Создание языка программирования с использованием LLVM. Часть 6: Расширение языка: Операторы, определяемые пользователем

#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 <vector>

using namespace llvm;
using namespace llvm::orc;

//===----------------------------------------------------------------------===//
// Лексический анализатор
//===----------------------------------------------------------------------===//

// Лексический анализатор возвращает токены [0-255] если это неизвестный символ, либо один из
// известных
enum Token {
  tok_eof = -1,

  // команды
  tok_def = -2,
  tok_extern = -3,

  // первичные символы
  tok_identifier = -4,
  tok_number = -5,

  // управление
  tok_if = -6,
  tok_then = -7,
  tok_else = -8,
  tok_for = -9,
  tok_in = -10,

  // операторы
  tok_binary = -11,
  tok_unary = -12
};

static std::string IdentifierStr; // Заполняется для tok_identifier
static double NumVal;             // Заполняется для tok_number

/// gettok - Возвращает следующий токен из стандартного ввода
static int gettok() {
  static int LastChar = ' ';

  // Пропускаем пробелы
  while (isspace(LastChar))
    LastChar = getchar();

  if (isalpha(LastChar)) { // идентификатор: [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;
    return tok_identifier;
  }

  if (isdigit(LastChar) || LastChar == '.') { // Number: [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 == '#') {
    // Комментарий до конца строки
    do
      LastChar = getchar();
    while (LastChar != EOF && LastChar != '\n' && LastChar != '\r');

    if (LastChar != EOF)
      return gettok();
  }

  // Проверяем конец файла.  Не съедаем EOF.
  if (LastChar == EOF)
    return tok_eof;

  // Иначе, возвращаем символ как его ascii-значение.
  int ThisChar = LastChar;
  LastChar = getchar();
  return ThisChar;
}

//===----------------------------------------------------------------------===//
// Абстрактное Синтаксическое Дерево (Дерево Парсинга)
//===----------------------------------------------------------------------===//

namespace {

/// ExprAST - Базовый класс узла выражения.
class ExprAST {
public:
  virtual ~ExprAST() = default;

  virtual Value *codegen() = 0;
};

/// NumberExprAST - Класс выражения для числового литерала "1.0".
class NumberExprAST : public ExprAST {
  double Val;

public:
  NumberExprAST(double Val) : Val(Val) {}

  Value *codegen() override;
};

/// VariableExprAST -Класс выражения для переменной, например, "a".
class VariableExprAST : public ExprAST {
  std::string Name;

public:
  VariableExprAST(const std::string &Name) : Name(Name) {}

  Value *codegen() override;
};

/// UnaryExprAST - Класс выражения для унарного оператора
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 - Класс выражения для бинарного оператора
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 - Класс выражения для вызова функции
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 - Класс выражения для 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 - Класс выражения для 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;
};

/// PrototypeAST - Этот класс представляет "прототип" функции,
/// и захватывает её имя, и имена аргументов (и, неявно, количество
/// аргументов, принимаемых функцией), а также оператор.
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 - Этот класс представляет определение функции
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();
};

} // конец анонимного пространства имен

//===----------------------------------------------------------------------===//
// Парсер
//===----------------------------------------------------------------------===//

/// CurTok/getNextToken - Представляет простой буфер токенов.  CurTok - текущий
/// токен, на котороый смотрит парсер.  getNextToken считывает другой токен из 
/// лексического анализатора и обновляет CurTok считанным результатом.
static int CurTok;
static int getNextToken() { return CurTok = gettok(); }

/// BinopPrecedence - Содержит приоритет каждого бинарного оператора,
/// который определён
static std::map<char, int> BinopPrecedence;

/// GetTokPrecedence - Возвращает приоритет бинарного оператора для текущего токена.
static int GetTokPrecedence() {
  if (!isascii(CurTok))
    return -1;

  // Убедимся, что бинарный оператор объявлен
  int TokPrec = BinopPrecedence[CurTok];
  if (TokPrec <= 0)
    return -1;
  return TokPrec;
}

/// Error* - Маленькая вспомогательная функция обработки ошибок.
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(); // съедаем число
  return std::move(Result);
}

/// parenexpr ::= '(' expression ')'
static std::unique_ptr<ExprAST> ParseParenExpr() {
  getNextToken(); // съедаем (.
  auto V = ParseExpression();
  if (!V)
    return nullptr;

  if (CurTok != ')')
    return LogError("expected ')'");
  getNextToken(); // съедаем ).
  return V;
}

/// identifierexpr
///   ::= identifier
///   ::= identifier '(' expression* ')'
static std::unique_ptr<ExprAST> ParseIdentifierExpr() {
  std::string IdName = IdentifierStr;

  getNextToken(); // съедаем идентификатор.

  if (CurTok != '(') // Простая переменная
    return llvm::make_unique<VariableExprAST>(IdName);

  // Call.
  getNextToken(); // съедаем (
  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();
    }
  }

  // съедаем ')'.
  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.

  // условие
  auto Cond = ParseExpression();
  if (!Cond)
    return nullptr;

  if (CurTok != tok_then)
    return LogError("expected then");
  getNextToken(); // съедаем 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(); // съедаем for.

  if (CurTok != tok_identifier)
    return LogError("expected identifier after for");

  std::string IdName = IdentifierStr;
  getNextToken(); // съедаем идентификатор

  if (CurTok != '=')
    return LogError("expected '=' after for");
  getNextToken(); // съедаем '='.

  auto Start = ParseExpression();
  if (!Start)
    return nullptr;
  if (CurTok != ',')
    return LogError("expected ',' after for start value");
  getNextToken();

  auto End = ParseExpression();
  if (!End)
    return nullptr;

  // значение шага опционально
  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(); // eat '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));
}

/// primary
///   ::= identifierexpr
///   ::= numberexpr
///   ::= parenexpr
///   ::= ifexpr
///   ::= forexpr
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();
  }
}

/// unary
///   ::= primary
///   ::= '!' unary
static std::unique_ptr<ExprAST> ParseUnary() {
  // если текущий токен не является оператором, он должен быть первичным выражением.
  if (!isascii(CurTok) || CurTok == '(' || CurTok == ',')
    return ParsePrimary();

  // если это унарный оператор, считываем его
  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) {
  // Если это бинарный оператор, находим его приоритет
  while (true) {
    int TokPrec = GetTokPrecedence();

    //Если это бинарный оператор, связанный с текущим
    // съедаем его, иначе выходим
    if (TokPrec < ExprPrec)
      return LHS;

    // Теперь мы знаем, что это бинарный оператор
    int BinOp = CurTok;
    getNextToken(); // eat binop

    // Парсим унарное выражение после бинарного оператора
    auto RHS = ParseUnary();
    if (!RHS)
      return nullptr;

    // Если BinOp меньше связан с RHS, чем оператор после RHS, пусть
    // сохранённый оператор примет RHS как свой LHS.
    int NextPrec = GetTokPrecedence();
    if (TokPrec < NextPrec) {
      RHS = ParseBinOpRHS(TokPrec + 1, std::move(RHS));
      if (!RHS)
        return nullptr;
    }

    // Объединяем 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 = идентификатор, 1 = унарный, 2 = бинарный.
  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();

    // Считываем приоритет, если он есть
    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");

  // успех.
  getNextToken(); // eat ')'.

  // Проверяем, что количество аргументов правильно
  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(); // eat 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()) {
    // Создаём анонимный прототип
    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();
}

//===----------------------------------------------------------------------===//
// Генерация кода
//===----------------------------------------------------------------------===//

static LLVMContext TheContext;
static IRBuilder<> Builder(TheContext);
static std::unique_ptr<Module> TheModule;
static std::map<std::string, Value *> 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) {
  // Вначале, проверяем, добавлена ли уже функция в текущий модуль.
  if (auto *F = TheModule->getFunction(Name))
    return F;

  // IЕсли нет, можем ли мы сгенерировать код из существующих объявлений
  // прототипа.
  auto FI = FunctionProtos.find(Name);
  if (FI != FunctionProtos.end())
    return FI->second->codegen();

  // Если нет существующего прототипа, возвращаем null.
  return nullptr;
}

Value *NumberExprAST::codegen() {
  return ConstantFP::get(TheContext, APFloat(Val));
}

Value *VariableExprAST::codegen() {
  // Смотрим, есть ли эта переменная в функции
  Value *V = NamedValues[Name];
  if (!V)
    return LogErrorV("Unknown variable name");
  return V;
}

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() {
  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");
    // Преобразуем bool 0/1 в double 0.0 or 1.0
    return Builder.CreateUIToFP(L, Type::getDoubleTy(TheContext), "booltmp");
  default:
    break;
  }

  // Если это не встроенный бинарный оператор, он должен быть определён пользователем. Генерируем
  // вызов функции для него.
  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() {
  // Ищем имя в глобальной таблице модуля
  Function *CalleeF = getFunction(Callee);
  if (!CalleeF)
    return LogErrorV("Unknown function referenced");

  // Ошибка, если аргументы не совпадают.
  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;

  // Преобразуем условие в булево значение путём проверки на неравенство 0.0.
  CondV = Builder.CreateFCmpONE(
      CondV, ConstantFP::get(TheContext, APFloat(0.0)), "ifcond");

  Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();

  // Создаём блоки для then и else.  Вставляем блок 'then' в
  // конец функции
  BasicBlock *ThenBB = BasicBlock::Create(TheContext, "then", TheFunction);
  BasicBlock *ElseBB = BasicBlock::Create(TheContext, "else");
  BasicBlock *MergeBB = BasicBlock::Create(TheContext, "ifcont");

  Builder.CreateCondBr(CondV, ThenBB, ElseBB);

  // Генерируем значение.
  Builder.SetInsertPoint(ThenBB);

  Value *ThenV = Then->codegen();
  if (!ThenV)
    return nullptr;

  Builder.CreateBr(MergeBB);
  // Генерация кода для 'Then' может изменить текущий блок, обновляем ThenBB для PHI.
  ThenBB = Builder.GetInsertBlock();

  // Генерируем блок "else"
  TheFunction->getBasicBlockList().push_back(ElseBB);
  Builder.SetInsertPoint(ElseBB);

  Value *ElseV = Else->codegen();
  if (!ElseV)
    return nullptr;

  Builder.CreateBr(MergeBB);
  // Генерация кода для 'Else' может изменить текущий блок, обновляем ElseBB для PHI.
  ElseBB = Builder.GetInsertBlock();

  // Генерируем объединяющий блок
  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;
}

// Выводим for-loop как:
//   ...
//   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() {
  // Генерируем сначала стартовый код, без переменной.
  Value *StartVal = Start->codegen();
  if (!StartVal)
    return nullptr;

  // Создаём сначала новый базовый блок для заголовка цикла, и вставляем после текущего
  // блока
  Function *TheFunction = Builder.GetInsertBlock()->getParent();
  BasicBlock *PreheaderBB = Builder.GetInsertBlock();
  BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(TheContext, "loop", TheFunction);

  // Вставляем в явном виде переход с текущего блока в LoopBB.
  Builder.CreateBr(LoopBB);

  // Начинаем вставку в LoopBB.
  Builder.SetInsertPoint(LoopBB);

  // Вставляем узел PHI в начало блока.
  PHINode *Variable =
      Builder.CreatePHI(Type::getDoubleTy(TheContext), 2, VarName);
  Variable->addIncoming(StartVal, PreheaderBB);

  // Внутри цикла определена переменная, равная узлу PHI.  Если она
  // перекрыта существующей переменной, мы должны восстановить её, сохраним её сейчас.
  Value *OldVal = NamedValues[VarName];
  NamedValues[VarName] = Variable;

  // Генерируем тело цикла.  Оно, как любое другое выражение, может изменить
  // текущий BB. Отметим, что мы игнорируем значение, вычисленное телом цикла, но не
  // допускаем ошибки.
  if (!Body->codegen())
    return nullptr;

  // Генерируем значение шага
  Value *StepVal = nullptr;
  if (Step) {
    StepVal = Step->codegen();
    if (!StepVal)
      return nullptr;
  } else {
    // Если не определено, используем 1.0.
    StepVal = ConstantFP::get(TheContext, APFloat(1.0));
  }

  Value *NextVar = Builder.CreateFAdd(Variable, StepVal, "nextvar");

  // Вычисляем условие конца
  Value *EndCond = End->codegen();
  if (!EndCond)
    return nullptr;

  // Преобразуем условие в булевое значение путём проверки на неравенство 0.0.
  EndCond = Builder.CreateFCmpONE(
      EndCond, ConstantFP::get(TheContext, APFloat(0.0)), "loopcond");

  // Создаём блок "после цикла" и вставляем его
  BasicBlock *LoopEndBB = Builder.GetInsertBlock();
  BasicBlock *AfterBB =
      BasicBlock::Create(TheContext, "afterloop", TheFunction);

  // Вставляем условный переход в конец LoopEndBB.
  Builder.CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);

  // Любой новый код будет вставляться в AfterBB.
  Builder.SetInsertPoint(AfterBB);

  // Добавляем новое вхождение в узел PHI.
  Variable->addIncoming(NextVar, LoopEndBB);

  // Восстанавливаем ранее скрытую переменную.
  if (OldVal)
    NamedValues[VarName] = OldVal;
  else
    NamedValues.erase(VarName);

  // выражение всегда возвращает 0.0.
  return Constant::getNullValue(Type::getDoubleTy(TheContext));
}

Function *PrototypeAST::codegen() {
  // Создаём тип функции:  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());

  // Устанавливаем имена аргументов
  unsigned Idx = 0;
  for (auto &Arg : F->args())
    Arg.setName(Args[Idx++]);

  return F;
}

Function *FunctionAST::codegen() {
  // Переносим владение прототипом в мэп FunctionProtos, но сохраняем
  // ссылку для дальнейшего использования.
  auto &P = *Proto;
  FunctionProtos[Proto->getName()] = std::move(Proto);
  Function *TheFunction = getFunction(P.getName());
  if (!TheFunction)
    return nullptr;

  // Если это оператор, устанавливаем его
  if (P.isBinaryOp())
    BinopPrecedence[P.getOperatorName()] = P.getBinaryPrecedence();

  // Создаём новый базовый блок для вставки кода
  BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(TheContext, "entry", TheFunction);
  Builder.SetInsertPoint(BB);

  // Записываем аргументы функции в таблицу NamedValues.
  NamedValues.clear();
  for (auto &Arg : TheFunction->args())
    NamedValues[Arg.getName()] = &Arg;

  if (Value *RetVal = Body->codegen()) {
    // Завершаем функцию
    Builder.CreateRet(RetVal);

    // Проверяем сгенерированный код
    verifyFunction(*TheFunction);

    // Запускаем оптимизатор для функции
    TheFPM->run(*TheFunction);

    return TheFunction;
  }

  // Ошибка чтения тела функции, удаляем функцию
  TheFunction->eraseFromParent();

  if (P.isBinaryOp())
    BinopPrecedence.erase(P.getOperatorName());
  return nullptr;
}

//===----------------------------------------------------------------------===//
// Высокоуровневый парсинг и драйвер JIT
//===----------------------------------------------------------------------===//

static void InitializeModuleAndPassManager() {
  // Открываем новый модуль
  TheModule = llvm::make_unique<Module>("my cool jit", TheContext);
  TheModule->setDataLayout(TheJIT->getTargetMachine().createDataLayout());

  // Создаём новый менеджер проходов для модуля
  TheFPM = llvm::make_unique<legacy::FunctionPassManager>(TheModule.get());

  // Делаем простую "peephole"-оптимизацию.
  TheFPM->add(createInstructionCombiningPass());
  // Переассоциация выражений
  TheFPM->add(createReassociatePass());
  // Удаление общих подвыражений
  TheFPM->add(createGVNPass());
  // Упрощение графа управления (удаление недостижимых блоков и т.п.).
  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 {
    // Пропускаем токен для восстановления после ошибки
    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 {
    // Пропускаем токен для восстановления после ошибки
    getNextToken();
  }
}

static void HandleTopLevelExpression() {
  // Вычисляем высокоуровневое выражения для анонимной функции
  if (auto FnAST = ParseTopLevelExpr()) {
    if (FnAST->codegen()) {
      //выполняем JIT для модуля, содержащего анонимное выражение
      // освободим его позже
      auto H = TheJIT->addModule(std::move(TheModule));
      InitializeModuleAndPassManager();

      // Ищем JIT для символа __anon_expr
      auto ExprSymbol = TheJIT->findSymbol("__anon_expr");
      assert(ExprSymbol && "Function not found");

      // Получаем адрес символа и преобразуем его к правильному типу(не принимаем
      // аргументов, возвращаем double) и мы можем вызывать нативную функцию.
      double (*FP)() = (double (*)())(intptr_t)cantFail(ExprSymbol.getAddress());
      fprintf(stderr, "Evaluated to %f\n", FP());

      //Удаляем модуль анонимного выражения из JIT.
      TheJIT->removeModule(H);
    }
  } else {
    // Пропускаем токен для восстановления после ошибки
    getNextToken();
  }
}

/// top ::= definition | external | expression | ';'
static void MainLoop() {
  while (true) {
    fprintf(stderr, "ready> ");
    switch (CurTok) {
    case tok_eof:
      return;
    case ';': //игнорируем точки с запятой на верхнем уровне
      getNextToken();
      break;
    case tok_def:
      HandleDefinition();
      break;
    case tok_extern:
      HandleExtern();
      break;
    default:
      HandleTopLevelExpression();
      break;
    }
  }
}

//===----------------------------------------------------------------------===//
// "Библиотечные" функции, которые должны быть внешними для пользовательского кода
//===----------------------------------------------------------------------===//

#ifdef LLVM_ON_WIN32
#define DLLEXPORT __declspec(dllexport)
#else
#define DLLEXPORT
#endif

/// putchard - putchar, принимает double, возвращает 0.
extern "C" DLLEXPORT double putchard(double X) {
  fputc((char)X, stderr);
  return 0;
}

/// printd - printf, принимает double печатает его как"%f\n", возвращает 0.
extern "C" DLLEXPORT double printd(double X) {
  fprintf(stderr, "%f\n", X);
  return 0;
}

//===----------------------------------------------------------------------===//
// Код main
//===----------------------------------------------------------------------===//

int main() {
  InitializeNativeTarget();
  InitializeNativeTargetAsmPrinter();
  InitializeNativeTargetAsmParser();

  // Устанавливаем стандартные бинарные операторы
  // 1 - самый низкий приоритет
  BinopPrecedence['<'] = 10;
  BinopPrecedence['+'] = 20;
  BinopPrecedence['-'] = 20;
  BinopPrecedence['*'] = 40; // highest.

  // Обрабатываем первый токен
  fprintf(stderr, "ready> ");
  getNextToken();

  TheJIT = llvm::make_unique<KaleidoscopeJIT>();

  InitializeModuleAndPassManager();

  // Запускаем цикл интерпретации
  MainLoop();

  return 0;
}