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/LambdaResolver.h"
   5 #include "llvm/ExecutionEngine/Orc/LazyEmittingLayer.h"
   6 #include "llvm/ExecutionEngine/Orc/ObjectLinkingLayer.h"
   7 #include "llvm/ExecutionEngine/Orc/OrcArchitectureSupport.h"
   8 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
   9 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
  10 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
  11 #include "llvm/IR/LegacyPassManager.h"
  12 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  13 #include "llvm/IR/Module.h"
  14 #include "llvm/IR/Verifier.h"
  15 #include "llvm/Support/TargetSelect.h"
  16 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  17 #include <cctype>
  18 #include <iomanip>
  19 #include <iostream>
  20 #include <map>
  21 #include <sstream>
  22 #include <string>
  23 #include <vector>
  24
  25 using namespace llvm;
  26 using namespace llvm::orc;
  27
  28 //===----------------------------------------------------------------------===//
  29 // Lexer
  30 //===----------------------------------------------------------------------===//
  31
  32 // The lexer returns tokens [0-255] if it is an unknown character, otherwise one
  33 // of these for known things.
  34 enum Token {
  35   tok_eof = -1,
  36
  37   // commands
  38   tok_def = -2, tok_extern = -3,
  39
  40   // primary
  41   tok_identifier = -4, tok_number = -5,
  42
  43   // control
  44   tok_if = -6, tok_then = -7, tok_else = -8,
  45   tok_for = -9, tok_in = -10,
  46
  47   // operators
  48   tok_binary = -11, tok_unary = -12,
  49
  50   // var definition
  51   tok_var = -13
  52 };
  53
  54 static std::string IdentifierStr;  // Filled in if tok_identifier
  55 static double NumVal;              // Filled in if tok_number
  56
  57 /// gettok - Return the next token from standard input.
  58 static int gettok() {
  59   static int LastChar = ' ';
  60
  61   // Skip any whitespace.
  62   while (isspace(LastChar))
  63     LastChar = getchar();
  64
  65   if (isalpha(LastChar)) { // identifier: [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*
  66     IdentifierStr = LastChar;
  67     while (isalnum((LastChar = getchar())))
  68       IdentifierStr += LastChar;
  69
  70     if (IdentifierStr == "def") return tok_def;
  71     if (IdentifierStr == "extern") return tok_extern;
  72     if (IdentifierStr == "if") return tok_if;
  73     if (IdentifierStr == "then") return tok_then;
  74     if (IdentifierStr == "else") return tok_else;
  75     if (IdentifierStr == "for") return tok_for;
  76     if (IdentifierStr == "in") return tok_in;
  77     if (IdentifierStr == "binary") return tok_binary;
  78     if (IdentifierStr == "unary") return tok_unary;
  79     if (IdentifierStr == "var") return tok_var;
  80     return tok_identifier;
  81   }
  82
  83   if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') {   // Number: [0-9.]+
  84     std::string NumStr;
  85     do {
  86       NumStr += LastChar;
  87       LastChar = getchar();
  88     } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.');
  89
  90     NumVal = strtod(NumStr.c_str(), nullptr);
  91     return tok_number;
  92   }
  93
  94   if (LastChar == '#') {
  95     // Comment until end of line.
  96     do LastChar = getchar();
  97     while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r');
  98
  99     if (LastChar != EOF)
 100       return gettok();
 101   }
 102
 103   // Check for end of file.  Don't eat the EOF.
 104   if (LastChar == EOF)
 105     return tok_eof;
 106
 107   // Otherwise, just return the character as its ascii value.
 108   int ThisChar = LastChar;
 109   LastChar = getchar();
 110   return ThisChar;
 111 }
 112
 113 //===----------------------------------------------------------------------===//
 114 // Abstract Syntax Tree (aka Parse Tree)
 115 //===----------------------------------------------------------------------===//
 116
 117 class IRGenContext;
 118
 119 /// ExprAST - Base class for all expression nodes.
 120 struct ExprAST {
 121   virtual ~ExprAST() {}
 122   virtual Value *IRGen(IRGenContext &C) const = 0;
 123 };
 124
 125 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
 126 struct NumberExprAST : public ExprAST {
 127   NumberExprAST(double Val) : Val(Val) {}
 128   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 129
 130   double Val;
 131 };
 132
 133 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
 134 struct VariableExprAST : public ExprAST {
 135   VariableExprAST(std::string Name) : Name(std::move(Name)) {}
 136   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 137
 138   std::string Name;
 139 };
 140
 141 /// UnaryExprAST - Expression class for a unary operator.
 142 struct UnaryExprAST : public ExprAST {
 143   UnaryExprAST(char Opcode, std::unique_ptr<ExprAST> Operand)
 144     : Opcode(std::move(Opcode)), Operand(std::move(Operand)) {}
 145
 146   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 147
 148   char Opcode;
 149   std::unique_ptr<ExprAST> Operand;
 150 };
 151
 152 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 153 struct BinaryExprAST : public ExprAST {
 154   BinaryExprAST(char Op, std::unique_ptr<ExprAST> LHS,
 155                 std::unique_ptr<ExprAST> RHS)
 156     : Op(Op), LHS(std::move(LHS)), RHS(std::move(RHS)) {}
 157
 158   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 159
 160   char Op;
 161   std::unique_ptr<ExprAST> LHS, RHS;
 162 };
 163
 164 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 165 struct CallExprAST : public ExprAST {
 166   CallExprAST(std::string CalleeName,
 167               std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args)
 168     : CalleeName(std::move(CalleeName)), Args(std::move(Args)) {}
 169
 170   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 171
 172   std::string CalleeName;
 173   std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
 174 };
 175
 176 /// IfExprAST - Expression class for if/then/else.
 177 struct IfExprAST : public ExprAST {
 178   IfExprAST(std::unique_ptr<ExprAST> Cond, std::unique_ptr<ExprAST> Then,
 179             std::unique_ptr<ExprAST> Else)
 180     : Cond(std::move(Cond)), Then(std::move(Then)), Else(std::move(Else)) {}
 181   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 182
 183   std::unique_ptr<ExprAST> Cond, Then, Else;
 184 };
 185
 186 /// ForExprAST - Expression class for for/in.
 187 struct ForExprAST : public ExprAST {
 188   ForExprAST(std::string VarName, std::unique_ptr<ExprAST> Start,
 189              std::unique_ptr<ExprAST> End, std::unique_ptr<ExprAST> Step,
 190              std::unique_ptr<ExprAST> Body)
 191     : VarName(std::move(VarName)), Start(std::move(Start)), End(std::move(End)),
 192       Step(std::move(Step)), Body(std::move(Body)) {}
 193
 194   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 195
 196   std::string VarName;
 197   std::unique_ptr<ExprAST> Start, End, Step, Body;
 198 };
 199
 200 /// VarExprAST - Expression class for var/in
 201 struct VarExprAST : public ExprAST {
 202   typedef std::pair<std::string, std::unique_ptr<ExprAST>> Binding;
 203   typedef std::vector<Binding> BindingList;
 204
 205   VarExprAST(BindingList VarBindings, std::unique_ptr<ExprAST> Body)
 206     : VarBindings(std::move(VarBindings)), Body(std::move(Body)) {}
 207
 208   Value *IRGen(IRGenContext &C) const override;
 209
 210   BindingList VarBindings;
 211   std::unique_ptr<ExprAST> Body;
 212 };
 213
 214 /// PrototypeAST - This class represents the "prototype" for a function,
 215 /// which captures its argument names as well as if it is an operator.
 216 struct PrototypeAST {
 217   PrototypeAST(std::string Name, std::vector<std::string> Args,
 218                bool IsOperator = false, unsigned Precedence = 0)
 219     : Name(std::move(Name)), Args(std::move(Args)), IsOperator(IsOperator),
 220       Precedence(Precedence) {}
 221
 222   Function *IRGen(IRGenContext &C) const;
 223   void CreateArgumentAllocas(Function *F, IRGenContext &C);
 224
 225   bool isUnaryOp() const { return IsOperator && Args.size() == 1; }
 226   bool isBinaryOp() const { return IsOperator && Args.size() == 2; }
 227
 228   char getOperatorName() const {
 229     assert(isUnaryOp() || isBinaryOp());
 230     return Name[Name.size()-1];
 231   }
 232
 233   std::string Name;
 234   std::vector<std::string> Args;
 235   bool IsOperator;
 236   unsigned Precedence;  // Precedence if a binary op.
 237 };
 238
 239 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 240 struct FunctionAST {
 241   FunctionAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto,
 242               std::unique_ptr<ExprAST> Body)
 243     : Proto(std::move(Proto)), Body(std::move(Body)) {}
 244
 245   Function *IRGen(IRGenContext &C) const;
 246
 247   std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto;
 248   std::unique_ptr<ExprAST> Body;
 249 };
 250
 251 //===----------------------------------------------------------------------===//
 252 // Parser
 253 //===----------------------------------------------------------------------===//
 254
 255 /// CurTok/getNextToken - Provide a simple token buffer.  CurTok is the current
 256 /// token the parser is looking at.  getNextToken reads another token from the
 257 /// lexer and updates CurTok with its results.
 258 static int CurTok;
 259 static int getNextToken() {
 260   return CurTok = gettok();
 261 }
 262
 263 /// BinopPrecedence - This holds the precedence for each binary operator that is
 264 /// defined.
 265 static std::map<char, int> BinopPrecedence;
 266
 267 /// GetTokPrecedence - Get the precedence of the pending binary operator token.
 268 static int GetTokPrecedence() {
 269   if (!isascii(CurTok))
 270     return -1;
 271
 272   // Make sure it's a declared binop.
 273   int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
 274   if (TokPrec <= 0) return -1;
 275   return TokPrec;
 276 }
 277
 278 template <typename T>
 279 std::unique_ptr<T> ErrorU(const std::string &Str) {
 280   std::cerr << "Error: " << Str << "\n";
 281   return nullptr;
 282 }
 283
 284 template <typename T>
 285 T* ErrorP(const std::string &Str) {
 286   std::cerr << "Error: " << Str << "\n";
 287   return nullptr;
 288 }
 289
 290 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression();
 291
 292 /// identifierexpr
 293 ///   ::= identifier
 294 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
 295 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIdentifierExpr() {
 296   std::string IdName = IdentifierStr;
 297
 298   getNextToken();  // eat identifier.
 299
 300   if (CurTok != '(') // Simple variable ref.
 301     return llvm::make_unique<VariableExprAST>(IdName);
 302
 303   // Call.
 304   getNextToken();  // eat (
 305   std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
 306   if (CurTok != ')') {
 307     while (1) {
 308       auto Arg = ParseExpression();
 309       if (!Arg) return nullptr;
 310       Args.push_back(std::move(Arg));
 311
 312       if (CurTok == ')') break;
 313
 314       if (CurTok != ',')
 315         return ErrorU<CallExprAST>("Expected ')' or ',' in argument list");
 316       getNextToken();
 317     }
 318   }
 319
 320   // Eat the ')'.
 321   getNextToken();
 322
 323   return llvm::make_unique<CallExprAST>(IdName, std::move(Args));
 324 }
 325
 326 /// numberexpr ::= number
 327 static std::unique_ptr<NumberExprAST> ParseNumberExpr() {
 328   auto Result = llvm::make_unique<NumberExprAST>(NumVal);
 329   getNextToken(); // consume the number
 330   return Result;
 331 }
 332
 333 /// parenexpr ::= '(' expression ')'
 334 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseParenExpr() {
 335   getNextToken();  // eat (.
 336   auto V = ParseExpression();
 337   if (!V)
 338     return nullptr;
 339
 340   if (CurTok != ')')
 341     return ErrorU<ExprAST>("expected ')'");
 342   getNextToken();  // eat ).
 343   return V;
 344 }
 345
 346 /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression
 347 static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIfExpr() {
 348   getNextToken();  // eat the if.
 349
 350   // condition.
 351   auto Cond = ParseExpression();
 352   if (!Cond)
 353     return nullptr;
 354
 355   if (CurTok != tok_then)
 356     return ErrorU<ExprAST>("expected then");
 357   getNextToken();  // eat the then
 358
 359   auto Then = ParseExpression();
 360   if (!Then)
 361     return nullptr;
 362
 363   if (CurTok != tok_else)
 364     return ErrorU<ExprAST>("expected else");
 365
 366   getNextToken();
 367
 368   auto Else = ParseExpression();
 369   if (!Else)
 370     return nullptr;
 371
 372   return llvm::make_unique<IfExprAST>(std::move(Cond), std::move(Then),
 373                                       std::move(Else));
 374 }
 375
 376 /// forexpr ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression
 377 static std::unique_ptr<ForExprAST> ParseForExpr() {
 378   getNextToken();  // eat the for.
 379
 380   if (CurTok != tok_identifier)
 381     return ErrorU<ForExprAST>("expected identifier after for");
 382
 383   std::string IdName = IdentifierStr;
 384   getNextToken();  // eat identifier.
 385
 386   if (CurTok != '=')
 387     return ErrorU<ForExprAST>("expected '=' after for");
 388   getNextToken();  // eat '='.
 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)
 686     : Context(C), TM(EngineBuilder().selectTarget()) {}
 687   LLVMContext& getLLVMContext() const { return Context; }
 688   TargetMachine& getTarget() { return *TM; }
 689   void addPrototypeAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> P);
 690   PrototypeAST* getPrototypeAST(const std::string &Name);
 691 private:
 692   typedef std::map<std::string, std::unique_ptr<PrototypeAST>> PrototypeMap;
 693
 694   LLVMContext &Context;
 695   std::unique_ptr<TargetMachine> TM;
 696
 697   PrototypeMap Prototypes;
 698 };
 699
 700 void SessionContext::addPrototypeAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> P) {
 701   Prototypes[P->Name] = std::move(P);
 702 }
 703
 704 PrototypeAST* SessionContext::getPrototypeAST(const std::string &Name) {
 705   PrototypeMap::iterator I = Prototypes.find(Name);
 706   if (I != Prototypes.end())
 707     return I->second.get();
 708   return nullptr;
 709 }
 710
 711 class IRGenContext {
 712 public:
 713
 714   IRGenContext(SessionContext &S)
 715     : Session(S),
 716       M(new Module(GenerateUniqueName("jit_module_"),
 717                    Session.getLLVMContext())),
 718       Builder(Session.getLLVMContext()) {
 719     M->setDataLayout(Session.getTarget().createDataLayout());
 720   }
 721
 722   SessionContext& getSession() { return Session; }
 723   Module& getM() const { return *M; }
 724   std::unique_ptr<Module> takeM() { return std::move(M); }
 725   IRBuilder<>& getBuilder() { return Builder; }
 726   LLVMContext& getLLVMContext() { return Session.getLLVMContext(); }
 727   Function* getPrototype(const std::string &Name);
 728
 729   std::map<std::string, AllocaInst*> NamedValues;
 730 private:
 731   SessionContext &Session;
 732   std::unique_ptr<Module> M;
 733   IRBuilder<> Builder;
 734 };
 735
 736 Function* IRGenContext::getPrototype(const std::string &Name) {
 737   if (Function *ExistingProto = M->getFunction(Name))
 738     return ExistingProto;
 739   if (PrototypeAST *ProtoAST = Session.getPrototypeAST(Name))
 740     return ProtoAST->IRGen(*this);
 741   return nullptr;
 742 }
 743
 744 /// CreateEntryBlockAlloca - Create an alloca instruction in the entry block of
 745 /// the function.  This is used for mutable variables etc.
 746 static AllocaInst *CreateEntryBlockAlloca(Function *TheFunction,
 747                                           const std::string &VarName) {
 748   IRBuilder<> TmpB(&TheFunction->getEntryBlock(),
 749                  TheFunction->getEntryBlock().begin());
 750   return TmpB.CreateAlloca(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), nullptr,
 751                            VarName.c_str());
 752 }
 753
 754 Value *NumberExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 755   return ConstantFP::get(C.getLLVMContext(), APFloat(Val));
 756 }
 757
 758 Value *VariableExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 759   // Look this variable up in the function.
 760   Value *V = C.NamedValues[Name];
 761
 762   if (!V)
 763     return ErrorP<Value>("Unknown variable name '" + Name + "'");
 764
 765   // Load the value.
 766   return C.getBuilder().CreateLoad(V, Name.c_str());
 767 }
 768
 769 Value *UnaryExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 770   if (Value *OperandV = Operand->IRGen(C)) {
 771     std::string FnName = MakeLegalFunctionName(std::string("unary")+Opcode);
 772     if (Function *F = C.getPrototype(FnName))
 773       return C.getBuilder().CreateCall(F, OperandV, "unop");
 774     return ErrorP<Value>("Unknown unary operator");
 775   }
 776
 777   // Could not codegen operand - return null.
 778   return nullptr;
 779 }
 780
 781 Value *BinaryExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 782   // Special case '=' because we don't want to emit the LHS as an expression.
 783   if (Op == '=') {
 784     // Assignment requires the LHS to be an identifier.
 785     auto &LHSVar = static_cast<VariableExprAST &>(*LHS);
 786     // Codegen the RHS.
 787     Value *Val = RHS->IRGen(C);
 788     if (!Val) return nullptr;
 789
 790     // Look up the name.
 791     if (auto Variable = C.NamedValues[LHSVar.Name]) {
 792       C.getBuilder().CreateStore(Val, Variable);
 793       return Val;
 794     }
 795     return ErrorP<Value>("Unknown variable name");
 796   }
 797
 798   Value *L = LHS->IRGen(C);
 799   Value *R = RHS->IRGen(C);
 800   if (!L || !R) return nullptr;
 801
 802   switch (Op) {
 803   case '+': return C.getBuilder().CreateFAdd(L, R, "addtmp");
 804   case '-': return C.getBuilder().CreateFSub(L, R, "subtmp");
 805   case '*': return C.getBuilder().CreateFMul(L, R, "multmp");
 806   case '/': return C.getBuilder().CreateFDiv(L, R, "divtmp");
 807   case '<':
 808     L = C.getBuilder().CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp");
 809     // Convert bool 0/1 to double 0.0 or 1.0
 810     return C.getBuilder().CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
 811                                 "booltmp");
 812   default: break;
 813   }
 814
 815   // If it wasn't a builtin binary operator, it must be a user defined one. Emit
 816   // a call to it.
 817   std::string FnName = MakeLegalFunctionName(std::string("binary")+Op);
 818   if (Function *F = C.getPrototype(FnName)) {
 819     Value *Ops[] = { L, R };
 820     return C.getBuilder().CreateCall(F, Ops, "binop");
 821   }
 822
 823   return ErrorP<Value>("Unknown binary operator");
 824 }
 825
 826 Value *CallExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 827   // Look up the name in the global module table.
 828   if (auto CalleeF = C.getPrototype(CalleeName)) {
 829     // If argument mismatch error.
 830     if (CalleeF->arg_size() != Args.size())
 831       return ErrorP<Value>("Incorrect # arguments passed");
 832
 833     std::vector<Value*> ArgsV;
 834     for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
 835       ArgsV.push_back(Args[i]->IRGen(C));
 836       if (!ArgsV.back()) return nullptr;
 837     }
 838
 839     return C.getBuilder().CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 840   }
 841
 842   return ErrorP<Value>("Unknown function referenced");
 843 }
 844
 845 Value *IfExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 846   Value *CondV = Cond->IRGen(C);
 847   if (!CondV) return nullptr;
 848
 849   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 850   ConstantFP *FPZero =
 851     ConstantFP::get(C.getLLVMContext(), APFloat(0.0));
 852   CondV = C.getBuilder().CreateFCmpONE(CondV, FPZero, "ifcond");
 853
 854   Function *TheFunction = C.getBuilder().GetInsertBlock()->getParent();
 855
 856   // Create blocks for the then and else cases.  Insert the 'then' block at the
 857   // end of the function.
 858   BasicBlock *ThenBB = BasicBlock::Create(C.getLLVMContext(), "then", TheFunction);
 859   BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(C.getLLVMContext(), "else");
 860   BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(C.getLLVMContext(), "ifcont");
 861
 862   C.getBuilder().CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB);
 863
 864   // Emit then value.
 865   C.getBuilder().SetInsertPoint(ThenBB);
 866
 867   Value *ThenV = Then->IRGen(C);
 868   if (!ThenV) return nullptr;
 869
 870   C.getBuilder().CreateBr(MergeBB);
 871   // Codegen of 'Then' can change the current block, update ThenBB for the PHI.
 872   ThenBB = C.getBuilder().GetInsertBlock();
 873
 874   // Emit else block.
 875   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
 876   C.getBuilder().SetInsertPoint(ElseBB);
 877
 878   Value *ElseV = Else->IRGen(C);
 879   if (!ElseV) return nullptr;
 880
 881   C.getBuilder().CreateBr(MergeBB);
 882   // Codegen of 'Else' can change the current block, update ElseBB for the PHI.
 883   ElseBB = C.getBuilder().GetInsertBlock();
 884
 885   // Emit merge block.
 886   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(MergeBB);
 887   C.getBuilder().SetInsertPoint(MergeBB);
 888   PHINode *PN = C.getBuilder().CreatePHI(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), 2,
 889                                   "iftmp");
 890
 891   PN->addIncoming(ThenV, ThenBB);
 892   PN->addIncoming(ElseV, ElseBB);
 893   return PN;
 894 }
 895
 896 Value *ForExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 897   // Output this as:
 898   //   var = alloca double
 899   //   ...
 900   //   start = startexpr
 901   //   store start -> var
 902   //   goto loop
 903   // loop:
 904   //   ...
 905   //   bodyexpr
 906   //   ...
 907   // loopend:
 908   //   step = stepexpr
 909   //   endcond = endexpr
 910   //
 911   //   curvar = load var
 912   //   nextvar = curvar + step
 913   //   store nextvar -> var
 914   //   br endcond, loop, endloop
 915   // outloop:
 916
 917   Function *TheFunction = C.getBuilder().GetInsertBlock()->getParent();
 918
 919   // Create an alloca for the variable in the entry block.
 920   AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName);
 921
 922   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
 923   Value *StartVal = Start->IRGen(C);
 924   if (!StartVal) return nullptr;
 925
 926   // Store the value into the alloca.
 927   C.getBuilder().CreateStore(StartVal, Alloca);
 928
 929   // Make the new basic block for the loop header, inserting after current
 930   // block.
 931   BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "loop", TheFunction);
 932
 933   // Insert an explicit fall through from the current block to the LoopBB.
 934   C.getBuilder().CreateBr(LoopBB);
 935
 936   // Start insertion in LoopBB.
 937   C.getBuilder().SetInsertPoint(LoopBB);
 938
 939   // Within the loop, the variable is defined equal to the PHI node.  If it
 940   // shadows an existing variable, we have to restore it, so save it now.
 941   AllocaInst *OldVal = C.NamedValues[VarName];
 942   C.NamedValues[VarName] = Alloca;
 943
 944   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
 945   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
 946   // allow an error.
 947   if (!Body->IRGen(C))
 948     return nullptr;
 949
 950   // Emit the step value.
 951   Value *StepVal;
 952   if (Step) {
 953     StepVal = Step->IRGen(C);
 954     if (!StepVal) return nullptr;
 955   } else {
 956     // If not specified, use 1.0.
 957     StepVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(1.0));
 958   }
 959
 960   // Compute the end condition.
 961   Value *EndCond = End->IRGen(C);
 962   if (!EndCond) return nullptr;
 963
 964   // Reload, increment, and restore the alloca.  This handles the case where
 965   // the body of the loop mutates the variable.
 966   Value *CurVar = C.getBuilder().CreateLoad(Alloca, VarName.c_str());
 967   Value *NextVar = C.getBuilder().CreateFAdd(CurVar, StepVal, "nextvar");
 968   C.getBuilder().CreateStore(NextVar, Alloca);
 969
 970   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
 971   EndCond = C.getBuilder().CreateFCmpONE(EndCond,
 972                               ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0)),
 973                                   "loopcond");
 974
 975   // Create the "after loop" block and insert it.
 976   BasicBlock *AfterBB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "afterloop", TheFunction);
 977
 978   // Insert the conditional branch into the end of LoopEndBB.
 979   C.getBuilder().CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);
 980
 981   // Any new code will be inserted in AfterBB.
 982   C.getBuilder().SetInsertPoint(AfterBB);
 983
 984   // Restore the unshadowed variable.
 985   if (OldVal)
 986     C.NamedValues[VarName] = OldVal;
 987   else
 988     C.NamedValues.erase(VarName);
 989
 990   // for expr always returns 0.0.
 991   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 992 }
 993
 994 Value *VarExprAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
 995   std::vector<AllocaInst *> OldBindings;
 996
 997   Function *TheFunction = C.getBuilder().GetInsertBlock()->getParent();
 998
 999   // Register all variables and emit their initializer.
1000   for (unsigned i = 0, e = VarBindings.size(); i != e; ++i) {
1001     auto &VarName = VarBindings[i].first;
1002     auto &Init = VarBindings[i].second;
1003
1004     // Emit the initializer before adding the variable to scope, this prevents
1005     // the initializer from referencing the variable itself, and permits stuff
1006     // like this:
1007     //  var a = 1 in
1008     //    var a = a in ...   # refers to outer 'a'.
1009     Value *InitVal;
1010     if (Init) {
1011       InitVal = Init->IRGen(C);
1012       if (!InitVal) return nullptr;
1013     } else // If not specified, use 0.0.
1014       InitVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(0.0));
1015
1016     AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName);
1017     C.getBuilder().CreateStore(InitVal, Alloca);
1018
1019     // Remember the old variable binding so that we can restore the binding when
1020     // we unrecurse.
1021     OldBindings.push_back(C.NamedValues[VarName]);
1022
1023     // Remember this binding.
1024     C.NamedValues[VarName] = Alloca;
1025   }
1026
1027   // Codegen the body, now that all vars are in scope.
1028   Value *BodyVal = Body->IRGen(C);
1029   if (!BodyVal) return nullptr;
1030
1031   // Pop all our variables from scope.
1032   for (unsigned i = 0, e = VarBindings.size(); i != e; ++i)
1033     C.NamedValues[VarBindings[i].first] = OldBindings[i];
1034
1035   // Return the body computation.
1036   return BodyVal;
1037 }
1038
1039 Function *PrototypeAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
1040   std::string FnName = MakeLegalFunctionName(Name);
1041
1042   // Make the function type:  double(double,double) etc.
1043   std::vector<Type*> Doubles(Args.size(),
1044                              Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
1045   FunctionType *FT = FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()),
1046                                        Doubles, false);
1047   Function *F = Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, FnName,
1048                                  &C.getM());
1049
1050   // If F conflicted, there was already something named 'FnName'.  If it has a
1051   // body, don't allow redefinition or reextern.
1052   if (F->getName() != FnName) {
1053     // Delete the one we just made and get the existing one.
1054     F->eraseFromParent();
1055     F = C.getM().getFunction(Name);
1056
1057     // If F already has a body, reject this.
1058     if (!F->empty()) {
1059       ErrorP<Function>("redefinition of function");
1060       return nullptr;
1061     }
1062
1063     // If F took a different number of args, reject.
1064     if (F->arg_size() != Args.size()) {
1065       ErrorP<Function>("redefinition of function with different # args");
1066       return nullptr;
1067     }
1068   }
1069
1070   // Set names for all arguments.
1071   unsigned Idx = 0;
1072   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
1073        ++AI, ++Idx)
1074     AI->setName(Args[Idx]);
1075
1076   return F;
1077 }
1078
1079 /// CreateArgumentAllocas - Create an alloca for each argument and register the
1080 /// argument in the symbol table so that references to it will succeed.
1081 void PrototypeAST::CreateArgumentAllocas(Function *F, IRGenContext &C) {
1082   Function::arg_iterator AI = F->arg_begin();
1083   for (unsigned Idx = 0, e = Args.size(); Idx != e; ++Idx, ++AI) {
1084     // Create an alloca for this variable.
1085     AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(F, Args[Idx]);
1086
1087     // Store the initial value into the alloca.
1088     C.getBuilder().CreateStore(&*AI, Alloca);
1089
1090     // Add arguments to variable symbol table.
1091     C.NamedValues[Args[Idx]] = Alloca;
1092   }
1093 }
1094
1095 Function *FunctionAST::IRGen(IRGenContext &C) const {
1096   C.NamedValues.clear();
1097
1098   Function *TheFunction = Proto->IRGen(C);
1099   if (!TheFunction)
1100     return nullptr;
1101
1102   // If this is an operator, install it.
1103   if (Proto->isBinaryOp())
1104     BinopPrecedence[Proto->getOperatorName()] = Proto->Precedence;
1105
1106   // Create a new basic block to start insertion into.
1107   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
1108   C.getBuilder().SetInsertPoint(BB);
1109
1110   // Add all arguments to the symbol table and create their allocas.
1111   Proto->CreateArgumentAllocas(TheFunction, C);
1112
1113   if (Value *RetVal = Body->IRGen(C)) {
1114     // Finish off the function.
1115     C.getBuilder().CreateRet(RetVal);
1116
1117     // Validate the generated code, checking for consistency.
1118     verifyFunction(*TheFunction);
1119
1120     return TheFunction;
1121   }
1122
1123   // Error reading body, remove function.
1124   TheFunction->eraseFromParent();
1125
1126   if (Proto->isBinaryOp())
1127     BinopPrecedence.erase(Proto->getOperatorName());
1128   return nullptr;
1129 }
1130
1131 //===----------------------------------------------------------------------===//
1132 // Top-Level parsing and JIT Driver
1133 //===----------------------------------------------------------------------===//
1134
1135 static std::unique_ptr<llvm::Module> IRGen(SessionContext &S,
1136                                            const FunctionAST &F) {
1137   IRGenContext C(S);
1138   auto LF = F.IRGen(C);
1139   if (!LF)
1140     return nullptr;
1141 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1142   fprintf(stderr, "Read function definition:");
1143   LF->dump();
1144 #endif
1145   return C.takeM();
1146 }
1147
1148 template <typename T>
1149 static std::vector<T> singletonSet(T t) {
1150   std::vector<T> Vec;
1151   Vec.push_back(std::move(t));
1152   return Vec;
1153 }
1154
1155 static void EarthShatteringKaboom() {
1156   fprintf(stderr, "Earth shattering kaboom.");
1157   exit(1);
1158 }
1159
1160 class KaleidoscopeJIT {
1161 public:
1162   typedef ObjectLinkingLayer<> ObjLayerT;
1163   typedef IRCompileLayer<ObjLayerT> CompileLayerT;
1164   typedef LazyEmittingLayer<CompileLayerT> LazyEmitLayerT;
1165   typedef LazyEmitLayerT::ModuleSetHandleT ModuleHandleT;
1166
1167   KaleidoscopeJIT(SessionContext &Session)
1168     : Session(Session),
1169       CompileLayer(ObjectLayer, SimpleCompiler(Session.getTarget())),
1170       LazyEmitLayer(CompileLayer),
1171       CompileCallbacks(reinterpret_cast<uintptr_t>(EarthShatteringKaboom)) {}
1172
1173   std::string mangle(const std::string &Name) {
1174     std::string MangledName;
1175     {
1176       raw_string_ostream MangledNameStream(MangledName);
1177       Mangler::getNameWithPrefix(MangledNameStream, Name,
1178                                  Session.getTarget().createDataLayout());
1179     }
1180     return MangledName;
1181   }
1182
1183   void addFunctionAST(std::unique_ptr<FunctionAST> FnAST) {
1184     std::cerr << "Adding AST: " << FnAST->Proto->Name << "\n";
1185     FunctionDefs[mangle(FnAST->Proto->Name)] = std::move(FnAST);
1186   }
1187
1188   ModuleHandleT addModule(std::unique_ptr<Module> M) {
1189     // We need a memory manager to allocate memory and resolve symbols for this
1190     // new module. Create one that resolves symbols by looking back into the
1191     // JIT.
1192     auto Resolver = createLambdaResolver(
1193                       [&](const std::string &Name) {
1194                         // First try to find 'Name' within the JIT.
1195                         if (auto Symbol = findSymbol(Name))
1196                           return RuntimeDyld::SymbolInfo(Symbol.getAddress(),
1197                                                          Symbol.getFlags());
1198
1199                         // If we don't already have a definition of 'Name' then search
1200                         // the ASTs.
1201                         return searchFunctionASTs(Name);
1202                       },
1203                       [](const std::string &S) { return nullptr; } );
1204
1205     return LazyEmitLayer.addModuleSet(singletonSet(std::move(M)),
1206                                       make_unique<SectionMemoryManager>(),
1207                                       std::move(Resolver));
1208   }
1209
1210   void removeModule(ModuleHandleT H) { LazyEmitLayer.removeModuleSet(H); }
1211
1212   JITSymbol findSymbol(const std::string &Name) {
1213     return LazyEmitLayer.findSymbol(Name, false);
1214   }
1215
1216   JITSymbol findSymbolIn(ModuleHandleT H, const std::string &Name) {
1217     return LazyEmitLayer.findSymbolIn(H, Name, false);
1218   }
1219
1220   JITSymbol findUnmangledSymbol(const std::string &Name) {
1221     return findSymbol(mangle(Name));
1222   }
1223
1224   JITSymbol findUnmangledSymbolIn(ModuleHandleT H, const std::string &Name) {
1225     return findSymbolIn(H, mangle(Name));
1226   }
1227
1228 private:
1229
1230   // This method searches the FunctionDefs map for a definition of 'Name'. If it
1231   // finds one it generates a stub for it and returns the address of the stub.
1232   RuntimeDyld::SymbolInfo searchFunctionASTs(const std::string &Name) {
1233     auto DefI = FunctionDefs.find(Name);
1234     if (DefI == FunctionDefs.end())
1235       return nullptr;
1236
1237     // Return the address of the stub.
1238     // Take the FunctionAST out of the map.
1239     auto FnAST = std::move(DefI->second);
1240     FunctionDefs.erase(DefI);
1241
1242     // IRGen the AST, add it to the JIT, and return the address for it.
1243     auto H = irGenStub(std::move(FnAST));
1244     auto Sym = findSymbolIn(H, Name);
1245     return RuntimeDyld::SymbolInfo(Sym.getAddress(), Sym.getFlags());
1246   }
1247
1248   // This method will take the AST for a function definition and IR-gen a stub
1249   // for that function that will, on first call, IR-gen the actual body of the
1250   // function.
1251   ModuleHandleT irGenStub(std::unique_ptr<FunctionAST> FnAST) {
1252     // Step 1) IRGen a prototype for the stub. This will have the same type as
1253     //         the function.
1254     IRGenContext C(Session);
1255     Function *F = FnAST->Proto->IRGen(C);
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 = CompileCallbacks.getCompileCallback();
1262
1263     // Step 3) Create a stub that will indirectly call the body of this
1264     //         function once it is compiled. Initially, set the function
1265     //         pointer for the indirection to point at the trampoline.
1266     std::string BodyPtrName = (F->getName() + "$address").str();
1267     GlobalVariable *FunctionBodyPointer =
1268       createImplPointer(*F->getType(), *F->getParent(), BodyPtrName,
1269                         createIRTypedAddress(*F->getFunctionType(),
1270                                              CallbackInfo.getAddress()));
1271     makeStub(*F, *FunctionBodyPointer);
1272
1273     // Step 4) Add the module containing the stub to the JIT.
1274     auto StubH = addModule(C.takeM());
1275
1276     // Step 5) Set the compile and update actions.
1277     //
1278     //   The compile action will IRGen the function and add it to the JIT, then
1279     // request its address, which will trigger codegen. Since we don't need the
1280     // AST after this, we pass ownership of the AST into the compile action:
1281     // compile actions (and update actions) are deleted after they're run, so
1282     // this will free the AST for us.
1283     //
1284     //   The update action will update FunctionBodyPointer to point at the newly
1285     // compiled function.
1286     std::shared_ptr<FunctionAST> Fn = std::move(FnAST);
1287     CallbackInfo.setCompileAction([this, Fn, BodyPtrName, StubH]() {
1288       auto H = addModule(IRGen(Session, *Fn));
1289       auto BodySym = findUnmangledSymbolIn(H, Fn->Proto->Name);
1290       auto BodyPtrSym = findUnmangledSymbolIn(StubH, BodyPtrName);
1291       assert(BodySym && "Missing function body.");
1292       assert(BodyPtrSym && "Missing function pointer.");
1293       auto BodyAddr = BodySym.getAddress();
1294       auto BodyPtr = reinterpret_cast<void*>(
1295                        static_cast<uintptr_t>(BodyPtrSym.getAddress()));
1296       memcpy(BodyPtr, &BodyAddr, sizeof(uintptr_t));
1297       return BodyAddr;
1298     });
1299
1300     return StubH;
1301   }
1302
1303   SessionContext &Session;
1304   SectionMemoryManager CCMgrMemMgr;
1305   ObjLayerT ObjectLayer;
1306   CompileLayerT CompileLayer;
1307   LazyEmitLayerT LazyEmitLayer;
1308
1309   std::map<std::string, std::unique_ptr<FunctionAST>> FunctionDefs;
1310
1311   LocalJITCompileCallbackManager<OrcX86_64> CompileCallbacks;
1312 };
1313
1314 static void HandleDefinition(SessionContext &S, KaleidoscopeJIT &J) {
1315   if (auto F = ParseDefinition()) {
1316     S.addPrototypeAST(llvm::make_unique<PrototypeAST>(*F->Proto));
1317     J.addFunctionAST(std::move(F));
1318   } else {
1319     // Skip token for error recovery.
1320     getNextToken();
1321   }
1322 }
1323
1324 static void HandleExtern(SessionContext &S) {
1325   if (auto P = ParseExtern())
1326     S.addPrototypeAST(std::move(P));
1327   else {
1328     // Skip token for error recovery.
1329     getNextToken();
1330   }
1331 }
1332
1333 static void HandleTopLevelExpression(SessionContext &S, KaleidoscopeJIT &J) {
1334   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
1335   if (auto F = ParseTopLevelExpr()) {
1336     IRGenContext C(S);
1337     if (auto ExprFunc = F->IRGen(C)) {
1338 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1339       std::cerr << "Expression function:\n";
1340       ExprFunc->dump();
1341 #endif
1342       // Add the CodeGen'd module to the JIT. Keep a handle to it: We can remove
1343       // this module as soon as we've executed Function ExprFunc.
1344       auto H = J.addModule(C.takeM());
1345
1346       // Get the address of the JIT'd function in memory.
1347       auto ExprSymbol = J.findUnmangledSymbol("__anon_expr");
1348
1349       // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
1350       // can call it as a native function.
1351       double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)ExprSymbol.getAddress();
1352 #ifdef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1353       FP();
1354 #else
1355       std::cerr << "Evaluated to " << FP() << "\n";
1356 #endif
1357
1358       // Remove the function.
1359       J.removeModule(H);
1360     }
1361   } else {
1362     // Skip token for error recovery.
1363     getNextToken();
1364   }
1365 }
1366
1367 /// top ::= definition | external | expression | ';'
1368 static void MainLoop() {
1369   SessionContext S(getGlobalContext());
1370   KaleidoscopeJIT J(S);
1371
1372   while (1) {
1373     switch (CurTok) {
1374     case tok_eof:    return;
1375     case ';':        getNextToken(); continue;  // ignore top-level semicolons.
1376     case tok_def:    HandleDefinition(S, J); break;
1377     case tok_extern: HandleExtern(S); break;
1378     default:         HandleTopLevelExpression(S, J); break;
1379     }
1380 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1381     std::cerr << "ready> ";
1382 #endif
1383   }
1384 }
1385
1386 //===----------------------------------------------------------------------===//
1387 // "Library" functions that can be "extern'd" from user code.
1388 //===----------------------------------------------------------------------===//
1389
1390 /// putchard - putchar that takes a double and returns 0.
1391 extern "C"
1392 double putchard(double X) {
1393   putchar((char)X);
1394   return 0;
1395 }
1396
1397 /// printd - printf that takes a double prints it as "%f\n", returning 0.
1398 extern "C"
1399 double printd(double X) {
1400   printf("%f", X);
1401   return 0;
1402 }
1403
1404 extern "C"
1405 double printlf() {
1406   printf("\n");
1407   return 0;
1408 }
1409
1410 //===----------------------------------------------------------------------===//
1411 // Main driver code.
1412 //===----------------------------------------------------------------------===//
1413
1414 int main() {
1415   InitializeNativeTarget();
1416   InitializeNativeTargetAsmPrinter();
1417   InitializeNativeTargetAsmParser();
1418
1419   // Install standard binary operators.
1420   // 1 is lowest precedence.
1421   BinopPrecedence['='] = 2;
1422   BinopPrecedence['<'] = 10;
1423   BinopPrecedence['+'] = 20;
1424   BinopPrecedence['-'] = 20;
1425   BinopPrecedence['/'] = 40;
1426   BinopPrecedence['*'] = 40;  // highest.
1427
1428   // Prime the first token.
1429 #ifndef MINIMAL_STDERR_OUTPUT
1430   std::cerr << "ready> ";
1431 #endif
1432   getNextToken();
1433
1434   std::cerr << std::fixed;
1435
1436   // Run the main "interpreter loop" now.
1437   MainLoop();
1438
1439   return 0;
1440 }