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[diderot] Annotation of /branches/pure-cfg/src/compiler/c-util/tree-to-c-fn.sml
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Annotation of /branches/pure-cfg/src/compiler/c-util/tree-to-c-fn.sml

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Revision 1525 - (view) (download)

1 : jhr 831 (* tree-to-c.sml
2 :     *
3 :     * COPYRIGHT (c) 2011 The Diderot Project (http://diderot-language.cs.uchicago.edu)
4 :     * All rights reserved.
5 : jhr 919 *
6 :     * Translate TreeIL to the C version of CLang.
7 : jhr 831 *)
8 :    
9 : jhr 1285 signature TREE_VAR_TO_C =
10 :     sig
11 :     type env = CLang.typed_var TreeIL.Var.Map.map
12 :     (* translate a variable that occurs in an l-value context (i.e., as the target of an assignment) *)
13 :     val lvalueVar : env * TreeIL.var -> CLang.exp
14 :     (* translate a variable that occurs in a r-value context *)
15 :     val rvalueVar : env * TreeIL.var -> CLang.exp
16 : jhr 1504 (* translate a strand state variable that occurs in an l-value context *)
17 :     val lvalueStateVar : TreeIL.state_var -> CLang.exp
18 :     (* translate a strand state variable that occurs in a r-value context *)
19 :     val rvalueStateVar : TreeIL.state_var -> CLang.exp
20 : jhr 1285 end
21 : jhr 831
22 : jhr 1285 functor TreeToCFn (VarToC : TREE_VAR_TO_C) : sig
23 : jhr 831
24 : jhr 1285 type env = CLang.typed_var TreeIL.Var.Map.map
25 : jhr 840
26 : jhr 831 val trType : TreeIL.Ty.ty -> CLang.ty
27 : jhr 839
28 : jhr 1505 val trBlock : env * TreeIL.block -> CLang.stm
29 : jhr 831
30 : jhr 1153 val trFragment : env * TreeIL.block -> env * CLang.stm list
31 :    
32 : jhr 839 val trAssign : env * TreeIL.var * TreeIL.exp -> CLang.stm list
33 :    
34 :     val trExp : env * TreeIL.exp -> CLang.exp
35 :    
36 : jhr 842 (* vector indexing support. Arguments are: vector, arity, index *)
37 :     val ivecIndex : CLang.exp * int * int -> CLang.exp
38 :     val vecIndex : CLang.exp * int * int -> CLang.exp
39 :    
40 : jhr 831 end = struct
41 :    
42 :     structure CL = CLang
43 : jhr 1283 structure N = CNames
44 : jhr 831 structure IL = TreeIL
45 :     structure Op = IL.Op
46 :     structure Ty = IL.Ty
47 :     structure V = IL.Var
48 :    
49 : jhr 1285 datatype var = datatype CLang.typed_var
50 :     type env = CLang.typed_var TreeIL.Var.Map.map
51 : jhr 831
52 :     fun lookup (env, x) = (case V.Map.find (env, x)
53 : jhr 1487 of SOME(V(_, x')) => x'
54 :     | NONE => raise Fail(concat["lookup(_, ", V.name x, ")"])
55 :     (* end case *))
56 : jhr 831
57 :     (* integer literal expression *)
58 : jhr 1314 fun intExp (i : int) = CL.mkInt(IntInf.fromInt i)
59 : jhr 831
60 :     (* translate TreeIL types to CLang types *)
61 :     fun trType ty = (case ty
62 : jhr 1487 of Ty.BoolTy => CLang.T_Named "bool"
63 :     | Ty.StringTy => CL.charPtr
64 : jhr 1522 | Ty.IntTy => !N.gIntTy
65 : jhr 1487 | Ty.TensorTy[] => !N.gRealTy
66 :     | Ty.TensorTy[n] => CL.T_Named(N.vecTy n)
67 :     | Ty.TensorTy[n, m] => CL.T_Named(N.matTy(n,m))
68 : jhr 1522 | Ty.SeqTy(Ty.IntTy, n) => CL.T_Named(N.ivecTy n)
69 :     | Ty.SeqTy(Ty.TensorTy[] , n) => CL.T_Named(N.vecTy n)
70 : jhr 1487 | Ty.AddrTy(ImageInfo.ImgInfo{ty=(_, rTy), ...}) => CL.T_Ptr(CL.T_Num rTy)
71 :     | Ty.ImageTy(ImageInfo.ImgInfo{dim, ...}) => CL.T_Ptr(CL.T_Named(N.imageTy dim))
72 :     | _ => raise Fail(concat["TreeToC.trType(", Ty.toString ty, ")"])
73 :     (* end case *))
74 : jhr 831
75 :     (* generate new variables *)
76 :     local
77 :     val count = ref 0
78 :     fun freshName prefix = let
79 : jhr 1487 val n = !count
80 :     in
81 :     count := n+1;
82 :     concat[prefix, "_", Int.toString n]
83 :     end
84 : jhr 831 in
85 :     fun tmpVar ty = freshName "tmp"
86 :     fun freshVar prefix = freshName prefix
87 :     end (* local *)
88 :    
89 :     (* translate IL basis functions *)
90 :     local
91 :     fun mkLookup suffix = let
92 : jhr 1487 val tbl = ILBasis.Tbl.mkTable (16, Fail "basis table")
93 :     fun ins f = ILBasis.Tbl.insert tbl (f, ILBasis.toString f ^ suffix)
94 :     in
95 :     List.app ins ILBasis.allFuns;
96 :     ILBasis.Tbl.lookup tbl
97 :     end
98 : jhr 831 val fLookup = mkLookup "f"
99 :     val dLookup = mkLookup ""
100 :     in
101 :     fun trApply (f, args) = let
102 : jhr 1487 val f' = if !N.doublePrecision then dLookup f else fLookup f
103 :     in
104 :     CL.mkApply(f', args)
105 :     end
106 : jhr 831 end (* local *)
107 :    
108 : jhr 842 (* vector indexing support. Arguments are: vector, arity, index *)
109 :     fun ivecIndex (v, n, ix) = let
110 : jhr 1487 val unionTy = CL.T_Named(concat["union", Int.toString n, !N.gIntSuffix, "_t"])
111 :     val e1 = CL.mkCast(unionTy, v)
112 :     val e2 = CL.mkSelect(e1, "i")
113 :     in
114 :     CL.mkSubscript(e2, intExp ix)
115 :     end
116 : jhr 842
117 :     fun vecIndex (v, n, ix) = let
118 : jhr 1487 val unionTy = CL.T_Named(concat["union", Int.toString n, !N.gRealSuffix, "_t"])
119 :     val e1 = CL.mkCast(unionTy, v)
120 :     val e2 = CL.mkSelect(e1, "r")
121 :     in
122 :     CL.mkSubscript(e2, intExp ix)
123 :     end
124 : jhr 842
125 : jhr 831 (* Translate a TreeIL operator application to a CLang expression *)
126 :     fun trOp (rator, args) = (case (rator, args)
127 : jhr 1487 of (Op.Add ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#+, b)
128 :     | (Op.Sub ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#-, b)
129 :     | (Op.Mul ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#*, b)
130 :     | (Op.Div ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#/, b)
131 :     | (Op.Neg ty, [a]) => CL.mkUnOp(CL.%-, a)
132 : jhr 1522 | (Op.Abs(Ty.IntTy), args) => CL.mkApply("abs", args)
133 : jhr 1487 | (Op.Abs(Ty.TensorTy[]), args) => CL.mkApply(N.fabs(), args)
134 :     | (Op.Abs ty, [a]) => raise Fail(concat["Abs<", Ty.toString ty, ">"])
135 :     | (Op.LT ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#<, b)
136 :     | (Op.LTE ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#<=, b)
137 :     | (Op.EQ ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#==, b)
138 :     | (Op.NEQ ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#!=, b)
139 :     | (Op.GTE ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#>=, b)
140 :     | (Op.GT ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#>, b)
141 :     | (Op.Not, [a]) => CL.mkUnOp(CL.%!, a)
142 :     | (Op.Max, args) => CL.mkApply(N.max(), args)
143 :     | (Op.Min, args) => CL.mkApply(N.min(), args)
144 :     | (Op.Clamp(Ty.TensorTy[]), args) => CL.mkApply(N.clamp 1, args)
145 :     | (Op.Clamp(Ty.TensorTy[n]), args) => CL.mkApply(N.clamp n, args)
146 :     | (Op.Lerp ty, args) => (case ty
147 :     of Ty.TensorTy[] => CL.mkApply(N.lerp 1, args)
148 :     | Ty.TensorTy[n] => CL.mkApply(N.lerp n, args)
149 :     | _ => raise Fail(concat[
150 :     "lerp<", Ty.toString ty, "> not supported"
151 :     ])
152 :     (* end case *))
153 :     | (Op.Dot d, args) => CL.E_Apply(N.dot d, args)
154 :     | (Op.MulVecMat(m, n), args) =>
155 :     if (1 < m) andalso (m < 4) andalso (m = n)
156 :     then CL.E_Apply(N.mulVecMat(m,n), args)
157 :     else raise Fail "unsupported vector-matrix multiply"
158 :     | (Op.MulMatVec(m, n), args) =>
159 :     if (1 < m) andalso (m < 4) andalso (m = n)
160 :     then CL.E_Apply(N.mulMatVec(m,n), args)
161 :     else raise Fail "unsupported matrix-vector multiply"
162 :     | (Op.MulMatMat(m, n, p), args) =>
163 :     if (1 < m) andalso (m < 4) andalso (m = n) andalso (n = p)
164 :     then CL.E_Apply(N.mulMatMat(m,n,p), args)
165 :     else raise Fail "unsupported matrix-matrix multiply"
166 :     | (Op.Cross, args) => CL.E_Apply(N.cross(), args)
167 :     | (Op.Norm(Ty.TensorTy[n]), args) => CL.E_Apply(N.length n, args)
168 :     | (Op.Norm(Ty.TensorTy[m,n]), args) => CL.E_Apply(N.norm(m,n), args)
169 :     | (Op.Normalize d, args) => CL.E_Apply(N.normalize d, args)
170 :     | (Op.Scale(Ty.TensorTy[n]), args) => CL.E_Apply(N.scale n, args)
171 :     | (Op.PrincipleEvec ty, _) => raise Fail "PrincipleEvec unimplemented"
172 : jhr 1525 | (Op.Select(Ty.TupleTy tys, i), [a]) => raise Fail "Select unimplemented"
173 :     | (Op.Index(Ty.SeqTy(Ty.IntTy, n), i), [a]) => ivecIndex (a, n, i)
174 :     | (Op.Index(Ty.TensorTy[n], i), [a]) => vecIndex (a, n, i)
175 : jhr 1522 | (Op.Subscript(Ty.SeqTy(Ty.IntTy, n)), [v, ix]) => let
176 : jhr 1487 val unionTy = CL.T_Named(concat["union", Int.toString n, !N.gIntSuffix, "_t"])
177 :     val vecExp = CL.mkSelect(CL.mkCast(unionTy, v), "i")
178 :     in
179 :     CL.mkSubscript(vecExp, ix)
180 :     end
181 :     | (Op.Subscript(Ty.TensorTy[n]), [v, ix]) => let
182 :     val unionTy = CL.T_Named(concat["union", Int.toString n, !N.gRealSuffix, "_t"])
183 :     val vecExp = CL.mkSelect(CL.mkCast(unionTy, v), "r")
184 :     in
185 :     CL.mkSubscript(vecExp, ix)
186 :     end
187 :     | (Op.Subscript(Ty.TensorTy[_,_]), [m, ix, jx]) =>
188 :     CL.mkSubscript(CL.mkSelect(CL.mkSubscript(m, ix), "r"), jx)
189 :     | (Op.Subscript ty, t::(ixs as _::_)) =>
190 :     raise Fail(concat["Subscript<", Ty.toString ty, "> unsupported"])
191 :     | (Op.Ceiling d, args) => CL.mkApply(N.addTySuffix("ceil", d), args)
192 :     | (Op.Floor d, args) => CL.mkApply(N.addTySuffix("floor", d), args)
193 :     | (Op.Round d, args) => CL.mkApply(N.addTySuffix("round", d), args)
194 :     | (Op.Trunc d, args) => CL.mkApply(N.addTySuffix("trunc", d), args)
195 :     | (Op.IntToReal, [a]) => CL.mkCast(!N.gRealTy, a)
196 :     | (Op.RealToInt 1, [a]) => CL.mkCast(!N.gIntTy, a)
197 :     | (Op.RealToInt d, args) => CL.mkApply(N.vecftoi d, args)
198 : jhr 831 (* FIXME: need type info *)
199 : jhr 1487 | (Op.ImageAddress(ImageInfo.ImgInfo{ty=(_,rTy), ...}), [a]) => let
200 :     val cTy = CL.T_Ptr(CL.T_Num rTy)
201 :     in
202 :     CL.mkCast(cTy, CL.mkIndirect(a, "data"))
203 :     end
204 :     | (Op.LoadVoxels(info, 1), [a]) => let
205 :     val realTy as CL.T_Num rTy = !N.gRealTy
206 :     val a = CL.E_UnOp(CL.%*, a)
207 :     in
208 :     if (rTy = ImageInfo.sampleTy info)
209 :     then a
210 :     else CL.E_Cast(realTy, a)
211 :     end
212 :     | (Op.LoadVoxels _, [a]) =>
213 :     raise Fail("impossible " ^ Op.toString rator)
214 :     | (Op.PosToImgSpace(ImageInfo.ImgInfo{dim, ...}), [img, pos]) =>
215 :     CL.mkApply(N.toImageSpace dim, [img, pos])
216 :     | (Op.TensorToWorldSpace(info, ty), [v, x]) =>
217 :     CL.mkApply(N.toWorldSpace ty, [v, x])
218 :     | (Op.LoadImage info, [a]) =>
219 :     raise Fail("impossible " ^ Op.toString rator)
220 :     | (Op.Inside(ImageInfo.ImgInfo{dim, ...}, s), [pos, img]) =>
221 :     CL.mkApply(N.inside dim, [pos, img, intExp s])
222 :     | (Op.Input(ty, desc, name), []) =>
223 :     raise Fail("impossible " ^ Op.toString rator)
224 :     | (Op.InputWithDefault(ty, desc, name), [a]) =>
225 :     raise Fail("impossible " ^ Op.toString rator)
226 :     | _ => raise Fail(concat[
227 :     "unknown or incorrect operator ", Op.toString rator
228 :     ])
229 :     (* end case *))
230 : jhr 831
231 :     fun trExp (env, e) = (case e
232 : jhr 1504 of IL.E_State x => VarToC.rvalueStateVar x
233 :     | IL.E_Var x => VarToC.rvalueVar (env, x)
234 : jhr 1487 | IL.E_Lit(Literal.Int n) => CL.mkIntTy(n, !N.gIntTy)
235 :     | IL.E_Lit(Literal.Bool b) => CL.mkBool b
236 :     | IL.E_Lit(Literal.Float f) => CL.mkFlt(f, !N.gRealTy)
237 :     | IL.E_Lit(Literal.String s) => CL.mkStr s
238 :     | IL.E_Op(rator, args) => trOp (rator, trExps(env, args))
239 :     | IL.E_Apply(f, args) => trApply(f, trExps(env, args))
240 :     | IL.E_Cons(Ty.TensorTy[n], args) => CL.mkApply(N.mkVec n, trExps(env, args))
241 :     | IL.E_Cons(ty, _) => raise Fail(concat["E_Cons(", Ty.toString ty, ", _) in expression"])
242 :     (* end case *))
243 : jhr 831
244 :     and trExps (env, exps) = List.map (fn exp => trExp(env, exp)) exps
245 :    
246 : jhr 1504 fun trSet (env, lhs, rhs) = (
247 :     (* certain rhs forms, such as those that return a matrix,
248 :     * require a function call instead of an assignment
249 :     *)
250 :     case rhs
251 :     of IL.E_Op(Op.Add(Ty.TensorTy[m,n]), args) =>
252 :     [CL.mkCall(N.addMat(m,n), lhs :: trExps(env, args))]
253 :     | IL.E_Op(Op.Sub(Ty.TensorTy[m,n]), args) =>
254 :     [CL.mkCall(N.subMat(m,n), lhs :: trExps(env, args))]
255 :     | IL.E_Op(Op.Neg(Ty.TensorTy[m,n]), args) =>
256 :     [CL.mkCall(N.scaleMat(m,n), lhs :: intExp ~1 :: trExps(env, args))]
257 :     | IL.E_Op(Op.Scale(Ty.TensorTy[m,n]), args) =>
258 :     [CL.mkCall(N.scaleMat(m,n), lhs :: trExps(env, args))]
259 :     | IL.E_Op(Op.MulMatMat(m,n,p), args) =>
260 :     [CL.mkCall(N.mulMatMat(m,n,p), lhs :: trExps(env, args))]
261 :     | IL.E_Op(Op.Identity n, args) =>
262 :     [CL.mkCall(N.identityMat n, [lhs])]
263 :     | IL.E_Op(Op.Zero(Ty.TensorTy[m,n]), args) =>
264 :     [CL.mkCall(N.zeroMat(m,n), [lhs])]
265 :     | IL.E_Op(Op.TensorToWorldSpace(info, ty as Ty.TensorTy[_,_]), args) =>
266 :     [CL.mkCall(N.toWorldSpace ty, lhs :: trExps(env, args))]
267 :     | IL.E_Op(Op.LoadVoxels(info, n), [a]) =>
268 :     if (n > 1)
269 :     then let
270 :     val stride = ImageInfo.stride info
271 :     val rTy = ImageInfo.sampleTy info
272 :     val vp = freshVar "vp"
273 :     val needsCast = (CL.T_Num rTy <> !N.gRealTy)
274 :     fun mkLoad i = let
275 :     val e = CL.mkSubscript(CL.mkVar vp, intExp(i*stride))
276 :     in
277 :     if needsCast then CL.mkCast(!N.gRealTy, e) else e
278 :     end
279 :     in [
280 :     CL.mkDecl(CL.T_Ptr(CL.T_Num rTy), vp, SOME(CL.I_Exp(trExp(env, a)))),
281 :     CL.mkAssign(lhs,
282 :     CL.mkApply(N.mkVec n, List.tabulate (n, mkLoad)))
283 :     ] end
284 :     else [CL.mkAssign(lhs, trExp(env, rhs))]
285 :     | IL.E_Cons(Ty.TensorTy[n,m], args) => let
286 :     (* matrices are represented as arrays of union<d><ty>_t vectors *)
287 :     fun doRows (_, []) = []
288 :     | doRows (i, e::es) =
289 :     CL.mkAssign(CL.mkSelect(CL.mkSubscript(lhs, intExp i), "v"), e)
290 :     :: doRows (i+1, es)
291 :     in
292 :     doRows (0, trExps(env, args))
293 :     end
294 :     | IL.E_Var x => (case IL.Var.ty x
295 :     of Ty.TensorTy[n,m] => [CL.mkCall(N.copyMat(n,m), [lhs, VarToC.rvalueVar(env, x)])]
296 :     | _ => [CL.mkAssign(lhs, VarToC.rvalueVar(env, x))]
297 :     (* end case *))
298 :     | _ => [CL.mkAssign(lhs, trExp(env, rhs))]
299 :     (* end case *))
300 : jhr 831
301 : jhr 1504 fun trAssign (env, lhs, rhs) = trSet (env, VarToC.lvalueVar (env, lhs), rhs)
302 :    
303 : jhr 1153 fun trLocals (env : env, locals) =
304 : jhr 1487 List.foldl
305 :     (fn (x, env) => V.Map.insert(env, x, V(trType(V.ty x), V.name x)))
306 :     env locals
307 : jhr 1153
308 :     (* generate code to check the status of runtime-system calls *)
309 :     fun checkSts mkDecl = let
310 : jhr 1487 val sts = freshVar "sts"
311 :     in
312 :     mkDecl sts @
313 :     [CL.mkIfThen(
314 :     CL.mkBinOp(CL.mkVar "DIDEROT_OK", CL.#!=, CL.mkVar sts),
315 :     CL.mkCall("exit", [intExp 1]))]
316 :     end
317 : jhr 1153
318 : jhr 1505 fun trStms (env, stms) = let
319 : jhr 1487 fun trStmt (env, stm) = (case stm
320 :     of IL.S_Comment text => [CL.mkComment text]
321 :     | IL.S_Assign(x, exp) => trAssign (env, x, exp)
322 :     | IL.S_IfThen(cond, thenBlk) =>
323 : jhr 1505 [CL.mkIfThen(trExp(env, cond), trBlk(env, thenBlk))]
324 : jhr 1487 | IL.S_IfThenElse(cond, thenBlk, elseBlk) =>
325 :     [CL.mkIfThenElse(trExp(env, cond),
326 : jhr 1505 trBlk(env, thenBlk),
327 :     trBlk(env, elseBlk))]
328 : jhr 1487 | IL.S_New _ => raise Fail "new not supported yet" (* FIXME *)
329 : jhr 1504 | IL.S_Save(x, exp) => trSet (env, VarToC.lvalueStateVar x, exp)
330 : jhr 1487 | IL.S_LoadImage(lhs, dim, name) => checkSts (fn sts => let
331 :     val lhs = VarToC.lvalueVar (env, lhs)
332 :     val name = trExp(env, name)
333 :     val imgTy = CL.T_Named(N.imageTy dim)
334 :     val loadFn = N.loadImage dim
335 :     in [
336 :     CL.mkDecl(
337 :     CL.T_Named N.statusTy, sts,
338 :     SOME(CL.I_Exp(CL.E_Apply(loadFn, [name, CL.mkUnOp(CL.%&, lhs)]))))
339 :     ] end)
340 :     | IL.S_Input(lhs, name, desc, optDflt) => let
341 :     val inputFn = N.input(V.ty lhs)
342 : jhr 1515 val lhs = VarToC.lvalueVar (env, lhs)
343 : jhr 1487 val (initCode, hasDflt) = (case optDflt
344 :     of SOME e => ([CL.mkAssign(lhs, trExp(env, e))], true)
345 :     | NONE => ([], false)
346 :     (* end case *))
347 :     val code = [CL.mkCall(inputFn, [
348 :     CL.mkVar "opts",
349 :     CL.mkStr name,
350 :     CL.mkStr desc,
351 :     CL.mkUnOp(CL.%&, lhs),
352 :     CL.mkBool hasDflt])]
353 :     in
354 :     initCode @ code
355 :     end
356 : jhr 1505 | IL.S_Exit args => [CL.mkReturn NONE]
357 : jhr 1504 | IL.S_Active => [CL.mkReturn(SOME(CL.mkVar N.kActive))]
358 :     | IL.S_Stabilize => [CL.mkReturn(SOME(CL.mkVar N.kStabilize))]
359 : jhr 1487 | IL.S_Die => [CL.mkReturn(SOME(CL.mkVar N.kDie))]
360 :     (* end case *))
361 :     in
362 :     List.foldr (fn (stm, stms) => trStmt(env, stm)@stms) [] stms
363 :     end
364 : jhr 831
365 : jhr 1505 and trBlk (env, IL.Block{locals, body}) = let
366 : jhr 1487 val env = trLocals (env, locals)
367 : jhr 1505 val stms = trStms (env, body)
368 : jhr 1487 fun mkDecl (x, stms) = (case V.Map.find (env, x)
369 :     of SOME(V(ty, x')) => CL.mkDecl(ty, x', NONE) :: stms
370 :     | NONE => raise Fail(concat["mkDecl(", V.name x, ", _)"])
371 :     (* end case *))
372 :     val stms = List.foldr mkDecl stms locals
373 :     in
374 :     CL.mkBlock stms
375 :     end
376 : jhr 1153
377 :     fun trFragment (env, IL.Block{locals, body}) = let
378 : jhr 1487 val env = trLocals (env, locals)
379 : jhr 1505 val stms = trStms (env, body)
380 : jhr 1487 fun mkDecl (x, stms) = (case V.Map.find (env, x)
381 :     of SOME(V(ty, x')) => CL.mkDecl(ty, x', NONE) :: stms
382 :     | NONE => raise Fail(concat["mkDecl(", V.name x, ", _)"])
383 :     (* end case *))
384 :     val stms = List.foldr mkDecl stms locals
385 :     in
386 :     (env, stms)
387 :     end
388 : jhr 1153
389 :     val trBlock = trBlk
390 :    
391 : jhr 831 end

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