Add standard library
[kaleidoscope-hs.git] / Main.hs
diff --git a/Main.hs b/Main.hs
index 2eae262967be844fff1886ac2d34318912b17e53..64d73e60e0a059864222aec09f8b2ad0803adcfd 100644 (file)
--- a/Main.hs
+++ b/Main.hs
 {-# LANGUAGE OverloadedStrings #-}
+{-# LANGUAGE RecursiveDo #-}
 
 import AST as K -- K for Kaleidoscope
 import Utils
+import Control.Monad
+import Control.Monad.Trans.Class
 import Control.Monad.Trans.Reader
 import Control.Monad.IO.Class
 import Data.String
 import qualified Data.Map as Map
 import qualified Data.Text.Lazy.IO as Text
+import Foreign.Ptr
+import LLVM.AST.AddrSpace
 import LLVM.AST.Constant
 import LLVM.AST.Float
 import LLVM.AST.FloatingPointPredicate hiding (False, True)
 import LLVM.AST.Operand
 import LLVM.AST.Type as Type
+import LLVM.Context
 import LLVM.IRBuilder
+import LLVM.Linking
+import LLVM.Module
+import LLVM.OrcJIT
+import LLVM.OrcJIT.CompileLayer
+import LLVM.PassManager
 import LLVM.Pretty
+import LLVM.Target
+import Numeric
 import System.IO
+import System.IO.Error
 import Text.Read (readMaybe)
 
-main = buildModuleT "main" repl
+foreign import ccall "dynamic" mkFun :: FunPtr (IO Double) -> IO Double
 
-repl :: ModuleBuilderT IO ()
+data JITEnv = JITEnv
+  { jitEnvContext :: Context
+  , jitEnvCompileLayer :: IRCompileLayer ObjectLinkingLayer
+  , jitEnvModuleKey :: ModuleKey
+  }
+
+main :: IO ()
+main = do
+  loadLibraryPermanently (Just "stdlib.dylib")
+  withContext $ \ctx -> withHostTargetMachineDefault $ \tm ->
+    withExecutionSession $ \exSession ->
+      withSymbolResolver exSession (SymbolResolver symResolver) $ \symResolverPtr ->
+        withObjectLinkingLayer exSession (const $ pure symResolverPtr) $ \linkingLayer ->
+          withIRCompileLayer linkingLayer tm $ \compLayer ->
+            withModuleKey exSession $ \mdlKey -> do
+              let env = JITEnv ctx compLayer mdlKey
+              _ast <- runReaderT (buildModuleT "main" repl) env
+              return ()
+
+-- This can eventually be used to resolve external functions, e.g. a stdlib call
+symResolver :: MangledSymbol -> IO (Either JITSymbolError JITSymbol)
+symResolver sym = do
+  ptr <- getSymbolAddressInProcess sym
+  putStrLn $ "Resolving " <> show sym <> " to 0x" <> showHex ptr ""
+  return (Right (JITSymbol ptr defaultJITSymbolFlags))
+
+repl :: ModuleBuilderT (ReaderT JITEnv IO) ()
 repl = do
   liftIO $ hPutStr stderr "ready> "
-  ast <- liftIO $ readMaybe <$> getLine
-  case ast of
+  mline <- liftIO $ catchIOError (Just <$> getLine) eofHandler
+  case mline of
+    Nothing -> return ()
+    Just l -> do
+      case readMaybe l of
         Nothing ->  liftIO $ hPutStrLn stderr "Couldn't parse"
-    Just x -> do
-      hoist $ buildAST x
-      mostRecentDef >>= liftIO . Text.hPutStrLn stderr . ppll
+        Just ast -> do
+          anon <- isAnonExpr <$> hoist (buildAST ast)
+          def <- mostRecentDef
+          
+          llvmAst <- moduleSoFar "main"
+          ctx <- lift $ asks jitEnvContext
+          env <- lift ask
+          liftIO $ withModuleFromAST ctx llvmAst $ \mdl -> do
+            Text.hPutStrLn stderr $ ppll def
+            let spec = defaultCuratedPassSetSpec { optLevel = Just 3 }
+            -- this returns true if the module was modified
+            withPassManager spec $ flip runPassManager mdl
+            when anon (jit env mdl >>= hPrint stderr)
+
+          when anon (removeDef def)
       repl
   where
+    eofHandler e
+      | isEOFError e = return Nothing
+      | otherwise = ioError e
+    isAnonExpr (ConstantOperand (GlobalReference _ "__anon_expr")) = True
+    isAnonExpr _ = False
+
+jit :: JITEnv -> Module -> IO Double
+jit JITEnv{jitEnvCompileLayer=compLayer, jitEnvModuleKey=mdlKey} mdl =
+  withModule compLayer mdlKey mdl $ do
+    mangled <- mangleSymbol compLayer "__anon_expr"
+    Right (JITSymbol fPtr _) <- findSymbolIn compLayer mdlKey mangled False
+    mkFun (castPtrToFunPtr (wordPtrToPtr fPtr))
 
 type Binds = Map.Map String Operand
 
@@ -41,6 +108,9 @@ buildAST (Function (Prototype nameStr paramStrs) body) = do
     flip runReaderT binds $ buildExpr body >>= ret
   where params = zip (repeat Type.double) (map fromString paramStrs)
 
+buildAST (Extern (Prototype nameStr params)) =
+  extern (fromString nameStr) (replicate (length params) Type.double) Type.double
+
 buildAST (TopLevelExpr x) = function "__anon_expr" [] Type.double $
   const $ flip runReaderT mempty $ buildExpr x >>= ret
 
@@ -69,3 +139,69 @@ buildExpr (BinOp op a b) = do
                   K.Cmp LT -> fcmp OLT
                   K.Cmp GT -> fcmp OGT
                   K.Cmp EQ -> fcmp OEQ
+
+buildExpr (Call callee params) = do
+  paramOps <- mapM buildExpr params
+  let nam = fromString callee
+      -- get a pointer to the function
+      typ = FunctionType Type.double (replicate (length params) Type.double) False
+      ptrTyp = Type.PointerType typ (AddrSpace 0)
+      ref = GlobalReference ptrTyp nam
+  call (ConstantOperand ref) (zip paramOps (repeat []))
+
+buildExpr (If cond thenE elseE) = mdo
+  _ifB <- block `named` "if"
+
+  -- since everything is a double, false == 0
+  let zero = ConstantOperand (Float (Double 0))
+  condV <- buildExpr cond
+  cmp <- fcmp ONE zero condV `named` "cmp"
+
+  condBr cmp thenB elseB
+
+  thenB <- block `named` "then"
+  thenOp <- buildExpr thenE
+  br mergeB
+
+  elseB <- block `named` "else"
+  elseOp <- buildExpr elseE
+  br mergeB
+
+  mergeB <- block `named` "ifcont"
+  phi [(thenOp, thenB), (elseOp, elseB)]
+
+buildExpr (For name init cond mStep body) = mdo
+  preheaderB <- block `named` "preheader"
+
+  initV <- buildExpr init `named` "init"
+  
+  -- build the condition expression with 'i' in the bindings
+  initCondV <- withReaderT (Map.insert name initV) $
+                (buildExpr cond >>= fcmp ONE zero) `named` "initcond"
+
+  -- skip the loop if we don't meet the condition with the init
+  condBr initCondV loopB afterB
+
+  loopB <- block `named` "loop"
+  i <- phi [(initV, preheaderB), (nextVar, loopB)] `named` "i"
+
+  -- build the body expression with 'i' in the bindings
+  withReaderT (Map.insert name i) $ buildExpr body `named` "body"
+
+  -- default to 1 if there's no step defined
+  stepV <- case mStep of
+    Just step -> buildExpr step
+    Nothing -> return $ ConstantOperand (Float (Double 1))
+
+  nextVar <- fadd i stepV `named` "nextvar"
+
+  let zero = ConstantOperand (Float (Double 0))
+  -- again we need 'i' in the bindings
+  condV <- withReaderT (Map.insert name i) $
+            (buildExpr cond >>= fcmp ONE zero) `named` "cond"
+  condBr condV loopB afterB
+
+  afterB <- block `named` "after"
+  -- since a for loop doesn't really have a value, return 0
+  return $ ConstantOperand (Float (Double 0))
+