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[diderot] Annotation of /branches/pure-cfg/src/compiler/cl-target/tree-to-cl.sml
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Annotation of /branches/pure-cfg/src/compiler/cl-target/tree-to-cl.sml

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Revision 1285 - (view) (download)

1 : lamonts 1244 (* tree-to-c.sml
2 : jhr 918 *
3 :     * COPYRIGHT (c) 2011 The Diderot Project (http://diderot-language.cs.uchicago.edu)
4 :     * All rights reserved.
5 :     *
6 : lamonts 1244 * Translate TreeIL to the C version of CLang.
7 : jhr 918 *)
8 :    
9 :     structure TreeToCL : sig
10 :    
11 :     datatype var = V of (CLang.ty * CLang.var)
12 :    
13 :     type env = var TreeIL.Var.Map.map
14 :    
15 :     val trType : TreeIL.Ty.ty -> CLang.ty
16 :    
17 :     val trBlock : env * (env * TreeIL.exp list * CLang.stm -> CLang.stm list) * TreeIL.block -> CLang.stm
18 :    
19 : lamonts 1244 val trFragment : env * TreeIL.block -> env * CLang.stm list
20 :    
21 : jhr 918 val trAssign : env * TreeIL.var * TreeIL.exp -> CLang.stm list
22 :    
23 :     val trExp : env * TreeIL.exp -> CLang.exp
24 :    
25 : jhr 1273 (* vector indexing support. Arguments are: vector, index *)
26 :     val vecIndex : CLang.exp * int -> CLang.exp
27 : jhr 918
28 :     end = struct
29 :    
30 :     structure CL = CLang
31 :     structure RN = RuntimeNames
32 :     structure IL = TreeIL
33 :     structure Op = IL.Op
34 :     structure Ty = IL.Ty
35 :     structure V = IL.Var
36 :    
37 : jhr 1285 datatype var = datatype CLang.typed_var
38 : jhr 918
39 :     type env = var TreeIL.Var.Map.map
40 :    
41 :     fun lookup (env, x) = (case V.Map.find (env, x)
42 :     of SOME(V(_, x')) => x'
43 :     | NONE => raise Fail(concat["lookup(_, ", V.name x, ")"])
44 :     (* end case *))
45 :    
46 :     (* integer literal expression *)
47 :     fun intExp (i : int) = CL.mkInt(IntInf.fromInt i, CL.int32)
48 :    
49 :     (* translate TreeIL types to CLang types *)
50 :     fun trType ty = (case ty
51 :     of Ty.BoolTy => CLang.T_Named "bool"
52 :     | Ty.StringTy => CL.charPtr
53 :     | Ty.IVecTy 1 => !RN.gIntTy
54 :     | Ty.IVecTy n => CL.T_Named(RN.ivecTy n)
55 :     | Ty.TensorTy[] => !RN.gRealTy
56 :     | Ty.TensorTy[n] => CL.T_Named(RN.vecTy n)
57 :     | Ty.TensorTy[n, m] => CL.T_Named(RN.matTy(n,m))
58 : lamonts 1244 | Ty.AddrTy(ImageInfo.ImgInfo{ty=(_, rTy), ...}) => CL.T_Ptr(CL.T_Num rTy)
59 : jhr 918 | Ty.ImageTy(ImageInfo.ImgInfo{dim, ...}) => CL.T_Ptr(CL.T_Named(RN.imageTy dim))
60 :     | _ => raise Fail(concat["TreeToC.trType(", Ty.toString ty, ")"])
61 :     (* end case *))
62 :    
63 :     (* generate new variables *)
64 :     local
65 :     val count = ref 0
66 :     fun freshName prefix = let
67 :     val n = !count
68 :     in
69 :     count := n+1;
70 :     concat[prefix, "_", Int.toString n]
71 :     end
72 :     in
73 :     fun tmpVar ty = freshName "tmp"
74 :     fun freshVar prefix = freshName prefix
75 :     end (* local *)
76 :    
77 :     (* translate IL basis functions *)
78 :     local
79 :     fun mkLookup suffix = let
80 :     val tbl = ILBasis.Tbl.mkTable (16, Fail "basis table")
81 :     fun ins f = ILBasis.Tbl.insert tbl (f, ILBasis.toString f ^ suffix)
82 :     in
83 :     List.app ins ILBasis.allFuns;
84 :     ILBasis.Tbl.lookup tbl
85 :     end
86 :     val fLookup = mkLookup "f"
87 :     val dLookup = mkLookup ""
88 :     in
89 :     fun trApply (f, args) = let
90 : lamonts 1244 val f' = if !RN.doublePrecision then dLookup f else fLookup f
91 : jhr 918 in
92 :     CL.mkApply(f', args)
93 :     end
94 :     end (* local *)
95 :    
96 : jhr 1273 (* vector indexing support. Arguments are: vector, index *)
97 :     local
98 :     val fields = Vector.fromList [
99 :     "s0", "s1", "s2", "s3",
100 :     "s4", "s5", "s6", "s7",
101 :     "s8", "s9", "sa", "sb",
102 :     "sc", "sd", "se", "sf"
103 :     ]
104 :     in
105 :     fun vecIndex (v, ix) = CL.mkSelect(v, Vector.sub(fields, ix))
106 :     end
107 : jhr 918
108 :     (* translate a variable use *)
109 :     fun trVar (env, x) = (case V.kind x
110 :     of IL.VK_Global => CL.mkVar(lookup(env, x))
111 :     | IL.VK_State strand => CL.mkIndirect(CL.mkVar "selfIn", lookup(env, x))
112 :     | IL.VK_Local => CL.mkVar(lookup(env, x))
113 :     (* end case *))
114 :    
115 :     (* Translate a TreeIL operator application to a CLang expression *)
116 :     fun trOp (rator, args) = (case (rator, args)
117 : jhr 1273 of (Op.Add ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#+, b)
118 :     | (Op.Sub ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#-, b)
119 :     | (Op.Mul ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#*, b)
120 :     | (Op.Div ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#/, b)
121 :     | (Op.Neg ty, [a]) => CL.mkUnOp(CL.%-, a)
122 :     | (Op.Abs(Ty.IVecTy 1), args) => CL.mkApply("abs", args)
123 :     | (Op.Abs(Ty.TensorTy[]), args) => CL.mkApply(RN.fabs, args)
124 :     | (Op.Abs(Ty.TensorTy[_]), args) => CL.mkApply(RN.fabs, args)
125 :     | (Op.Abs ty, [a]) => raise Fail(concat["Abs<", Ty.toString ty, ">"])
126 :     | (Op.LT ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#<, b)
127 :     | (Op.LTE ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#<=, b)
128 :     | (Op.EQ ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#==, b)
129 :     | (Op.NEQ ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#!=, b)
130 :     | (Op.GTE ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#>=, b)
131 :     | (Op.GT ty, [a, b]) => CL.mkBinOp(a, CL.#>, b)
132 :     | (Op.Not, [a]) => CL.mkUnOp(CL.%!, a)
133 :     | (Op.Max, args) => CL.mkApply(RN.max, args)
134 :     | (Op.Min, args) => CL.mkApply(RN.min, args)
135 : jhr 918 | (Op.Lerp ty, args) => (case ty
136 : jhr 1273 of Ty.TensorTy[] => CL.mkApply(RN.lerp, args)
137 :     | Ty.TensorTy[n] => CL.mkApply(RN.lerp, args)
138 : jhr 918 | _ => raise Fail(concat[
139 :     "lerp<", Ty.toString ty, "> not supported"
140 :     ])
141 :     (* end case *))
142 : jhr 1273 | (Op.Dot d, args) => CL.E_Apply(RN.dot, args)
143 : jhr 918 | (Op.MulVecMat(m, n), args) =>
144 :     if (1 < m) andalso (m < 4) andalso (m = n)
145 :     then CL.E_Apply(RN.mulVecMat(m,n), args)
146 :     else raise Fail "unsupported vector-matrix multiply"
147 :     | (Op.MulMatVec(m, n), args) =>
148 :     if (1 < m) andalso (m < 4) andalso (m = n)
149 :     then CL.E_Apply(RN.mulMatVec(m,n), args)
150 :     else raise Fail "unsupported matrix-vector multiply"
151 :     | (Op.MulMatMat(m, n, p), args) =>
152 :     if (1 < m) andalso (m < 4) andalso (m = n) andalso (n = p)
153 :     then CL.E_Apply(RN.mulMatMat(m,n,p), args)
154 :     else raise Fail "unsupported matrix-matrix multiply"
155 : jhr 1273 | (Op.Cross, args) => CL.E_Apply(RN.cross, args)
156 :     | (Op.Select(Ty.IVecTy n, i), [a]) => vecIndex (a, i)
157 :     | (Op.Select(Ty.TensorTy[n], i), [a]) => vecIndex (a, i)
158 :     | (Op.Norm(Ty.TensorTy[n]), args) => CL.E_Apply(RN.length, args)
159 :     | (Op.Norm(Ty.TensorTy[m,n]), args) => CL.E_Apply(RN.norm(m,n), args)
160 :     | (Op.Normalize d, args) => CL.E_Apply(RN.normalize, args)
161 :     | (Op.Trace n, args) => CL.E_Apply(RN.trace n, args)
162 :     | (Op.Scale(Ty.TensorTy[n]), [s, v]) => CL.mkBinOp(s, CL.#*, v)
163 :     | (Op.CL, _) => raise Fail "CL unimplemented"
164 :     | (Op.PrincipleEvec ty, _) => raise Fail "PrincipleEvec unimplemented"
165 : jhr 1284 | (Op.Subscript(Ty.IVecTy n), [v, CL.E_Int(ix, _)]) => vecIndex (v, Int.fromLarge ix)
166 : jhr 918 | (Op.Subscript(Ty.IVecTy n), [v, ix]) => let
167 :     val unionTy = CL.T_Named(concat["union", Int.toString n, !RN.gIntSuffix, "_t"])
168 :     val vecExp = CL.mkSelect(CL.mkCast(unionTy, v), "i")
169 :     in
170 :     CL.mkSubscript(vecExp, ix)
171 :     end
172 : jhr 1284 | (Op.Subscript(Ty.TensorTy[n]), [v, CL.E_Int(ix, _)]) => vecIndex (v, Int.fromLarge ix)
173 : jhr 918 | (Op.Subscript(Ty.TensorTy[n]), [v, ix]) => let
174 :     val unionTy = CL.T_Named(concat["union", Int.toString n, !RN.gRealSuffix, "_t"])
175 :     val vecExp = CL.mkSelect(CL.mkCast(unionTy, v), "r")
176 :     in
177 :     CL.mkSubscript(vecExp, ix)
178 :     end
179 : jhr 1284 | (Op.Subscript(Ty.TensorTy[_,_]), [m, ix, CL.E_Int(jx, _)]) =>
180 :     vecIndex(CL.mkSubscript(m, ix), Int.fromLarge jx)
181 :     | (Op.Subscript(Ty.TensorTy[_,n]), [m, ix, jx]) => let
182 :     val unionTy = CL.T_Named(concat["union", Int.toString n, !RN.gRealSuffix, "_t"])
183 :     val vecExp = CL.mkSelect(CL.mkCast(unionTy, CL.mkSubscript(m, ix)), "r")
184 :     in
185 :     CL.mkSubscript(vecExp, jx)
186 :     end
187 : jhr 918 | (Op.Subscript ty, t::(ixs as _::_)) =>
188 :     raise Fail(concat["Subscript<", Ty.toString ty, "> unsupported"])
189 : jhr 1273 | (Op.Ceiling d, args) => CL.mkApply("ceil", args)
190 :     | (Op.Floor d, args) => CL.mkApply("floor", args)
191 :     | (Op.Round d, args) => CL.mkApply("round", args)
192 :     | (Op.Trunc d, args) => CL.mkApply("trunc", args)
193 :     | (Op.IntToReal, [a]) => CL.mkCast(!RN.gRealTy, a)
194 :     | (Op.RealToInt 1, [a]) => CL.mkCast(!RN.gIntTy, a)
195 : jhr 918 | (Op.RealToInt d, args) =>
196 :     CL.mkApply(RN.vecftoi d, args)
197 :     (* FIXME: need type info *)
198 :     | (Op.ImageAddress(ImageInfo.ImgInfo{ty=(_,rTy), ...}), [a]) => let
199 :     val cTy = CL.T_Ptr(CL.T_Num rTy)
200 :     in
201 :     CL.mkCast(cTy, CL.mkIndirect(a, "data"))
202 :     end
203 :     | (Op.LoadVoxels(info, 1), [a]) => let
204 :     val realTy as CL.T_Num rTy = !RN.gRealTy
205 :     val a = CL.E_UnOp(CL.%*, a)
206 :     in
207 :     if (rTy = ImageInfo.sampleTy info)
208 :     then a
209 :     else CL.E_Cast(realTy, a)
210 :     end
211 :     | (Op.LoadVoxels _, [a]) =>
212 :     raise Fail("impossible " ^ Op.toString rator)
213 :     | (Op.PosToImgSpace(ImageInfo.ImgInfo{dim, ...}), [img, pos]) =>
214 :     CL.mkApply(RN.toImageSpace dim, [img, pos])
215 : jhr 983 | (Op.TensorToWorldSpace(info, ty), [v, x]) =>
216 : lamonts 1244 CL.mkApply(RN.toWorldSpace ty, [v, x])
217 : jhr 918 | (Op.LoadImage info, [a]) =>
218 :     raise Fail("impossible " ^ Op.toString rator)
219 :     | (Op.Inside(ImageInfo.ImgInfo{dim, ...}, s), [pos, img]) =>
220 :     CL.mkApply(RN.inside dim, [pos, img, intExp s])
221 : jhr 1250 | (Op.Input(ty, name, desc), []) =>
222 : jhr 918 raise Fail("impossible " ^ Op.toString rator)
223 : jhr 1250 | (Op.InputWithDefault(ty, name, desc), [a]) =>
224 : jhr 918 raise Fail("impossible " ^ Op.toString rator)
225 :     | _ => raise Fail(concat[
226 :     "unknown or incorrect operator ", Op.toString rator
227 :     ])
228 :     (* end case *))
229 :    
230 :     fun trExp (env, e) = (case e
231 :     of IL.E_Var x => trVar (env, x)
232 :     | IL.E_Lit(Literal.Int n) => CL.mkInt(n, !RN.gIntTy)
233 :     | IL.E_Lit(Literal.Bool b) => CL.mkBool b
234 :     | IL.E_Lit(Literal.Float f) => CL.mkFlt(f, !RN.gRealTy)
235 :     | IL.E_Lit(Literal.String s) => CL.mkStr s
236 :     | IL.E_Op(rator, args) => trOp (rator, trExps(env, args))
237 :     | IL.E_Apply(f, args) => trApply(f, trExps(env, args))
238 :     | IL.E_Cons(Ty.TensorTy[n], args) => CL.mkApply(RN.mkVec n, trExps(env, args))
239 :     | IL.E_Cons(ty, _) => raise Fail(concat["E_Cons(", Ty.toString ty, ", _) in expression"])
240 :     (* end case *))
241 :    
242 :     and trExps (env, exps) = List.map (fn exp => trExp(env, exp)) exps
243 :    
244 :     fun trAssign (env, lhs, rhs) = let
245 :     val lhs = (case V.kind lhs
246 :     of IL.VK_Global => CL.mkVar(lookup(env, lhs))
247 :     | IL.VK_State strand => CL.mkIndirect(CL.mkVar "selfOut", lookup(env, lhs))
248 :     | IL.VK_Local => CL.mkVar(lookup(env, lhs))
249 :     (* end case *))
250 :     in
251 :     (* certain rhs forms, such as those that return a matrix,
252 :     * require a function call instead of an assignment
253 :     *)
254 :     case rhs
255 :     of IL.E_Op(Op.Add(Ty.TensorTy[m,n]), args) =>
256 :     [CL.mkCall(RN.addMat(m,n), lhs :: trExps(env, args))]
257 :     | IL.E_Op(Op.Sub(Ty.TensorTy[m,n]), args) =>
258 :     [CL.mkCall(RN.subMat(m,n), lhs :: trExps(env, args))]
259 :     | IL.E_Op(Op.Neg(Ty.TensorTy[m,n]), args) =>
260 :     [CL.mkCall(RN.scaleMat(m,n), lhs :: intExp ~1 :: trExps(env, args))]
261 :     | IL.E_Op(Op.Scale(Ty.TensorTy[m,n]), args) =>
262 :     [CL.mkCall(RN.scaleMat(m,n), lhs :: trExps(env, args))]
263 :     | IL.E_Op(Op.MulMatMat(m,n,p), args) =>
264 :     [CL.mkCall(RN.mulMatMat(m,n,p), lhs :: trExps(env, args))]
265 :     | IL.E_Op(Op.Identity n, args) =>
266 :     [CL.mkCall(RN.identityMat n, [lhs])]
267 : lamonts 1244 | IL.E_Op(Op.Zero(Ty.TensorTy[m,n]), args) =>
268 : jhr 918 [CL.mkCall(RN.zeroMat(m,n), [lhs])]
269 : lamonts 1244 | IL.E_Op(Op.TensorToWorldSpace(info, ty as Ty.TensorTy[_,_]), args) =>
270 :     [CL.mkCall(RN.toWorldSpace ty, lhs :: trExps(env, args))]
271 : jhr 918 | IL.E_Op(Op.LoadVoxels(info, n), [a]) =>
272 :     if (n > 1)
273 :     then let
274 :     val stride = ImageInfo.stride info
275 :     val rTy = ImageInfo.sampleTy info
276 :     val vp = freshVar "vp"
277 :     val needsCast = (CL.T_Num rTy <> !RN.gRealTy)
278 :     fun mkLoad i = let
279 :     val e = CL.mkSubscript(CL.mkVar vp, intExp(i*stride))
280 :     in
281 :     if needsCast then CL.mkCast(!RN.gRealTy, e) else e
282 :     end
283 :     in [
284 :     CL.mkDecl(CL.T_Ptr(CL.T_Num rTy), vp, SOME(CL.I_Exp(trExp(env, a)))),
285 :     CL.mkAssign(lhs,
286 :     CL.mkApply(RN.mkVec n, List.tabulate (n, mkLoad)))
287 :     ] end
288 :     else [CL.mkAssign(lhs, trExp(env, rhs))]
289 :     | IL.E_Cons(Ty.TensorTy[n,m], args) => let
290 :     (* matrices are represented as arrays of union<d><ty>_t vectors *)
291 :     fun doRows (_, []) = []
292 :     | doRows (i, e::es) =
293 :     CL.mkAssign(CL.mkSelect(CL.mkSubscript(lhs, intExp i), "v"), e)
294 :     :: doRows (i+1, es)
295 :     in
296 :     doRows (0, trExps(env, args))
297 :     end
298 :     | IL.E_Var x => (case IL.Var.ty x
299 :     of Ty.TensorTy[n,m] => [CL.mkCall(RN.copyMat(n,m), [lhs, trVar(env, x)])]
300 :     | _ => [CL.mkAssign(lhs, trVar(env, x))]
301 :     (* end case *))
302 :     | _ => [CL.mkAssign(lhs, trExp(env, rhs))]
303 :     (* end case *)
304 :     end
305 :    
306 : lamonts 1244 fun trLocals (env : env, locals) =
307 :     List.foldl
308 :     (fn (x, env) => V.Map.insert(env, x, V(trType(V.ty x), V.name x)))
309 :     env locals
310 :    
311 :     (* generate code to check the status of runtime-system calls *)
312 :     fun checkSts mkDecl = let
313 :     val sts = freshVar "sts"
314 :     in
315 :     mkDecl sts @
316 :     [CL.mkIfThen(
317 :     CL.mkBinOp(CL.mkVar "DIDEROT_OK", CL.#!=, CL.mkVar sts),
318 :     CL.mkCall("exit", [intExp 1]))]
319 :     end
320 :    
321 :     fun trStms (env, saveState, stms) = let
322 : jhr 918 fun trStmt (env, stm) = (case stm
323 :     of IL.S_Comment text => [CL.mkComment text]
324 :     | IL.S_Assign(x, exp) => trAssign (env, x, exp)
325 :     | IL.S_IfThen(cond, thenBlk) =>
326 : lamonts 1244 [CL.mkIfThen(trExp(env, cond), trBlk(env, saveState, thenBlk))]
327 : jhr 918 | IL.S_IfThenElse(cond, thenBlk, elseBlk) =>
328 :     [CL.mkIfThenElse(trExp(env, cond),
329 : lamonts 1244 trBlk(env, saveState, thenBlk),
330 :     trBlk(env, saveState, elseBlk))]
331 :     | IL.S_New _ => raise Fail "new not supported yet" (* FIXME *)
332 : jhr 1250 (* FIXME: I think that S_LoadImage should never happen in OpenCL code [jhr] *)
333 : jhr 918 | IL.S_LoadImage(lhs, dim, name) => checkSts (fn sts => let
334 :     val lhs = lookup(env, lhs)
335 :     val name = trExp(env, name)
336 :     val imgTy = CL.T_Named(RN.imageTy dim)
337 :     val loadFn = RN.loadImage dim
338 :     in [
339 :     CL.mkDecl(
340 :     CL.T_Named RN.statusTy, sts,
341 :     SOME(CL.I_Exp(CL.E_Apply(loadFn, [name, CL.mkUnOp(CL.%&, CL.E_Var lhs)]))))
342 :     ] end)
343 : jhr 1250 (* FIXME: I think that S_Input should never happen in OpenCL code [jhr] *)
344 :     | IL.S_Input(lhs, name, desc, optDflt) => checkSts (fn sts => let
345 : jhr 918 val inputFn = RN.input(V.ty lhs)
346 :     val lhs = lookup(env, lhs)
347 :     val lhs = CL.E_Var lhs
348 :     val (initCode, hasDflt) = (case optDflt
349 :     of SOME e => ([CL.mkAssign(lhs, trExp(env, e))], true)
350 :     | NONE => ([], false)
351 :     (* end case *))
352 :     val code = [
353 :     CL.mkDecl(
354 :     CL.T_Named RN.statusTy, sts,
355 :     SOME(CL.I_Exp(CL.E_Apply(inputFn, [
356 :     CL.E_Str name, CL.mkUnOp(CL.%&, lhs), CL.mkBool hasDflt
357 :     ]))))
358 :     ]
359 :     in
360 :     initCode @ code
361 :     end)
362 : lamonts 1244 | IL.S_Exit args =>
363 :     saveState (env, args, CL.mkReturn NONE)
364 : jhr 1273 | IL.S_Active args =>
365 : jhr 918 saveState (env, args, CL.mkReturn(SOME(CL.mkVar RN.kActive)))
366 :     | IL.S_Stabilize args =>
367 :     saveState (env, args, CL.mkReturn(SOME(CL.mkVar RN.kStabilize)))
368 :     | IL.S_Die => [CL.mkReturn(SOME(CL.mkVar RN.kDie))]
369 :     (* end case *))
370 :     in
371 : lamonts 1244 List.foldr (fn (stm, stms) => trStmt(env, stm)@stms) [] stms
372 : jhr 918 end
373 :    
374 : lamonts 1244 and trBlk (env, saveState, IL.Block{locals, body}) = let
375 :     val env = trLocals (env, locals)
376 :     val stms = trStms (env, saveState, body)
377 :     fun mkDecl (x, stms) = (case V.Map.find (env, x)
378 :     of SOME(V(ty, x')) => CL.mkDecl(ty, x', NONE) :: stms
379 :     | NONE => raise Fail(concat["mkDecl(", V.name x, ", _)"])
380 :     (* end case *))
381 :     val stms = List.foldr mkDecl stms locals
382 :     in
383 :     CL.mkBlock stms
384 :     end
385 :    
386 :     fun trFragment (env, IL.Block{locals, body}) = let
387 :     val env = trLocals (env, locals)
388 :     val stms = trStms (env, fn _ => raise Fail "exit in fragment", body)
389 :     fun mkDecl (x, stms) = (case V.Map.find (env, x)
390 :     of SOME(V(ty, x')) => CL.mkDecl(ty, x', NONE) :: stms
391 :     | NONE => raise Fail(concat["mkDecl(", V.name x, ", _)"])
392 :     (* end case *))
393 :     val stms = List.foldr mkDecl stms locals
394 :     in
395 :     (env, stms)
396 :     end
397 :    
398 :     val trBlock = trBlk
399 :    
400 : jhr 918 end

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