LLVMを䜿甚したプログラミング蚀語の䜜成。 パヌト7蚀語拡匵可倉倉数

目次



パヌト1はじめにず字句解析

パヌト2パヌサヌずASTの実装

パヌト3LLVM IRコヌド生成

パヌト4JITおよびオプティマむザヌサポヌトの远加

パヌト5蚀語拡匵制埡フロヌ

パヌト6蚀語拡匵ナヌザヌ定矩挔算子

パヌト7蚀語拡匵可倉倉数

パヌト8オブゞェクトコヌドぞのコンパむル

パヌト9デバッグ情報の远加

パヌト10結論ずその他のLLVMの利点







7.1。 はじめに



ガむド「LLVMを䜿甚したプログラミング蚀語の䜜成」の第7章にようこそ。 1〜6章では、単玔ではあるが完党な関数型プログラミング蚀語を構築したした。 このパスで、いく぀かの解析手法、ASTの構築方法ず衚珟方法、LLVM IRの構築方法、結果コヌドの最適化方法、JITのコンパむル方法を孊びたした。



カレむドスコヌプは関数型蚀語ずしお興味深いものですが、関数型であるずいう事実により、LLVM IR生成は単玔すぎたす。 特に、この蚀語の機胜により、LLVM IRをSSA圢匏で盎接簡単に構築できたす。 LLVMでは入力コヌドがSSA圢匏である必芁があるため、これは非垞に優れた機胜であり、初心者にずっおは、可倉倉数を䜿甚した呜什型蚀語のコヌドの生成方法が䞍明確なこずがよくありたす。



この章の短いそしお幞せな芁玄は、フロント゚ンドでSSAフォヌムを䜜成する必芁がないずいうこずです。LLVMは、これに察しお適切に調敎され、十分にテストされたサポヌトを提䟛したす。



7.2。 なぜこれが難しいタスクですか



可倉倉数がSSAの構築を困難にする理由を理解するために、非垞に単玔なCの䟋を考えおみたしょう。



int G, H; int test(_Bool Condition) { int X; if (Condition) X = G; else X = H; return X; }
      
      





この䟋では、倉数「X」があり、その倀はプログラムのパスに䟝存したす。 returnコマンドの前に2぀のX倀が存圚する可胜性があるため、䞡方の倀を結合するPHIノヌドが挿入されたす。 この䟋のLLVM IRは次のようになりたす。



 @G = weak global i32 0 ; type of @G is i32* @H = weak global i32 0 ; type of @H is i32* define i32 @test(i1 %Condition) { entry: br i1 %Condition, label %cond_true, label %cond_false cond_true: %X.0 = load i32* @G br label %cond_next cond_false: %X.1 = load i32* @H br label %cond_next cond_next: %X.2 = phi i32 [ %X.1, %cond_false ], [ %X.0, %cond_true ] ret i32 %X.2 }
      
      





この䟋では、グロヌバル倉数GおよびHからLLVM IRぞのロヌドは明瀺的に行われ、ifステヌトメントのthen / elseブランチcond_true / cond_falseで有効です。 入力倀を結合するために、cond_nextブロックのX.2 phiノヌドは、制埡フロヌの発生元に応じお正しい倀を遞択したす。cond_falseブロックからの堎合、X.2はX.1の倀を取埗したす。

制埡フロヌがcond_trueから来た堎合、倉数は倀X.0を取埗したす。 この章では、SSAフォヌムの詳现に぀いおは説明したせん。 詳现に぀いおは、倚くのオンラむンディレクトリのいずれかを参照しおください。



この章の質問は、倉数ぞの代入を降ろしたずきにファむノヌドを誰が配垃するかです。 この問題は、LLVMがIRをSSA圢匏にする必芁があるこずです。「SSAなし」モヌドはありたせん。 ただし、SSAの蚭蚈には重芁なアルゎリズムずデヌタ構造が必芁であり、すべおのファンドでこのロゞックを再珟するのは䞍䟿で費甚がかかりたす。



7.3。 LLVMのメモリ



LLVMでは、すべおのレゞスタ倀がSSA圢匏であるこずが必芁ですが、メモリオブゞェクトがSSA圢匏であるこずは蚱可されたせん蚱可されたせん。 䞊蚘の䟋では、GおよびHからのブヌトコマンドがGおよびHに盎接アクセスできるこずに泚意しおください。これらのコマンドは名前倉曎も番号付けもされおいたせん。 これは、メモリ内のオブゞェクトにバヌゞョン番号を割り圓おようずする他のコンパむラシステムずは察照的です。 LLVMでは、LLVM IRでメモリデヌタストリヌムを分析する代わりに、オンデマンドで実行される分析パスでこれが発生したす。



基本的な考え方は、関数内のすべおの可倉オブゞェクトに察しおスタック倉数スタックであるためメモリ内に存圚するを䜜成できるずいうこずです。 このアプロヌチの利点を理解するには、LLVMでスタック倉数がどのように衚されるかに぀いお話す必芁がありたす。



LLVMでは、すべおのメモリアクセス操䜜は、ロヌド/ストアコマンドを䜿甚しお明瀺的に実行され、アドレス挔算子が䞍芁になるように慎重に蚭蚈されおいたす。 グロヌバル倉数@ G / @ Hは、倉数自䜓が「i32」ずしお宣蚀されおいる堎合でも、実際には「i32 *」であるこずに泚意しおください。 これは、@ Gがグロヌバルデヌタ領域でi32の堎所を定矩するこずを意味したすが、この倉数の名前は実際にはこのスペヌスのアドレスを参照したす。 スタック倉数は同じように機胜したすが、グロヌバル倉数ずは異なり、それらはallocaコマンドで宣蚀されたす。



 define i32 @example() { entry: %X = alloca i32 ;  %X - i32*. ... %tmp = load i32* %X ;    %X  . %tmp2 = add i32 %tmp, 1 ;  store i32 %tmp2, i32* %X ;  ...
      
      





このコヌドは、LLVM IRでスタック倉数を宣蚀しお操䜜する方法の䟋を瀺しおいたす。 allocaコマンドによっお割り圓おられるスタックメモリは完党に䞀般化されおいたす。スタックスロットのアドレスを関数に枡したり、別の倉数に保存したりできたす。 䞊蚘の䟋では、「alloca」手法を䜿甚しおPHIノヌドの䜿甚を回避するようにこの䟋を曞き換えるこずができたす。



 @G = weak global i32 0 ; type of @G is i32* @H = weak global i32 0 ; type of @H is i32* define i32 @test(i1 %Condition) { entry: %X = alloca i32 ; type of %X is i32*. br i1 %Condition, label %cond_true, label %cond_false cond_true: %X.0 = load i32* @G store i32 %X.0, i32* %X ;  X br label %cond_next cond_false: %X.1 = load i32* @H store i32 %X.1, i32* %X ;  X br label %cond_next cond_next: %X.2 = load i32* %X ;  X ret i32 %X.2 }
      
      





そこで、PHIノヌドを䜜成するこずなく、任意の可倉倉数を凊理する方法を発芋したした。



各可倉倉数はスタック領域になりたす。

倉数の各読み取り倀は、スタックからの負荷になりたす。

倉数の各゚ントリは、スタックの保存になりたす。

倉数のアドレスを取埗するこずは、単にスタック䞊のアドレス倀を盎接䜿甚するこずです。



問題は解決したしたが、別の問題が発生したした。珟圚、非垞に単玔で䞀般的な操䜜のために、スタックずの集䞭的な亀換が行われおいたす。 幞いなこずに、LLVMオプティマむザヌには「mem2reg」ず呌ばれる適切に調敎された最適化パスがあり、このようなケヌスを凊理し、allocaコマンドをSSAレゞスタに倉換し、必芁に応じおPhiノヌドを挿入したす。 䞊蚘の䟋のコヌドをこのパッセヌゞに枡すず、次のものが埗られたす。



 $ llvm-as < example.ll | opt -mem2reg | llvm-dis @G = weak global i32 0 @H = weak global i32 0 define i32 @test(i1 %Condition) { entry: br i1 %Condition, label %cond_true, label %cond_false cond_true: %X.0 = load i32* @G br label %cond_next cond_false: %X.1 = load i32* @H br label %cond_next cond_next: %X.01 = phi i32 [ %X.1, %cond_false ], [ %X.0, %cond_true ] ret i32 %X.01 }
      
      





mem2regパスは、SSAフォヌムを構築するための暙準の反埩ドミナンスフロンティアアルゎリズムを実装し、非垞に䞀般的な退化のケヌスを加速するいく぀かの最適化を備えおいたす。 mem2reg最適化パスは、可倉倉数をどうするかずいう質問に察する答えであり、それに頌るこずを匷くお勧めしたす。 mem2regは、特定の条件䞋でのみ倉数を䜿甚できるこずに泚意しおください。





これらのプロパティはすべお、ほずんどの呜什型蚀語で簡単に実珟できたす。カレむドスコヌプの䟋を䜿甚しお、以䞋で説明したす。 あなたが尋ねるこずができる最埌の質問は、私のフロント゚ンドでこれらすべおを心配する必芁がありたすか mem2reg最適化パスを䜿甚せずに、SSAを盎接構築した方が良いず思いたせんか 芁するに、そうしない理由が特にない限り、この手法を䜿甚しおSSAフォヌムを䜜成するこずを匷くお勧めしたす。



このテクニック



実蚌枈みで十分にテスト枈み clangは、ロヌカルの可倉倉数にこの手法を䜿甚しおいたす。 たた、ほずんどの䞀般的なLLVMクラむアントでは、この手法が倉数に䜿甚されたす。 バグが迅速に発芋され、初期段階で修正されおいるこずを確認できたす。



mem2regは特別な堎合ず䞀般的な堎合の䞡方を最適化し、迅速に実行したす。 たずえば、1぀のブロックでのみ䜿甚される倉数、単䞀の割り圓おポむントを持぀倉数、䞍芁なファむノヌドの挿入を回避するための優れたヒュヌリスティックなどの個別の迅速な最適化がありたす。



デバッグ情報を生成したす 。LLVMのデバッグ情報は、それが接続されおいる倉数のアドレスに基づいおいたす。 この手法は、このスタむルのデバッグ情報に非垞に自然に合わせられおいたす。



そしお最埌に、フロント゚ンドず䜜業に組み蟌みやすく、実装も簡単です。 可倉倉数を操䜜するための䞇華鏡を今すぐ拡匵したしょう



7.4。 䞇華鏡で倉数を倉曎する



これで、解決したい問題の本質がわかりたした。 私たちの小さな蚀語の䞇華鏡の文脈でそれがどのように芋えるか芋おみたしょう。 次の2぀の機胜を远加する必芁がありたす。



「=」挔算子を䜿甚しお倉数を倉曎する機胜。

新しい倉数を定矩する機胜。



最初のポむントは私たち党員が話したこずです。倉数を関数ぞの入力匕数ずしお、䞭間倉数ずしお䜿甚し、それらを再定矩したす。 たた、新しい倉数を定矩する機胜は、倉数を倉曎できるかどうかに関係なく䟿利です。 以䞋は、それらをどのように䜿甚できるかを瀺す動機付けの䟋です。



 #  ':'  :   ,   #    RHS. def binary : 1 (xy) y; #   fib,     def fib(x) if (x < 3) then 1 else fib(x-1)+fib(x-2); #   fib. def fibi(x) var a = 1, b = 1, c in (for i = 3, i < x in c = a + b : a = b : b = c) : b; #  . fibi(10);
      
      





倉数を倉曎するには、既存の倉数に「alloca」トリックを䜿甚する必芁がありたす。 あきらめたら、新しい挔算子を远加し、カレむドスコヌプを拡匵しお新しい倉数の定矩をサポヌトしたす。



7.5。 既存の倉数を可倉圢匏に䜜り盎す¶



コヌド生成䞭の䞇華鏡の文字の衚は、衚マップ「NamedValues」で衚されたす。 テヌブルには、名前付き倉数の倍粟床倀を含むLLVM "Value *"倀ぞのポむンタヌが含たれおいたす。 倉数の可倉性をサポヌトするには、倉数を少し倉曎しお、NamedValuesテヌブルに倉数のメモリの堎所が含たれるようにする必芁がありたす。 この倉曎はリファクタリングです。コヌドの構造は倉曎されたすが、コンパむラヌの動䜜はそれ自䜓では倉曎されたせん。 これらすべおの倉曎は、Kaleidoscopeコヌドゞェネレヌタヌで分離されおいたす。



Kaleidoscopeの開発のこの段階では、関数の入力匕数ずルヌプ倉数「for」の2぀の堎合にのみ倉数をサポヌトしおいたす。 䞀貫性を保぀ため、ナヌザヌ定矩倉数ず同じ方法でこれらの倉数を倉曎できるようにしたす。 ぀たり、メモリ内のアドレスも必芁です。



Kaleidoscopeのリメむクを開始するために、NamedValuesテヌブルを倉曎しお、Value *ではなくAllocaInst *が含たれるようにしたす。 これを行うず、C ++コンパむラは、コヌドのどの郚分を倉曎する必芁があるかを通知したす。



 static std::map<std::string, AllocaInst*> NamedValues;
      
      





たた、allocaコマンドを䜜成する必芁があるため、関数の入力ブロックでallocaコマンドを䜜成するヘルパヌ関数を䜿甚したす。



 /// CreateEntryBlockAlloca -   alloca    /// .       .. static AllocaInst *CreateEntryBlockAlloca(Function *TheFunction, const std::string &VarName) { IRBuilder<> TmpB(&TheFunction->getEntryBlock(), TheFunction->getEntryBlock().begin()); return TmpB.CreateAlloca(Type::getDoubleTy(TheContext), 0, VarName.c_str()); }
      
      





このおかしなコヌドは、入力ブロックの最初のコマンド.beginを指すIRBuilderオブゞェクトを䜜成したす。 必芁な名前でallocaステヌトメントを䜜成し、それを返したす。 Kadeidoscopeのすべおの倀は倍粟床の実数であるため、この呜什を䜿甚するために型を枡す必芁はありたせん。



これが完了するず、最初に行う機胜の倉曎は倉数参照に関係したす。 新しいスキヌムによるず、倉数はスタック䞊で有効であり、倉数ぞのリンクを生成するコヌドは実際にスタックスロットからロヌド呜什を生成する必芁がありたす。



 Value *VariableExprAST::codegen() { //     Value *V = NamedValues[Name]; if (!V) return LogErrorV("Unknown variable name"); //   return Builder.CreateLoad(V, Name.c_str()); }
      
      





ご芧のずおり、すべおが完党に簡単です。 ここで、倉数を定矩するコヌド内の堎所を曎新しおallocaステヌトメントを挿入する必芁がありたす。 ForExprAST :: codegenから始めたしょう完党版の完党なコヌドリストを参照しおください。



 Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent(); //   alloca      AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName); //    ,  . Value *StartVal = Start->codegen(); if (!StartVal) return nullptr; //    alloca. Builder.CreateStore(StartVal, Alloca); ... //    Value *EndCond = End->codegen(); if (!EndCond) return nullptr; // , ,   alloca.    //      . Value *CurVar = Builder.CreateLoad(Alloca); Value *NextVar = Builder.CreateFAdd(CurVar, StepVal, "nextvar"); Builder.CreateStore(NextVar, Alloca); ...
      
      





このコヌドは、実際には可倉倉数を蚱可する䞊蚘のコヌドず同じです。 倧きな違いは、PHIノヌドを構築する必芁がなくなり、必芁なずきにload / storeを䜿甚しお倉数にアクセスするこずです。



可倉関数の匕数をサポヌトするには、それらのallocaステヌトメントも䜜成する必芁がありたす。 このコヌドは非垞に簡単です。



 Function *FunctionAST::codegen() { ... Builder.SetInsertPoint(BB); //      NamedValues. NamedValues.clear(); for (auto &Arg : TheFunction->args()) { //  alloca    AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, Arg.getName()); //      alloca. Builder.CreateStore(&Arg, Alloca); //     . NamedValues[Arg.getName()] = Alloca; } if (Value *RetVal = Body->codegen()) { ...
      
      





匕数ごずに、allocaステヌトメントを䜜成し、入力倀をallocaに曞き蟌み、allocaを匕数のメモリ䜍眮ずしお登録したす。 このメ゜ッドは、関数の入力ブロックを生成した盎埌にFunctionAST :: codegenによっお呌び出されたす。



ミッションの最埌の郚分は、mem2regパスを远加しお、適切なコヌドを再床生成できるようにするこずです。



 //   alloca  . TheFPM->add(createPromoteMemoryToRegisterPass()); //   peephole-    . TheFPM->add(createInstructionCombiningPass()); //   TheFPM->add(createReassociatePass()); ...
      
      





mem2reg最適化䜜業の前埌にコヌドがどのように芋えるかを芋るのは興味深いです。 たずえば、最適化の前埌の再垰関数fibのコヌドは次のずおりです。 最適化前



 define double @fib(double %x) { entry: %x1 = alloca double store double %x, double* %x1 %x2 = load double, double* %x1 %cmptmp = fcmp ult double %x2, 3.000000e+00 %booltmp = uitofp i1 %cmptmp to double %ifcond = fcmp one double %booltmp, 0.000000e+00 br i1 %ifcond, label %then, label %else then: ; preds = %entry br label %ifcont else: ; preds = %entry %x3 = load double, double* %x1 %subtmp = fsub double %x3, 1.000000e+00 %calltmp = call double @fib(double %subtmp) %x4 = load double, double* %x1 %subtmp5 = fsub double %x4, 2.000000e+00 %calltmp6 = call double @fib(double %subtmp5) %addtmp = fadd double %calltmp, %calltmp6 br label %ifcont ifcont: ; preds = %else, %then %iftmp = phi double [ 1.000000e+00, %then ], [ %addtmp, %else ] ret double %iftmp }
      
      





倉数は1぀x、入力匕数しかあ​​りたせんが、䜿甚する単玔なコヌド生成戊略を芋るこずができたす。 入力ブロックでallocaが䜜成され、初期入力倀がそこに保存されたす。 倉数ぞの各参照により、スタックからの読み取りが行われたす。 たた、if / then / else匏を倉曎しおいないこずに泚意しおください。PHIノヌドが挿入されたす。 この堎合はallocaを䜜成できたすが、実際にはPHIノヌドを䜜成する方が簡単なので、䜜成したす。



mem2regを枡した埌のコヌドは次のずおりです。



 define double @fib(double %x) { entry: %cmptmp = fcmp ult double %x, 3.000000e+00 %booltmp = uitofp i1 %cmptmp to double %ifcond = fcmp one double %booltmp, 0.000000e+00 br i1 %ifcond, label %then, label %else then: br label %ifcont else: %subtmp = fsub double %x, 1.000000e+00 %calltmp = call double @fib(double %subtmp) %subtmp5 = fsub double %x, 2.000000e+00 %calltmp6 = call double @fib(double %subtmp5) %addtmp = fadd double %calltmp, %calltmp6 br label %ifcont ifcont: ; preds = %else, %then %iftmp = phi double [ 1.000000e+00, %then ], [ %addtmp, %else ] ret double %iftmp }
      
      





ここにはダヌティ倉数の宣蚀がないので、これはmem2regの些现なケヌスです。 これを瀺す目的は、コヌドを無効にしたいずいう欲求からあなたを守るこずです。 残りの最適化が完了するず、次の結果が埗られたす。



 define double @fib(double %x) { entry: %cmptmp = fcmp ult double %x, 3.000000e+00 %booltmp = uitofp i1 %cmptmp to double %ifcond = fcmp ueq double %booltmp, 0.000000e+00 br i1 %ifcond, label %else, label %ifcont else: %subtmp = fsub double %x, 1.000000e+00 %calltmp = call double @fib(double %subtmp) %subtmp5 = fsub double %x, 2.000000e+00 %calltmp6 = call double @fib(double %subtmp5) %addtmp = fadd double %calltmp, %calltmp6 ret double %addtmp ifcont: ret double 1.000000e+00 }
      
      





ここでは、単玔化パスがelseブロックの最埌でreturnステヌトメントを耇補するこずを決定したこずがわかりたす。 これにより、䞀郚のブランチずPHIノヌドを削陀できたした。



シンボルテヌブルが曎新され、スタック倉数が含たれおいるので、代入挔算子を远加したす。



7.6。 新しい割り圓お挔算子



このフレヌムワヌクでは、新しい代入挔算子の远加は非垞に簡単です。 他の二項挔算子ず同様に解析したすが、ナヌザヌに実行させるのではなく自分で凊理したす。 たず、圌に優先順䜍を割り圓おたす。



 int main() { //     // 1 -    BinopPrecedence['='] = 2; BinopPrecedence['<'] = 10; BinopPrecedence['+'] = 20; BinopPrecedence['-'] = 20;
      
      





パヌサヌは二項挔算子の優先順䜍を知ったので、ASTの解析ず生成を凊理したす。 代入挔算子のコヌド生成を実装する必芁がありたす。 次のようになりたす。



 Value *BinaryExprAST::codegen() { // '=' -  , ..       LHS if (Op == '=') { //  ,  LHS  . VariableExprAST *LHSE = dynamic_cast<VariableExprAST*>(LHS.get()); if (!LHSE) return LogErrorV("destination of '=' must be a variable");
      
      





他の二項挔算子ずは異なり、代入挔算子は「LHSの生成、RHSの生成、蚈算の実行」モデルに埓いたせん。 他の二項挔算子が凊理される前に、特別なケヌスずしお扱われたす。 もう1぀の奇劙なこずは、LHSは可倉でなければならないずいうこずです。 「x + 1= expr」ず蚘述するのは正しくありたせん。「x = expr」などの匏のみが有効です。



  //    RHS. Value *Val = RHS->codegen(); if (!Val) return nullptr; //   Value *Variable = NamedValues[LHSE->getName()]; if (!Variable) return LogErrorV("Unknown variable name"); Builder.CreateStore(Val, Variable); return Val; } ...
      
      





倉数がある堎合、割り圓お甚のコヌドの生成は非垞に簡単です。割り圓お甚のRHSを生成し、storeステヌトメントを䜜成し、蚈算された倀を返したす。 戻り倀により、「X =Y = Z」などの割り圓おチェヌンを䜜成できたす。



これで代入挔算子ができたした。ルヌプ倉数ず匕数を倉曎できたす。 たずえば、次のようなコヌドを曞くこずができたす。



 # Function to print a double. extern printd(x); # Define ':' for sequencing: as a low-precedence operator that ignores operands # and just returns the RHS. def binary : 1 (xy) y; def test(x) printd(x) : x = 4 : printd(x); test(123);
      
      





起動時に、この䟋は「123」、次に「4」を出力し、倉数の倀を実際に倉曎したこずを瀺したす さお、これで機胜するずいう目暙に到達したした。䞀般的なケヌスでは、SSAフォヌムを䜜成する必芁がありたす。 ただし、独自のロヌカル倉数を導入できれば本圓に䟿利です。



7.7。 ナヌザヌ定矩のロヌカル倉数



「var」ず「in」の远加は、Kaleidoscopeで行った他の拡匵機胜ず同様です。レキシカルアナラむザヌ、パヌサヌ、AST、およびコヌドゞェネレヌタヌを拡匵したす。var / in構造を远加する最初のステップは、字句アナラむザヌを拡匵するこずです。前ず同様、これは簡単なこずで、コヌドは次のようになりたす。



 enum Token { ... //  var tok_var = -13 ... } ... static int gettok() { ... if (IdentifierStr == "in") return tok_in; if (IdentifierStr == "binary") return tok_binary; if (IdentifierStr == "unary") return tok_unary; if (IdentifierStr == "var") return tok_var; return tok_identifier; ...
      
      





次のステップは、構築䞭のASTノヌドを識別するこずです。「var / in」の堎合、次のようになりたす。



 /// VarExprAST -    var/in class VarExprAST : public ExprAST { std::vector<std::pair<std::string, std::unique_ptr<ExprAST>>> VarNames; std::unique_ptr<ExprAST> Body; public: VarExprAST(std::vector<std::pair<std::string, std::unique_ptr<ExprAST>>> VarNames, std::unique_ptr<ExprAST> Body) : VarNames(std::move(VarNames)), Body(std::move(Body)) {} Value *codegen() override; };
      
      





「Var / in」を䜿甚するず、名前のリストをすぐに定矩でき、各名前にオプションで初期化倀を蚭定できたす。VarNamesベクトルに情報を保存したす。たた、var / inには本䜓があり、本䜓はvar / inで定矩された倉数にアクセスできたす。

これが完了するず、パヌサヌの郚分を決定できたす。最初に行うこずは、プラむマリ匏を远加するこずです。



 /// primary /// ::= identifierexpr /// ::= numberexpr /// ::= parenexpr /// ::= ifexpr /// ::= forexpr /// ::= varexpr static std::unique_ptr<ExprAST> ParsePrimary() { switch (CurTok) { default: return LogError("unknown token when expecting an expression"); case tok_identifier: return ParseIdentifierExpr(); case tok_number: return ParseNumberExpr(); case '(': return ParseParenExpr(); case tok_if: return ParseIfExpr(); case tok_for: return ParseForExpr(); case tok_var: return ParseVarExpr(); } }
      
      





次に、ParseVarExprを定矩したす。



 /// varexpr ::= 'var' identifier ('=' expression)? // (',' identifier ('=' expression)?)* 'in' expression static std::unique_ptr<ExprAST> ParseVarExpr() { getNextToken(); //  var. std::vector<std::pair<std::string, std::unique_ptr<ExprAST>>> VarNames; //       if (CurTok != tok_identifier) return LogError("expected identifier after var");
      
      





このコヌドの最初の郚分は、ロヌカルのVarNamesベクトル内の識別子/匏のペアのリストを解析したす。



 while (1) { std::string Name = IdentifierStr; getNextToken(); //   //    std::unique_ptr<ExprAST> Init; if (CurTok == '=') { getNextToken(); //  '='. Init = ParseExpression(); if (!Init) return nullptr; } VarNames.push_back(std::make_pair(Name, std::move(Init))); //   ,    if (CurTok != ',') break; getNextToken(); //  ','. if (CurTok != tok_identifier) return LogError("expected identifier list after var"); }
      
      





すべおの倉数が解析されたら、本䜓を解析しおASTノヌドを䜜成したす。



  //      'in'. if (CurTok != tok_in) return LogError("expected 'in' keyword after 'var'"); getNextToken(); // eat 'in'. auto Body = ParseExpression(); if (!Body) return nullptr; return llvm::make_unique<VarExprAST>(std::move(VarNames), std::move(Body)); }
      
      





これで、コヌドを解析しお送信できるようになり、LLVM IRコヌド生成をサポヌトする必芁がありたす。これがコヌドの始たりです



 Value *VarExprAST::codegen() { std::vector<AllocaInst *> OldBindings; Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent(); //       for (unsigned i = 0, e = VarNames.size(); i != e; ++i) { const std::string &VarName = VarNames[i].first; ExprAST *Init = VarNames[i].second.get();
      
      





基本的に、コヌドはすべおの倉数をルヌプ凊理し、䞀床に1぀ず぀凊理したす。シンボルテヌブルに配眮された各倉数に぀いお、OldBindingsに眮き換える前の倀を芚えおいたす。



  //        ,   //      , //     : // var a = 1 in // var a = a in ... #     'a'. Value *InitVal; if (Init) { InitVal = Init->codegen(); if (!InitVal) return nullptr; } else { //   ,  0.0. InitVal = ConstantFP::get(TheContext, APFloat(0.0)); } AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName); Builder.CreateStore(InitVal, Alloca); //    ,    //    OldBindings.push_back(NamedValues[VarName]); //   NamedValues[VarName] = Alloca; }
      
      





このコヌドにはさらにコメントがありたす。䞻なアむデアは、初期化子を生成し、allocaコマンドを䜜成しおから、テヌブル内の文字を曎新しおallocaを指すようにするこずです。すべおの倉数がシンボルテヌブルに曞き蟌たれるず、匏のvar /の本䜓を蚈算したす。



 //    ,       Value *BodyVal = Body->codegen(); if (!BodyVal) return nullptr;
      
      





最埌に、戻る前に、以前の䞀連の倉数を埩元したす。



  //       for (unsigned i = 0, e = VarNames.size(); i != e; ++i) NamedValues[VarNames[i].first] = OldBindings[i]; //    return BodyVal; }
      
      





これらすべおの最終結果は、倉数をスコヌプに正しく配眮し、些现な方法で倉数を倉曎できるようにしたこずです。



これで、やりたいこずが終わりたした。むントロダクションからの反埩fib関数の䟋は、コンパむルしおうたく機胜したす。最適化パスmem2regは、必芁に応じおPHIノヌドを挿入するこずにより、SSAレゞスタ内のすべおのスタック倉数を最適化し、フロント゚ンドは単玔なたたです。耇雑なアルゎリズムず蚈算はありたせん。



7.8。完党なリスト



以䞋は、倉曎可胜な倉数ずサポヌトされおいるvar /によっお拡匵された、䜜業䟋の゜ヌスコヌドの完党なリストです。サンプルを䜜成するには、次のコマンドを䜿甚したす。



 #  clang++ -g toy.cpp `llvm-config --cxxflags --ldflags --system-libs --libs core mcjit native` -O3 -o toy #  ./toy
      
      





゜ヌスコヌド



コヌド
 #include "llvm/ADT/APFloat.h" #include "llvm/ADT/STLExtras.h" #include "llvm/IR/BasicBlock.h" #include "llvm/IR/Constants.h" #include "llvm/IR/DerivedTypes.h" #include "llvm/IR/Function.h" #include "llvm/IR/Instructions.h" #include "llvm/IR/IRBuilder.h" #include "llvm/IR/LLVMContext.h" #include "llvm/IR/LegacyPassManager.h" #include "llvm/IR/Module.h" #include "llvm/IR/Type.h" #include "llvm/IR/Verifier.h" #include "llvm/Support/TargetSelect.h" #include "llvm/Target/TargetMachine.h" #include "llvm/Transforms/Scalar.h" #include "llvm/Transforms/Scalar/GVN.h" #include "../include/KaleidoscopeJIT.h" #include <algorithm> #include <cassert> #include <cctype> #include <cstdint> #include <cstdio> #include <cstdlib> #include <map> #include <memory> #include <string> #include <utility> #include <vector> using namespace llvm; using namespace llvm::orc; //===----------------------------------------------------------------------===// //   //===----------------------------------------------------------------------===// //     [0-255]    ,    //  enum Token { tok_eof = -1, //  tok_def = -2, tok_extern = -3, //   tok_identifier = -4, tok_number = -5, //  tok_if = -6, tok_then = -7, tok_else = -8, tok_for = -9, tok_in = -10, //  tok_binary = -11, tok_unary = -12, //   tok_var = -13 }; static std::string IdentifierStr; //   tok_identifier static double NumVal; //   tok_number /// gettok -       static int gettok() { static int LastChar = ' '; //   while (isspace(LastChar)) LastChar = getchar(); if (isalpha(LastChar)) { // : [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]* IdentifierStr = LastChar; while (isalnum((LastChar = getchar()))) IdentifierStr += LastChar; if (IdentifierStr == "def") return tok_def; if (IdentifierStr == "extern") return tok_extern; if (IdentifierStr == "if") return tok_if; if (IdentifierStr == "then") return tok_then; if (IdentifierStr == "else") return tok_else; if (IdentifierStr == "for") return tok_for; if (IdentifierStr == "in") return tok_in; if (IdentifierStr == "binary") return tok_binary; if (IdentifierStr == "unary") return tok_unary; if (IdentifierStr == "var") return tok_var; return tok_identifier; } if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') { // : [0-9.]+ std::string NumStr; do { NumStr += LastChar; LastChar = getchar(); } while (isdigit(LastChar) || LastChar == '.'); NumVal = strtod(NumStr.c_str(), nullptr); return tok_number; } if (LastChar == '#') { //     do LastChar = getchar(); while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r'); if (LastChar != EOF) return gettok(); } //   .   EOF. if (LastChar == EOF) return tok_eof; // ,     ascii-. int ThisChar = LastChar; LastChar = getchar(); return ThisChar; } //===----------------------------------------------------------------------===// //    ( ) //===----------------------------------------------------------------------===// namespace { /// ExprAST -    . class ExprAST { public: virtual ~ExprAST() = default; virtual Value *codegen() = 0; }; /// NumberExprAST -      "1.0". class NumberExprAST : public ExprAST { double Val; public: NumberExprAST(double Val) : Val(Val) {} Value *codegen() override; }; /// VariableExprAST -   , , "a". class VariableExprAST : public ExprAST { std::string Name; public: VariableExprAST(const std::string &Name) : Name(Name) {} Value *codegen() override; const std::string &getName() const { return Name; } }; /// UnaryExprAST -      class UnaryExprAST : public ExprAST { char Opcode; std::unique_ptr<ExprAST> Operand; public: UnaryExprAST(char Opcode, std::unique_ptr<ExprAST> Operand) : Opcode(Opcode), Operand(std::move(Operand)) {} Value *codegen() override; }; /// BinaryExprAST -      class BinaryExprAST : public ExprAST { char Op; std::unique_ptr<ExprAST> LHS, RHS; public: 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 -      class CallExprAST : public ExprAST { std::string Callee; std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args; public: CallExprAST(const std::string &Callee, std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args) : Callee(Callee), Args(std::move(Args)) {} Value *codegen() override; }; /// IfExprAST -    if/then/else. class IfExprAST : public ExprAST { std::unique_ptr<ExprAST> Cond, Then, Else; public: 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 -    for/in. class ForExprAST : public ExprAST { std::string VarName; std::unique_ptr<ExprAST> Start, End, Step, Body; public: 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; }; /// VarExprAST -    var/in class VarExprAST : public ExprAST { std::vector<std::pair<std::string, std::unique_ptr<ExprAST>>> VarNames; std::unique_ptr<ExprAST> Body; public: VarExprAST( std::vector<std::pair<std::string, std::unique_ptr<ExprAST>>> VarNames, std::unique_ptr<ExprAST> Body) : VarNames(std::move(VarNames)), Body(std::move(Body)) {} Value *codegen() override; }; /// PrototypeAST -    "" , ///    ,    (, ,  /// ,  ),   . class PrototypeAST { std::string Name; std::vector<std::string> Args; bool IsOperator; unsigned Precedence; // Precedence if a binary op. public: 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; } char getOperatorName() const { assert(isUnaryOp() || isBinaryOp()); return Name[Name.size() - 1]; } unsigned getBinaryPrecedence() const { return Precedence; } }; /// FunctionAST -      class FunctionAST { std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto; std::unique_ptr<ExprAST> Body; public: FunctionAST(std::unique_ptr<PrototypeAST> Proto, std::unique_ptr<ExprAST> Body) : Proto(std::move(Proto)), Body(std::move(Body)) {} Function *codegen(); }; } //     //===----------------------------------------------------------------------===// //  //===----------------------------------------------------------------------===// /// CurTok/getNextToken -    . CurTok -  /// ,    . getNextToken     ///     CurTok  . static int CurTok; static int getNextToken() { return CurTok = gettok(); } /// BinopPrecedence -     , ///   static std::map<char, int> BinopPrecedence; /// GetTokPrecedence -       . static int GetTokPrecedence() { if (!isascii(CurTok)) return -1; // ,     int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok]; if (TokPrec <= 0) return -1; return TokPrec; } /// Error* -     . std::unique_ptr<ExprAST> LogError(const char *Str) { fprintf(stderr, "Error: %s\n", Str); return nullptr; } std::unique_ptr<PrototypeAST> LogErrorP(const char *Str) { LogError(Str); return nullptr; } static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression(); /// numberexpr ::= number static std::unique_ptr<ExprAST> ParseNumberExpr() { auto Result = llvm::make_unique<NumberExprAST>(NumVal); getNextToken(); //   return std::move(Result); } /// parenexpr ::= '(' expression ')' static std::unique_ptr<ExprAST> ParseParenExpr() { getNextToken(); //  (. auto V = ParseExpression(); if (!V) return nullptr; if (CurTok != ')') return LogError("expected ')'"); getNextToken(); //  ). return V; } /// identifierexpr /// ::= identifier /// ::= identifier '(' expression* ')' static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIdentifierExpr() { std::string IdName = IdentifierStr; getNextToken(); //  . if (CurTok != '(') //   return llvm::make_unique<VariableExprAST>(IdName); // Call. getNextToken(); //  ( std::vector<std::unique_ptr<ExprAST>> Args; if (CurTok != ')') { while (true) { if (auto Arg = ParseExpression()) Args.push_back(std::move(Arg)); else return nullptr; if (CurTok == ')') break; if (CurTok != ',') return LogError("Expected ')' or ',' in argument list"); getNextToken(); } } //  ')'. getNextToken(); return llvm::make_unique<CallExprAST>(IdName, std::move(Args)); } /// ifexpr ::= 'if' expression 'then' expression 'else' expression static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIfExpr() { getNextToken(); // eat the if. //  auto Cond = ParseExpression(); if (!Cond) return nullptr; if (CurTok != tok_then) return LogError("expected then"); getNextToken(); //  then auto Then = ParseExpression(); if (!Then) return nullptr; if (CurTok != tok_else) return LogError("expected else"); getNextToken(); auto Else = ParseExpression(); if (!Else) return nullptr; return llvm::make_unique<IfExprAST>(std::move(Cond), std::move(Then), std::move(Else)); } /// forexpr ::= 'for' identifier '=' expr ',' expr (',' expr)? 'in' expression static std::unique_ptr<ExprAST> ParseForExpr() { getNextToken(); // eat the for. if (CurTok != tok_identifier) return LogError("expected identifier after for"); std::string IdName = IdentifierStr; getNextToken(); //   if (CurTok != '=') return LogError("expected '=' after for"); getNextToken(); //  '='. auto Start = ParseExpression(); if (!Start) return nullptr; if (CurTok != ',') return LogError("expected ',' after for start value"); getNextToken(); auto End = ParseExpression(); if (!End) return nullptr; //    std::unique_ptr<ExprAST> Step; if (CurTok == ',') { getNextToken(); Step = ParseExpression(); if (!Step) return nullptr; } if (CurTok != tok_in) return LogError("expected 'in' after for"); getNextToken(); //  'in'. auto Body = ParseExpression(); if (!Body) return nullptr; return llvm::make_unique<ForExprAST>(IdName, std::move(Start), std::move(End), std::move(Step), std::move(Body)); } /// varexpr ::= 'var' identifier ('=' expression)? // (',' identifier ('=' expression)?)* 'in' expression static std::unique_ptr<ExprAST> ParseVarExpr() { getNextToken(); //  var. std::vector<std::pair<std::string, std::unique_ptr<ExprAST>>> VarNames; //      if (CurTok != tok_identifier) return LogError("expected identifier after var"); while (true) { std::string Name = IdentifierStr; getNextToken(); //   // Read the optional initializer. std::unique_ptr<ExprAST> Init = nullptr; if (CurTok == '=') { getNextToken(); //  '='. Init = ParseExpression(); if (!Init) return nullptr; } VarNames.push_back(std::make_pair(Name, std::move(Init))); // End of var list, exit loop. if (CurTok != ',') break; getNextToken(); //  ','. if (CurTok != tok_identifier) return LogError("expected identifier list after var"); } // At this point, we have to have 'in'. if (CurTok != tok_in) return LogError("expected 'in' keyword after 'var'"); getNextToken(); //  'in'. auto Body = ParseExpression(); if (!Body) return nullptr; return llvm::make_unique<VarExprAST>(std::move(VarNames), std::move(Body)); } /// primary /// ::= identifierexpr /// ::= numberexpr /// ::= parenexpr /// ::= ifexpr /// ::= forexpr /// ::= varexpr static std::unique_ptr<ExprAST> ParsePrimary() { switch (CurTok) { default: return LogError("unknown token when expecting an expression"); case tok_identifier: return ParseIdentifierExpr(); case tok_number: return ParseNumberExpr(); case '(': return ParseParenExpr(); case tok_if: return ParseIfExpr(); case tok_for: return ParseForExpr(); case tok_var: return ParseVarExpr(); } } /// unary /// ::= primary /// ::= '!' unary static std::unique_ptr<ExprAST> ParseUnary() { //      ,     . if (!isascii(CurTok) || CurTok == '(' || CurTok == ',') return ParsePrimary(); //    ,   int Opc = CurTok; getNextToken(); if (auto Operand = ParseUnary()) return llvm::make_unique<UnaryExprAST>(Opc, std::move(Operand)); return nullptr; } /// binoprhs /// ::= ('+' unary)* static std::unique_ptr<ExprAST> ParseBinOpRHS(int ExprPrec, std::unique_ptr<ExprAST> LHS) { //    ,    while (true) { int TokPrec = GetTokPrecedence(); //   ,    //  ,   if (TokPrec < ExprPrec) return LHS; //   ,     int BinOp = CurTok; getNextToken(); // eat binop //       auto RHS = ParseUnary(); if (!RHS) return nullptr; //  BinOp    RHS,    RHS,  //    RHS   LHS. int NextPrec = GetTokPrecedence(); if (TokPrec < NextPrec) { RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec + 1, std::move(RHS)); if (!RHS) return nullptr; } //  LHS/RHS. LHS = llvm::make_unique<BinaryExprAST>(BinOp, std::move(LHS), std::move(RHS)); } } /// expression /// ::= unary binoprhs /// static std::unique_ptr<ExprAST> ParseExpression() { auto LHS = ParseUnary(); if (!LHS) return nullptr; return ParseBinOpRHS(0, std::move(LHS)); } /// prototype /// ::= id '(' id* ')' /// ::= binary LETTER number? (id, id) /// ::= unary LETTER (id) static std::unique_ptr<PrototypeAST> ParsePrototype() { std::string FnName; unsigned Kind = 0; // 0 = , 1 = , 2 = . unsigned BinaryPrecedence = 30; switch (CurTok) { default: return LogErrorP("Expected function name in prototype"); case tok_identifier: FnName = IdentifierStr; Kind = 0; getNextToken(); break; case tok_unary: getNextToken(); if (!isascii(CurTok)) return LogErrorP("Expected unary operator"); FnName = "unary"; FnName += (char)CurTok; Kind = 1; getNextToken(); break; case tok_binary: getNextToken(); if (!isascii(CurTok)) return LogErrorP("Expected binary operator"); FnName = "binary"; FnName += (char)CurTok; Kind = 2; getNextToken(); //  ,    if (CurTok == tok_number) { if (NumVal < 1 || NumVal > 100) return LogErrorP("Invalid precedence: must be 1..100"); BinaryPrecedence = (unsigned)NumVal; getNextToken(); } break; } if (CurTok != '(') return LogErrorP("Expected '(' in prototype"); std::vector<std::string> ArgNames; while (getNextToken() == tok_identifier) ArgNames.push_back(IdentifierStr); if (CurTok != ')') return LogErrorP("Expected ')' in prototype"); // . getNextToken(); // eat ')'. // ,     if (Kind && ArgNames.size() != Kind) return LogErrorP("Invalid number of operands for operator"); return llvm::make_unique<PrototypeAST>(FnName, ArgNames, Kind != 0, BinaryPrecedence); } /// definition ::= 'def' prototype expression static std::unique_ptr<FunctionAST> ParseDefinition() { getNextToken(); //  def. auto Proto = ParsePrototype(); if (!Proto) return nullptr; if (auto E = ParseExpression()) return llvm::make_unique<FunctionAST>(std::move(Proto), std::move(E)); return nullptr; } /// toplevelexpr ::= expression static std::unique_ptr<FunctionAST> ParseTopLevelExpr() { if (auto E = ParseExpression()) { //    auto Proto = llvm::make_unique<PrototypeAST>("__anon_expr", std::vector<std::string>()); return llvm::make_unique<FunctionAST>(std::move(Proto), std::move(E)); } return nullptr; } /// external ::= 'extern' prototype static std::unique_ptr<PrototypeAST> ParseExtern() { getNextToken(); // eat extern. return ParsePrototype(); } //===----------------------------------------------------------------------===// //   //===----------------------------------------------------------------------===// static LLVMContext TheContext; static IRBuilder<> Builder(TheContext); static std::unique_ptr<Module> TheModule; static std::map<std::string, AllocaInst *> NamedValues; static std::unique_ptr<legacy::FunctionPassManager> TheFPM; static std::unique_ptr<KaleidoscopeJIT> TheJIT; static std::map<std::string, std::unique_ptr<PrototypeAST>> FunctionProtos; Value *LogErrorV(const char *Str) { LogError(Str); return nullptr; } Function *getFunction(std::string Name) { //  ,       . if (auto *F = TheModule->getFunction(Name)) return F; //  ,         // . auto FI = FunctionProtos.find(Name); if (FI != FunctionProtos.end()) return FI->second->codegen(); //    ,  null. return nullptr; } /// CreateEntryBlockAlloca -   alloca    /// .     . static AllocaInst *CreateEntryBlockAlloca(Function *TheFunction, const std::string &VarName) { IRBuilder<> TmpB(&TheFunction->getEntryBlock(), TheFunction->getEntryBlock().begin()); return TmpB.CreateAlloca(Type::getDoubleTy(TheContext), nullptr, VarName); } Value *NumberExprAST::codegen() { return ConstantFP::get(TheContext, APFloat(Val)); } Value *VariableExprAST::codegen() { // ,       Value *V = NamedValues[Name]; if (!V) return LogErrorV("Unknown variable name"); //   return Builder.CreateLoad(V, Name.c_str()); } Value *UnaryExprAST::codegen() { Value *OperandV = Operand->codegen(); if (!OperandV) return nullptr; Function *F = getFunction(std::string("unary") + Opcode); if (!F) return LogErrorV("Unknown unary operator"); return Builder.CreateCall(F, OperandV, "unop"); } Value *BinaryExprAST::codegen() { //    '=', ..     LHS   if (Op == '=') { //  ,  LHS   // ,     RTTI, .. LLVM   //  .    LLVM  RTTI     // dynamic_cast    . VariableExprAST *LHSE = static_cast<VariableExprAST *>(LHS.get()); if (!LHSE) return LogErrorV("destination of '=' must be a variable"); //   RHS. Value *Val = RHS->codegen(); if (!Val) return nullptr; //   Value *Variable = NamedValues[LHSE->getName()]; if (!Variable) return LogErrorV("Unknown variable name"); Builder.CreateStore(Val, Variable); return Val; } Value *L = LHS->codegen(); Value *R = RHS->codegen(); if (!L || !R) return nullptr; switch (Op) { case '+': return Builder.CreateFAdd(L, R, "addtmp"); case '-': return Builder.CreateFSub(L, R, "subtmp"); case '*': return Builder.CreateFMul(L, R, "multmp"); case '<': L = Builder.CreateFCmpULT(L, R, "cmptmp"); //  bool 0/1  double 0.0 or 1.0 return Builder.CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(TheContext), "booltmp"); default: break; } //      ,     .  //    . Function *F = getFunction(std::string("binary") + Op); assert(F && "binary operator not found!"); Value *Ops[] = {L, R}; return Builder.CreateCall(F, Ops, "binop"); } Value *CallExprAST::codegen() { //       Function *CalleeF = getFunction(Callee); if (!CalleeF) return LogErrorV("Unknown function referenced"); // ,    . if (CalleeF->arg_size() != Args.size()) return LogErrorV("Incorrect # arguments passed"); std::vector<Value *> ArgsV; for (unsigned i = 0, e = Args.size(); i != e; ++i) { 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) return nullptr; //          0.0. CondV = Builder.CreateFCmpONE( CondV, ConstantFP::get(TheContext, APFloat(0.0)), "ifcond"); Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent(); //    then  else.   'then'  //   BasicBlock *ThenBB = BasicBlock::Create(TheContext, "then", TheFunction); BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(TheContext, "else"); BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(TheContext, "ifcont"); Builder.CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB); //  . Builder.SetInsertPoint(ThenBB); Value *ThenV = Then->codegen(); if (!ThenV) return nullptr; Builder.CreateBr(MergeBB); //    'Then'    ,  ThenBB  PHI. ThenBB = Builder.GetInsertBlock(); //   "else" TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB); Builder.SetInsertPoint(ElseBB); Value *ElseV = Else->codegen(); if (!ElseV) return nullptr; Builder.CreateBr(MergeBB); //    'Else'    ,  ElseBB  PHI. ElseBB = Builder.GetInsertBlock(); //    TheFunction->getBasicBlockList().push_back(MergeBB); Builder.SetInsertPoint(MergeBB); PHINode *PN = Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(TheContext), 2, "iftmp"); PN->addIncoming(ThenV, ThenBB); PN->addIncoming(ElseV, ElseBB); return PN; } //  for-loop : // var = alloca double // ... // start = startexpr // store start -> var // goto loop // loop: // ... // bodyexpr // ... // loopend: // step = stepexpr // endcond = endexpr // // curvar = load var // nextvar = curvar + step // store nextvar -> var // br endcond, loop, endloop // outloop: Value *ForExprAST::codegen() { Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent(); //   alloca      AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName); //    ,  'variable'    Value *StartVal = Start->codegen(); if (!StartVal) return nullptr; //    alloca. Builder.CreateStore(StartVal, Alloca); //       ,     // . BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(TheContext, "loop", TheFunction); //        LoopBB. Builder.CreateBr(LoopBB); //    LoopBB. Builder.SetInsertPoint(LoopBB); //  ,    PHI-.   //   ,    ,   . AllocaInst *OldVal = NamedValues[VarName]; NamedValues[VarName] = Alloca; //   . ,    ,   //  BB. ,    ,   ,   //  . if (!Body->codegen()) return nullptr; //    Value *StepVal = nullptr; if (Step) { StepVal = Step->codegen(); if (!StepVal) return nullptr; } else { //   ,  1.0. StepVal = ConstantFP::get(TheContext, APFloat(1.0)); } //    Value *EndCond = End->codegen(); if (!EndCond) return nullptr; // , ,   alloca.   //        Value *CurVar = Builder.CreateLoad(Alloca, VarName.c_str()); Value *NextVar = Builder.CreateFAdd(CurVar, StepVal, "nextvar"); Builder.CreateStore(NextVar, Alloca); //          0.0. EndCond = Builder.CreateFCmpONE( EndCond, ConstantFP::get(TheContext, APFloat(0.0)), "loopcond"); //   " "    BasicBlock *AfterBB = BasicBlock::Create(TheContext, "afterloop", TheFunction); //      LoopEndBB. Builder.CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB); //       AfterBB. Builder.SetInsertPoint(AfterBB); //    . if (OldVal) NamedValues[VarName] = OldVal; else NamedValues.erase(VarName); //    0.0. return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(TheContext)); } Value *VarExprAST::codegen() { std::vector<AllocaInst *> OldBindings; Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent(); //       for (unsigned i = 0, e = VarNames.size(); i != e; ++i) { const std::string &VarName = VarNames[i].first; ExprAST *Init = VarNames[i].second.get(); //     ,   //      ,   // l  : // var a = 1 in // var a = a in ... #    'a'. Value *InitVal; if (Init) { InitVal = Init->codegen(); if (!InitVal) return nullptr; } else { // If not specified, use 0.0. InitVal = ConstantFP::get(TheContext, APFloat(0.0)); } AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, VarName); Builder.CreateStore(InitVal, Alloca); //    OldBindings.push_back(NamedValues[VarName]); //   NamedValues[VarName] = Alloca; } //       Value *BodyVal = Body->codegen(); if (!BodyVal) return nullptr; //    for (unsigned i = 0, e = VarNames.size(); i != e; ++i) NamedValues[VarNames[i].first] = OldBindings[i]; //     return BodyVal; } Function *PrototypeAST::codegen() { //   : double(double,double) etc. std::vector<Type *> Doubles(Args.size(), Type::getDoubleTy(TheContext)); FunctionType *FT = FunctionType::get(Type::getDoubleTy(TheContext), Doubles, false); Function *F = Function::Create(FT, Function::ExternalLinkage, Name, TheModule.get()); //    unsigned Idx = 0; for (auto &Arg : F->args()) Arg.setName(Args[Idx++]); return F; } Function *FunctionAST::codegen() { //      FunctionProtos,   //    . auto &P = *Proto; FunctionProtos[Proto->getName()] = std::move(Proto); Function *TheFunction = getFunction(P.getName()); if (!TheFunction) return nullptr; //   ,   if (P.isBinaryOp()) BinopPrecedence[P.getOperatorName()] = P.getBinaryPrecedence(); //        BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(TheContext, "entry", TheFunction); Builder.SetInsertPoint(BB); //      NamedValues. NamedValues.clear(); for (auto &Arg : TheFunction->args()) { //   alloca   AllocaInst *Alloca = CreateEntryBlockAlloca(TheFunction, Arg.getName()); //     alloca. Builder.CreateStore(&Arg, Alloca); //      NamedValues[Arg.getName()] = Alloca; } if (Value *RetVal = Body->codegen()) { // Finish off the function. Builder.CreateRet(RetVal); //    verifyFunction(*TheFunction); //     TheFPM->run(*TheFunction); return TheFunction; } //    ,   TheFunction->eraseFromParent(); if (P.isBinaryOp()) BinopPrecedence.erase(P.getOperatorName()); return nullptr; } //===----------------------------------------------------------------------===// //     JIT //===----------------------------------------------------------------------===// static void InitializeModuleAndPassManager() { //    TheModule = llvm::make_unique<Module>("my cool jit", TheContext); TheModule->setDataLayout(TheJIT->getTargetMachine().createDataLayout()); //       TheFPM = llvm::make_unique<legacy::FunctionPassManager>(TheModule.get()); //   alloca   TheFPM->add(createPromoteMemoryToRegisterPass()); //   "peephole"-. TheFPM->add(createInstructionCombiningPass()); //   TheFPM->add(createReassociatePass()); //    TheFPM->add(createGVNPass()); //    (    ..). TheFPM->add(createCFGSimplificationPass()); TheFPM->doInitialization(); } static void HandleDefinition() { if (auto FnAST = ParseDefinition()) { if (auto *FnIR = FnAST->codegen()) { fprintf(stderr, "Read function definition:"); FnIR->print(errs()); fprintf(stderr, "\n"); TheJIT->addModule(std::move(TheModule)); InitializeModuleAndPassManager(); } } else { //       getNextToken(); } } static void HandleExtern() { if (auto ProtoAST = ParseExtern()) { if (auto *FnIR = ProtoAST->codegen()) { fprintf(stderr, "Read extern: "); FnIR->print(errs()); fprintf(stderr, "\n"); FunctionProtos[ProtoAST->getName()] = std::move(ProtoAST); } } else { //       getNextToken(); } } static void HandleTopLevelExpression() { //       if (auto FnAST = ParseTopLevelExpr()) { if (FnAST->codegen()) { // JIT  ,    //    auto H = TheJIT->addModule(std::move(TheModule)); InitializeModuleAndPassManager(); //  JIT   __anon_expr auto ExprSymbol = TheJIT->findSymbol("__anon_expr"); assert(ExprSymbol && "Function not found"); //         (  // ,  double)      . double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)cantFail(ExprSymbol.getAddress()); fprintf(stderr, "Evaluated to %f\n", FP()); //     JIT. TheJIT->removeModule(H); } } else { //       getNextToken(); } } /// top ::= definition | external | expression | ';' static void MainLoop() { while (true) { fprintf(stderr, "ready> "); switch (CurTok) { case tok_eof: return; case ';': //       getNextToken(); break; case tok_def: HandleDefinition(); break; case tok_extern: HandleExtern(); break; default: HandleTopLevelExpression(); break; } } } //===----------------------------------------------------------------------===// // "" ,        //===----------------------------------------------------------------------===// #ifdef LLVM_ON_WIN32 #define DLLEXPORT __declspec(dllexport) #else #define DLLEXPORT #endif /// putchard - putchar,  double,  0. extern "C" DLLEXPORT double putchard(double X) { fputc((char)X, stderr); return 0; } /// printd - printf,  double   "%f\n",  0. extern "C" DLLEXPORT double printd(double X) { fprintf(stderr, "%f\n", X); return 0; } //===----------------------------------------------------------------------===// //  main //===----------------------------------------------------------------------===// int main() { InitializeNativeTarget(); InitializeNativeTargetAsmPrinter(); InitializeNativeTargetAsmParser(); //     // 1 -    BinopPrecedence['='] = 2; BinopPrecedence['<'] = 10; BinopPrecedence['+'] = 20; BinopPrecedence['-'] = 20; BinopPrecedence['*'] = 40; //  . //    fprintf(stderr, "ready> "); getNextToken(); TheJIT = llvm::make_unique<KaleidoscopeJIT>(); InitializeModuleAndPassManager(); //    MainLoop(); return 0; }
      
      








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