 591       BinaryPrecedence = (unsigned)NumVal;
 592       getNextToken();
 593     }
 594     break;
 595   }
 596
 597   if (CurTok != '(')
 598     return ErrorU<PrototypeAST>("Expected '(' in prototype");
 599
 600   std::vector<std::string> ArgNames;
 601   while (getNextToken() == tok_identifier)
 602     ArgNames.push_back(IdentifierStr);
 603   if (CurTok != ')')
 604     return ErrorU<PrototypeAST>("Expected ')' in prototype");
 605
 606   // success.
 607   getNextToken();  // eat ')'.
 608
 609   // Verify right number of names for operator.
 610   if (Kind && ArgNames.size() != Kind)
 611     return ErrorU<PrototypeAST>("Invalid number of operands for operator");
 612
 613   return llvm::make_unique<PrototypeAST>(FnName, std::move(ArgNames), Kind != 0,
 614                                          BinaryPrecedence);
 615 }
 616
 617 /// definition ::= 'def' prototype expression
 618 static std::unique_ptr<FunctionAST> ParseDefinition() {
 619   getNextToken();  // eat def.
 620   auto Proto = ParsePrototype();
 621   if (!Proto)
 622     return nullptr;
 623
 624   if (auto Body = ParseExpression())
 625     return llvm::make_unique<FunctionAST>(std::move(Proto), std::move(Body));
 626   return nullptr;
 627 }
 628
 629 /// toplevelexpr ::= expression
 630 static std::unique_ptr<FunctionAST> ParseTopLevelExpr() {
 631   if (auto E = ParseExpression()) {
 632     // Make an anonymous proto.
 633     auto Proto =
 634       llvm::make_unique<PrototypeAST>("__anon_expr", std::vector<std::string>());
 635     return llvm::make_unique<FunctionAST>(std::move(Proto), std::move(E));
 636   }
 637   return nullptr;
 638 }
 639
 640 /// external ::= 'extern' prototype
 641 static std::unique_ptr<PrototypeAST> ParseExtern() {
 642   getNextToken();  // eat extern.
 643   return ParsePrototype();
 644 }
 645
 646 //===----------------------------------------------------------------------===//
 647 // Code Generation
 648 //===----------------------------------------------------------------------===//
 649
 650 // FIXME: Obviously we can do better than this
 651 std::string GenerateUniqueName(const std::string &Root) {
 652   static int i = 0;
 653   std::ostringstream NameStream;
 654   NameStream << Root << ++i;
 655   return NameStream.str();
 656 }
 657
 658 std::string MakeLegalFunctionName(std::string Name)
 659 {
 660   std::string NewName;
 661   assert(!Name.empty() && "Base name must not be empty");
 662
 663   // Start with what we have
 664   NewName = Name;
 665
 666   // Look for a numberic first character
 667   if (NewName.find_first_of("0123456789") == 0) {
 668     NewName.insert(0, 1, 'n');
 669   }
 670
 671   // Replace illegal characters with their ASCII equivalent
 672   std::string legal_elements = "_abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789";
 673   size_t pos;
 674   while ((pos = NewName.find_first_not_of(legal_elements)) != std::string::npos) {
 675     std::ostringstream NumStream;
 676     NumStream << (int)NewName.at(pos);
 677     NewName = NewName.replace(pos, 1, NumStream.str());
 678   }
 679
 680   return NewName;
 681 }
 682
 683 class SessionContext {
 684 public:
 685   SessionContext(LLVMContext &C) : Context(C) {}
 686   LLVMContext& getLLVMContext() const { return Context; }
 687   void addPrototypeAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> P);
 688   PrototypeAST* getPrototypeAST(const std::string &Name);
 689 private:
 690   typedef std::map<std::string, std::unique_ptr<PrototypeAST>> PrototypeMap;
 691   LLVMContext &Context;
 692   PrototypeMap Prototypes;
 693 };
 694
 695 void SessionContext::addPrototypeAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> P) {
 696   Prototypes[P->Name] = std::move(P);
 697 }
 698
 699 PrototypeAST* SessionContext::getPrototypeAST(const std::string &Name) {
 700   PrototypeMap::iterator I = Prototypes.find(Name);
 701   if (I != Prototypes.end())
 702     return I->second.get();
 703   return nullptr;
 704 }
 705
 706 class IRGenContext {
 707 public:
 708
 709   IRGenContext(SessionContext &S)
 710     : Session(S),
 711       M(new Module(GenerateUniqueName("jit_module_"),
 712                    Session.getLLVMContext())),
 713       Builder(Session.getLLVMContext()) {}
 714
 715   SessionContext& getSession() { return Session; }
 716   Module& getM() const { return *M; }
 717   std::unique_ptr<Module> takeM() { return std::move(M); }
 718   IRBuilder<>& getBuilder() { return Builder; }
 719   LLVMContext& getLLVMContext() { return Session.getLLVMContext(); }
 720   Function* getPrototype(const std::string &Name);
 721
 722   std::map<std::string, AllocaInst*> NamedValues;
 723 private:
 724   SessionContext &Session;
 725   std::unique_ptr<Module> M;
 726   IRBuilder<> Builder;
 727 };
 728
 729 Function* IRGenContext::getPrototype(const std::string &Name) {
 730   if (Function *ExistingProto = M->getFunction(Name))
 731     return ExistingProto;
 732   if (PrototypeAST *ProtoAST = Session.getPrototypeAST(Name))
 733     return ProtoAST->IRGen(*this);
 734   return nullptr;
 735 }
 736
 737 /// CreateEntryBlockAlloca - Create an alloca instruction in the entry block of
 738 /// the function.  This is used for mutable variables etc.
 739 static AllocaInst *CreateEntryBlockAlloca(Function *TheFunction,
 740                                           const std::string &VarName) {
 741   IRBuilder<> TmpB(&TheFunction->getEntryBlock(),
 742                  TheFunction->getEntryBlock().begin());
 743   return TmpB.CreateAlloca(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 0,
 744                            VarName.c_str());
 745 }
 746
 747 Value *NumberExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 748   return ConstantFP::get(C.getLLVMContext(), APFloat(Val));
 749 }
 750
 751 Value *VariableExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 752   // Look this variable up in the function.
 753   Value *V = C.NamedValues[Name];
 754
 755   if (V == 0)
 756     return ErrorP<Value>("Unknown variable name '" + Name + "'");
 757
 758   // Load the value.
 759   return C.getBuilder().CreateLoad(V, Name.c_str());
 760 }
 761
 762 Value *UnaryExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 763   if (Value *OperandV = Operand->IRGen(C)) {
 764     std::string FnName = MakeLegalFunctionName(std::string("unary")+Opcode);
 765     if (Function *F = C.getPrototype(FnName))
 766       return C.getBuilder().CreateCall(F, OperandV, "unop");
 767     return ErrorP<Value>("Unknown unary operator");
 768   }
 769
 770   // Could not codegen operand - return null.
 771   return nullptr;
 772 }
 773
 774 Value *BinaryExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 775   // Special case '=' because we don't want to emit the LHS as an expression.
 776   if (Op == '=') {
 777     // Assignment requires the LHS to be an identifier.
 778     auto LHSVar = static_cast<VariableExprAST&>(*LHS);
 779     // Codegen the RHS.
 780     Value *Val = RHS->IRGen(C);
 781     if (!Val) return nullptr;
 782
 783     // Look up the name.
 784     if (auto Variable = C.NamedValues[LHSVar.Name]) {
 785       C.getBuilder().CreateStore(Val, Variable);
 786       return Val;
 787     }
 788     return ErrorP<Value>("Unknown variable name");
 789   }
 790
 791   Value *L = LHS->IRGen(C);
 792   Value *R = RHS->IRGen(C);
 793   if (!L || !R) return nullptr;
 794
 795   switch (Op) {
 796   case '+': return C.getBuilder().CreateFAdd(L, R, "addtmp");
 797   case '-': return C.getBuilder().CreateFSub(L, R, "subtmp");
 798   case '*': return C.getBuilder().CreateFMul(L, R, "multmp");
 799   case '/': return C.getBuilder().CreateFDiv(L, R, "divtmp");
 800   case '<':
 801     L = C.getBuilder().CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp");
 802     // Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0
 803     return C.getBuilder().CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 804                                 "booltmp");
 805   default: break;
 806   }
 807
 808   // If it wasn't a builtin binary operator, it must be a user defined one. Emit
 809   // a call to it.
 810   std::string FnName = MakeLegalFunctionName(std::string("binary")+Op);
 811   if (Function *F = C.getPrototype(FnName)) {
 812     Value *Ops[] = { L, R };
 813     return C.getBuilder().CreateCall(F, Ops, "binop");
 814   }
 815
 816   return ErrorP<Value>("Unknown binary operator");
 817 }
 818
 819 Value *CallExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 820   // Look up the name in the global module table.
 821   if (auto CalleeF = C.getPrototype(CalleeName)) {
 822     // If argument mismatch error.
 823     if (CalleeF->arg_size() != Args.size())
 824       return ErrorP<Value>("Incorrect # arguments passed");
 825
 826     std::vector<Value*> ArgsV;
 827     for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
 828       ArgsV.push_back(Args[i]->IRGen(C));
 829       if (!ArgsV.back()) return nullptr;
 830     }
 831
 832     return C.getBuilder().CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 833   }
 834
 835   return ErrorP<Value>("Unknown function referenced");
 836 }
 837
 838 Value *IfExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 839   Value *CondV = Cond->IRGen(C);
 840   if (!CondV) return nullptr;
 841
 842   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 843   ConstantFP *FPZero =
 844     ConstantFP::get(C.getLLVMContext(), APFloat(0.0));
 845   CondV = C.getBuilder().CreateFCmpONE(CondV, FPZero, "ifcond");
 846
 847   Function *TheFunction = C.getBuilder().GetInsertBlock()->getParent();
 848
 849   // Create blocks for the then and else cases.  Insert the 'then' block at the
 850   // end of the function.
 851   BasicBlock *ThenBB = BasicBlock::Create(C.getLLVMContext(), "then", TheFunction);
 852   BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(C.getLLVMContext(), "else");
 853   BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(C.getLLVMContext(), "ifcont");
 854
 855   C.getBuilder().CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB);
 856
 857   // Emit then value.
 858   C.getBuilder().SetInsertPoint(ThenBB);
 859
 860   Value *ThenV = Then->IRGen(C);
 861   if (!ThenV) return nullptr;
 862
 863   C.getBuilder().CreateBr(MergeBB);
 864   // Codegen of 'Then' can change the current block, update ThenBB for the PHI.
 865   ThenBB = C.getBuilder().GetInsertBlock();
 866
 867   // Emit else block.
 868   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
 869   C.getBuilder().SetInsertPoint(ElseBB);
 870
 871   Value *ElseV = Else->IRGen(C);
 872   if (!ElseV) return nullptr;
 873
 874   C.getBuilder().CreateBr(MergeBB);
 875   // Codegen of 'Else' can change the current block, update ElseBB for the PHI.
 876   ElseBB = C.getBuilder().GetInsertBlock();
 877
 878   // Emit merge block.
 879   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(MergeBB);
 880   C.getBuilder().SetInsertPoint(MergeBB);
 881   PHINode *PN = C.getBuilder().CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2,
 882                                   "iftmp");
 883
 884   PN->addIncoming(ThenV, ThenBB);
 885   PN->addIncoming(ElseV, ElseBB);
 886   return PN;
 887 }
 888
 889 Value *ForExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 890   // Output this as:
 891   //   var = alloca double
 892   //   ...
 893   //   start = startexpr
 894   //   store start -> var
 895   //   goto loop
 896   // loop:
 897   //   ...
 898   //   bodyexpr
 899   //   ...
 900   // loopend:
 901   //   step = stepexpr
 902   //   endcond = endexpr
 903   //
 904   //   curvar = load var
 905   //   nextvar = curvar + step
 906   //   store nextvar -> var
 907   //   br endcond, loop, endloop
 908   // outloop:
 909
 910   Function *TheFunction = C.getBuilder().GetInsertBlock()->getParent();
 911
 912   // Create an alloca for the variable in the entry block.
 913   AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName);
 914
 915   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
 916   Value *StartVal = Start->IRGen(C);
 917   if (!StartVal) return nullptr;
 918
 919   // Store the value into the alloca.
 920   C.getBuilder().CreateStore(StartVal, Alloca);
 921
 922   // Make the new basic block for the loop header, inserting after current
 923   // block.
 924   BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "loop", TheFunction);
 925
 926   // Insert an explicit fall through from the current block to the LoopBB.
 927   C.getBuilder().CreateBr(LoopBB);
 928
 929   // Start insertion in LoopBB.
 930   C.getBuilder().SetInsertPoint(LoopBB);
 931
 932   // Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node.  If it
 933   // shadows an existing variable, we have to restore it, so save it now.
 934   AllocaInst *OldVal = C.NamedValues[VarName];
 935   C.NamedValues[VarName] = Alloca;
 936
 937   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
 938   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
 939   // allow an error.
 940   if (!Body->IRGen(C))
 941     return nullptr;
 942
 943   // Emit the step value.
 944   Value *StepVal;
 945   if (Step) {
 946     StepVal = Step->IRGen(C);
 947     if (!StepVal) return nullptr;
 948   } else {
 949     // If not specified, use 1.0.
 950     StepVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(1.0));
 951   }
 952
 953   // Compute the end condition.
 954   Value *EndCond = End->IRGen(C);
 955   if (EndCond == 0) return EndCond;
 956
 957   // Reload, increment, and restore the alloca.  This handles the case where
 958   // the body of the loop mutates the variable.
 959   Value *CurVar = C.getBuilder().CreateLoad(Alloca, VarName.c_str());
 960   Value *NextVar = C.getBuilder().CreateFAdd(CurVar, StepVal, "nextvar");
 961   C.getBuilder().CreateStore(NextVar, Alloca);
 962
 963   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 964   EndCond = C.getBuilder().CreateFCmpONE(EndCond,
 965                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 966                                   "loopcond");
 967
 968   // Create the "after loop" block and insert it.
 969   BasicBlock *AfterBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "afterloop", TheFunction);
 970
 971   // Insert the conditional branch into the end of LoopEndBB.
 972   C.getBuilder().CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);
 973
 974   // Any new code will be inserted in AfterBB.
 975   C.getBuilder().SetInsertPoint(AfterBB);
 976
 977   // Restore the unshadowed variable.
 978   if (OldVal)
 979     C.NamedValues[VarName] = OldVal;
 980   else
 981     C.NamedValues.erase(VarName);
 982
 983
 984   // for expr always returns 0.0.
 985   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 986 }
 987
 988 Value *VarExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 989   std::vector<AllocaInst *> OldBindings;
 990
 991   Function *TheFunction = C.getBuilder().GetInsertBlock()->getParent();
 992
 993   // Register all variables and emit their initializer.
 994   for (unsigned i = 0, e = VarBindings.size(); i != e; ++i) {
 995     auto &VarName = VarBindings[i].first;
 996     auto &Init = VarBindings[i].second;
 997
 998     // Emit the initializer before adding the variable to scope, this prevents
 999     // the initializer from referencing the variable itself, and permits stuff
1000     // like this:
1001     //  var a = 1 in
1002     //    var a = a in ...   # refers to outer 'a'.
1003     Value *InitVal;
1004     if (Init) {
1005       InitVal = Init->IRGen(C);
1006       if (!InitVal) return nullptr;
1007     } else // If not specified, use 0.0.
1008       InitVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0));
1009
1010     AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName);
1011     C.getBuilder().CreateStore(InitVal, Alloca);
1012
1013     // Remember the old variable binding so that we can restore the binding when
1014     // we unrecurse.
1015     OldBindings.push_back(C.NamedValues[VarName]);
1016
1017     // Remember this binding.
1018     C.NamedValues[VarName] = Alloca;
1019   }
1020
1021   // Codegen the body, now that all vars are in scope.
1022   Value *BodyVal = Body->IRGen(C);
1023   if (!BodyVal) return nullptr;
1024
1025   // Pop all our variables from scope.
1026   for (unsigned i = 0, e = VarBindings.size(); i != e; ++i)
1027     C.NamedValues[VarBindings[i].first] = OldBindings[i];
1028
1029   // Return the body computation.
1030   return BodyVal;
1031 }
1032
1033 Function *PrototypeAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
1034   std::string FnName = MakeLegalFunctionName(Name);
1035
1036   // Make the function type:  double(double,double) etc.
1037   std::vector<Type*> Doubles(Args.size(),
1038                              Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
1039   FunctionType *FT = FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
1040                                        Doubles, false);
1041   Function *F = Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, FnName,
1042                                  &C.getM());
1043
1044   // If F conflicted, there was already something named 'FnName'.  If it has a
1045   // body, don't allow redefinition or reextern.
1046   if (F->getName() != FnName) {
1047     // Delete the one we just made and get the existing one.
1048     F->eraseFromParent();
1049     F = C.getM().getFunction(Name);
1050
1051     // If F already has a body, reject this.
1052     if (!F->empty()) {
1053       ErrorP<Function>("redefinition of function");
1054       return nullptr;
1055     }
1056
1057     // If F took a different number of args, reject.
1058     if (F->arg_size() != Args.size()) {
1059       ErrorP<Function>("redefinition of function with different # args");
1060       return nullptr;
1061     }
1062   }
1063
1064   // Set names for all arguments.
1065   unsigned Idx = 0;
1066   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
1067        ++AI, ++Idx)
1068     AI->setName(Args[Idx]);
1069
1070   return F;
1071 }
1072
1073 /// CreateArgumentAllocas - Create an alloca for each argument and register the
1074 /// argument in the symbol table so that references to it will succeed.
1075 void PrototypeAST::CreateArgumentAllocas(Function *F, IRGenContext &C) {
1076   Function::arg_iterator AI = F->arg_begin();
1077   for (unsigned Idx = 0, e = Args.size(); Idx != e; ++Idx, ++AI) {
1078     // Create an alloca for this variable.
1079     AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(F, Args[Idx]);
1080
1081     // Store the initial value into the alloca.
1082     C.getBuilder().CreateStore(AI, Alloca);
1083
1084     // Add arguments to variable symbol table.
1085     C.NamedValues[Args[Idx]] = Alloca;
1086   }
1087 }
1088
1089 Function *FunctionAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
1090   C.NamedValues.clear();
1091
1092   Function *TheFunction = Proto->IRGen(C);
1093   if (!TheFunction)
1094     return nullptr;
1095
1096   // If this is an operator, install it.
1097   if (Proto->isBinaryOp())
1098     BinopPrecedence[Proto->getOperatorName()] = Proto->Precedence;
1099
1100   // Create a new basic block to start insertion into.
1101   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
1102   C.getBuilder().SetInsertPoint(BB);
1103
1104   // Add all arguments to the symbol table and create their allocas.
1105   Proto->CreateArgumentAllocas(TheFunction, C);
1106
1107   if (Value *RetVal = Body->IRGen(C)) {
1108     // Finish off the function.
1109     C.getBuilder().CreateRet(RetVal);
1110
1111     // Validate the generated code, checking for consistency.
1112     verifyFunction(*TheFunction);
1113
1114     return TheFunction;
1115   }
1116
1117   // Error reading body, remove function.
1118   TheFunction->eraseFromParent();
1119
1120   if (Proto->isBinaryOp())
1121     BinopPrecedence.erase(Proto->getOperatorName());
1122   return nullptr;
1123 }
1124
1125 //===----------------------------------------------------------------------===//
1126 // Top-Level parsing and JIT Driver
1127 //===----------------------------------------------------------------------===//
1128
1129 static std::unique_ptr<llvm::Module> IRGen(SessionContext &S,
1130                                            const FunctionAST &F) {
1131   IRGenContext C(S);
1132   auto LF = F.IRGen(C);
1133   if (!LF)
1134     return nullptr;
1135 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1136   fprintf(stderr, "Read function definition:");
1137   LF->dump();
1138 #endif
1139   return C.takeM();
1140 }
1141
1142
1143 static void EarthShatteringKaboom() {
1144   fprintf(stderr, "Earth shattering kaboom.");
1145   exit(1);
1146 }
1147
1148 class KaleidoscopeJIT {
1149 public:
1150   typedef ObjectLinkingLayer<> ObjLayerT;
1151   typedef IRCompileLayer<ObjLayerT> CompileLayerT;
1152   typedef LazyEmittingLayer<CompileLayerT> LazyEmitLayerT;
1153
1154   typedef LazyEmitLayerT::ModuleSetHandleT ModuleHandleT;
1155
1156   std::string Mangle(const std::string &Name) {
1157     std::string MangledName;
1158     {
1159       raw_string_ostream MangledNameStream(MangledName);
1160       Mang.getNameWithPrefix(MangledNameStream, Name);
1161     }
1162     return MangledName;
1163   }
1164
1165   KaleidoscopeJIT(SessionContext &Session)
1166     : TM(EngineBuilder().selectTarget()),
1167       Mang(TM->getDataLayout()), Session(Session),
1168       ObjectLayer(
1169         [](){ return llvm::make_unique<SectionMemoryManager>(); }),
1170       CompileLayer(ObjectLayer, SimpleCompiler(*TM)),
1171       LazyEmitLayer(CompileLayer),
1172       CompileCallbacks(LazyEmitLayer, Session.getLLVMContext(),
1173                        reinterpret_cast<uintptr_t>(EarthShatteringKaboom),
1174                        64) {}
1175
1176   ModuleHandleT addModule(std::unique_ptr<Module> M) {
1177     if (!M->getDataLayout())
1178       M->setDataLayout(TM->getDataLayout());
1179
1180     // The LazyEmitLayer takes lists of modules, rather than single modules, so
1181     // we'll just build a single-element list.
1182     std::vector<std::unique_ptr<Module>> S;
1183     S.push_back(std::move(M));
1184
1185     // We need a memory manager to allocate memory and resolve symbols for this
1186     // new module. Create one that resolves symbols by looking back into the JIT.
1187     auto MM = createLookasideRTDyldMM<SectionMemoryManager>(
1188                 [&](const std::string &Name) {
1189                   // First try to find 'Name' within the JIT.
1190                   if (auto Symbol = findMangledSymbol(Name))
1191                     return Symbol.getAddress();
1192
1193                   // If we don't already have a definition of 'Name' then search
1194                   // the ASTs.
1195                   return searchUncompiledASTs(Name);
1196                 },
1197                 [](const std::string &S) { return 0; } );
1198
1199     return LazyEmitLayer.addModuleSet(std::move(S), std::move(MM));
1200   }
1201
1202   void removeModule(ModuleHandleT H) { LazyEmitLayer.removeModuleSet(H); }
1203
1204   JITSymbol findMangledSymbol(const std::string &Name) {
1205     return LazyEmitLayer.findSymbol(Name, true);
1206   }
1207
1208   JITSymbol findMangledSymbolIn(ModuleHandleT H, const std::string &Name) {
1209     return LazyEmitLayer.findSymbolIn(H, Name, true);
1210   }
1211
1212   JITSymbol findSymbol(const std::string &Name) {
1213     return findMangledSymbol(Mangle(Name));
1214   }
1215
1216   JITSymbol findSymbolIn(ModuleHandleT H, const std::string &Name) {
1217     return findMangledSymbolIn(H, Mangle(Name));
1218   }
1219
1220   void addFunctionDefinition(std::unique_ptr<FunctionAST> FnAST) {
1221     FunctionDefs[Mangle(FnAST->Proto->Name)] = std::move(FnAST);
1222   }
1223
1224 private:
1225
1226   // This method searches the FunctionDefs map for a definition of 'Name'. If it
1227   // finds one it generates a stub for it and returns the address of the stub.
1228   TargetAddress searchUncompiledASTs(const std::string &Name) {
1229     auto DefI = FunctionDefs.find(Name);
1230     if (DefI == FunctionDefs.end())
1231       return 0;
1232
1233     // We have AST for 'Name'. IRGen a stub for it and add it to the JIT.
1234     // FIXME: What happens if IRGen fails?
1235     auto H = irGenStub(std::move(DefI->second));
1236
1237     // Remove the function definition's AST now that we're
1238     // finished with it.
1239     FunctionDefs.erase(DefI);
1240
1241     // Return the address of the stub.
1242     return findMangledSymbolIn(H, Name).getAddress();
1243   }
1244
1245   // This method will take the AST for a function definition and IR-gen a stub
1246   // for that function that will, on first call, IR-gen the actual body of the
1247   // function.
1248   ModuleHandleT irGenStub(std::unique_ptr<FunctionAST> FnAST) {
1249     // Step 1) IRGen a prototype for the stub. This will have the same type as
1250     //         the function.
1251     IRGenContext C(Session);
1252     Function *F = FnAST->Proto->IRGen(C);
1253     C.getM().setDataLayout(TM->getDataLayout());
1254
1255     // Step 2) Get a compile callback that can be used to compile the body of
1256     //         the function. The resulting CallbackInfo type will let us set the
1257     //         compile and update actions for the callback, and get a pointer to
1258     //         the jit trampoline that we need to call to trigger those actions.
1259     auto CallbackInfo =
1260       CompileCallbacks.getCompileCallback(*F->getFunctionType());
1261
1262     // Step 3) Create a stub that will indirectly call the body of this
1263     //         function once it is compiled. Initially, set the function
1264     //         pointer for the indirection to point at the trampoline.
1265     std::string BodyPtrName = (F->getName() + "$address").str();
1266     GlobalVariable *FunctionBodyPointer =
1267       createImplPointer(*F, BodyPtrName, CallbackInfo.getAddress());
1268     makeStub(*F, *FunctionBodyPointer);
1269
1270     // Step 4) Add the module containing the stub to the JIT.
1271     auto H = addModule(C.takeM());
1272
1273     // Step 5) Set the compile and update actions.
1274     //
1275     //   The compile action will IRGen the function and add it to the JIT, then
1276     // request its address, which will trigger codegen. Since we don't need the
1277     // AST after this, we pass ownership of the AST into the compile action:
1278     // compile actions (and update actions) are deleted after they're run, so
1279     // this will free the AST for us.
1280     //
1281     //   The update action will update FunctionBodyPointer to point at the newly
1282     // compiled function.
1283     std::shared_ptr<FunctionAST> Fn = std::move(FnAST);
1284     CallbackInfo.setCompileAction([this, Fn]() {
1285       auto H = addModule(IRGen(Session, *Fn));
1286       return findSymbolIn(H, Fn->Proto->Name).getAddress();
1287     });
1288     CallbackInfo.setUpdateAction(
1289       CompileCallbacks.getLocalFPUpdater(H, Mangle(BodyPtrName)));
1290
1291     return H;
1292   }
1293
1294   std::unique_ptr<TargetMachine> TM;
1295   Mangler Mang;
1296   SessionContext &Session;
1297
1298   ObjLayerT ObjectLayer;
1299   CompileLayerT CompileLayer;
1300   LazyEmitLayerT LazyEmitLayer;
1301
1302   std::map<std::string, std::unique_ptr<FunctionAST>> FunctionDefs;
1303
1304   JITCompileCallbackManager<LazyEmitLayerT, OrcX86_64> CompileCallbacks;
1305 };
1306
1307 static void HandleDefinition(SessionContext &S, KaleidoscopeJIT &J) {
1308   if (auto F = ParseDefinition()) {
1309     S.addPrototypeAST(llvm::make_unique<PrototypeAST>(*F->Proto));
1310     J.addFunctionDefinition(std::move(F));
1311   } else {
1312     // Skip token for error recovery.
1313     getNextToken();
1314   }
1315 }
1316
1317 static void HandleExtern(SessionContext &S) {
1318   if (auto P = ParseExtern())
1319     S.addPrototypeAST(std::move(P));
1320   else {
1321     // Skip token for error recovery.
1322     getNextToken();
1323   }
1324 }
1325
1326 static void HandleTopLevelExpression(SessionContext &S, KaleidoscopeJIT &J) {
1327   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
1328   if (auto F = ParseTopLevelExpr()) {
1329     IRGenContext C(S);
1330     if (auto ExprFunc = F->IRGen(C)) {
1331 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1332       std::cerr << "Expression function:\n";
1333       ExprFunc->dump();
1334 #endif
1335       // Add the CodeGen'd module to the JIT. Keep a handle to it: We can remove
1336       // this module as soon as we've executed Function ExprFunc.
1337       auto H = J.addModule(C.takeM());
1338
1339       // Get the address of the JIT'd function in memory.
1340       auto ExprSymbol = J.findSymbol("__anon_expr");
1341
1342       // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
1343       // can call it as a native function.
1344       double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)ExprSymbol.getAddress();
1345 #ifdef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1346       FP();
1347 #else
1348       std::cerr << "Evaluated to " << FP() << "\n";
1349 #endif
1350
1351       // Remove the function.
1352       J.removeModule(H);
1353     }
1354   } else {
1355     // Skip token for error recovery.
1356     getNextToken();
1357   }
1358 }
1359
1360 /// top ::= definition | external | expression | ';'
1361 static void MainLoop() {
1362   SessionContext S(getGlobalContext());
1363   KaleidoscopeJIT J(S);
1364
1365   while (1) {
1366     switch (CurTok) {
1367     case tok_eof:    return;
1368     case ';':        getNextToken(); continue;  // ignore top-level semicolons.
1369     case tok_def:    HandleDefinition(S, J); break;
1370     case tok_extern: HandleExtern(S); break;
1371     default:         HandleTopLevelExpression(S, J); break;
1372     }
1373 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1374     std::cerr << "ready> ";
1375 #endif
1376   }
1377 }
1378
1379 //===----------------------------------------------------------------------===//
1380 // "Library" functions that can be "extern'd" from user code.
1381 //===----------------------------------------------------------------------===//
1382
1383 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
1384 extern "C"
1385 double putchard(double X) {
1386   putchar((char)X);
1387   return 0;
1388 }
1389
1390 /// printd - printf that takes a double prints it as "%f\n", returning 0.
1391 extern "C"
1392 double printd(double X) {
1393   printf("%f", X);
1394   return 0;
1395 }
1396
1397 extern "C"
1398 double printlf() {
1399   printf("\n");
1400   return 0;
1401 }
1402
1403 //===----------------------------------------------------------------------===//
1404 // Main driver code.
1405 //===----------------------------------------------------------------------===//
1406
1407 int main() {
1408   InitializeNativeTarget();
1409   InitializeNativeTargetAsmPrinter();
1410   InitializeNativeTargetAsmParser();
1411
1412   // Install standard binary operators.
1413   // 1 is lowest precedence.
1414   BinopPrecedence['='] = 2;
1415   BinopPrecedence['<'] = 10;
1416   BinopPrecedence['+'] = 20;
1417   BinopPrecedence['-'] = 20;
1418   BinopPrecedence['/'] = 40;
1419   BinopPrecedence['*'] = 40;  // highest.
1420
1421   // Prime the first token.
1422 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1423   std::cerr << "ready> ";
1424 #endif
1425   getNextToken();
1426
1427   std::cerr << std::fixed;
1428
1429   // Run the main "interpreter loop" now.
1430   MainLoop();
1431
1432   return 0;
1433 }
1434