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   std::map<std::string, std::unique_ptr<FunctionAST>> FunctionDefs;
 690 private:
 691   typedef std::map<std::string, std::unique_ptr<PrototypeAST>> PrototypeMap;
 692   LLVMContext &Context;
 693   PrototypeMap Prototypes;
 694 };
 695
 696 void SessionContext::addPrototypeAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> P) {
 697   Prototypes[P->Name] = std::move(P);
 698 }
 699
 700 PrototypeAST* SessionContext::getPrototypeAST(const std::string &Name) {
 701   PrototypeMap::iterator I = Prototypes.find(Name);
 702   if (I != Prototypes.end())
 703     return I->second.get();
 704   return nullptr;
 705 }
 706
 707 class IRGenContext {
 708 public:
 709
 710   IRGenContext(SessionContext &S)
 711     : Session(S),
 712       M(new Module(GenerateUniqueName("jit_module_"),
 713                    Session.getLLVMContext())),
 714       Builder(Session.getLLVMContext()) {}
 715
 716   SessionContext& getSession() { return Session; }
 717   Module& getM() const { return *M; }
 718   std::unique_ptr<Module> takeM() { return std::move(M); }
 719   IRBuilder<>& getBuilder() { return Builder; }
 720   LLVMContext& getLLVMContext() { return Session.getLLVMContext(); }
 721   Function* getPrototype(const std::string &Name);
 722
 723   std::map<std::string, AllocaInst*> NamedValues;
 724 private:
 725   SessionContext &Session;
 726   std::unique_ptr<Module> M;
 727   IRBuilder<> Builder;
 728 };
 729
 730 Function* IRGenContext::getPrototype(const std::string &Name) {
 731   if (Function *ExistingProto = M->getFunction(Name))
 732     return ExistingProto;
 733   if (PrototypeAST *ProtoAST = Session.getPrototypeAST(Name))
 734     return ProtoAST->IRGen(*this);
 735   return nullptr;
 736 }
 737
 738 /// CreateEntryBlockAlloca - Create an alloca instruction in the entry block of
 739 /// the function.  This is used for mutable variables etc.
 740 static AllocaInst *CreateEntryBlockAlloca(Function *TheFunction,
 741                                           const std::string &VarName) {
 742   IRBuilder<> TmpB(&TheFunction->getEntryBlock(),
 743                  TheFunction->getEntryBlock().begin());
 744   return TmpB.CreateAlloca(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 0,
 745                            VarName.c_str());
 746 }
 747
 748 Value *NumberExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 749   return ConstantFP::get(C.getLLVMContext(), APFloat(Val));
 750 }
 751
 752 Value *VariableExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 753   // Look this variable up in the function.
 754   Value *V = C.NamedValues[Name];
 755
 756   if (V == 0)
 757     return ErrorP<Value>("Unknown variable name '" + Name + "'");
 758
 759   // Load the value.
 760   return C.getBuilder().CreateLoad(V, Name.c_str());
 761 }
 762
 763 Value *UnaryExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 764   if (Value *OperandV = Operand->IRGen(C)) {
 765     std::string FnName = MakeLegalFunctionName(std::string("unary")+Opcode);
 766     if (Function *F = C.getPrototype(FnName))
 767       return C.getBuilder().CreateCall(F, OperandV, "unop");
 768     return ErrorP<Value>("Unknown unary operator");
 769   }
 770
 771   // Could not codegen operand - return null.
 772   return nullptr;
 773 }
 774
 775 Value *BinaryExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 776   // Special case '=' because we don't want to emit the LHS as an expression.
 777   if (Op == '=') {
 778     // Assignment requires the LHS to be an identifier.
 779     auto LHSVar = static_cast<VariableExprAST&>(*LHS);
 780     // Codegen the RHS.
 781     Value *Val = RHS->IRGen(C);
 782     if (!Val) return nullptr;
 783
 784     // Look up the name.
 785     if (auto Variable = C.NamedValues[LHSVar.Name]) {
 786       C.getBuilder().CreateStore(Val, Variable);
 787       return Val;
 788     }
 789     return ErrorP<Value>("Unknown variable name");
 790   }
 791
 792   Value *L = LHS->IRGen(C);
 793   Value *R = RHS->IRGen(C);
 794   if (!L || !R) return nullptr;
 795
 796   switch (Op) {
 797   case '+': return C.getBuilder().CreateFAdd(L, R, "addtmp");
 798   case '-': return C.getBuilder().CreateFSub(L, R, "subtmp");
 799   case '*': return C.getBuilder().CreateFMul(L, R, "multmp");
 800   case '/': return C.getBuilder().CreateFDiv(L, R, "divtmp");
 801   case '<':
 802     L = C.getBuilder().CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp");
 803     // Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0
 804     return C.getBuilder().CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 805                                 "booltmp");
 806   default: break;
 807   }
 808
 809   // If it wasn't a builtin binary operator, it must be a user defined one. Emit
 810   // a call to it.
 811   std::string FnName = MakeLegalFunctionName(std::string("binary")+Op);
 812   if (Function *F = C.getPrototype(FnName)) {
 813     Value *Ops[] = { L, R };
 814     return C.getBuilder().CreateCall(F, Ops, "binop");
 815   }
 816
 817   return ErrorP<Value>("Unknown binary operator");
 818 }
 819
 820 Value *CallExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 821   // Look up the name in the global module table.
 822   if (auto CalleeF = C.getPrototype(CalleeName)) {
 823     // If argument mismatch error.
 824     if (CalleeF->arg_size() != Args.size())
 825       return ErrorP<Value>("Incorrect # arguments passed");
 826
 827     std::vector<Value*> ArgsV;
 828     for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
 829       ArgsV.push_back(Args[i]->IRGen(C));
 830       if (!ArgsV.back()) return nullptr;
 831     }
 832
 833     return C.getBuilder().CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 834   }
 835
 836   return ErrorP<Value>("Unknown function referenced");
 837 }
 838
 839 Value *IfExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 840   Value *CondV = Cond->IRGen(C);
 841   if (!CondV) return nullptr;
 842
 843   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 844   ConstantFP *FPZero =
 845     ConstantFP::get(C.getLLVMContext(), APFloat(0.0));
 846   CondV = C.getBuilder().CreateFCmpONE(CondV, FPZero, "ifcond");
 847
 848   Function *TheFunction = C.getBuilder().GetInsertBlock()->getParent();
 849
 850   // Create blocks for the then and else cases.  Insert the 'then' block at the
 851   // end of the function.
 852   BasicBlock *ThenBB = BasicBlock::Create(C.getLLVMContext(), "then", TheFunction);
 853   BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(C.getLLVMContext(), "else");
 854   BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(C.getLLVMContext(), "ifcont");
 855
 856   C.getBuilder().CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB);
 857
 858   // Emit then value.
 859   C.getBuilder().SetInsertPoint(ThenBB);
 860
 861   Value *ThenV = Then->IRGen(C);
 862   if (!ThenV) return nullptr;
 863
 864   C.getBuilder().CreateBr(MergeBB);
 865   // Codegen of 'Then' can change the current block, update ThenBB for the PHI.
 866   ThenBB = C.getBuilder().GetInsertBlock();
 867
 868   // Emit else block.
 869   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
 870   C.getBuilder().SetInsertPoint(ElseBB);
 871
 872   Value *ElseV = Else->IRGen(C);
 873   if (!ElseV) return nullptr;
 874
 875   C.getBuilder().CreateBr(MergeBB);
 876   // Codegen of 'Else' can change the current block, update ElseBB for the PHI.
 877   ElseBB = C.getBuilder().GetInsertBlock();
 878
 879   // Emit merge block.
 880   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(MergeBB);
 881   C.getBuilder().SetInsertPoint(MergeBB);
 882   PHINode *PN = C.getBuilder().CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2,
 883                                   "iftmp");
 884
 885   PN->addIncoming(ThenV, ThenBB);
 886   PN->addIncoming(ElseV, ElseBB);
 887   return PN;
 888 }
 889
 890 Value *ForExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 891   // Output this as:
 892   //   var = alloca double
 893   //   ...
 894   //   start = startexpr
 895   //   store start -> var
 896   //   goto loop
 897   // loop:
 898   //   ...
 899   //   bodyexpr
 900   //   ...
 901   // loopend:
 902   //   step = stepexpr
 903   //   endcond = endexpr
 904   //
 905   //   curvar = load var
 906   //   nextvar = curvar + step
 907   //   store nextvar -> var
 908   //   br endcond, loop, endloop
 909   // outloop:
 910
 911   Function *TheFunction = C.getBuilder().GetInsertBlock()->getParent();
 912
 913   // Create an alloca for the variable in the entry block.
 914   AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName);
 915
 916   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
 917   Value *StartVal = Start->IRGen(C);
 918   if (!StartVal) return nullptr;
 919
 920   // Store the value into the alloca.
 921   C.getBuilder().CreateStore(StartVal, Alloca);
 922
 923   // Make the new basic block for the loop header, inserting after current
 924   // block.
 925   BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "loop", TheFunction);
 926
 927   // Insert an explicit fall through from the current block to the LoopBB.
 928   C.getBuilder().CreateBr(LoopBB);
 929
 930   // Start insertion in LoopBB.
 931   C.getBuilder().SetInsertPoint(LoopBB);
 932
 933   // Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node.  If it
 934   // shadows an existing variable, we have to restore it, so save it now.
 935   AllocaInst *OldVal = C.NamedValues[VarName];
 936   C.NamedValues[VarName] = Alloca;
 937
 938   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
 939   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
 940   // allow an error.
 941   if (!Body->IRGen(C))
 942     return nullptr;
 943
 944   // Emit the step value.
 945   Value *StepVal;
 946   if (Step) {
 947     StepVal = Step->IRGen(C);
 948     if (!StepVal) return nullptr;
 949   } else {
 950     // If not specified, use 1.0.
 951     StepVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(1.0));
 952   }
 953
 954   // Compute the end condition.
 955   Value *EndCond = End->IRGen(C);
 956   if (EndCond == 0) return EndCond;
 957
 958   // Reload, increment, and restore the alloca.  This handles the case where
 959   // the body of the loop mutates the variable.
 960   Value *CurVar = C.getBuilder().CreateLoad(Alloca, VarName.c_str());
 961   Value *NextVar = C.getBuilder().CreateFAdd(CurVar, StepVal, "nextvar");
 962   C.getBuilder().CreateStore(NextVar, Alloca);
 963
 964   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 965   EndCond = C.getBuilder().CreateFCmpONE(EndCond,
 966                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 967                                   "loopcond");
 968
 969   // Create the "after loop" block and insert it.
 970   BasicBlock *AfterBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "afterloop", TheFunction);
 971
 972   // Insert the conditional branch into the end of LoopEndBB.
 973   C.getBuilder().CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);
 974
 975   // Any new code will be inserted in AfterBB.
 976   C.getBuilder().SetInsertPoint(AfterBB);
 977
 978   // Restore the unshadowed variable.
 979   if (OldVal)
 980     C.NamedValues[VarName] = OldVal;
 981   else
 982     C.NamedValues.erase(VarName);
 983
 984
 985   // for expr always returns 0.0.
 986   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 987 }
 988
 989 Value *VarExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 990   std::vector<AllocaInst *> OldBindings;
 991
 992   Function *TheFunction = C.getBuilder().GetInsertBlock()->getParent();
 993
 994   // Register all variables and emit their initializer.
 995   for (unsigned i = 0, e = VarBindings.size(); i != e; ++i) {
 996     auto &VarName = VarBindings[i].first;
 997     auto &Init = VarBindings[i].second;
 998
 999     // Emit the initializer before adding the variable to scope, this prevents
1000     // the initializer from referencing the variable itself, and permits stuff
1001     // like this:
1002     //  var a = 1 in
1003     //    var a = a in ...   # refers to outer 'a'.
1004     Value *InitVal;
1005     if (Init) {
1006       InitVal = Init->IRGen(C);
1007       if (!InitVal) return nullptr;
1008     } else // If not specified, use 0.0.
1009       InitVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0));
1010
1011     AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName);
1012     C.getBuilder().CreateStore(InitVal, Alloca);
1013
1014     // Remember the old variable binding so that we can restore the binding when
1015     // we unrecurse.
1016     OldBindings.push_back(C.NamedValues[VarName]);
1017
1018     // Remember this binding.
1019     C.NamedValues[VarName] = Alloca;
1020   }
1021
1022   // Codegen the body, now that all vars are in scope.
1023   Value *BodyVal = Body->IRGen(C);
1024   if (!BodyVal) return nullptr;
1025
1026   // Pop all our variables from scope.
1027   for (unsigned i = 0, e = VarBindings.size(); i != e; ++i)
1028     C.NamedValues[VarBindings[i].first] = OldBindings[i];
1029
1030   // Return the body computation.
1031   return BodyVal;
1032 }
1033
1034 Function *PrototypeAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
1035   std::string FnName = MakeLegalFunctionName(Name);
1036
1037   // Make the function type:  double(double,double) etc.
1038   std::vector<Type*> Doubles(Args.size(),
1039                              Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
1040   FunctionType *FT = FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
1041                                        Doubles, false);
1042   Function *F = Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, FnName,
1043                                  &C.getM());
1044
1045   // If F conflicted, there was already something named 'FnName'.  If it has a
1046   // body, don't allow redefinition or reextern.
1047   if (F->getName() != FnName) {
1048     // Delete the one we just made and get the existing one.
1049     F->eraseFromParent();
1050     F = C.getM().getFunction(Name);
1051
1052     // If F already has a body, reject this.
1053     if (!F->empty()) {
1054       ErrorP<Function>("redefinition of function");
1055       return nullptr;
1056     }
1057
1058     // If F took a different number of args, reject.
1059     if (F->arg_size() != Args.size()) {
1060       ErrorP<Function>("redefinition of function with different # args");
1061       return nullptr;
1062     }
1063   }
1064
1065   // Set names for all arguments.
1066   unsigned Idx = 0;
1067   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
1068        ++AI, ++Idx)
1069     AI->setName(Args[Idx]);
1070
1071   return F;
1072 }
1073
1074 /// CreateArgumentAllocas - Create an alloca for each argument and register the
1075 /// argument in the symbol table so that references to it will succeed.
1076 void PrototypeAST::CreateArgumentAllocas(Function *F, IRGenContext &C) {
1077   Function::arg_iterator AI = F->arg_begin();
1078   for (unsigned Idx = 0, e = Args.size(); Idx != e; ++Idx, ++AI) {
1079     // Create an alloca for this variable.
1080     AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(F, Args[Idx]);
1081
1082     // Store the initial value into the alloca.
1083     C.getBuilder().CreateStore(AI, Alloca);
1084
1085     // Add arguments to variable symbol table.
1086     C.NamedValues[Args[Idx]] = Alloca;
1087   }
1088 }
1089
1090 Function *FunctionAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
1091   C.NamedValues.clear();
1092
1093   Function *TheFunction = Proto->IRGen(C);
1094   if (!TheFunction)
1095     return nullptr;
1096
1097   // If this is an operator, install it.
1098   if (Proto->isBinaryOp())
1099     BinopPrecedence[Proto->getOperatorName()] = Proto->Precedence;
1100
1101   // Create a new basic block to start insertion into.
1102   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
1103   C.getBuilder().SetInsertPoint(BB);
1104
1105   // Add all arguments to the symbol table and create their allocas.
1106   Proto->CreateArgumentAllocas(TheFunction, C);
1107
1108   if (Value *RetVal = Body->IRGen(C)) {
1109     // Finish off the function.
1110     C.getBuilder().CreateRet(RetVal);
1111
1112     // Validate the generated code, checking for consistency.
1113     verifyFunction(*TheFunction);
1114
1115     return TheFunction;
1116   }
1117
1118   // Error reading body, remove function.
1119   TheFunction->eraseFromParent();
1120
1121   if (Proto->isBinaryOp())
1122     BinopPrecedence.erase(Proto->getOperatorName());
1123   return nullptr;
1124 }
1125
1126 //===----------------------------------------------------------------------===//
1127 // Top-Level parsing and JIT Driver
1128 //===----------------------------------------------------------------------===//
1129
1130 static std::unique_ptr<llvm::Module> IRGen(SessionContext &S,
1131                                            const FunctionAST &F) {
1132   IRGenContext C(S);
1133   auto LF = F.IRGen(C);
1134   if (!LF)
1135     return nullptr;
1136 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1137   fprintf(stderr, "Read function definition:");
1138   LF->dump();
1139 #endif
1140   return C.takeM();
1141 }
1142
1143
1144 static void EarthShatteringKaboom() {
1145   fprintf(stderr, "Earth shattering kaboom.");
1146   exit(1);
1147 }
1148
1149 class KaleidoscopeJIT {
1150 public:
1151   typedef ObjectLinkingLayer<> ObjLayerT;
1152   typedef IRCompileLayer<ObjLayerT> CompileLayerT;
1153   typedef LazyEmittingLayer<CompileLayerT> LazyEmitLayerT;
1154
1155   typedef LazyEmitLayerT::ModuleSetHandleT ModuleHandleT;
1156
1157   std::string Mangle(const std::string &Name) {
1158     std::string MangledName;
1159     {
1160       raw_string_ostream MangledNameStream(MangledName);
1161       Mang.getNameWithPrefix(MangledNameStream, Name);
1162     }
1163     return MangledName;
1164   }
1165
1166   KaleidoscopeJIT(SessionContext &Session)
1167     : TM(EngineBuilder().selectTarget()),
1168       Mang(TM->getDataLayout()), Session(Session),
1169       ObjectLayer(
1170         [](){ return llvm::make_unique<SectionMemoryManager>(); }),
1171       CompileLayer(ObjectLayer, SimpleCompiler(*TM)),
1172       LazyEmitLayer(CompileLayer),
1173       CompileCallbacks(LazyEmitLayer, Session.getLLVMContext(),
1174                        reinterpret_cast<uintptr_t>(EarthShatteringKaboom),
1175                        64) {}
1176
1177   ModuleHandleT addModule(std::unique_ptr<Module> M) {
1178     if (!M->getDataLayout())
1179       M->setDataLayout(TM->getDataLayout());
1180
1181     // The LazyEmitLayer takes lists of modules, rather than single modules, so
1182     // we'll just build a single-element list.
1183     std::vector<std::unique_ptr<Module>> S;
1184     S.push_back(std::move(M));
1185
1186     // We need a memory manager to allocate memory and resolve symbols for this
1187     // new module. Create one that resolves symbols by looking back into the JIT.
1188     auto MM = createLookasideRTDyldMM<SectionMemoryManager>(
1189                 [&](const std::string &Name) {
1190                   // First try to find 'Name' within the JIT.
1191                   if (auto Symbol = findMangledSymbol(Name))
1192                     return Symbol.getAddress();
1193
1194                   // If we don't already have a definition of 'Name' then search
1195                   // the ASTs.
1196                   return searchUncompiledASTs(Name);
1197                 },
1198                 [](const std::string &S) { return 0; } );
1199
1200     return LazyEmitLayer.addModuleSet(std::move(S), std::move(MM));
1201   }
1202
1203   void removeModule(ModuleHandleT H) { LazyEmitLayer.removeModuleSet(H); }
1204
1205   JITSymbol findMangledSymbol(const std::string &Name) {
1206     return LazyEmitLayer.findSymbol(Name, true);
1207   }
1208
1209   JITSymbol findSymbol(const std::string &Name) {
1210     return findMangledSymbol(Mangle(Name));
1211   }
1212
1213   JITSymbol findMangledSymbolIn(LazyEmitLayerT::ModuleSetHandleT H,
1214                                 const std::string &Name) {
1215     return LazyEmitLayer.findSymbolIn(H, Name, true);
1216   }
1217
1218   JITSymbol findSymbolIn(LazyEmitLayerT::ModuleSetHandleT H,
1219                          const std::string &Name) {
1220     return findMangledSymbolIn(H, Mangle(Name));
1221   }
1222
1223   void addFunctionDefinition(std::unique_ptr<FunctionAST> FnAST) {
1224     FunctionDefs[Mangle(FnAST->Proto->Name)] = std::move(FnAST);
1225   }
1226
1227 private:
1228
1229   // This method searches the FunctionDefs map for a definition of 'Name'. If it
1230   // finds one it generates a stub for it and returns the address of the stub.
1231   TargetAddress searchUncompiledASTs(const std::string &Name) {
1232     auto DefI = FunctionDefs.find(Name);
1233     if (DefI == FunctionDefs.end())
1234       return 0;
1235
1236     // We have AST for 'Name'. IRGen a stub for it and add it to the JIT.
1237     // FIXME: What happens if IRGen fails?
1238     auto H = irGenStub(std::move(DefI->second));
1239
1240     // Remove the map entry now that we're done with it.
1241     Session.FunctionDefs.erase(DefI);
1242
1243     // Return the address of the stub.
1244     return findMangledSymbolIn(H, Name).getAddress();
1245   }
1246
1247   // This method will take the AST for a function definition and IR-gen a stub
1248   // for that function that will, on first call, IR-gen the actual body of the
1249   // function.
1250   ModuleHandleT irGenStub(std::unique_ptr<FunctionAST> FnAST) {
1251     // Step 1) IRGen a prototype for the stub. This will have the same type as
1252     //         the function.
1253     IRGenContext C(Session);
1254     Function *F = FnAST->Proto->IRGen(C);
1255     C.getM().setDataLayout(TM->getDataLayout());
1256
1257     // Step 2) Get a compile callback that can be used to compile the body of
1258     //         the function. The resulting CallbackInfo type will let us set the
1259     //         compile and update actions for the callback, and get a pointer to
1260     //         the jit trampoline that we need to call to trigger those actions.
1261     auto CallbackInfo =
1262       CompileCallbacks.getCompileCallback(*F->getFunctionType());
1263
1264     // Step 3) Create a stub that will indirectly call the body of this
1265     //         function once it is compiled. Initially, set the function
1266     //         pointer for the indirection to point at the trampoline.
1267     std::string BodyPtrName = (F->getName() + "$address").str();
1268     GlobalVariable *FunctionBodyPointer =
1269       createImplPointer(*F, BodyPtrName, CallbackInfo.getAddress());
1270     makeStub(*F, *FunctionBodyPointer);
1271
1272     // Step 4) Add the module containing the stub to the JIT.
1273     auto H = addModule(C.takeM());
1274
1275     // Step 5) Set the compile and update actions.
1276     //
1277     //   The compile action will IRGen the function and add it to the JIT, then
1278     // request its address, which will trigger codegen. Since we don't need the
1279     // AST after this, we pass ownership of the AST into the compile action:
1280     // compile actions (and update actions) are deleted after they're run, so
1281     // this will free the AST for us.
1282     //
1283     //   The update action will update FunctionBodyPointer to point at the newly
1284     // compiled function.
1285     std::shared_ptr<FunctionAST> Fn = std::move(FnAST);
1286     CallbackInfo.setCompileAction([this, Fn]() {
1287       auto H = addModule(IRGen(Session, *Fn));
1288       return findSymbolIn(H, Fn->Proto->Name).getAddress();
1289     });
1290     CallbackInfo.setUpdateAction(
1291       CompileCallbacks.getLocalFPUpdater(H, Mangle(BodyPtrName)));
1292
1293     return H;
1294   }
1295
1296   std::unique_ptr<TargetMachine> TM;
1297   Mangler Mang;
1298   SessionContext &Session;
1299
1300   ObjLayerT ObjectLayer;
1301   CompileLayerT CompileLayer;
1302   LazyEmitLayerT LazyEmitLayer;
1303
1304   JITCompileCallbackManager<LazyEmitLayerT, OrcX86_64> CompileCallbacks;
1305
1306   std::map<std::string, std::unique_ptr<FunctionAST>> FunctionDefs;
1307 };
1308
1309 static void HandleDefinition(SessionContext &S, KaleidoscopeJIT &J) {
1310   if (auto F = ParseDefinition()) {
1311     S.addPrototypeAST(llvm::make_unique<PrototypeAST>(*F->Proto));
1312     J.addFunctionDefinition(std::move(F));
1313   } else {
1314     // Skip token for error recovery.
1315     getNextToken();
1316   }
1317 }
1318
1319 static void HandleExtern(SessionContext &S) {
1320   if (auto P = ParseExtern())
1321     S.addPrototypeAST(std::move(P));
1322   else {
1323     // Skip token for error recovery.
1324     getNextToken();
1325   }
1326 }
1327
1328 static void HandleTopLevelExpression(SessionContext &S, KaleidoscopeJIT &J) {
1329   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
1330   if (auto F = ParseTopLevelExpr()) {
1331     IRGenContext C(S);
1332     if (auto ExprFunc = F->IRGen(C)) {
1333 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1334       std::cerr << "Expression function:\n";
1335       ExprFunc->dump();
1336 #endif
1337       // Add the CodeGen'd module to the JIT. Keep a handle to it: We can remove
1338       // this module as soon as we've executed Function ExprFunc.
1339       auto H = J.addModule(C.takeM());
1340
1341       // Get the address of the JIT'd function in memory.
1342       auto ExprSymbol = J.findSymbol("__anon_expr");
1343
1344       // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
1345       // can call it as a native function.
1346       double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)ExprSymbol.getAddress();
1347 #ifdef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1348       FP();
1349 #else
1350       std::cerr << "Evaluated to " << FP() << "\n";
1351 #endif
1352
1353       // Remove the function.
1354       J.removeModule(H);
1355     }
1356   } else {
1357     // Skip token for error recovery.
1358     getNextToken();
1359   }
1360 }
1361
1362 /// top ::= definition | external | expression | ';'
1363 static void MainLoop() {
1364   SessionContext S(getGlobalContext());
1365   KaleidoscopeJIT J(S);
1366
1367   while (1) {
1368     switch (CurTok) {
1369     case tok_eof:    return;
1370     case ';':        getNextToken(); continue;  // ignore top-level semicolons.
1371     case tok_def:    HandleDefinition(S, J); break;
1372     case tok_extern: HandleExtern(S); break;
1373     default:         HandleTopLevelExpression(S, J); break;
1374     }
1375 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1376     std::cerr << "ready> ";
1377 #endif
1378   }
1379 }
1380
1381 //===----------------------------------------------------------------------===//
1382 // "Library" functions that can be "extern'd" from user code.
1383 //===----------------------------------------------------------------------===//
1384
1385 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
1386 extern "C"
1387 double putchard(double X) {
1388   putchar((char)X);
1389   return 0;
1390 }
1391
1392 /// printd - printf that takes a double prints it as "%f\n", returning 0.
1393 extern "C"
1394 double printd(double X) {
1395   printf("%f", X);
1396   return 0;
1397 }
1398
1399 extern "C"
1400 double printlf() {
1401   printf("\n");
1402   return 0;
1403 }
1404
1405 //===----------------------------------------------------------------------===//
1406 // Main driver code.
1407 //===----------------------------------------------------------------------===//
1408
1409 int main() {
1410   InitializeNativeTarget();
1411   InitializeNativeTargetAsmPrinter();
1412   InitializeNativeTargetAsmParser();
1413
1414   // Install standard binary operators.
1415   // 1 is lowest precedence.
1416   BinopPrecedence['='] = 2;
1417   BinopPrecedence['<'] = 10;
1418   BinopPrecedence['+'] = 20;
1419   BinopPrecedence['-'] = 20;
1420   BinopPrecedence['/'] = 40;
1421   BinopPrecedence['*'] = 40;  // highest.
1422
1423   // Prime the first token.
1424 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1425   std::cerr << "ready> ";
1426 #endif
1427   getNextToken();
1428
1429   std::cerr << std::fixed;
1430
1431   // Run the main "interpreter loop" now.
1432   MainLoop();
1433
1434   return 0;
1435 }
1436