ast.h

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2012
   3  *     Wolfgang Bumiller
   4  *
   5  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy of
   6  * this software and associated documentation files (the "Software"), to deal in
   7  * the Software without restriction, including without limitation the rights to
   8  * use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell copies
   9  * of the Software, and to permit persons to whom the Software is furnished to do
  10  * so, subject to the following conditions:
  11  *
  12  * The above copyright notice and this permission notice shall be included in all
  13  * copies or substantial portions of the Software.
  14  *
  15  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
  16  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
  17  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE
  18  * AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
  19  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
  20  * OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
  21  * SOFTWARE.
  22  */
  23 #ifndef GMQCC_AST_HDR
  24 #define GMQCC_AST_HDR
  25 #include "ir.h"
  26
  27 /* Note: I will not be using a _t suffix for the
  28  * "main" ast node types for now.
  29  */
  30
  31 typedef union ast_node_u ast_node;
  32 typedef union ast_expression_u ast_expression;
  33
  34 typedef struct ast_value_s       ast_value;
  35 typedef struct ast_function_s    ast_function;
  36 typedef struct ast_block_s       ast_block;
  37 typedef struct ast_binary_s      ast_binary;
  38 typedef struct ast_store_s       ast_store;
  39 typedef struct ast_binstore_s    ast_binstore;
  40 typedef struct ast_entfield_s    ast_entfield;
  41 typedef struct ast_ifthen_s      ast_ifthen;
  42 typedef struct ast_ternary_s     ast_ternary;
  43 typedef struct ast_loop_s        ast_loop;
  44 typedef struct ast_call_s        ast_call;
  45 typedef struct ast_unary_s       ast_unary;
  46 typedef struct ast_return_s      ast_return;
  47 typedef struct ast_member_s      ast_member;
  48 typedef struct ast_array_index_s ast_array_index;
  49 typedef struct ast_breakcont_s   ast_breakcont;
  50 typedef struct ast_switch_s      ast_switch;
  51
  52 enum {
  53     TYPE_ast_node,
  54     TYPE_ast_expression,
  55     TYPE_ast_value,
  56     TYPE_ast_function,
  57     TYPE_ast_block,
  58     TYPE_ast_binary,
  59     TYPE_ast_store,
  60     TYPE_ast_binstore,
  61     TYPE_ast_entfield,
  62     TYPE_ast_ifthen,
  63     TYPE_ast_ternary,
  64     TYPE_ast_loop,
  65     TYPE_ast_call,
  66     TYPE_ast_unary,
  67     TYPE_ast_return,
  68     TYPE_ast_member,
  69     TYPE_ast_array_index,
  70     TYPE_ast_breakcont,
  71     TYPE_ast_switch
  72 };
  73
  74 #define ast_istype(x, t) ( ((ast_node_common*)x)->nodetype == (TYPE_##t) )
  75 #define ast_ctx(node) (((ast_node_common*)(node))->context)
  76
  77 /* Node interface with common components
  78  */
  79 typedef void ast_node_delete(ast_node*);
  80 typedef struct
  81 {
  82     lex_ctx          context;
  83     /* I don't feel comfortable using keywords like 'delete' as names... */
  84     ast_node_delete *destroy;
  85     int              nodetype;
  86     /* keep: if a node contains this node, 'keep'
  87      * prevents its dtor from destroying this node as well.
  88      */
  89     bool             keep;
  90 } ast_node_common;
  91
  92 #define ast_delete(x) ( ( (ast_node*)(x) ) -> node.destroy )((ast_node*)(x))
  93 #define ast_unref(x) do                     \
  94 {                                           \
  95     if (! (((ast_node*)(x))->node.keep) ) { \
  96         ast_delete(x);                      \
  97     }                                       \
  98 } while(0)
  99
 100 /* Expression interface
 101  *
 102  * Any expression or block returns an ir_value, and needs
 103  * to know the current function.
 104  */
 105 typedef bool ast_expression_codegen(ast_expression*,
 106                                     ast_function*,
 107                                     bool lvalue,
 108                                     ir_value**);
 109 /* TODO: the codegen function should take an output-type parameter
 110  * indicating whether a variable, type, label etc. is expected, and
 111  * an environment!
 112  * Then later an ast_ident could have a codegen using this to figure
 113  * out what to look for.
 114  * eg. in code which uses a not-yet defined variable, the expression
 115  * would take an ast_ident, and the codegen would be called with
 116  * type `expression`, so the ast_ident's codegen would search for
 117  * variables through the environment (or functions, constants...).
 118  */
 119 typedef struct
 120 {
 121     ast_node_common         node;
 122     ast_expression_codegen *codegen;
 123     int                     vtype;
 124     ast_expression         *next;
 125     /* arrays get a member-count */
 126     size_t                  count;
 127     ast_value*             *params;
 128     bool                    variadic;
 129     /* The codegen functions should store their output values
 130      * so we can call it multiple times without re-evaluating.
 131      * Store lvalue and rvalue seperately though. So that
 132      * ast_entfield for example can generate both if required.
 133      */
 134     ir_value               *outl;
 135     ir_value               *outr;
 136 } ast_expression_common;
 137
 138 /* Value
 139  *
 140  * Types are also values, both have a type and a name.
 141  * especially considering possible constructs like typedefs.
 142  * typedef float foo;
 143  * is like creating a 'float foo', foo serving as the type's name.
 144  */
 145 struct ast_value_s
 146 {
 147     ast_expression_common expression;
 148
 149     const char *name;
 150
 151     /*
 152     int         vtype;
 153     ast_value  *next;
 154     */
 155
 156     bool isconst;
 157     union {
 158         double        vfloat;
 159         int           vint;
 160         vector        vvec;
 161         const char   *vstring;
 162         int           ventity;
 163         ast_function *vfunc;
 164     } constval;
 165
 166     /* usecount for the parser */
 167     size_t uses;
 168
 169     ir_value *ir_v;
 170     ir_value **ir_values;
 171     size_t   ir_value_count;
 172
 173     /* ONLY for arrays in progs version up to 6 */
 174     ast_value *setter;
 175     ast_value *getter;
 176 };
 177
 178 ast_value* ast_value_new(lex_ctx ctx, const char *name, int qctype);
 179 ast_value* ast_value_copy(const ast_value *self);
 180 /* This will NOT delete an underlying ast_function */
 181 void ast_value_delete(ast_value*);
 182
 183 bool ast_value_set_name(ast_value*, const char *name);
 184
 185 bool ast_value_codegen(ast_value*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 186 bool ast_local_codegen(ast_value *self, ir_function *func, bool isparam);
 187 bool ast_global_codegen(ast_value *self, ir_builder *ir, bool isfield);
 188
 189 void ast_value_params_add(ast_value*, ast_value*);
 190
 191 bool ast_compare_type(ast_expression *a, ast_expression *b);
 192 ast_expression* ast_type_copy(lex_ctx ctx, const ast_expression *ex);
 193 #define ast_type_adopt(a, b) ast_type_adopt_impl((ast_expression*)(a), (ast_expression*)(b))
 194 bool ast_type_adopt_impl(ast_expression *self, const ast_expression *other);
 195 void ast_type_to_string(ast_expression *e, char *buf, size_t bufsize);
 196
 197 /* Binary
 198  *
 199  * A value-returning binary expression.
 200  */
 201 struct ast_binary_s
 202 {
 203     ast_expression_common expression;
 204
 205     int             op;
 206     ast_expression *left;
 207     ast_expression *right;
 208 };
 209 ast_binary* ast_binary_new(lex_ctx    ctx,
 210                            int        op,
 211                            ast_expression *left,
 212                            ast_expression *right);
 213 void ast_binary_delete(ast_binary*);
 214
 215 bool ast_binary_codegen(ast_binary*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 216
 217 /* Binstore
 218  *
 219  * An assignment including a binary expression with the source as left operand.
 220  * Eg. a += b; is a binstore { INSTR_STORE, INSTR_ADD, a, b }
 221  */
 222 struct ast_binstore_s
 223 {
 224     ast_expression_common expression;
 225
 226     int             opstore;
 227     int             opbin;
 228     ast_expression *dest;
 229     ast_expression *source;
 230 };
 231 ast_binstore* ast_binstore_new(lex_ctx    ctx,
 232                                int        storeop,
 233                                int        op,
 234                                ast_expression *left,
 235                                ast_expression *right);
 236 void ast_binstore_delete(ast_binstore*);
 237
 238 bool ast_binstore_codegen(ast_binstore*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 239
 240 /* Unary
 241  *
 242  * Regular unary expressions: not,neg
 243  */
 244 struct ast_unary_s
 245 {
 246     ast_expression_common expression;
 247
 248     int             op;
 249     ast_expression *operand;
 250 };
 251 ast_unary* ast_unary_new(lex_ctx    ctx,
 252                          int        op,
 253                          ast_expression *expr);
 254 void ast_unary_delete(ast_unary*);
 255
 256 bool ast_unary_codegen(ast_unary*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 257
 258 /* Return
 259  *
 260  * Make sure 'return' only happens at the end of a block, otherwise the IR
 261  * will refuse to create further instructions.
 262  * This should be honored by the parser.
 263  */
 264 struct ast_return_s
 265 {
 266     ast_expression_common expression;
 267     ast_expression *operand;
 268 };
 269 ast_return* ast_return_new(lex_ctx    ctx,
 270                            ast_expression *expr);
 271 void ast_return_delete(ast_return*);
 272
 273 bool ast_return_codegen(ast_return*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 274
 275 /* Entity-field
 276  *
 277  * This must do 2 things:
 278  * -) Provide a way to fetch an entity field value. (Rvalue)
 279  * -) Provide a pointer to an entity field. (Lvalue)
 280  * The problem:
 281  * In original QC, there's only a STORE via pointer, but
 282  * no LOAD via pointer.
 283  * So we must know beforehand if we are going to read or assign
 284  * the field.
 285  * For this we will have to extend the codegen() functions with
 286  * a flag saying whether or not we need an L or an R-value.
 287  */
 288 struct ast_entfield_s
 289 {
 290     ast_expression_common expression;
 291     /* The entity can come from an expression of course. */
 292     ast_expression *entity;
 293     /* As can the field, it just must result in a value of TYPE_FIELD */
 294     ast_expression *field;
 295 };
 296 ast_entfield* ast_entfield_new(lex_ctx ctx, ast_expression *entity, ast_expression *field);
 297 ast_entfield* ast_entfield_new_force(lex_ctx ctx, ast_expression *entity, ast_expression *field, const ast_expression *outtype);
 298 void ast_entfield_delete(ast_entfield*);
 299
 300 bool ast_entfield_codegen(ast_entfield*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 301
 302 /* Member access:
 303  *
 304  * For now used for vectors. If we get structs or unions
 305  * we can have them handled here as well.
 306  */
 307 struct ast_member_s
 308 {
 309     ast_expression_common expression;
 310     ast_expression *owner;
 311     unsigned int    field;
 312 };
 313 ast_member* ast_member_new(lex_ctx ctx, ast_expression *owner, unsigned int field);
 314 void ast_member_delete(ast_member*);
 315
 316 bool ast_member_codegen(ast_member*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 317
 318 /* Array index access:
 319  *
 320  * QC forces us to take special action on arrays:
 321  * an ast_store on an ast_array_index must not codegen the index,
 322  * but call its setter - unless we have an instruction set which supports
 323  * what we need.
 324  * Any other array index access will be codegened to a call to the getter.
 325  * In any case, accessing an element via a compiletime-constant index will
 326  * result in quick access to that variable.
 327  */
 328 struct ast_array_index_s
 329 {
 330     ast_expression_common expression;
 331     ast_expression *array;
 332     ast_expression *index;
 333 };
 334 ast_array_index* ast_array_index_new(lex_ctx ctx, ast_expression *array, ast_expression *index);
 335 void ast_array_index_delete(ast_array_index*);
 336
 337 bool ast_array_index_codegen(ast_array_index*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 338
 339 /* Store
 340  *
 341  * Stores left<-right and returns left.
 342  * Specialized binary expression node
 343  */
 344 struct ast_store_s
 345 {
 346     ast_expression_common expression;
 347     int             op;
 348     ast_expression *dest;
 349     ast_expression *source;
 350 };
 351 ast_store* ast_store_new(lex_ctx ctx, int op,
 352                          ast_expression *d, ast_expression *s);
 353 void ast_store_delete(ast_store*);
 354
 355 bool ast_store_codegen(ast_store*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 356
 357 /* If
 358  *
 359  * A general 'if then else' statement, either side can be NULL and will
 360  * thus be omitted. It is an error for *both* cases to be NULL at once.
 361  *
 362  * During its 'codegen' it'll be changing the ast_function's block.
 363  *
 364  * An if is also an "expression". Its codegen will put NULL into the
 365  * output field though. For ternary expressions an ast_ternary will be
 366  * added.
 367  */
 368 struct ast_ifthen_s
 369 {
 370     ast_expression_common expression;
 371     ast_expression *cond;
 372     /* It's all just 'expressions', since an ast_block is one too. */
 373     ast_expression *on_true;
 374     ast_expression *on_false;
 375 };
 376 ast_ifthen* ast_ifthen_new(lex_ctx ctx, ast_expression *cond, ast_expression *ontrue, ast_expression *onfalse);
 377 void ast_ifthen_delete(ast_ifthen*);
 378
 379 bool ast_ifthen_codegen(ast_ifthen*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 380
 381 /* Ternary expressions...
 382  *
 383  * Contrary to 'if-then-else' nodes, ternary expressions actually
 384  * return a value, otherwise they behave the very same way.
 385  * The difference in 'codegen' is that it'll return the value of
 386  * a PHI node.
 387  *
 388  * The other difference is that in an ast_ternary, NEITHER side
 389  * must be NULL, there's ALWAYS an else branch.
 390  *
 391  * This is the only ast_node beside ast_value which contains
 392  * an ir_value. Theoretically we don't need to remember it though.
 393  */
 394 struct ast_ternary_s
 395 {
 396     ast_expression_common expression;
 397     ast_expression *cond;
 398     /* It's all just 'expressions', since an ast_block is one too. */
 399     ast_expression *on_true;
 400     ast_expression *on_false;
 401 };
 402 ast_ternary* ast_ternary_new(lex_ctx ctx, ast_expression *cond, ast_expression *ontrue, ast_expression *onfalse);
 403 void ast_ternary_delete(ast_ternary*);
 404
 405 bool ast_ternary_codegen(ast_ternary*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 406
 407 /* A general loop node
 408  *
 409  * For convenience it contains 4 parts:
 410  * -) (ini) = initializing expression
 411  * -) (pre) = pre-loop condition
 412  * -) (pst) = post-loop condition
 413  * -) (inc) = "increment" expression
 414  * The following is a psudo-representation of this loop
 415  * note that '=>' bears the logical meaning of "implies".
 416  * (a => b) equals (!a || b)
 417
 418 {ini};
 419 while (has_pre => {pre})
 420 {
 421     {body};
 422
 423 continue:      // a 'continue' will jump here
 424     if (has_pst => {pst})
 425         break;
 426
 427     {inc};
 428 }
 429  */
 430 struct ast_loop_s
 431 {
 432     ast_expression_common expression;
 433     ast_expression *initexpr;
 434     ast_expression *precond;
 435     ast_expression *postcond;
 436     ast_expression *increment;
 437     ast_expression *body;
 438 };
 439 ast_loop* ast_loop_new(lex_ctx ctx,
 440                        ast_expression *initexpr,
 441                        ast_expression *precond,
 442                        ast_expression *postcond,
 443                        ast_expression *increment,
 444                        ast_expression *body);
 445 void ast_loop_delete(ast_loop*);
 446
 447 bool ast_loop_codegen(ast_loop*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 448
 449 /* Break/Continue
 450  */
 451 struct ast_breakcont_s
 452 {
 453     ast_expression_common expression;
 454     bool is_continue;
 455 };
 456 ast_breakcont* ast_breakcont_new(lex_ctx ctx, bool iscont);
 457 void ast_breakcont_delete(ast_breakcont*);
 458
 459 bool ast_breakcont_codegen(ast_breakcont*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 460
 461 /* Switch Statements
 462  *
 463  * A few notes about this: with the original QCVM, no real optimization
 464  * is possible. The SWITCH instruction set isn't really helping a lot, since
 465  * it only collapes the EQ and IF instructions into one.
 466  * Note: Declaring local variables inside caseblocks is normal.
 467  * Since we don't have to deal with a stack there's no unnatural behaviour to
 468  * be expected from it.
 469  * TODO: Ticket #20
 470  */
 471 typedef struct {
 472     ast_expression *value; /* #20 will replace this */
 473     ast_expression *code;
 474 } ast_switch_case;
 475 struct ast_switch_s
 476 {
 477     ast_expression_common expression;
 478
 479     ast_expression  *operand;
 480     ast_switch_case *cases;
 481 };
 482
 483 ast_switch* ast_switch_new(lex_ctx ctx, ast_expression *op);
 484 void ast_switch_delete(ast_switch*);
 485
 486 bool ast_switch_codegen(ast_switch*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 487
 488 /* CALL node
 489  *
 490  * Contains an ast_expression as target, rather than an ast_function/value.
 491  * Since it's how QC works, every ast_function has an ast_value
 492  * associated anyway - in other words, the VM contains function
 493  * pointers for every function anyway. Thus, this node will call
 494  * expression.
 495  * Additionally it contains a list of ast_expressions as parameters.
 496  * Since calls can return values, an ast_call is also an ast_expression.
 497  */
 498 struct ast_call_s
 499 {
 500     ast_expression_common expression;
 501     ast_expression *func;
 502     ast_expression* *params;
 503 };
 504 ast_call* ast_call_new(lex_ctx ctx,
 505                        ast_expression *funcexpr);
 506 void ast_call_delete(ast_call*);
 507 bool ast_call_codegen(ast_call*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 508 bool ast_call_check_types(ast_call*);
 509
 510 /* Blocks
 511  *
 512  */
 513 struct ast_block_s
 514 {
 515     ast_expression_common expression;
 516
 517     ast_value*      *locals;
 518     ast_expression* *exprs;
 519     ast_expression* *collect;
 520 };
 521 ast_block* ast_block_new(lex_ctx ctx);
 522 void ast_block_delete(ast_block*);
 523 bool ast_block_set_type(ast_block*, ast_expression *from);
 524
 525 bool ast_block_codegen(ast_block*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 526 void ast_block_collect(ast_block*, ast_expression*);
 527
 528 /* Function
 529  *
 530  * Contains a list of blocks... at least in theory.
 531  * Usually there's just the main block, other blocks are inside that.
 532  *
 533  * Technically, functions don't need to be an AST node, since we have
 534  * neither functions inside functions, nor lambdas, and function
 535  * pointers could just work with a name. However, this way could be
 536  * more flexible, and adds no real complexity.
 537  */
 538 struct ast_function_s
 539 {
 540     ast_node_common node;
 541
 542     ast_value  *vtype;
 543     const char *name;
 544
 545     int builtin;
 546
 547     ir_function *ir_func;
 548     ir_block    *curblock;
 549     ir_block    *breakblock;
 550     ir_block    *continueblock;
 551
 552 #if 0
 553     /* In order for early-out logic not to go over
 554      * excessive jumps, we remember their target
 555      * blocks...
 556      */
 557     ir_block    *iftrue;
 558     ir_block    *iffalse;
 559 #endif
 560
 561     size_t       labelcount;
 562     /* in order for thread safety - for the optional
 563      * channel abesed multithreading... keeping a buffer
 564      * here to use in ast_function_label.
 565      */
 566     char         labelbuf[64];
 567
 568     ast_block* *blocks;
 569 };
 570 ast_function* ast_function_new(lex_ctx ctx, const char *name, ast_value *vtype);
 571 /* This will NOT delete the underlying ast_value */
 572 void ast_function_delete(ast_function*);
 573 /* For "optimized" builds this can just keep returning "foo"...
 574  * or whatever...
 575  */
 576 const char* ast_function_label(ast_function*, const char *prefix);
 577
 578 bool ast_function_codegen(ast_function *self, ir_builder *builder);
 579
 580 /* Expression union
 581  */
 582 union ast_expression_u
 583 {
 584     ast_expression_common expression;
 585
 586     ast_value    value;
 587     ast_binary   binary;
 588     ast_block    block;
 589     ast_ternary  ternary;
 590     ast_ifthen   ifthen;
 591     ast_store    store;
 592     ast_entfield entfield;
 593 };
 594
 595 /* Node union
 596  */
 597 union ast_node_u
 598 {
 599     ast_node_common node;
 600     ast_expression  expression;
 601 };
 602
 603 #endif