mes.c

   1 /* -*-comment-start: "//";comment-end:""-*-
   2  * Mes --- Maxwell Equations of Software
   3  * Copyright © 2016,2017 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
   4  *
   5  * This file is part of Mes.
   6  *
   7  * Mes is free software; you can redistribute it and/or modify it
   8  * under the terms of the GNU General Public License as published by
   9  * the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or (at
  10  * your option) any later version.
  11  *
  12  * Mes is distributed in the hope that it will be useful, but
  13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15  * GNU General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  18  * along with Mes.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19  */
  20
  21 #define _GNU_SOURCE
  22 #if __GNUC__
  23 #define  __NYACC__ 0
  24 #define NYACC
  25 #define NYACC2
  26 #include <assert.h>
  27 #include <ctype.h>
  28 #include <errno.h>
  29 #include <limits.h>
  30 #include <stdio.h>
  31 #include <string.h>
  32 #include <stdlib.h>
  33 #include <stdbool.h>
  34 #else
  35 typedef int bool;
  36 #define  __NYACC__ 1
  37 #define NYACC nyacc
  38 #define NYACC2 nyacc2
  39 #endif
  40
  41 #define DEBUG 0
  42 #define FIXED_PRIMITIVES 1
  43
  44 int ARENA_SIZE = 100000;
  45 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
  46 int GC_SAFETY = 100;
  47
  48 typedef int SCM;
  49 enum type_t {CHAR, CLOSURE, CONTINUATION, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, REF, SPECIAL, STRING, SYMBOL, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
  50 typedef SCM (*function0_t) (void);
  51 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
  52 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
  53 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
  54 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
  55 typedef struct function_struct {
  56   union {
  57     function0_t function0;
  58     function1_t function1;
  59     function2_t function2;
  60     function3_t function3;
  61     functionn_t functionn;
  62   } NYACC;
  63   int arity;
  64 } function_t;
  65 struct scm;
  66 typedef struct scm_struct {
  67   enum type_t type;
  68   union {
  69     char const *name;
  70     SCM string;
  71     SCM car;
  72     SCM ref;
  73     int length;
  74   } NYACC;
  75   union {
  76     int value;
  77     int function;
  78     SCM cdr;
  79     SCM closure;
  80     SCM continuation;
  81     SCM macro;
  82     SCM vector;
  83     int hits;
  84   } NYACC2;
  85 } scm;
  86
  87 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
  88 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
  89 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
  90 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
  91 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
  92 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
  93 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
  94 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
  95 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
  96 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
  97
  98 scm scm_symbol_dot = {SYMBOL, "*dot*"};
  99 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
 100 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
 101 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
 102 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
 103 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
 104
 105 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
 106 scm scm_symbol_macro_expand = {SYMBOL, "macro-expand"};
 107 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
 108
 109 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
 110 scm scm_call_with_current_continuation = {SPECIAL, "*call/cc*"};
 111 scm scm_symbol_call_with_current_continuation = {SYMBOL, "call-with-current-continuation"};
 112 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
 113 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
 114 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
 115 scm scm_symbol_write = {SYMBOL, "write"};
 116 scm scm_symbol_display = {SYMBOL, "display"};
 117
 118 scm scm_symbol_throw = {SYMBOL, "throw"};
 119 scm scm_symbol_not_a_pair = {SYMBOL, "not-a-pair"};
 120 scm scm_symbol_system_error = {SYMBOL, "system-error"};
 121 scm scm_symbol_wrong_number_of_args = {SYMBOL, "wrong-number-of-args"};
 122 scm scm_symbol_wrong_type_arg = {SYMBOL, "wrong-type-arg"};
 123 scm scm_symbol_unbound_variable = {SYMBOL, "unbound-variable"};
 124
 125 scm scm_symbol_argv = {SYMBOL, "%argv"};
 126 scm scm_symbol_mes_prefix = {SYMBOL, "%prefix"};
 127 scm scm_symbol_mes_version = {SYMBOL, "%version"};
 128
 129 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
 130 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
 131 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
 132 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
 133 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
 134
 135 scm scm_vm_evlis = {SPECIAL, "*vm-evlis*"};
 136 scm scm_vm_evlis2 = {SPECIAL, "*vm-evlis2*"};
 137 scm scm_vm_evlis3 = {SPECIAL, "*vm-evlis3*"};
 138 scm scm_vm_apply = {SPECIAL, "core:apply"};
 139 scm scm_vm_apply2 = {SPECIAL, "*vm-apply2*"};
 140 scm scm_vm_eval = {SPECIAL, "core:eval"};
 141
 142 #if 1 //FIXED_PRIMITIVES
 143 scm scm_vm_eval_car = {SPECIAL, "*vm-eval-car*"};
 144 scm scm_vm_eval_cdr = {SPECIAL, "*vm-eval-cdr*"};
 145 scm scm_vm_eval_cons = {SPECIAL, "*vm-eval-cons*"};
 146 scm scm_vm_eval_null_p = {SPECIAL, "*vm-eval-null-p*"};
 147 #endif
 148
 149 scm scm_vm_eval_set_x = {SPECIAL, "*vm-eval-set!*"};
 150 scm scm_vm_eval_macro = {SPECIAL, "*vm-eval-macro*"};
 151 scm scm_vm_eval2 = {SPECIAL, "*vm-eval2*"};
 152 scm scm_vm_macro_expand = {SPECIAL, "core:macro-expand"};
 153 scm scm_vm_begin = {SPECIAL, "*vm-begin*"};
 154 scm scm_vm_begin_read_input_file = {SPECIAL, "*vm-begin-read-input-file*"};
 155 scm scm_vm_begin2 = {SPECIAL, "*vm-begin2*"};
 156 scm scm_vm_if = {SPECIAL, "*vm-if*"};
 157 scm scm_vm_if_expr = {SPECIAL, "*vm-if-expr*"};
 158 scm scm_vm_call_with_values2 = {SPECIAL, "*vm-call-with-values2*"};
 159 scm scm_vm_call_with_current_continuation2 = {SPECIAL, "*vm-call-with-current-continuation2*"};
 160 scm scm_vm_return = {SPECIAL, "*vm-return*"};
 161
 162 scm scm_test = {SYMBOL, "test"};
 163
 164 int g_free = 0;
 165 scm *g_cells;
 166 scm *g_news = 0;
 167
 168 #include "mes.symbols.h"
 169
 170 SCM tmp;
 171 SCM tmp_num;
 172 SCM tmp_num2;
 173
 174 function_t g_functions[200];
 175 int g_function = 0;
 176
 177 SCM g_continuations = 0;
 178 SCM g_symbols = 0;
 179 SCM g_stack = 0;
 180 SCM r0 = 0; // a/env
 181 SCM r1 = 0; // param 1
 182 SCM r2 = 0; // save 2+load/dump
 183 SCM r3 = 0; // continuation
 184
 185 #include "lib.h"
 186 #include "math.h"
 187 #include "mes.h"
 188 #include "posix.h"
 189 #include "reader.h"
 190
 191 #define CAR(x) g_cells[x].car
 192 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
 193 #define CONTINUATION(x) g_cells[x].cdr
 194 #define HITS(x) g_cells[x].hits
 195 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
 196 #define NAME(x) g_cells[x].name
 197 #define STRING(x) g_cells[x].string
 198 #define TYPE(x) g_cells[x].type
 199 #define CLOSURE(x) g_cells[x].closure
 200 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
 201 #define REF(x) g_cells[x].ref
 202 #define VALUE(x) g_cells[x].value
 203 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
 204 #define FUNCTION(x) g_functions[g_cells[x].function]
 205 #define NCAR(x) g_news[x].car
 206 #define NTYPE(x) g_news[x].type
 207
 208 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 209 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
 210 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 211 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
 212 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
 213 #define CDDDR(x) CDR (CDR (CDR (x)))
 214 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
 215 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
 216
 217 #define MAKE_CHAR(n) make_cell (tmp_num_ (CHAR), 0, tmp_num2_ (n))
 218 #define MAKE_CONTINUATION(n) make_cell (tmp_num_ (CONTINUATION), n, g_stack)
 219 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
 220 #define MAKE_REF(n) make_cell (tmp_num_ (REF), n, 0)
 221 #define MAKE_STRING(x) make_cell (tmp_num_ (STRING), x, 0)
 222
 223 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM a);
 224
 225 SCM
 226 tmp_num_ (int x)
 227 {
 228   g_cells[tmp_num].value = x;
 229   return tmp_num;
 230 }
 231
 232 SCM
 233 tmp_num2_ (int x)
 234 {
 235   g_cells[tmp_num2].value = x;
 236   return tmp_num2;
 237 }
 238
 239 SCM
 240 alloc (int n)
 241 {
 242   assert (g_free + n < ARENA_SIZE);
 243   SCM x = g_free;
 244   g_free += n;
 245   return x;
 246 }
 247
 248 SCM
 249 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
 250 {
 251   SCM x = alloc (1);
 252   assert (TYPE (type) == NUMBER);
 253   TYPE (x) = VALUE (type);
 254   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
 255     if (car) CAR (x) = CAR (car);
 256     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 257   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
 258     if (car) CAR (x) = car;
 259     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 260   } else {
 261     CAR (x) = car;
 262     CDR (x) = cdr;
 263   }
 264   return x;
 265 }
 266
 267 SCM
 268 cons (SCM x, SCM y)
 269 {
 270   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
 271   return make_cell (tmp_num, x, y);
 272 }
 273
 274 SCM
 275 car (SCM x)
 276 {
 277   if (TYPE (x) != PAIR) error (cell_symbol_not_a_pair, cons (x, cell_symbol_car));
 278   return CAR (x);
 279 }
 280
 281 SCM
 282 cdr (SCM x)
 283 {
 284   if (TYPE (x) != PAIR) error (cell_symbol_not_a_pair, cons (x, cell_symbol_cdr));
 285   return CDR (x);
 286 }
 287
 288 SCM
 289 eq_p (SCM x, SCM y)
 290 {
 291   return (x == y
 292           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
 293                && STRING (x) == STRING (y)))
 294           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
 295               && VALUE (x) == VALUE (y))
 296           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
 297               && VALUE (x) == VALUE (y)))
 298     ? cell_t : cell_f;
 299 }
 300
 301 SCM
 302 type_ (SCM x)
 303 {
 304   return MAKE_NUMBER (TYPE (x));
 305 }
 306
 307 SCM
 308 car_ (SCM x)
 309 {
 310   return (TYPE (x) != CONTINUATION
 311           && (TYPE (CAR (x)) == PAIR // FIXME: this is weird
 312               || TYPE (CAR (x)) == REF
 313               || TYPE (CAR (x)) == SPECIAL
 314               || TYPE (CAR (x)) == SYMBOL
 315               || TYPE (CAR (x)) == STRING)) ? CAR (x) : MAKE_NUMBER (CAR (x));
 316 }
 317
 318 SCM
 319 cdr_ (SCM x)
 320 {
 321   return (TYPE (CDR (x)) == PAIR
 322           || TYPE (CDR (x)) == REF
 323           || TYPE (CAR (x)) == SPECIAL
 324           || TYPE (CDR (x)) == SYMBOL
 325           || TYPE (CDR (x)) == STRING) ? CDR (x) : MAKE_NUMBER (CDR (x));
 326 }
 327
 328 SCM
 329 set_car_x (SCM x, SCM e)
 330 {
 331   assert (TYPE (x) == PAIR);
 332   CAR (x) = e;
 333   return cell_unspecified;
 334 }
 335
 336 SCM
 337 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
 338 {
 339   if (TYPE (x) != PAIR) error (cell_symbol_not_a_pair, cons (x, cell_set_cdr_x));
 340   CDR (x) = e;
 341   return cell_unspecified;
 342 }
 343
 344 SCM
 345 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
 346 {
 347   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
 348   if (TYPE (p) != PAIR)  error (cell_symbol_not_a_pair, cons (p, x));
 349   return set_cdr_x (p, e);
 350 }
 351
 352 SCM
 353 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
 354 {
 355   if (x == cell_nil)
 356     return a;
 357   if (TYPE (x) != PAIR)
 358     return cons (cons (x, y), a);
 359   return cons (cons (car (x), car (y)),
 360                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
 361 }
 362
 363 SCM
 364 assq (SCM x, SCM a)
 365 {
 366   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f) a = CDR (a);
 367   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
 368 }
 369
 370 SCM
 371 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
 372 {
 373   x = assq (x, a);
 374   if (x == cell_f) return cell_undefined;
 375   return cdr (x);
 376 }
 377
 378 SCM
 379 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
 380 {
 381   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
 382   r1 = e;
 383   r0 = cl;
 384   return cell_unspecified;
 385 }
 386
 387 SCM
 388 push_cc (SCM p1, SCM p2, SCM a, SCM c) ///((internal))
 389 {
 390   SCM x = r3;
 391   r3 = c;
 392   r2 = p2;
 393   gc_push_frame ();
 394   r1 = p1;
 395   r0 = a;
 396   r3 = x;
 397   return cell_unspecified;
 398 }
 399
 400 SCM
 401 eval_apply ()
 402 {
 403  eval_apply:
 404   if (g_free + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
 405     gc_pop_frame (gc (gc_push_frame ()));
 406
 407   switch (r3)
 408     {
 409     case cell_vm_evlis: goto evlis;
 410     case cell_vm_evlis2: goto evlis2;
 411     case cell_vm_evlis3: goto evlis3;
 412     case cell_vm_apply: goto apply;
 413     case cell_vm_apply2: goto apply2;
 414     case cell_vm_eval: goto eval;
 415 #if FIXED_PRIMITIVES
 416     case cell_vm_eval_car: goto eval_car;
 417     case cell_vm_eval_cdr: goto eval_cdr;
 418     case cell_vm_eval_cons: goto eval_cons;
 419     case cell_vm_eval_null_p: goto eval_null_p;
 420 #endif
 421     case cell_vm_eval_set_x: goto eval_set_x;
 422     case cell_vm_eval_macro: goto eval_macro;
 423     case cell_vm_eval2: goto eval2;
 424     case cell_vm_macro_expand: goto macro_expand;
 425     case cell_vm_begin: goto begin;
 426     case cell_vm_begin_read_input_file: goto begin_read_input_file;
 427     case cell_vm_begin2: goto begin2;
 428     case cell_vm_if: goto vm_if;
 429     case cell_vm_if_expr: goto if_expr;
 430     case cell_vm_call_with_current_continuation2: goto call_with_current_continuation2;
 431     case cell_vm_call_with_values2: goto call_with_values2;
 432     case cell_vm_return: goto vm_return;
 433     case cell_unspecified: return r1;
 434     default:
 435       assert (0);
 436     }
 437
 438   SCM x = cell_nil;
 439   SCM y = cell_nil;
 440  evlis:
 441   if (r1 == cell_nil) goto vm_return;
 442   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
 443   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_evlis2);
 444   goto eval;
 445  evlis2:
 446   push_cc (cdr (r2), r1, r0, cell_vm_evlis3);
 447   goto evlis;
 448  evlis3:
 449   r1 = cons (r2, r1);
 450   goto vm_return;
 451
 452  apply:
 453   switch (TYPE (car (r1)))
 454     {
 455     case FUNCTION: {
 456       check_formals (car (r1), MAKE_NUMBER (FUNCTION (car (r1)).arity), cdr (r1));
 457       r1 = call (car (r1), cdr (r1)); /// FIXME: move into eval_apply
 458       goto vm_return;
 459     }
 460     case CLOSURE:
 461       {
 462         SCM cl = CLOSURE (car (r1));
 463         SCM formals = cadr (cl);
 464         SCM body = cddr (cl);
 465         SCM aa = cdar (cl);
 466         aa = cdr (aa);
 467         check_formals (car (r1), formals, cdr (r1));
 468         SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), aa);
 469         call_lambda (body, p, aa, r0);
 470         goto begin;
 471       }
 472       case CONTINUATION:
 473         {
 474           x = r1;
 475           g_stack = CONTINUATION (CAR (r1));
 476           gc_pop_frame ();
 477           r1 = cadr (x);
 478           goto eval_apply;
 479         }
 480     case SPECIAL:
 481       {
 482         switch (car (r1))
 483           {
 484           case cell_vm_apply:
 485             {
 486               push_cc (cons (CADR (r1), CADDR (r1)), r1, r0, cell_vm_return);
 487               goto apply;
 488             }
 489           case cell_vm_eval:
 490             {
 491               push_cc (CADR (r1), r1, CADDR (r1), cell_vm_return);
 492               goto eval;
 493             }
 494           case cell_call_with_current_continuation:
 495             {
 496               r1 = cdr (r1);
 497               goto call_with_current_continuation;
 498             }
 499           default: check_apply (cell_f, car (r1));
 500           }
 501       }
 502     case SYMBOL:
 503       {
 504         if (car (r1) == cell_symbol_call_with_values)
 505           {
 506             r1 = cdr (r1);
 507             goto call_with_values;
 508           }
 509         if (car (r1) == cell_symbol_current_module)
 510           {
 511             r1 = r0;
 512             goto vm_return;
 513           }
 514         break;
 515       }
 516     case PAIR:
 517       {
 518         switch (caar (r1))
 519           {
 520           case cell_symbol_lambda:
 521             {
 522               SCM formals = cadr (car (r1));
 523               SCM body = cddr (car (r1));
 524               SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), r0);
 525               check_formals (r1, formals, cdr (r1));
 526               call_lambda (body, p, p, r0);
 527               goto begin;
 528             }
 529           }
 530       }
 531     }
 532   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_apply2);
 533   goto eval;
 534  apply2:
 535   check_apply (r1, car (r2));
 536   r1 = cons (r1, cdr (r2));
 537   goto apply;
 538
 539  eval:
 540   switch (TYPE (r1))
 541     {
 542     case PAIR:
 543       {
 544         switch (car (r1))
 545           {
 546 #if FIXED_PRIMITIVES
 547           case cell_symbol_car:
 548             {
 549               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_car); goto eval;
 550             eval_car:
 551               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = car (x); goto eval_apply;
 552             }
 553           case cell_symbol_cdr:
 554             {
 555               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_cdr); goto eval;
 556             eval_cdr:
 557               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = cdr (x); goto eval_apply;
 558             }
 559           case cell_symbol_cons: {
 560             push_cc (CDR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_cons); goto evlis;
 561             eval_cons:
 562             x = r1;
 563             gc_pop_frame ();
 564             r1 = cons (CAR (x), CADR (x));
 565             goto eval_apply;
 566           }
 567           case cell_symbol_null_p:
 568             {
 569               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_null_p);
 570               goto eval;
 571             eval_null_p:
 572               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = null_p (x); goto eval_apply;
 573             }
 574 #endif // FIXED_PRIMITIVES
 575           case cell_symbol_quote:
 576             {
 577               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = cadr (x); goto eval_apply;
 578             }
 579           case cell_symbol_begin: goto begin;
 580           case cell_symbol_lambda:
 581             {
 582               r1 = make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
 583               goto vm_return;
 584             }
 585           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto vm_if;}
 586           case cell_symbol_set_x:
 587             {
 588               push_cc (car (cddr (r1)), r1, r0, cell_vm_eval_set_x);
 589               goto eval;
 590             eval_set_x:
 591               x = r2;
 592               r1 = set_env_x (cadr (x), r1, r0);
 593               goto vm_return;
 594             }
 595           case cell_vm_macro_expand:
 596             {
 597               push_cc (cadr (r1), r1, r0, cell_vm_return);
 598               goto macro_expand;
 599             }
 600           default: {
 601             push_cc (r1, r1, r0, cell_vm_eval_macro);
 602             goto macro_expand;
 603             eval_macro:
 604             x = r2;
 605             if (r1 != r2)
 606               {
 607                 if (TYPE (r1) == PAIR)
 608                   {
 609                     set_cdr_x (r2, cdr (r1));
 610                     set_car_x (r2, car (r1));
 611                   }
 612                 goto eval;
 613               }
 614             push_cc (CDR (r1), r1, r0, cell_vm_eval2); goto evlis;
 615             eval2:
 616             r1 = cons (car (r2), r1);
 617             goto apply;
 618           }
 619           }
 620       }
 621     case SYMBOL:
 622       {
 623         r1 = assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
 624         goto vm_return;
 625       }
 626     default: goto vm_return;
 627     }
 628
 629   SCM macro;
 630   SCM expanders;
 631  macro_expand:
 632   if (TYPE (r1) == PAIR
 633       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
 634     {
 635       r1 = cons (macro, CDR (r1));
 636       goto apply;
 637     }
 638   else if (TYPE (r1) == PAIR
 639            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
 640            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
 641            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
 642     {
 643       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
 644       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
 645         {
 646           r1 = cons (sc_expand, cons (r1, cell_nil));
 647           goto apply;
 648         }
 649     }
 650   goto vm_return;
 651
 652  begin:
 653   x = cell_unspecified;
 654   while (r1 != cell_nil) {
 655     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
 656       {
 657         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
 658           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
 659         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
 660           {
 661             push_cc (cons (cell_symbol_read_input_file, cell_nil), r1, r0, cell_vm_begin_read_input_file);
 662             goto apply;
 663           begin_read_input_file:
 664             r1 = append2 (r1, cdr (r2));
 665           }
 666       }
 667     if (CDR (r1) == cell_nil)
 668       {
 669         r1 = car (r1);
 670         goto eval;
 671       }
 672     push_cc (CAR (r1), r1, r0, cell_vm_begin2);
 673     goto eval;
 674   begin2:
 675     x = r1;
 676     r1 = CDR (r2);
 677   }
 678   r1 = x;
 679   goto vm_return;
 680
 681  vm_if:
 682   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_if_expr);
 683   goto eval;
 684  if_expr:
 685   x = r1;
 686   r1 = r2;
 687   if (x != cell_f)
 688     {
 689       r1 = cadr (r1);
 690       goto eval;
 691     }
 692   if (cddr (r1) != cell_nil)
 693     {
 694       r1 = car (cddr (r1));
 695       goto eval;
 696     }
 697   r1 = cell_unspecified;
 698   goto vm_return;
 699
 700  call_with_current_continuation:
 701   gc_push_frame ();
 702   x = MAKE_CONTINUATION (g_continuations++);
 703   gc_pop_frame ();
 704   push_cc (cons (car (r1), cons (x, cell_nil)), x, r0, cell_vm_call_with_current_continuation2);
 705   goto apply;
 706  call_with_current_continuation2:
 707   CONTINUATION (r2) = g_stack;
 708   goto vm_return;
 709
 710  call_with_values:
 711   push_cc (cons (car (r1), cell_nil), r1, r0, cell_vm_call_with_values2);
 712   goto apply;
 713  call_with_values2:
 714   if (TYPE (r1) == VALUES)
 715     r1 = CDR (r1);
 716   r1 = cons (cadr (r2), r1);
 717   goto apply;
 718
 719  vm_return:
 720   x = r1;
 721   gc_pop_frame ();
 722   r1 = x;
 723   goto eval_apply;
 724 }
 725
 726 SCM
 727 call (SCM fn, SCM x)
 728 {
 729   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 730       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
 731     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
 732   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 733       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
 734     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
 735   switch (FUNCTION (fn).arity)
 736     {
 737     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
 738     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
 739     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
 740     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), car (cddr (x)));
 741     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
 742     }
 743
 744   return cell_unspecified;
 745 }
 746
 747 SCM
 748 gc_peek_frame ()
 749 {
 750   SCM frame = car (g_stack);
 751   r1 = car (frame);
 752   r2 = cadr (frame);
 753   r3 = car (cddr (frame));
 754   r0 = cadr (cddr (frame));
 755   return frame;
 756 }
 757
 758 SCM
 759 gc_pop_frame ()
 760 {
 761   SCM frame = gc_peek_frame (g_stack);
 762   g_stack = cdr (g_stack);
 763   return frame;
 764 }
 765
 766 SCM
 767 gc_push_frame ()
 768 {
 769   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 770   return g_stack = cons (frame, g_stack);
 771 }
 772
 773 SCM
 774 apply (SCM f, SCM x, SCM a) ///((internal))
 775 {
 776   push_cc (cons (f, x), cell_unspecified, r0, cell_unspecified);
 777   r3 = cell_vm_apply;
 778   return eval_apply ();
 779 }
 780
 781 SCM
 782 append2 (SCM x, SCM y)
 783 {
 784   if (x == cell_nil) return y;
 785   assert (TYPE (x) == PAIR);
 786   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
 787 }
 788
 789 SCM
 790 append (SCM x) ///((arity . n))
 791  {
 792   if (x == cell_nil) return cell_nil;
 793   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
 794   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
 795  }
 796
 797 SCM
 798 cstring_to_list (char const* s)
 799 {
 800   SCM p = cell_nil;
 801   int i = strlen (s);
 802   while (i--)
 803     p = cons (MAKE_CHAR (s[i]), p);
 804   return p;
 805 }
 806
 807 SCM
 808 null_p (SCM x)
 809 {
 810   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
 811 }
 812
 813 SCM
 814 make_symbol_ (SCM s)
 815 {
 816   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
 817   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
 818   g_symbols = cons (x, g_symbols);
 819   return x;
 820 }
 821
 822 SCM
 823 make_symbol (SCM s)
 824 {
 825   SCM x = lookup_symbol_ (s);
 826   return x ? x : make_symbol_ (s);
 827 }
 828
 829 SCM
 830 make_vector (SCM n)
 831 {
 832   int k = VALUE (n);
 833   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
 834   SCM v = alloc (k);
 835   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
 836   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
 837   return x;
 838 }
 839
 840 SCM
 841 arity_ (SCM x)
 842 {
 843   assert (TYPE (x) == FUNCTION);
 844   return MAKE_NUMBER (FUNCTION (x).arity);
 845 }
 846
 847 SCM
 848 values (SCM x) ///((arity . n))
 849 {
 850   SCM v = cons (0, x);
 851   TYPE (v) = VALUES;
 852   return v;
 853 }
 854
 855 SCM
 856 vector_length (SCM x)
 857 {
 858   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 859   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
 860 }
 861
 862 SCM
 863 vector_ref (SCM x, SCM i)
 864 {
 865   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 866   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 867   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
 868   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 869   if (TYPE (e) == CHAR) e = MAKE_CHAR (VALUE (e));
 870   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
 871   return e;
 872 }
 873
 874 SCM
 875 vector_entry (SCM x) {
 876   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = MAKE_REF (x);
 877   return x;
 878 }
 879
 880 SCM
 881 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
 882 {
 883   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 884   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 885   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
 886   return cell_unspecified;
 887 }
 888
 889 SCM
 890 list_to_vector (SCM x)
 891 {
 892   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
 893   SCM v = make_vector (tmp_num);
 894   SCM p = VECTOR (v);
 895   while (x != cell_nil)
 896     {
 897       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
 898       x = cdr (x);
 899     }
 900   return v;
 901 }
 902
 903 SCM
 904 vector_to_list (SCM v)
 905 {
 906   SCM x = cell_nil;
 907   for (int i = 0; i < LENGTH (v); i++) {
 908     SCM e = VECTOR (v)+i;
 909     if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 910     x = append2 (x, cons (e, cell_nil));
 911   }
 912   return x;
 913 }
 914
 915 void
 916 make_tmps (scm* cells)
 917 {
 918   tmp = g_free++;
 919   cells[tmp].type = CHAR;
 920   tmp_num = g_free++;
 921   cells[tmp_num].type = NUMBER;
 922   tmp_num2 = g_free++;
 923   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
 924 }
 925
 926 //\f Jam Collector
 927 SCM g_symbol_max;
 928 bool g_debug = false;
 929
 930 SCM
 931 gc_up_arena ()
 932 {
 933   ARENA_SIZE *= 2;
 934   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 935   if (!p) error (cell_symbol_system_error, cons (MAKE_STRING (cstring_to_list (strerror (errno))), MAKE_NUMBER (g_free)));
 936   g_cells = (scm*)p;
 937   g_cells++;
 938   gc_init_news ();
 939 }
 940
 941 SCM
 942 gc ()
 943 {
 944   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free);
 945   g_free = 1;
 946   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
 947   for (int i=g_free; i<g_symbol_max; i++)
 948     gc_copy (i);
 949   make_tmps (g_news);
 950   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
 951   SCM new = gc_copy (g_stack);
 952   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, g_stack);
 953   g_stack = new;
 954   return gc_loop (1);
 955 }
 956
 957 SCM
 958 gc_loop (SCM scan)
 959 {
 960   while (scan < g_free)
 961     {
 962       if (NTYPE (scan) == CLOSURE
 963           || NTYPE (scan) == CONTINUATION
 964           || NTYPE (scan) == FUNCTION
 965           || NTYPE (scan) == KEYWORD
 966           || NTYPE (scan) == MACRO
 967           || NTYPE (scan) == PAIR
 968           || NTYPE (scan) == REF
 969           || scan == 1 // null
 970           || NTYPE (scan) == SPECIAL
 971           || NTYPE (scan) == STRING
 972           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
 973         {
 974           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
 975           gc_relocate_car (scan, car);
 976         }
 977       if ((NTYPE (scan) == CLOSURE
 978            || NTYPE (scan) == CONTINUATION
 979            || NTYPE (scan) == MACRO
 980            || NTYPE (scan) == PAIR
 981            || NTYPE (scan) == VALUES)
 982           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
 983         {
 984           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
 985           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
 986         }
 987       scan++;
 988     }
 989   return gc_flip ();
 990 }
 991
 992 SCM
 993 gc_copy (SCM old)
 994 {
 995   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
 996   SCM new = g_free++;
 997   g_news[new] = g_cells[old];
 998   if (NTYPE (new) == VECTOR)
 999     {
1000       g_news[new].vector = g_free;
1001       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
1002         g_news[g_free++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
1003     }
1004   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
1005   g_cells[old].car = new;
1006   return new;
1007 }
1008
1009 SCM
1010 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
1011 {
1012   g_news[new].car = car;
1013   return cell_unspecified;
1014 }
1015
1016 SCM
1017 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
1018 {
1019   g_news[new].cdr = cdr;
1020   return cell_unspecified;
1021 }
1022
1023 SCM
1024 gc_flip ()
1025 {
1026   scm *cells = g_cells;
1027   g_cells = g_news;
1028   g_news = cells;
1029   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free);
1030   return g_stack;
1031 }
1032
1033 //\f Environment setup
1034 SCM
1035 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1036 {
1037   return cons (cons (key, value), alist);
1038 }
1039
1040 SCM
1041 gc_init_cells ()
1042 {
1043   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1044   g_cells[0].type = VECTOR;
1045   g_cells[0].length = 1000;
1046   g_cells[0].vector = 0;
1047   g_cells++;
1048   g_cells[0].type = CHAR;
1049   g_cells[0].value = 'c';
1050 }
1051
1052 SCM
1053 gc_init_news ()
1054 {
1055   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1056   g_news[0].type = VECTOR;
1057   g_news[0].length = 1000;
1058   g_news[0].vector = 0;
1059   g_news++;
1060   g_news[0].type = CHAR;
1061   g_news[0].value = 'n';
1062 }
1063
1064 SCM
1065 mes_symbols () ///((internal))
1066 {
1067   gc_init_cells ();
1068   gc_init_news ();
1069
1070 #include "mes.symbols.i"
1071
1072   g_symbol_max = g_free;
1073   make_tmps (g_cells);
1074
1075   g_symbols = 0;
1076   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1077     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1078
1079   SCM a = cell_nil;
1080
1081 #include "mes.symbol-names.i"
1082
1083   a = acons (cell_symbol_mes_version, MAKE_STRING (cstring_to_list (VERSION)), a);
1084   a = acons (cell_symbol_mes_prefix, MAKE_STRING (cstring_to_list (PREFIX)), a);
1085
1086 #if BOOT
1087   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1088 #endif
1089   a = acons (cell_symbol_dot, cell_dot, a);
1090   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1091   a = acons (cell_symbol_call_with_current_continuation, cell_call_with_current_continuation, a);
1092   a = acons (cell_symbol_sc_expand, cell_f, a);
1093   a = acons (cell_closure, a, a);
1094
1095   return a;
1096 }
1097
1098 SCM
1099 mes_builtins (SCM a)
1100 {
1101 #include "mes.i"
1102
1103 #include "lib.i"
1104 #include "math.i"
1105 #include "posix.i"
1106 #include "reader.i"
1107
1108 #include "lib.environment.i"
1109 #include "math.environment.i"
1110 #include "mes.environment.i"
1111 #include "posix.environment.i"
1112 #include "reader.environment.i"
1113
1114   return a;
1115 }
1116
1117 SCM
1118 mes_g_stack (SCM a) ///((internal))
1119 {
1120   r0 = a;
1121   r1 = MAKE_CHAR (0);
1122   r2 = MAKE_CHAR (0);
1123   r3 = MAKE_CHAR (0);
1124   g_stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1125   return r0;
1126 }
1127
1128 SCM
1129 mes_environment () ///((internal))
1130 {
1131   SCM a = mes_symbols ();
1132   return mes_g_stack (a);
1133 }
1134
1135 SCM
1136 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1137 {
1138   return make_cell (tmp_num_ (CLOSURE), cell_f, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1139 }
1140
1141 SCM
1142 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1143 {
1144   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1145   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1146   if (TYPE (m) == MACRO) return MACRO (m);
1147   return cell_f;
1148 }
1149
1150 FILE *g_stdin;
1151 #include "lib.c"
1152 #include "math.c"
1153 #include "posix.c"
1154 #include "reader.c"
1155
1156 int
1157 main (int argc, char *argv[])
1158 {
1159 #if __GNUC__
1160   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1161 #else
1162 #endif
1163   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1164   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes [--dump|--load] < FILE");
1165   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) {puts ("Mes ");puts (VERSION);return 0;};
1166   g_stdin = stdin;
1167   r0 = mes_environment ();
1168
1169   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1170     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1171   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1172
1173   SCM lst = cell_nil;
1174   for (int i=argc; i; i--) lst = cons (MAKE_STRING (cstring_to_list (argv[i-1])), lst);
1175   r0 = acons (cell_symbol_argv, lst, r0);
1176
1177   push_cc (r2, cell_unspecified, r0, cell_unspecified);
1178   r3 = cell_vm_begin;
1179   r1 = eval_apply ();
1180   stderr_ (r1);
1181   fputs ("", stderr);
1182   gc (g_stack);
1183 #if __GNUC__
1184   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free);
1185 #else
1186 #endif
1187   return 0;
1188 }