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[diderot] Annotation of /branches/vis15/src/compiler/cxx-util/tree-to-cxx.sml
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Annotation of /branches/vis15/src/compiler/cxx-util/tree-to-cxx.sml

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Revision 3893 - (view) (download)

1 : jhr 3866 (* tree-to-cxx.sml
2 : jhr 3768 *
3 :     * This code is part of the Diderot Project (http://diderot-language.cs.uchicago.edu)
4 :     *
5 :     * COPYRIGHT (c) 2016 The University of Chicago
6 :     * All rights reserved.
7 :     *
8 : jhr 3866 * Translate TreeIR to the C++ version of CLang.
9 : jhr 3768 *)
10 :    
11 :    
12 : jhr 3866 structure TreeToCxx : sig
13 : jhr 3768
14 : jhr 3886 val trType : CodeGenEnv.t * TreeTypes.t -> CLang.ty
15 : jhr 3768
16 : jhr 3873 val trBlock : CodeGenEnv.t * TreeIR.block -> CLang.stm
17 : jhr 3768
18 : jhr 3873 val trExp : CodeGenEnv.t * TreeIR.exp -> CLang.exp
19 : jhr 3768
20 : jhr 3866 (* translate an expression to a variable form; return the variable (as an expression)
21 : jhr 3768 * and the (optional) declaration.
22 :     *)
23 : jhr 3876 val trExpToVar : CodeGenEnv.t * CLang.ty * string * TreeIR.exp -> CLang.exp * CLang.stm list
24 : jhr 3768
25 : jhr 3873 val trAssign : CodeGenEnv.t * CLang.exp * TreeIR.exp -> CLang.stm list
26 : jhr 3768
27 :     end = struct
28 :    
29 :     structure CL = CLang
30 :     structure IR = TreeIR
31 :     structure Op = TreeOps
32 :     structure Ty = TreeTypes
33 : jhr 3866 structure V = TreeVar
34 : jhr 3873 structure Env = CodeGenEnv
35 : jhr 3768
36 : jhr 3886 fun trType (env, ty) = (case ty
37 :     of Ty.BoolTy => CL.boolTy
38 :     | Ty.StringTy => CL.T_Named "std::string"
39 :     | Ty.IntTy => Env.intTy env
40 :     | (Ty.VecTy(1, 1)) => Env.realTy env
41 :     | (Ty.VecTy(d, _)) => CL.T_Named("vec" ^ Int.toString d)
42 :     | (Ty.TensorTy dd) => CL.T_Array(Env.realTy env, SOME(List.foldl Int.* 1 dd))
43 :     | (Ty.SeqTy(t, NONE)) => CL.T_Template("diderot::dynseq", [trType(env, t)])
44 :     | (Ty.SeqTy(t, SOME n)) => CL.T_Array(trType(env, t), SOME n)
45 :     | (Ty.ImageTy info) =>
46 :     CL.T_Template(
47 :     concat["diderot::image", Int.toString(ImageInfo.dim info), "d"],
48 :     [Env.realTy env])
49 :     | (Ty.StrandTy name) => CL.T_Named("strand_" ^ Atom.toString name)
50 :     (* end case *))
51 : jhr 3768
52 : jhr 3866 (* translate a local variable that occurs in an l-value context *)
53 : jhr 3873 fun lvalueVar (env, x) = CL.mkVar(Env.lookup(env, x))
54 : jhr 3866 (* translate a variable that occurs in an r-value context *)
55 : jhr 3873 fun rvalueVar (env, x) = CL.mkVar(Env.lookup(env, x))
56 : jhr 3768
57 : jhr 3866 (* translate a global variable that occurs in an l-value context *)
58 : jhr 3876 fun lvalueGlobalVar (env, x) = CL.mkIndirect(CL.mkVar(Env.global env), TreeGlobalVar.name x)
59 : jhr 3866 (* translate a global variable that occurs in an r-value context *)
60 :     val rvalueGlobalVar = lvalueGlobalVar
61 :    
62 :     (* translate a strand state variable that occurs in an l-value context *)
63 : jhr 3876 fun lvalueStateVar (env, x) = CL.mkIndirect(CL.mkVar(Env.selfOut env), TreeStateVar.name x)
64 : jhr 3866 (* translate a strand state variable that occurs in an r-value context *)
65 : jhr 3876 fun rvalueStateVar (env, x) = CL.mkIndirect(CL.mkVar(Env.selfIn env), TreeStateVar.name x)
66 : jhr 3866
67 :     (* generate new variables *)
68 :     local
69 :     val count = ref 0
70 :     fun freshName prefix = let
71 :     val n = !count
72 :     in
73 :     count := n+1;
74 :     concat[prefix, "_", Int.toString n]
75 :     end
76 :     in
77 :     fun tmpVar () = freshName "tmp"
78 :     fun freshVar prefix = freshName prefix
79 :     end (* local *)
80 :    
81 :     (* integer literal expression *)
82 :     fun intExp (i : int) = CL.mkInt(IntInf.fromInt i)
83 :    
84 : jhr 3893 val zero = CL.mkInt 0
85 :    
86 : jhr 3866 fun addrOf e = CL.mkUnOp(CL.%&, e)
87 :    
88 :     (* make an application of a function from the "std" namespace *)
89 :     fun mkStdApply (f, args) = CL.mkApply("std::" ^ f, args)
90 :    
91 :     (* make an application of a function from the "diderot" namespace *)
92 :     fun mkDiderotApply (f, args) = CL.mkApply("diderot::" ^ f, args)
93 : jhr 3872 fun mkDiderotCall (f, args) = CL.mkCall("diderot::" ^ f, args)
94 : jhr 3866
95 : jhr 3810 (* Translate a TreeIR operator application to a CLang expression *)
96 : jhr 3886 fun trOp (env, rator, args) = (case (rator, args)
97 : jhr 3870 of (Op.IAdd, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#+, b)
98 : jhr 3768 | (Op.ISub, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#-, b)
99 :     | (Op.IMul, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#*, b)
100 :     | (Op.IDiv, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#/, b)
101 :     | (Op.IMod, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#%, b)
102 :     | (Op.INeg, [a]) => CL.mkUnOp(CL.%-, a)
103 :     | (Op.RAdd, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#+, b)
104 :     | (Op.RSub, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#-, b)
105 :     | (Op.RMul, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#*, b)
106 :     | (Op.RDiv, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#/, b)
107 :     | (Op.RNeg, [a]) => CL.mkUnOp(CL.%-, a)
108 : jhr 3870 | (Op.RClamp, [a, b, c]) => CL.mkApply("clamp", [a, b, c])
109 :     | (Op.RLerp, [a, b, c]) => CL.mkApply("lerp", [a, b, c])
110 : jhr 3886 | (Op.RCeiling, [a]) => mkStdApply("ceil", [a])
111 :     | (Op.RFloor, [a]) => mkStdApply("floor", [a])
112 :     | (Op.RRound, [a]) => mkStdApply("round", [a])
113 :     | (Op.RTrunc, [a]) => mkStdApply("trunc", [a])
114 :     | (Op.RealToInt, [a]) => mkStdApply("lround", [a])
115 : jhr 3768 | (Op.LT ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#<, b)
116 :     | (Op.LTE ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#<=, b)
117 :     | (Op.EQ ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#==, b)
118 :     | (Op.NEQ ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#!=, b)
119 :     | (Op.GTE ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#>=, b)
120 :     | (Op.GT ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#>, b)
121 :     | (Op.Not, [a]) => CL.mkUnOp(CL.%!, a)
122 : jhr 3866 | (Op.Abs ty, args) => mkStdApply("abs", args)
123 :     | (Op.Max ty, args) => mkStdApply("min", args)
124 :     | (Op.Min ty, args) => mkStdApply("max", args)
125 :     | (Op.VAdd d, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#+, b)
126 :     | (Op.VSub d, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#-, b)
127 : jhr 3870 | (Op.VScale d, [a, b]) => CL.mkApply("vscale", [a, b])
128 : jhr 3866 | (Op.VMul d, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#*, b)
129 :     | (Op.VNeg d, [a]) => CL.mkUnOp(CL.%-, a)
130 : jhr 3872 | (Op.VSum d, [a]) => CL.mkApply("vsum", [a])
131 : jhr 3886 | (Op.VIndex(w, p, i), [a]) => CL.mkSubscript(a, intExp i)
132 :     | (Op.VClamp d, [a, b, c]) => CL.mkApply("vclamp", [a, b, c])
133 :     | (Op.VMapClamp d, [a, b, c]) => CL.mkApply("vclamp", [a, b, c])
134 :     | (Op.VLerp d, [a, b, c]) => CL.mkApply("vlerp", [a, b, c])
135 :     | (Op.VCeiling d, [a]) => CL.mkApply("vceiling", [a])
136 :     | (Op.VFloor d, [a]) => CL.mkApply("vfloor", [a])
137 :     | (Op.VRound d, [a]) => CL.mkApply("vround", [a])
138 :     | (Op.VTrunc d, [a]) => CL.mkApply("vtrunc", [a])
139 :     | (Op.VToInt d, [a]) => CL.mkApply("vtoi", [a])
140 :     | (Op.TensorIndex(Ty.TensorTy(_::dd), idxs), [a]) => let
141 :     (* dimensions/indices are slowest to fastest *)
142 :     fun index ([], [i], acc) = acc + i
143 :     | index (d::dd, i::ii, acc) = index (dd, ii, d * (acc + i))
144 :     in
145 :     CL.mkSubscript(a, intExp(index (dd, idxs, 0)))
146 :     end
147 :     | (Op.ProjectLast(Ty.TensorTy(_::dd), idxs), [a]) => let
148 :     (* dimensions/indices are slowest to fastest *)
149 :     fun index ([], [], acc) = acc
150 :     | index (d::dd, i::ii, acc) = index (dd, ii, d * (acc + i))
151 :     in
152 :     CL.mkAddrOf(CL.mkSubscript(a, intExp(index (dd, idxs, 0))))
153 :     end
154 :     | (Op.EigenVals2x2, [a]) => raise Fail "FIXME: EigenVals2x2"
155 :     | (Op.EigenVals3x3, [a]) => raise Fail "FIXME: EigenVals3x3"
156 :     | (Op.Select(ty, i), [a]) => raise Fail "FIXME: Select"
157 :     | (Op.Subscript ty, [a, b]) => CL.mkSubscript(a, b)
158 :     | (Op.MkDynamic(ty, i), [a]) => raise Fail "FIXME: MkDynamic"
159 :     | (Op.Append ty, [a, b]) => raise Fail "FIXME: Append"
160 :     | (Op.Prepend ty, [a, b]) => raise Fail "FIXME: Prepend"
161 :     | (Op.Concat ty, [a, b]) => raise Fail "FIXME: Concat"
162 :     | (Op.Range, [a, b]) => raise Fail "FIXME: Range"
163 :     | (Op.Length ty, [a]) => raise Fail "FIXME: Length"
164 :     | (Op.SphereQuery(ty1, ty2), []) => raise Fail "FIXME: SphereQuery"
165 : jhr 3870 | (Op.Sqrt, [a]) => mkStdApply("sqrt", [a])
166 :     | (Op.Cos, [a]) => mkStdApply("cos", [a])
167 :     | (Op.ArcCos, [a]) => mkStdApply("acos", [a])
168 :     | (Op.Sin, [a]) => mkStdApply("sin", [a])
169 :     | (Op.ArcSin, [a]) => mkStdApply("asin", [a])
170 :     | (Op.Tan, [a]) => mkStdApply("tan", [a])
171 :     | (Op.ArcTan, [a]) => mkStdApply("atan", [a])
172 :     | (Op.Exp, [a]) => mkStdApply("exp", [a])
173 : jhr 3886 | (Op.IntToReal, [a]) => CL.mkStaticCast(Env.realTy env, a)
174 : jhr 3768 (*
175 :     | R_All of ty
176 :     | R_Exists of ty
177 :     | R_Max of ty
178 :     | R_Min of ty
179 :     | R_Sum of ty
180 :     | R_Product of ty
181 :     | R_Mean of ty
182 :     | R_Variance of ty
183 :     *)
184 : jhr 3886 | (Op.Transform info, [img]) => CL.mkDispatch(img, "world2image", [])
185 :     | (Op.Translate info, [img]) => CL.mkDispatch(img, "translate", [])
186 :     | (Op.BaseAddress info, [img]) => CL.mkDispatch(img, "base_addr", [])
187 :     | (Op.ControlIndex(info, ctl, d), [img, idx]) =>
188 :     CL.mkDispatch(img, IndexCtl.toString ctl, [intExp d, idx])
189 :     | (Op.Inside(info, s), [pos, img]) => CL.mkDispatch(img, "inside", [pos, intExp s])
190 :     | (Op.ImageDim(info, i), [img]) => CL.mkDispatch(img, "size", [intExp i])
191 : jhr 3870 | (Op.MathFn f, args) => mkStdApply(MathFns.toString f, args)
192 : jhr 3866 | _ => raise Fail(concat[
193 :     "unknown or incorrect operator ", Op.toString rator
194 :     ])
195 : jhr 3768 (* end case *))
196 :    
197 : jhr 3866 fun trExp (env, e) = (case e
198 :     of IR.E_Global x => rvalueGlobalVar (env, x)
199 : jhr 3872 | IR.E_State(NONE, x) => rvalueStateVar (env, x)
200 :     | IR.E_State(SOME e, x) => CL.mkIndirect(trExp(env, e), TreeStateVar.name x)
201 : jhr 3866 | IR.E_Var x => rvalueVar (env, x)
202 : jhr 3876 | IR.E_Lit(Literal.Int n) => CL.mkIntTy(n, Env.intTy env)
203 : jhr 3866 | IR.E_Lit(Literal.Bool b) => CL.mkBool b
204 : jhr 3876 | IR.E_Lit(Literal.Real f) => CL.mkFlt(f, Env.realTy env)
205 : jhr 3866 | IR.E_Lit(Literal.String s) => CL.mkStr s
206 : jhr 3886 | IR.E_Op(rator, args) => trOp (env, rator, trExps(env, args))
207 : jhr 3893 | IR.E_Vec(w, pw, args) => let
208 :     val args = trExps (env, args)
209 :     val args = if (w < pw) then args @ List.tabulate(pw-w, fn _ => zero) else args
210 :     in
211 :     CL.mkVec(CL.T_Named("vec" ^ Int.toString pw), args)
212 :     end
213 :     | IR.E_Cons(args, Ty.TensorTy shape) => raise Fail "unexpected E_Cons"
214 :     | IR.E_Seq(args, ty) => raise Fail "unexpected E_Seq"
215 : jhr 3870 | IR.E_Pack(layout, args) => ??
216 :     | IR.E_VLoad(layout, e, i) => ??
217 : jhr 3866 (* end case *))
218 :    
219 :     and trExps (env, exps) = List.map (fn exp => trExp(env, exp)) exps
220 :    
221 : jhr 3873 (* QUESTION: not sure that we need this function? *)
222 : jhr 3872 fun trExpToVar (env, ty, name, exp) = (case trExp (env, exp)
223 :     of e as CL.E_Var _ => (e, [])
224 :     | e => let
225 : jhr 3893 val x = freshVar name
226 : jhr 3872 in
227 : jhr 3876 (CL.mkVar x, [CL.mkDeclInit(ty, x, e)])
228 : jhr 3872 end
229 : jhr 3873 (* end case *))
230 : jhr 3872
231 : jhr 3893 fun trAssign (env, lhs, rhs) = let
232 :     fun trArg (i, arg) = CL.mkAssign(CL.mkSubscript(lhs, intExp i), trExp (env, arg))
233 :     in
234 :     case rhs
235 :     of IR.E_Cons(args, _) => List.mapi trArg args
236 :     | IR.E_Seq(args, _) => List.mapi trArg args
237 :     | _ => [CL.mkAssign(lhs, trExp (env, rhs))]
238 :     (* end case *)
239 :     end
240 : jhr 3872
241 : jhr 3893 fun trDecl (env, ty, lhs, rhs) = let
242 :     fun trArgs args = CL.mkDecl(
243 :     ty, lhs, SOME(CL.I_Exps(List.map (fn arg => CL.I_Exp(trExp (env, arg))) args)))
244 :     in
245 :     case rhs
246 :     of IR.E_Cons(args, _) => trArgs args
247 :     | IR.E_Seq(args, _) => trArgs args
248 :     | _ => CL.mkDeclInit(ty, lhs, trExp (env, rhs))
249 :     (* end case *)
250 :     end
251 : jhr 3872
252 : jhr 3870 fun trMultiAssign (env, lhs, IR.E_Op(rator, args)) = (case (lhs, rator, args)
253 : jhr 3876 of ([vals, vecs], Op.EigenVecs2x2, [exp]) =>
254 : jhr 3872 mkDiderotCall("eigenvecs", [trExp (env, exp), vals, vecs])
255 : jhr 3876 | ([vals, vecs], Op.EigenVecs3x3, [exp]) =>
256 : jhr 3872 mkDiderotCall("eigenvecs", [trExp (env, exp), vals, vecs])
257 : jhr 3870 | _ => raise Fail "bogus multi-assignment"
258 :     (* end case *))
259 :     | trMultiAssign (env, lhs, rhs) = raise Fail "bogus multi-assignment"
260 : jhr 3866
261 : jhr 3872 fun trStms (env, stms : TreeIR.stm list) = let
262 : jhr 3870 fun trStm (stm, (env, stms : CL.stm list)) = (case stm
263 :     of IR.S_Comment text => (env, CL.mkComment text :: stms)
264 : jhr 3872 | IR.S_Assign(true, x, exp) => let
265 : jhr 3893 val ty = trType (env, V.ty x)
266 :     val x' = ??
267 :     val env = Env.insert (env, x, x')
268 : jhr 3872 in
269 : jhr 3893 (env, trDecl (env, ty, x', exp) :: stms)
270 : jhr 3872 end
271 :     | IR.S_Assign(false, x, exp) => let
272 : jhr 3893 val stms' = trAssign (env, lvalueVar (env, x), exp)
273 : jhr 3866 in
274 : jhr 3893 (env, stms' @ stms)
275 : jhr 3866 end
276 :     | IR.S_MAssign(xs, exp) =>
277 : jhr 3886 (env, trMultiAssign (env, List.map (fn x => lvalueVar (env, x)) xs, exp) :: stms)
278 : jhr 3866 | IR.S_GAssign(x, exp) =>
279 : jhr 3893 (env, trAssign (env, lvalueGlobalVar (env, x), exp) @ stms)
280 : jhr 3866 | IR.S_IfThen(cond, thenBlk) =>
281 : jhr 3870 (env, CL.mkIfThen(trExp(env, cond), trBlock(env, thenBlk)) :: stms)
282 : jhr 3866 | IR.S_IfThenElse(cond, thenBlk, elseBlk) => let
283 :     val stm = CL.mkIfThenElse(trExp(env, cond),
284 : jhr 3870 trBlock(env, thenBlk),
285 :     trBlock(env, elseBlk))
286 : jhr 3866 in
287 :     (env, stm :: stms)
288 :     end
289 : jhr 3876 | IR.S_Foreach(x, IR.E_Op(Op.Range, [lo, hi]), blk) => let
290 :     val x' = V.name x
291 :     val env' = Env.insert (env, x, x')
292 :     val loop = CL.mkFor(
293 :     [(CL.int32, x', lo')],
294 :     CL.mkBinOp(CL.mkVar x', CL.#<=, hi'),
295 : jhr 3886 [CL.mkUnOp(CL.%++, CL.mkVar x')],
296 : jhr 3876 trBlock (env', blk))
297 :     in
298 :     (env, loop :: stms)
299 :     end
300 : jhr 3866 | IR.S_Foreach(x, e, blk) => ??
301 :     | IR.S_New(strand, args) => ??
302 : jhr 3893 | IR.S_Save(x, exp) => (env, trAssign (env, lvalueStateVar(env, x), exp))
303 : jhr 3886 | IR.S_LoadNrrd(lhs, nrrd) => let
304 :     val stm = (case V.ty lhs
305 :     of Ty.SeqTy(ty, NONE) =>
306 :     GenLoadNrrd.loadSeqFromFile (lvalueVar (env, lhs), ty, CL.mkStr nrrd)
307 :     | Ty.ImageTy info =>
308 :     GenLoadNrrd.loadImage (lvalueVar (env, lhs), info, CL.mkStr nrrd)
309 :     (* end case *))
310 :     in
311 :     (env, stm :: stms)
312 :     end
313 : jhr 3870 | IR.S_Input(_, _, _, NONE) => (env, stms)
314 :     | IR.S_Input(gv, name, _, SOME dflt) =>
315 :     (env, CL.mkAssign(lvalueGlobalVar (env, gv), trExp(env, dflt)) :: stms)
316 : jhr 3866 | IR.S_InputNrrd _ => (env, stms)
317 : jhr 3870 | IR.S_Exit => (env, stms)
318 :     | IR.S_Print(tys, args) => let
319 :     val args = List.map (fn e => trExp(env, e)) args
320 :     val stm = GenPrint.genPrintStm (
321 :     CL.mkIndirect(CL.mkVar "wrld", "_output"),
322 :     tys, args)
323 :     in
324 :     (env, stm::stms)
325 :     end
326 : jhr 3876 | IR.S_Active => (env, CL.mkReturn(SOME(CL.mkVar "diderot::kActive")) :: stms)
327 :     | IR.S_Stabilize => (env, CL.mkReturn(SOME(CL.mkVar "diderot::kStabilize")) :: stms)
328 :     | IR.S_Die => (env, CL.mkReturn(SOME(CL.mkVar "diderot::kDie")) :: stms)
329 : jhr 3866 (* end case *))
330 :     in
331 :     List.rev (#2 (List.foldl trStm (env, []) stms))
332 :     end
333 :    
334 :     and trBlock (env, IR.Block{locals, body}) = let
335 : jhr 3873 fun trLocal (x, (env, dcls)) = let
336 :     val x' = V.name x
337 : jhr 3886 val dcl = CL.mkDecl(trType(env, V.ty x), x', NONE)
338 : jhr 3873 in
339 : jhr 3886 (Env.insert(env, x, x'), dcl :: dcls)
340 : jhr 3873 end
341 :     val (env, dcls) = List.foldl trLocal (env, []) (!locals)
342 : jhr 3866 in
343 : jhr 3873 CL.mkBlock (dcls @ trStms (env, body))
344 : jhr 3866 end
345 :    
346 : jhr 3768 end

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