Big Kaleidoscope tutorial update.
[oota-llvm.git] / examples / Kaleidoscope / Chapter6 / toy.cpp
index c64120d7cea885200b69ef1c6d794b9a57a75735..e1bed45189e0593d36c113036b200757080b7f9f 100644 (file)
@@ -1,9 +1,6 @@
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
-#include "llvm/ExecutionEngine/ExecutionEngine.h"
-#include "llvm/ExecutionEngine/MCJIT.h"
-#include "llvm/ExecutionEngine/SectionMemoryManager.h"
-#include "llvm/IR/DataLayout.h"
-#include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
 #include "llvm/IR/LegacyPassManager.h"
 #include <map>
 #include <string>
 #include <vector>
+#include "../include/KaleidoscopeJIT.h"
+
 using namespace llvm;
+using namespace llvm::orc;
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Lexer
@@ -123,7 +123,7 @@ namespace {
 class ExprAST {
 public:
   virtual ~ExprAST() {}
-  virtual Value *Codegen() = 0;
+  virtual Value *codegen() = 0;
 };
 
 /// NumberExprAST - Expression class for numeric literals like "1.0".
@@ -131,8 +131,8 @@ class NumberExprAST : public ExprAST {
   double Val;
 
 public:
-  NumberExprAST(double val) : Val(val) {}
-  virtual Value *Codegen();
+  NumberExprAST(double Val) : Val(Val) {}
+  Value *codegen() override;
 };
 
 /// VariableExprAST - Expression class for referencing a variable, like "a".
@@ -140,63 +140,68 @@ class VariableExprAST : public ExprAST {
   std::string Name;
 
 public:
-  VariableExprAST(const std::string &name) : Name(name) {}
-  virtual Value *Codegen();
+  VariableExprAST(const std::string &Name) : Name(Name) {}
+  Value *codegen() override;
 };
 
 /// UnaryExprAST - Expression class for a unary operator.
 class UnaryExprAST : public ExprAST {
   char Opcode;
-  ExprAST *Operand;
+  std::unique_ptr<ExprAST> Operand;
 
 public:
-  UnaryExprAST(char opcode, ExprAST *operand)
-      : Opcode(opcode), Operand(operand) {}
-  virtual Value *Codegen();
+  UnaryExprAST(char Opcode, std::unique_ptr<ExprAST> Operand)
+      : Opcode(Opcode), Operand(std::move(Operand)) {}
+  Value *codegen() override;
 };
 
 /// BinaryExprAST - Expression class for a binary operator.
 class BinaryExprAST : public ExprAST {
   char Op;
-  ExprAST *LHS, *RHS;
+  std::unique_ptr<ExprAST> LHS, RHS;
 
 public:
-  BinaryExprAST(char op, ExprAST *lhs, ExprAST *rhs)
-      : Op(op), LHS(lhs), RHS(rhs) {}
-  virtual Value *Codegen();
+  BinaryExprAST(char Op, std::unique_ptr<ExprAST> LHS,
+                std::unique_ptr<ExprAST> RHS)
+      : Op(Op), LHS(std::move(LHS)), RHS(std::move(RHS)) {}
+  Value *codegen() override;
 };
 
 /// CallExprAST - Expression class for function calls.
 class CallExprAST : public ExprAST {
   std::string Callee;
-  std::vector<ExprAST *> Args;
+  std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
 
 public:
-  CallExprAST(const std::string &callee, std::vector<ExprAST *> &args)
-      : Callee(callee), Args(args) {}
-  virtual Value *Codegen();
+  CallExprAST(const std::string &Callee,
+              std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args)
+      : Callee(Callee), Args(std::move(Args)) {}
+  Value *codegen() override;
 };
 
 /// IfExprAST - Expression class for if/then/else.
 class IfExprAST : public ExprAST {
-  ExprAST *Cond, *Then, *Else;
+  std::unique_ptr<ExprAST> Cond, Then, Else;
 
 public:
-  IfExprAST(ExprAST *cond, ExprAST *then, ExprAST *_else)
-      : Cond(cond), Then(then), Else(_else) {}
-  virtual Value *Codegen();
+  IfExprAST(std::unique_ptr<ExprAST> Cond, std::unique_ptr<ExprAST> Then,
+            std::unique_ptr<ExprAST> Else)
+      : Cond(std::move(Cond)), Then(std::move(Then)), Else(std::move(Else)) {}
+  Value *codegen() override;
 };
 
 /// ForExprAST - Expression class for for/in.
 class ForExprAST : public ExprAST {
   std::string VarName;
-  ExprAST *Start, *End, *Step, *Body;
+  std::unique_ptr<ExprAST> Start, End, Step, Body;
 
 public:
-  ForExprAST(const std::string &varname, ExprAST *start, ExprAST *end,
-             ExprAST *step, ExprAST *body)
-      : VarName(varname), Start(start), End(end), Step(step), Body(body) {}
-  virtual Value *Codegen();
+  ForExprAST(const std::string &VarName, std::unique_ptr<ExprAST> Start,
+             std::unique_ptr<ExprAST> End, std::unique_ptr<ExprAST> Step,
+             std::unique_ptr<ExprAST> Body)
+      : VarName(VarName), Start(std::move(Start)), End(std::move(End)),
+        Step(std::move(Step)), Body(std::move(Body)) {}
+  Value *codegen() override;
 };
 
 /// PrototypeAST - This class represents the "prototype" for a function,
@@ -205,15 +210,19 @@ public:
 class PrototypeAST {
   std::string Name;
   std::vector<std::string> Args;
-  bool isOperator;
+  bool IsOperator;
   unsigned Precedence; // Precedence if a binary op.
+
 public:
-  PrototypeAST(const std::string &name, const std::vector<std::string> &args,
-               bool isoperator = false, unsigned prec = 0)
-      : Name(name), Args(args), isOperator(isoperator), Precedence(prec) {}
+  PrototypeAST(const std::string &Name, std::vector<std::string> Args,
+               bool IsOperator = false, unsigned Prec = 0)
+      : Name(Name), Args(std::move(Args)), IsOperator(IsOperator),
+        Precedence(Prec) {}
+  Function *codegen();
+  const std::string &getName() const { return Name; }
 
-  bool isUnaryOp() const { return isOperator && Args.size() == 1; }
-  bool isBinaryOp() const { return isOperator && Args.size() == 2; }
+  bool isUnaryOp() const { return IsOperator && Args.size() == 1; }
+  bool isBinaryOp() const { return IsOperator && Args.size() == 2; }
 
   char getOperatorName() const {
     assert(isUnaryOp() || isBinaryOp());
@@ -221,19 +230,18 @@ public:
   }
 
   unsigned getBinaryPrecedence() const { return Precedence; }
-
-  Function *Codegen();
 };
 
 /// FunctionAST - This class represents a function definition itself.
 class FunctionAST {
-  PrototypeAST *Proto;
-  ExprAST *Body;
+  std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto;
+  std::unique_ptr<ExprAST> Body;
 
 public:
-  FunctionAST(PrototypeAST *proto, ExprAST *body) : Proto(proto), Body(body) {}
-
-  Function *Codegen();
+  FunctionAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto,
+              std::unique_ptr<ExprAST> Body)
+      : Proto(std::move(Proto)), Body(std::move(Body)) {}
+  Function *codegen();
 };
 } // end anonymous namespace
 
@@ -264,41 +272,57 @@ static int GetTokPrecedence() {
 }
 
 /// Error* - These are little helper functions for error handling.
-ExprAST *Error(const char *Str) {
+std::unique_ptr<ExprAST> Error(const char *Str) {
   fprintf(stderr, "Error: %s\n", Str);
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
-PrototypeAST *ErrorP(const char *Str) {
+std::unique_ptr<PrototypeAST> ErrorP(const char *Str) {
   Error(Str);
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
-FunctionAST *ErrorF(const char *Str) {
-  Error(Str);
-  return 0;
+
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression();
+
+/// numberexpr ::= number
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParseNumberExpr() {
+  auto Result = llvm::make_unique<NumberExprAST>(NumVal);
+  getNextToken(); // consume the number
+  return std::move(Result);
 }
 
-static ExprAST *ParseExpression();
+/// parenexpr ::= '(' expression ')'
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParseParenExpr() {
+  getNextToken(); // eat (.
+  auto V = ParseExpression();
+  if (!V)
+    return nullptr;
+
+  if (CurTok != ')')
+    return Error("expected ')'");
+  getNextToken(); // eat ).
+  return V;
+}
 
 /// identifierexpr
 ///   ::= identifier
 ///   ::= identifier '(' expression* ')'
-static ExprAST *ParseIdentifierExpr() {
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIdentifierExpr() {
   std::string IdName = IdentifierStr;
 
   getNextToken(); // eat identifier.
 
   if (CurTok != '(') // Simple variable ref.
-    return new VariableExprAST(IdName);
+    return llvm::make_unique<VariableExprAST>(IdName);
 
   // Call.
   getNextToken(); // eat (
-  std::vector<ExprAST *> Args;
+  std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args;
   if (CurTok != ')') {
     while (1) {
-      ExprAST *Arg = ParseExpression();
-      if (!Arg)
-        return 0;
-      Args.push_back(Arg);
+      if (auto Arg = ParseExpression())
+        Args.push_back(std::move(Arg));
+      else
+        return nullptr;
 
       if (CurTok == ')')
         break;
@@ -312,60 +336,41 @@ static ExprAST *ParseIdentifierExpr() {
   // Eat the ')'.
   getNextToken();
 
-  return new CallExprAST(IdName, Args);
-}
-
-/// numberexpr ::= number
-static ExprAST *ParseNumberExpr() {
-  ExprAST *Result = new NumberExprAST(NumVal);
-  getNextToken(); // consume the number
-  return Result;
-}
-
-/// parenexpr ::= '(' expression ')'
-static ExprAST *ParseParenExpr() {
-  getNextToken(); // eat (.
-  ExprAST *V = ParseExpression();
-  if (!V)
-    return 0;
-
-  if (CurTok != ')')
-    return Error("expected ')'");
-  getNextToken(); // eat ).
-  return V;
+  return llvm::make_unique<CallExprAST>(IdName, std::move(Args));
 }
 
 /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression
-static ExprAST *ParseIfExpr() {
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIfExpr() {
   getNextToken(); // eat the if.
 
   // condition.
-  ExprAST *Cond = ParseExpression();
+  auto Cond = ParseExpression();
   if (!Cond)
-    return 0;
+    return nullptr;
 
   if (CurTok != tok_then)
     return Error("expected then");
   getNextToken(); // eat the then
 
-  ExprAST *Then = ParseExpression();
-  if (Then == 0)
-    return 0;
+  auto Then = ParseExpression();
+  if (!Then)
+    return nullptr;
 
   if (CurTok != tok_else)
     return Error("expected else");
 
   getNextToken();
 
-  ExprAST *Else = ParseExpression();
+  auto Else = ParseExpression();
   if (!Else)
-    return 0;
+    return nullptr;
 
-  return new IfExprAST(Cond, Then, Else);
+  return llvm::make_unique<IfExprAST>(std::move(Cond), std::move(Then),
+                                      std::move(Else));
 }
 
 /// forexpr ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression
-static ExprAST *ParseForExpr() {
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParseForExpr() {
   getNextToken(); // eat the for.
 
   if (CurTok != tok_identifier)
@@ -378,35 +383,36 @@ static ExprAST *ParseForExpr() {
     return Error("expected '=' after for");
   getNextToken(); // eat '='.
 
-  ExprAST *Start = ParseExpression();
-  if (Start == 0)
-    return 0;
+  auto Start = ParseExpression();
+  if (!Start)
+    return nullptr;
   if (CurTok != ',')
     return Error("expected ',' after for start value");
   getNextToken();
 
-  ExprAST *End = ParseExpression();
-  if (End == 0)
-    return 0;
+  auto End = ParseExpression();
+  if (!End)
+    return nullptr;
 
   // The step value is optional.
-  ExprAST *Step = 0;
+  std::unique_ptr<ExprAST> Step;
   if (CurTok == ',') {
     getNextToken();
     Step = ParseExpression();
-    if (Step == 0)
-      return 0;
+    if (!Step)
+      return nullptr;
   }
 
   if (CurTok != tok_in)
     return Error("expected 'in' after for");
   getNextToken(); // eat 'in'.
 
-  ExprAST *Body = ParseExpression();
-  if (Body == 0)
-    return 0;
+  auto Body = ParseExpression();
+  if (!Body)
+    return nullptr;
 
-  return new ForExprAST(IdName, Start, End, Step, Body);
+  return llvm::make_unique<ForExprAST>(IdName, std::move(Start), std::move(End),
+                                       std::move(Step), std::move(Body));
 }
 
 /// primary
@@ -415,7 +421,7 @@ static ExprAST *ParseForExpr() {
 ///   ::= parenexpr
 ///   ::= ifexpr
 ///   ::= forexpr
-static ExprAST *ParsePrimary() {
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParsePrimary() {
   switch (CurTok) {
   default:
     return Error("unknown token when expecting an expression");
@@ -435,7 +441,7 @@ static ExprAST *ParsePrimary() {
 /// unary
 ///   ::= primary
 ///   ::= '!' unary
-static ExprAST *ParseUnary() {
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParseUnary() {
   // If the current token is not an operator, it must be a primary expr.
   if (!isascii(CurTok) || CurTok == '(' || CurTok == ',')
     return ParsePrimary();
@@ -443,14 +449,15 @@ static ExprAST *ParseUnary() {
   // If this is a unary operator, read it.
   int Opc = CurTok;
   getNextToken();
-  if (ExprAST *Operand = ParseUnary())
-    return new UnaryExprAST(Opc, Operand);
-  return 0;
+  if (auto Operand = ParseUnary())
+    return llvm::make_unique<UnaryExprAST>(Opc, std::move(Operand));
+  return nullptr;
 }
 
 /// binoprhs
 ///   ::= ('+' unary)*
-static ExprAST *ParseBinOpRHS(int ExprPrec, ExprAST *LHS) {
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParseBinOpRHS(int ExprPrec,
+                                              std::unique_ptr<ExprAST> LHS) {
   // If this is a binop, find its precedence.
   while (1) {
     int TokPrec = GetTokPrecedence();
@@ -465,40 +472,41 @@ static ExprAST *ParseBinOpRHS(int ExprPrec, ExprAST *LHS) {
     getNextToken(); // eat binop
 
     // Parse the unary expression after the binary operator.
-    ExprAST *RHS = ParseUnary();
+    auto RHS = ParseUnary();
     if (!RHS)
-      return 0;
+      return nullptr;
 
     // If BinOp binds less tightly with RHS than the operator after RHS, let
     // the pending operator take RHS as its LHS.
     int NextPrec = GetTokPrecedence();
     if (TokPrec < NextPrec) {
-      RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec + 1, RHS);
-      if (RHS == 0)
-        return 0;
+      RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec + 1, std::move(RHS));
+      if (!RHS)
+        return nullptr;
     }
 
     // Merge LHS/RHS.
-    LHS = new BinaryExprAST(BinOp, LHS, RHS);
+    LHS =
+        llvm::make_unique<BinaryExprAST>(BinOp, std::move(LHS), std::move(RHS));
   }
 }
 
 /// expression
 ///   ::= unary binoprhs
 ///
-static ExprAST *ParseExpression() {
-  ExprAST *LHS = ParseUnary();
+static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression() {
+  auto LHS = ParseUnary();
   if (!LHS)
-    return 0;
+    return nullptr;
 
-  return ParseBinOpRHS(0, LHS);
+  return ParseBinOpRHS(0, std::move(LHS));
 }
 
 /// prototype
 ///   ::= id '(' id* ')'
 ///   ::= binary LETTER number? (id, id)
 ///   ::= unary LETTER (id)
-static PrototypeAST *ParsePrototype() {
+static std::unique_ptr<PrototypeAST> ParsePrototype() {
   std::string FnName;
 
   unsigned Kind = 0; // 0 = identifier, 1 = unary, 2 = binary.
@@ -556,33 +564,35 @@ static PrototypeAST *ParsePrototype() {
   if (Kind && ArgNames.size() != Kind)
     return ErrorP("Invalid number of operands for operator");
 
-  return new PrototypeAST(FnName, ArgNames, Kind != 0, BinaryPrecedence);
+  return llvm::make_unique<PrototypeAST>(FnName, ArgNames, Kind != 0,
+                                         BinaryPrecedence);
 }
 
 /// definition ::= 'def' prototype expression
-static FunctionAST *ParseDefinition() {
+static std::unique_ptr<FunctionAST> ParseDefinition() {
   getNextToken(); // eat def.
-  PrototypeAST *Proto = ParsePrototype();
-  if (Proto == 0)
-    return 0;
+  auto Proto = ParsePrototype();
+  if (!Proto)
+    return nullptr;
 
-  if (ExprAST *E = ParseExpression())
-    return new FunctionAST(Proto, E);
-  return 0;
+  if (auto E = ParseExpression())
+    return llvm::make_unique<FunctionAST>(std::move(Proto), std::move(E));
+  return nullptr;
 }
 
 /// toplevelexpr ::= expression
-static FunctionAST *ParseTopLevelExpr() {
-  if (ExprAST *E = ParseExpression()) {
+static std::unique_ptr<FunctionAST> ParseTopLevelExpr() {
+  if (auto E = ParseExpression()) {
     // Make an anonymous proto.
-    PrototypeAST *Proto = new PrototypeAST("", std::vector<std::string>());
-    return new FunctionAST(Proto, E);
+    auto Proto = llvm::make_unique<PrototypeAST>("__anon_expr",
+                                                 std::vector<std::string>());
+    return llvm::make_unique<FunctionAST>(std::move(Proto), std::move(E));
   }
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
 /// external ::= 'extern' prototype
-static PrototypeAST *ParseExtern() {
+static std::unique_ptr<PrototypeAST> ParseExtern() {
   getNextToken(); // eat extern.
   return ParsePrototype();
 }
@@ -591,43 +601,62 @@ static PrototypeAST *ParseExtern() {
 // Code Generation
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-static Module *TheModule;
+static std::unique_ptr<Module> TheModule;
 static IRBuilder<> Builder(getGlobalContext());
 static std::map<std::string, Value *> NamedValues;
-static FunctionPassManager *TheFPM;
+static std::unique_ptr<legacy::FunctionPassManager> TheFPM;
+static std::unique_ptr<KaleidoscopeJIT> TheJIT;
+static std::map<std::string, std::unique_ptr<PrototypeAST>> FunctionProtos;
 
 Value *ErrorV(const char *Str) {
   Error(Str);
-  return 0;
+  return nullptr;
+}
+
+Function *getFunction(std::string Name) {
+  // First, see if the function has already been added to the current module.
+  if (auto *F = TheModule->getFunction(Name))
+    return F;
+
+  // If not, check whether we can codegen the declaration from some existing
+  // prototype.
+  auto FI = FunctionProtos.find(Name);
+  if (FI != FunctionProtos.end())
+    return FI->second->codegen();
+
+  // If no existing prototype exists, return null.
+  return nullptr;
 }
 
-Value *NumberExprAST::Codegen() {
+Value *NumberExprAST::codegen() {
   return ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(Val));
 }
 
-Value *VariableExprAST::Codegen() {
+Value *VariableExprAST::codegen() {
   // Look this variable up in the function.
   Value *V = NamedValues[Name];
-  return V ? V : ErrorV("Unknown variable name");
+  if (!V)
+    return ErrorV("Unknown variable name");
+  return V;
 }
 
-Value *UnaryExprAST::Codegen() {
-  Value *OperandV = Operand->Codegen();
-  if (OperandV == 0)
-    return 0;
+Value *UnaryExprAST::codegen() {
+  Value *OperandV = Operand->codegen();
+  if (!OperandV)
+    return nullptr;
 
-  Function *F = TheModule->getFunction(std::string("unary") + Opcode);
-  if (F == 0)
+  Function *F = getFunction(std::string("unary") + Opcode);
+  if (!F)
     return ErrorV("Unknown unary operator");
 
   return Builder.CreateCall(F, OperandV, "unop");
 }
 
-Value *BinaryExprAST::Codegen() {
-  Value *L = LHS->Codegen();
-  Value *R = RHS->Codegen();
-  if (L == 0 || R == 0)
-    return 0;
+Value *BinaryExprAST::codegen() {
+  Value *L = LHS->codegen();
+  Value *R = RHS->codegen();
+  if (!L || !R)
+    return nullptr;
 
   switch (Op) {
   case '+':
@@ -647,17 +676,17 @@ Value *BinaryExprAST::Codegen() {
 
   // If it wasn't a builtin binary operator, it must be a user defined one. Emit
   // a call to it.
-  Function *F = TheModule->getFunction(std::string("binary") + Op);
+  Function *F = getFunction(std::string("binary") + Op);
   assert(F && "binary operator not found!");
 
-  Value *Ops[] = { L, R };
+  Value *Ops[] = {L, R};
   return Builder.CreateCall(F, Ops, "binop");
 }
 
-Value *CallExprAST::Codegen() {
+Value *CallExprAST::codegen() {
   // Look up the name in the global module table.
-  Function *CalleeF = TheModule->getFunction(Callee);
-  if (CalleeF == 0)
+  Function *CalleeF = getFunction(Callee);
+  if (!CalleeF)
     return ErrorV("Unknown function referenced");
 
   // If argument mismatch error.
@@ -666,18 +695,18 @@ Value *CallExprAST::Codegen() {
 
   std::vector<Value *> ArgsV;
   for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) {
-    ArgsV.push_back(Args[i]->Codegen());
-    if (ArgsV.back() == 0)
-      return 0;
+    ArgsV.push_back(Args[i]->codegen());
+    if (!ArgsV.back())
+      return nullptr;
   }
 
   return Builder.CreateCall(CalleeF, ArgsV, "calltmp");
 }
 
-Value *IfExprAST::Codegen() {
-  Value *CondV = Cond->Codegen();
-  if (CondV == 0)
-    return 0;
+Value *IfExprAST::codegen() {
+  Value *CondV = Cond->codegen();
+  if (!CondV)
+    return nullptr;
 
   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
   CondV = Builder.CreateFCmpONE(
@@ -697,9 +726,9 @@ Value *IfExprAST::Codegen() {
   // Emit then value.
   Builder.SetInsertPoint(ThenBB);
 
-  Value *ThenV = Then->Codegen();
-  if (ThenV == 0)
-    return 0;
+  Value *ThenV = Then->codegen();
+  if (!ThenV)
+    return nullptr;
 
   Builder.CreateBr(MergeBB);
   // Codegen of 'Then' can change the current block, update ThenBB for the PHI.
@@ -709,9 +738,9 @@ Value *IfExprAST::Codegen() {
   TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
   Builder.SetInsertPoint(ElseBB);
 
-  Value *ElseV = Else->Codegen();
-  if (ElseV == 0)
-    return 0;
+  Value *ElseV = Else->codegen();
+  if (!ElseV)
+    return nullptr;
 
   Builder.CreateBr(MergeBB);
   // Codegen of 'Else' can change the current block, update ElseBB for the PHI.
@@ -728,27 +757,26 @@ Value *IfExprAST::Codegen() {
   return PN;
 }
 
-Value *ForExprAST::Codegen() {
-  // Output this as:
-  //   ...
-  //   start = startexpr
-  //   goto loop
-  // loop:
-  //   variable = phi [start, loopheader], [nextvariable, loopend]
-  //   ...
-  //   bodyexpr
-  //   ...
-  // loopend:
-  //   step = stepexpr
-  //   nextvariable = variable + step
-  //   endcond = endexpr
-  //   br endcond, loop, endloop
-  // outloop:
-
+// Output for-loop as:
+//   ...
+//   start = startexpr
+//   goto loop
+// loop:
+//   variable = phi [start, loopheader], [nextvariable, loopend]
+//   ...
+//   bodyexpr
+//   ...
+// loopend:
+//   step = stepexpr
+//   nextvariable = variable + step
+//   endcond = endexpr
+//   br endcond, loop, endloop
+// outloop:
+Value *ForExprAST::codegen() {
   // Emit the start code first, without 'variable' in scope.
-  Value *StartVal = Start->Codegen();
-  if (StartVal == 0)
-    return 0;
+  Value *StartVal = Start->codegen();
+  if (!StartVal)
+    return nullptr;
 
   // Make the new basic block for the loop header, inserting after current
   // block.
@@ -776,15 +804,15 @@ Value *ForExprAST::Codegen() {
   // Emit the body of the loop.  This, like any other expr, can change the
   // current BB.  Note that we ignore the value computed by the body, but don't
   // allow an error.
-  if (Body->Codegen() == 0)
-    return 0;
+  if (!Body->codegen())
+    return nullptr;
 
   // Emit the step value.
-  Value *StepVal;
+  Value *StepVal = nullptr;
   if (Step) {
-    StepVal = Step->Codegen();
-    if (StepVal == 0)
-      return 0;
+    StepVal = Step->codegen();
+    if (!StepVal)
+      return nullptr;
   } else {
     // If not specified, use 1.0.
     StepVal = ConstantFP::get(getGlobalContext(), APFloat(1.0));
@@ -793,9 +821,9 @@ Value *ForExprAST::Codegen() {
   Value *NextVar = Builder.CreateFAdd(Variable, StepVal, "nextvar");
 
   // Compute the end condition.
-  Value *EndCond = End->Codegen();
-  if (EndCond == 0)
-    return EndCond;
+  Value *EndCond = End->codegen();
+  if (!EndCond)
+    return nullptr;
 
   // Convert condition to a bool by comparing equal to 0.0.
   EndCond = Builder.CreateFCmpONE(
@@ -825,7 +853,7 @@ Value *ForExprAST::Codegen() {
   return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
 }
 
-Function *PrototypeAST::Codegen() {
+Function *PrototypeAST::codegen() {
   // Make the function type:  double(double,double) etc.
   std::vector<Type *> Doubles(Args.size(),
                               Type::getDoubleTy(getGlobalContext()));
@@ -833,64 +861,46 @@ Function *PrototypeAST::Codegen() {
       FunctionType::get(Type::getDoubleTy(getGlobalContext()), Doubles, false);
 
   Function *F =
-      Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, Name, TheModule);
-
-  // If F conflicted, there was already something named 'Name'.  If it has a
-  // body, don't allow redefinition or reextern.
-  if (F->getName() != Name) {
-    // Delete the one we just made and get the existing one.
-    F->eraseFromParent();
-    F = TheModule->getFunction(Name);
-
-    // If F already has a body, reject this.
-    if (!F->empty()) {
-      ErrorF("redefinition of function");
-      return 0;
-    }
-
-    // If F took a different number of args, reject.
-    if (F->arg_size() != Args.size()) {
-      ErrorF("redefinition of function with different # args");
-      return 0;
-    }
-  }
+      Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, Name, TheModule.get());
 
   // Set names for all arguments.
   unsigned Idx = 0;
-  for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); Idx != Args.size();
-       ++AI, ++Idx) {
-    AI->setName(Args[Idx]);
-
-    // Add arguments to variable symbol table.
-    NamedValues[Args[Idx]] = AI;
-  }
+  for (auto &Arg : F->args())
+    Arg.setName(Args[Idx++]);
 
   return F;
 }
 
-Function *FunctionAST::Codegen() {
-  NamedValues.clear();
-
-  Function *TheFunction = Proto->Codegen();
-  if (TheFunction == 0)
-    return 0;
+Function *FunctionAST::codegen() {
+  // Transfer ownership of the prototype to the FunctionProtos map, but keep a
+  // reference to it for use below.
+  auto &P = *Proto;
+  FunctionProtos[Proto->getName()] = std::move(Proto);
+  Function *TheFunction = getFunction(P.getName());
+  if (!TheFunction)
+    return nullptr;
 
   // If this is an operator, install it.
-  if (Proto->isBinaryOp())
-    BinopPrecedence[Proto->getOperatorName()] = Proto->getBinaryPrecedence();
+  if (P.isBinaryOp())
+    BinopPrecedence[P.getOperatorName()] = P.getBinaryPrecedence();
 
   // Create a new basic block to start insertion into.
   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(getGlobalContext(), "entry", TheFunction);
   Builder.SetInsertPoint(BB);
 
-  if (Value *RetVal = Body->Codegen()) {
+  // Record the function arguments in the NamedValues map.
+  NamedValues.clear();
+  for (auto &Arg : TheFunction->args())
+    NamedValues[Arg.getName()] = &Arg;
+
+  if (Value *RetVal = Body->codegen()) {
     // Finish off the function.
     Builder.CreateRet(RetVal);
 
     // Validate the generated code, checking for consistency.
     verifyFunction(*TheFunction);
 
-    // Optimize the function.
+    // Run the optimizer on the function.
     TheFPM->run(*TheFunction);
 
     return TheFunction;
@@ -899,22 +909,44 @@ Function *FunctionAST::Codegen() {
   // Error reading body, remove function.
   TheFunction->eraseFromParent();
 
-  if (Proto->isBinaryOp())
+  if (P.isBinaryOp())
     BinopPrecedence.erase(Proto->getOperatorName());
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Top-Level parsing and JIT Driver
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-static ExecutionEngine *TheExecutionEngine;
+static void InitializeModuleAndPassManager() {
+  // Open a new module.
+  TheModule = llvm::make_unique<Module>("my cool jit", getGlobalContext());
+  TheModule->setDataLayout(TheJIT->getTargetMachine().createDataLayout());
+
+  // Create a new pass manager attached to it.
+  TheFPM = llvm::make_unique<legacy::FunctionPassManager>(TheModule.get());
+
+  // Provide basic AliasAnalysis support for GVN.
+  TheFPM->add(createBasicAliasAnalysisPass());
+  // Do simple "peephole" optimizations and bit-twiddling optzns.
+  TheFPM->add(createInstructionCombiningPass());
+  // Reassociate expressions.
+  TheFPM->add(createReassociatePass());
+  // Eliminate Common SubExpressions.
+  TheFPM->add(createGVNPass());
+  // Simplify the control flow graph (deleting unreachable blocks, etc).
+  TheFPM->add(createCFGSimplificationPass());
+
+  TheFPM->doInitialization();
+}
 
 static void HandleDefinition() {
-  if (FunctionAST *F = ParseDefinition()) {
-    if (Function *LF = F->Codegen()) {
+  if (auto FnAST = ParseDefinition()) {
+    if (auto *FnIR = FnAST->codegen()) {
       fprintf(stderr, "Read function definition:");
-      LF->dump();
+      FnIR->dump();
+      TheJIT->addModule(std::move(TheModule));
+      InitializeModuleAndPassManager();
     }
   } else {
     // Skip token for error recovery.
@@ -923,10 +955,11 @@ static void HandleDefinition() {
 }
 
 static void HandleExtern() {
-  if (PrototypeAST *P = ParseExtern()) {
-    if (Function *F = P->Codegen()) {
+  if (auto ProtoAST = ParseExtern()) {
+    if (auto *FnIR = ProtoAST->codegen()) {
       fprintf(stderr, "Read extern: ");
-      F->dump();
+      FnIR->dump();
+      FunctionProtos[ProtoAST->getName()] = std::move(ProtoAST);
     }
   } else {
     // Skip token for error recovery.
@@ -936,16 +969,25 @@ static void HandleExtern() {
 
 static void HandleTopLevelExpression() {
   // Evaluate a top-level expression into an anonymous function.
-  if (FunctionAST *F = ParseTopLevelExpr()) {
-    if (Function *LF = F->Codegen()) {
-      TheExecutionEngine->finalizeObject();
-      // JIT the function, returning a function pointer.
-      void *FPtr = TheExecutionEngine->getPointerToFunction(LF);
-
-      // Cast it to the right type (takes no arguments, returns a double) so we
-      // can call it as a native function.
-      double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)FPtr;
+  if (auto FnAST = ParseTopLevelExpr()) {
+    if (FnAST->codegen()) {
+
+      // JIT the module containing the anonymous expression, keeping a handle so
+      // we can free it later.
+      auto H = TheJIT->addModule(std::move(TheModule));
+      InitializeModuleAndPassManager();
+
+      // Search the JIT for the __anon_expr symbol.
+      auto ExprSymbol = TheJIT->findSymbol("__anon_expr");
+      assert(ExprSymbol && "Function not found");
+
+      // Get the symbol's address and cast it to the right type (takes no
+      // arguments, returns a double) so we can call it as a native function.
+      double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)ExprSymbol.getAddress();
       fprintf(stderr, "Evaluated to %f\n", FP());
+
+      // Delete the anonymous expression module from the JIT.
+      TheJIT->removeModule(H);
     }
   } else {
     // Skip token for error recovery.
@@ -960,9 +1002,9 @@ static void MainLoop() {
     switch (CurTok) {
     case tok_eof:
       return;
-    case ';':
+    case ';': // ignore top-level semicolons.
       getNextToken();
-      break; // ignore top-level semicolons.
+      break;
     case tok_def:
       HandleDefinition();
       break;
@@ -1000,7 +1042,6 @@ int main() {
   InitializeNativeTarget();
   InitializeNativeTargetAsmPrinter();
   InitializeNativeTargetAsmParser();
-  LLVMContext &Context = getGlobalContext();
 
   // Install standard binary operators.
   // 1 is lowest precedence.
@@ -1013,51 +1054,12 @@ int main() {
   fprintf(stderr, "ready> ");
   getNextToken();
 
-  // Make the module, which holds all the code.
-  std::unique_ptr<Module> Owner = make_unique<Module>("my cool jit", Context);
-  TheModule = Owner.get();
-
-  // Create the JIT.  This takes ownership of the module.
-  std::string ErrStr;
-  TheExecutionEngine =
-      EngineBuilder(std::move(Owner))
-          .setErrorStr(&ErrStr)
-          .setMCJITMemoryManager(llvm::make_unique<SectionMemoryManager>())
-          .create();
-  if (!TheExecutionEngine) {
-    fprintf(stderr, "Could not create ExecutionEngine: %s\n", ErrStr.c_str());
-    exit(1);
-  }
-
-  FunctionPassManager OurFPM(TheModule);
-
-  // Set up the optimizer pipeline.  Start with registering info about how the
-  // target lays out data structures.
-  TheModule->setDataLayout(TheExecutionEngine->getDataLayout());
-  OurFPM.add(new DataLayoutPass());
-  // Provide basic AliasAnalysis support for GVN.
-  OurFPM.add(createBasicAliasAnalysisPass());
-  // Do simple "peephole" optimizations and bit-twiddling optzns.
-  OurFPM.add(createInstructionCombiningPass());
-  // Reassociate expressions.
-  OurFPM.add(createReassociatePass());
-  // Eliminate Common SubExpressions.
-  OurFPM.add(createGVNPass());
-  // Simplify the control flow graph (deleting unreachable blocks, etc).
-  OurFPM.add(createCFGSimplificationPass());
-
-  OurFPM.doInitialization();
+  TheJIT = llvm::make_unique<KaleidoscopeJIT>();
 
-  // Set the global so the code gen can use this.
-  TheFPM = &OurFPM;
+  InitializeModuleAndPassManager();
 
   // Run the main "interpreter loop" now.
   MainLoop();
 
-  TheFPM = 0;
-
-  // Print out all of the generated code.
-  TheModule->dump();
-
   return 0;
 }