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parent
47d7c964d0
commit
0ad40ced64
GPG Key ID:
1B74EE6C49C96795
@ -0,0 +1,5 @@
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a.out
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main
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*.ir
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*.o
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*.sw*
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@ -1,6 +1,23 @@
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# forspll
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# forspll
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forspll is an implementation of the [Forsp](https://github.com/xorvoid/forsp) language as an LLVM-based compiler.
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forspll is an implementation of [Forsp](https://xorvoid.com/forsp.html) as an LLVM-based compiler. Forsp is a tiny yet very versatile programming language that mixes features of Forth and Lisp. Through LLVM, Forsp can be compiled into efficient machine code for a wide array of platforms.
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TODO
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forspll features:
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* Lisp-style S-expression syntax
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* Forth-style data stack for parameters/values
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* Linking with C functions (see `support.c`)
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Missing features:
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* Quote operator: `quote`/`'`
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* Lists and atoms or any dynamic allocations
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## Building
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Requires Clang and LLVM development files.
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Run `make` to build the compiler.
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Run `make prog` to compile `test.fp` and `support.c`.
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@ -0,0 +1,78 @@
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#include "ast.hpp"
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int ThunkAST::tcount = 0;
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NumberAST::NumberAST(const std::string& n): BaseAST(n) {}
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llvm::Value *NumberAST::codegen(LLVMState& llvmState) const
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{
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auto val = llvmState.createInt(std::stoi(name));
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return llvmState.builder.CreateStore(val, llvmState.createPush());
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}
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PushAST::PushAST(const std::string& n): BaseAST(n) {}
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llvm::Value *PushAST::codegen(LLVMState& llvmState) const
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{
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if (auto [var, thunk] = Var::lookup(name); var) {
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auto dsget = llvmState.createPush();
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if (!thunk)
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var = llvmState.builder.CreateLoad(llvmState.inttype, var);
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return llvmState.builder.CreateStore(var, dsget);
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} else {
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return nullptr;
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}
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}
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PopAST::PopAST(const std::string& n): BaseAST(n) {}
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llvm::Value *PopAST::codegen(LLVMState& llvmState) const
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{
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auto gep = llvmState.createPop();
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auto var = llvmState.createVariable(name);
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auto load = llvmState.builder.CreateLoad(llvmState.inttype, gep);
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llvmState.builder.CreateStore(load, var, false);
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return Var::addLocal(name, var).value;
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}
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CallAST::CallAST(const std::string& n): BaseAST(n) {}
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llvm::Value *CallAST::codegen(LLVMState& llvmState) const
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{
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if (auto [var, call] = Var::lookup(name); var) {
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if (call) {
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return llvmState.builder.CreateCall(llvmState.ftype, var);
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} else {
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auto val = llvmState.builder.CreateLoad(llvmState.inttype, var);
|
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auto cast = llvmState.builder.CreateIntToPtr(val,
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llvmState.inttype->getPointerTo());
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return llvmState.builder.CreateCall(llvmState.ftype, cast);
|
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|
}
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} else {
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|
auto func = llvmState.createFunction(name);
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Var::addGlobal(name, Var {func, true});
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return llvmState.builder.CreateCall(llvmState.ftype, func);
|
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}
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|
}
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ThunkAST::ThunkAST(LLVMState& llvmState):
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ThunkAST(llvmState, std::string("__t") + std::to_string(tcount++)) {}
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ThunkAST::ThunkAST(LLVMState& llvmState, std::string n): BaseAST(n)
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{
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parent = llvmState.builder.saveIP();
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|
func = llvmState.createFunction(name);
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auto BB = llvmState.createEntry(func);
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|
llvmState.builder.SetInsertPoint(BB);
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|
}
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|
llvm::Value *ThunkAST::codegen(LLVMState& llvmState) const
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{
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|
llvmState.builder.CreateRetVoid();
|
||||||
|
llvmState.builder.restoreIP(parent);
|
||||||
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|
return func;
|
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|
}
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@ -0,0 +1,63 @@
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|
#ifndef FORSPLL_AST_HPP
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|
#define FORSPLL_AST_HPP
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|
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#include "llvm.hpp"
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|
#include "var.hpp"
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#include <list>
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#include <memory>
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#include <string>
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|
struct BaseAST
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|
{
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std::string name;
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|
BaseAST(const std::string& n): name(n) {}
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|
virtual ~BaseAST() = default;
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|
virtual llvm::Value *codegen(LLVMState&) const = 0;
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};
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||||||
|
struct NumberAST : public BaseAST
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|
{
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|
// push number onto stack
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|
explicit NumberAST(const std::string& n);
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|
llvm::Value *codegen(LLVMState& llvmState) const override;
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|
};
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||||||
|
|
||||||
|
struct PushAST : public BaseAST
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// push named value to stack
|
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|
explicit PushAST(const std::string& n);
|
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|
llvm::Value *codegen(LLVMState& llvmState) const override;
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|
};
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|
|
||||||
|
struct PopAST : public BaseAST
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|
{
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|
// pop value on stack to named var
|
||||||
|
explicit PopAST(const std::string& n);
|
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|
llvm::Value *codegen(LLVMState& llvmState) const override;
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
struct CallAST : public BaseAST
|
||||||
|
{
|
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|
// invoke named invocable
|
||||||
|
explicit CallAST(const std::string& n);
|
||||||
|
llvm::Value *codegen(LLVMState& llvmState) const override;
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
struct ThunkAST : public BaseAST
|
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|
{
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static int tcount;
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std::list<std::unique_ptr<BaseAST>> body;
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|
llvm::IRBuilderBase::InsertPoint parent;
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|
llvm::Function *func;
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|
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|
explicit ThunkAST(LLVMState& llvmState);
|
||||||
|
explicit ThunkAST(LLVMState& llvmState, std::string n);
|
||||||
|
llvm::Value *codegen(LLVMState& llvmState) const override;
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
#endif // FORSPLL_AST_HPP
|
||||||
|
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@ -0,0 +1,64 @@
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#include "llvm.hpp"
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LLVMState::LLVMState():
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|
ctx(),
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|
modul("forsp", ctx),
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|
builder(ctx),
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|
inttype(llvm::Type::getInt32Ty(ctx)),
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|
stacktype(llvm::VectorType::get(inttype, 12, false)),
|
||||||
|
ftype(llvm::FunctionType::get(llvm::Type::getVoidTy(ctx), {}, false)),
|
||||||
|
one(llvm::ConstantInt::get(inttype, 1)),
|
||||||
|
zero(llvm::ConstantInt::get(inttype, 0))
|
||||||
|
{
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|
auto zerovec = llvm::ConstantVector::get(llvm::ArrayRef(zero));
|
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|
llvmSp = new llvm::GlobalVariable(modul, inttype, false,
|
||||||
|
llvm::GlobalValue::ExternalLinkage, zero, "sp");
|
||||||
|
llvmStack = new llvm::GlobalVariable(modul, stacktype, false,
|
||||||
|
llvm::GlobalValue::ExternalLinkage, zerovec, "stack");
|
||||||
|
}
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|
|
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|
llvm::Value *LLVMState::createPush()
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|
{
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auto dspval = builder.CreateLoad(inttype, llvmSp);
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|
auto inc = builder.CreateAdd(dspval, one);
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|
builder.CreateStore(inc, llvmSp, false);
|
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|
return builder.CreateGEP(stacktype, llvmStack, {zero, dspval});
|
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|
}
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|
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|
llvm::Value *LLVMState::createPop()
|
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|
{
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|
auto dspval = builder.CreateLoad(inttype, llvmSp);
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|
auto dec = builder.CreateSub(dspval, one);
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|
builder.CreateStore(dec, llvmSp, false);
|
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|
|
||||||
|
return builder.CreateGEP(stacktype, llvmStack, {zero, dec});
|
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|
}
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|
|
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|
llvm::Function *LLVMState::createFunction(const std::string& name)
|
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|
{
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return llvm::Function::Create(ftype, llvm::Function::ExternalLinkage,
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|
name.c_str(), modul);
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|
}
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|
llvm::BasicBlock *LLVMState::createEntry(llvm::Function *func)
|
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|
{
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|
return llvm::BasicBlock::Create(ctx, "entry", func);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
llvm::Value *LLVMState::createVariable(const std::string& name)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return new llvm::GlobalVariable(modul, inttype, false,
|
||||||
|
llvm::GlobalValue::InternalLinkage, zero, name);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
llvm::Constant *LLVMState::createInt(int n)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return llvm::ConstantInt::get(ctx, llvm::APInt(32, n, true));
|
||||||
|
}
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|
void LLVMState::output()
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{
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|
//std::cout << "LLVM:" << std::endl;
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|
modul.print(llvm::errs(), nullptr);
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|
}
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@ -0,0 +1,41 @@
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|||||||
|
#ifndef FORSPLL_LLVM_HPP
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|
#define FORSPLL_LLVM_HPP
|
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|
|
||||||
|
#include <llvm/ADT/APInt.h>
|
||||||
|
#include <llvm/IR/Constants.h>
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#include <llvm/IR/IRBuilder.h>
|
||||||
|
#include <llvm/IR/LLVMContext.h>
|
||||||
|
#include <llvm/IR/Module.h>
|
||||||
|
#include <llvm/IR/Type.h>
|
||||||
|
#include <llvm/IR/DerivedTypes.h>
|
||||||
|
|
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|
#include <string>
|
||||||
|
|
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|
struct LLVMState
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|
{
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|
llvm::LLVMContext ctx;
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llvm::Module modul;
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llvm::IRBuilder<> builder;
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llvm::Type *inttype;
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llvm::Type *stacktype;
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|
llvm::FunctionType *ftype;
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|
llvm::Constant *one;
|
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|
llvm::Constant *zero;
|
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|
llvm::Constant *llvmSp;
|
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|
llvm::Constant *llvmStack;
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|
|
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|
LLVMState();
|
||||||
|
|
||||||
|
llvm::Value *createPush();
|
||||||
|
llvm::Value *createPop();
|
||||||
|
llvm::Function *createFunction(const std::string& name);
|
||||||
|
llvm::BasicBlock *createEntry(llvm::Function *func);
|
||||||
|
llvm::Value *createVariable(const std::string& name);
|
||||||
|
llvm::Constant *createInt(int n);
|
||||||
|
|
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|
void output();
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
#endif // FORSPLL_LLVM_HPP
|
||||||
|
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||||||
@ -0,0 +1,92 @@
|
|||||||
|
#include "parser.hpp"
|
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|
|
||||||
|
#include <cctype>
|
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|
#include <iostream>
|
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|
|
||||||
|
std::string name;
|
||||||
|
|
||||||
|
static bool isname(char ch) {
|
||||||
|
return !isspace(ch) && ch != ')';
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static std::string_view extractName(std::string_view sv)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
name.clear();
|
||||||
|
|
||||||
|
while (!sv.empty()) {
|
||||||
|
const auto ch = sv.front();
|
||||||
|
|
||||||
|
if (isname(ch)) {
|
||||||
|
name += ch;
|
||||||
|
sv.remove_prefix(1);
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return sv;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
std::pair<std::string_view, Token> nextToken(std::string_view sv)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if (sv.empty())
|
||||||
|
return {sv, Token::none};
|
||||||
|
|
||||||
|
while (std::isspace(sv.front()))
|
||||||
|
sv.remove_prefix(1);
|
||||||
|
|
||||||
|
if (sv.empty())
|
||||||
|
return {sv, Token::none};
|
||||||
|
|
||||||
|
const auto ch = sv.front();
|
||||||
|
if (ch == ';') {
|
||||||
|
return {{}, Token::none};
|
||||||
|
} else if (ch == '(') {
|
||||||
|
return {sv.substr(1), Token::ThunkOpen};
|
||||||
|
} else if (ch == ')') {
|
||||||
|
return {sv.substr(1), Token::ThunkClose};
|
||||||
|
} else if (ch == '\'') {
|
||||||
|
return {extractName(sv.substr(1)), Token::Quote};
|
||||||
|
} else if (ch == '$') {
|
||||||
|
return {extractName(sv.substr(1)), Token::PopVar};
|
||||||
|
} else if (ch == '^') {
|
||||||
|
return {extractName(sv.substr(1)), Token::PushVar};
|
||||||
|
} else if (isdigit(ch) || (ch == '-' && sv.size() > 1 && isdigit(sv[1]))) {
|
||||||
|
return {extractName(sv), Token::Number};
|
||||||
|
} else if (isname(ch)) {
|
||||||
|
return {extractName(sv), Token::Var};
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return {sv, Token::none};
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void printToken(Token tok)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
switch (tok) {
|
||||||
|
case Token::ThunkOpen:
|
||||||
|
std::cout << "ThunkOpen ";
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case Token::ThunkClose:
|
||||||
|
std::cout << "ThunkClose ";
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case Token::Quote:
|
||||||
|
std::cout << "Quote ";
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case Token::PopVar:
|
||||||
|
std::cout << "PopVar ";
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case Token::PushVar:
|
||||||
|
std::cout << "PushVar ";
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case Token::Var:
|
||||||
|
std::cout << "Var ";
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case Token::Number:
|
||||||
|
std::cout << "Number ";
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case Token::none:
|
||||||
|
//std::cout << "none ";
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@ -0,0 +1,25 @@
|
|||||||
|
#ifndef FORSPLL_PARSER_HPP
|
||||||
|
#define FORSPLL_PARSER_HPP
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <string>
|
||||||
|
#include <string_view>
|
||||||
|
#include <tuple>
|
||||||
|
|
||||||
|
enum class Token {
|
||||||
|
none,
|
||||||
|
ThunkOpen,
|
||||||
|
ThunkClose,
|
||||||
|
Quote,
|
||||||
|
PopVar,
|
||||||
|
PushVar,
|
||||||
|
Var,
|
||||||
|
Number
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
extern std::string name;
|
||||||
|
|
||||||
|
std::pair<std::string_view, Token> nextToken(std::string_view sv);
|
||||||
|
void printToken(Token tok);
|
||||||
|
|
||||||
|
#endif // FORSPLL_PARSER_HPP
|
||||||
|
|
||||||
@ -0,0 +1,42 @@
|
|||||||
|
#include "var.hpp"
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <list>
|
||||||
|
#include <map>
|
||||||
|
#include <string>
|
||||||
|
|
||||||
|
static std::list<std::map<std::string, Var>> llvmVars;
|
||||||
|
|
||||||
|
Var Var::lookup(const std::string& name, int skip)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
for (auto sc = llvmVars.rbegin(); sc != llvmVars.rend(); ++sc) {
|
||||||
|
if (skip > 0) {
|
||||||
|
--skip;
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (sc->contains(name))
|
||||||
|
return (*sc)[name];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return {};
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void Var::pushScope()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
llvmVars.emplace_back();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void Var::popScope()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
llvmVars.pop_back();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Var& Var::addGlobal(const std::string& name, Var var)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return llvmVars.front().emplace(name, var).first->second;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Var& Var::addLocal(const std::string& name, Var var)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return llvmVars.back().emplace(name, var).first->second;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@ -0,0 +1,22 @@
|
|||||||
|
#ifndef FORSPLL_VAR_HPP
|
||||||
|
#define FORSPLL_VAR_HPP
|
||||||
|
|
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#include <llvm/IR/Type.h>
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#include <llvm/IR/DerivedTypes.h>
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struct Var {
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llvm::Value *value;
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bool callable;
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Var(llvm::Value *v = nullptr, bool c = false):
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value(v), callable(c) {}
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static Var lookup(const std::string& name, int skip = 0);
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static void pushScope();
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static void popScope();
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static Var& addGlobal(const std::string& name, Var var);
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static Var& addLocal(const std::string& name, Var var);
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};
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#endif // FORSPLL_VAR_HPP
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