mes.c

   1 /* -*-comment-start: "//";comment-end:""-*-
   2  * Mes --- Maxwell Equations of Software
   3  * Copyright © 2016 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 #include <assert.h>
  23 #include <ctype.h>
  24 #include <errno.h>
  25 #include <limits.h>
  26 #include <stdio.h>
  27 #include <string.h>
  28 #include <stdlib.h>
  29 #include <stdbool.h>
  30
  31 #define DEBUG 0
  32 #define FIXED_PRIMITIVES 1
  33
  34 int ARENA_SIZE = 100000;
  35 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
  36 int GC_SAFETY = 100;
  37
  38 typedef int SCM;
  39 enum type_t {CHAR, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, SPECIAL, STRING, SYMBOL, REF, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
  40 typedef SCM (*function0_t) (void);
  41 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
  42 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
  43 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
  44 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
  45 typedef struct function_t {
  46   union {
  47     function0_t function0;
  48     function1_t function1;
  49     function2_t function2;
  50     function3_t function3;
  51     functionn_t functionn;
  52   };
  53   int arity;
  54 } function;
  55 struct scm_t;
  56 typedef struct scm_t {
  57   enum type_t type;
  58   union {
  59     char const *name;
  60     SCM string;
  61     SCM car;
  62     SCM ref;
  63     int length;
  64   };
  65   union {
  66     int value;
  67     int function;
  68     SCM cdr;
  69     SCM macro;
  70     SCM vector;
  71     int hits;
  72   };
  73 } scm;
  74
  75 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
  76 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
  77 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
  78 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
  79 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
  80 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
  81 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
  82 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
  83 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
  84 scm scm_label = {SPECIAL, "label"};
  85 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
  86
  87 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
  88 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
  89 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
  90 scm scm_symbol_define = {SYMBOL, "define"};
  91 scm scm_symbol_define_macro = {SYMBOL, "define-macro"};
  92 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
  93
  94 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
  95 scm scm_symbol_quasiquote = {SYMBOL, "quasiquote"};
  96 scm scm_symbol_unquote = {SYMBOL, "unquote"};
  97 scm scm_symbol_unquote_splicing = {SYMBOL, "unquote-splicing"};
  98
  99 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
 100 scm scm_symbol_macro_expand = {SYMBOL, "macro-expand"};
 101 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
 102 scm scm_symbol_noexpand = {SYMBOL, "noexpand"};
 103 scm scm_symbol_syntax = {SYMBOL, "syntax"};
 104 scm scm_symbol_quasisyntax = {SYMBOL, "quasisyntax"};
 105 scm scm_symbol_unsyntax = {SYMBOL, "unsyntax"};
 106 scm scm_symbol_unsyntax_splicing = {SYMBOL, "unsyntax-splicing"};
 107
 108 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
 109 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
 110 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
 111 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
 112
 113 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
 114 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
 115 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
 116 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
 117 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
 118
 119 scm char_eof = {CHAR, .name="*eof*", .value=-1};
 120 scm char_nul = {CHAR, .name="nul", .value=0};
 121 scm char_alarm = {CHAR, .name="alarm", .value=8};
 122 scm char_backspace = {CHAR, .name="backspace", .value=8};
 123 scm char_tab = {CHAR, .name="tab", .value=9};
 124 scm char_newline = {CHAR, .name="newline", .value=10};
 125 scm char_vtab = {CHAR, .name="vtab", .value=11};
 126 scm char_page = {CHAR, .name="page", .value=12};
 127 scm char_return = {CHAR, .name="return", .value=13};
 128 scm char_space = {CHAR, .name="space", .value=32};
 129
 130 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
 131 scm *g_cells;
 132 scm *g_news = 0;
 133
 134 #include "mes.symbols.h"
 135
 136 SCM tmp;
 137 SCM tmp_num;
 138 SCM tmp_num2;
 139 SCM tmp_num3;
 140 SCM tmp_num4;
 141
 142 function functions[200];
 143 int g_function = 0;
 144
 145 SCM g_symbols = 0;
 146 SCM stack = 0;
 147 SCM r0 = 0; // a/env
 148 SCM r1 = 0; // param 1
 149 SCM r2 = 0; // param 2
 150 SCM r3 = 0; // param 3
 151
 152 #include "display.h"
 153 #include "lib.h"
 154 #include "math.h"
 155 #include "mes.h"
 156 #include "posix.h"
 157 #include "reader.h"
 158 #include "string.h"
 159 #include "type.h"
 160
 161 #define CAR(x) g_cells[x].car
 162 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
 163 #define HITS(x) g_cells[x].hits
 164 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
 165 #define NAME(x) g_cells[x].name
 166 #define STRING(x) g_cells[x].string
 167 #define TYPE(x) g_cells[x].type
 168 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
 169 #define REF(x) g_cells[x].ref
 170 #define VALUE(x) g_cells[x].value
 171 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
 172 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
 173 #define NCAR(x) g_news[x].car
 174 #define NTYPE(x) g_news[x].type
 175
 176 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 177 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
 178 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 179 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
 180 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
 181 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
 182 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
 183
 184 #define MAKE_CHAR(n) make_cell (tmp_num_ (CHAR), 0, tmp_num2_ (n))
 185 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
 186
 187 SCM display_ (FILE* f, SCM x);
 188 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
 189
 190 SCM
 191 alloc (int n)
 192 {
 193   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
 194   SCM x = g_free.value;
 195   g_free.value += n;
 196   return x;
 197 }
 198
 199 SCM
 200 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
 201 {
 202   SCM x = alloc (1);
 203   assert (TYPE (type) == NUMBER);
 204   TYPE (x) = VALUE (type);
 205   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
 206     if (car) CAR (x) = CAR (car);
 207     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 208   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
 209     if (car) CAR (x) = car;
 210     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 211   } else {
 212     CAR (x) = car;
 213     CDR (x) = cdr;
 214   }
 215   return x;
 216 }
 217
 218 SCM
 219 cons (SCM x, SCM y)
 220 {
 221   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
 222   return make_cell (tmp_num, x, y);
 223 }
 224
 225 SCM
 226 car (SCM x)
 227 {
 228   assert (TYPE (x) == PAIR);
 229   return CAR (x);
 230 }
 231
 232 SCM
 233 cdr (SCM x)
 234 {
 235   assert (TYPE (x) == PAIR);
 236   return CDR (x);
 237 }
 238
 239 SCM
 240 eq_p (SCM x, SCM y)
 241 {
 242   return (x == y
 243           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
 244                && STRING (x) == STRING (y)))
 245           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
 246               && VALUE (x) == VALUE (y))
 247           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
 248               && VALUE (x) == VALUE (y)))
 249     ? cell_t : cell_f;
 250 }
 251
 252 SCM
 253 set_car_x (SCM x, SCM e)
 254 {
 255   assert (TYPE (x) == PAIR);
 256   CAR (x) = e;
 257   return cell_unspecified;
 258 }
 259
 260 SCM
 261 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
 262 {
 263   assert (TYPE (x) == PAIR);
 264   CDR (x) = e;
 265   return cell_unspecified;
 266 }
 267
 268 SCM
 269 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
 270 {
 271   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
 272   return set_cdr_x (p, e);
 273 }
 274
 275 SCM
 276 quote (SCM x)
 277 {
 278   return cons (cell_symbol_quote, x);
 279 }
 280
 281 SCM
 282 quasiquote (SCM x)
 283 {
 284   return cons (cell_symbol_quasiquote, x);
 285 }
 286
 287 SCM
 288 quasisyntax (SCM x)
 289 {
 290   return cons (cell_symbol_quasisyntax, x);
 291 }
 292
 293 SCM
 294 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
 295 {
 296   if (x == cell_nil)
 297     return a;
 298   if (pair_p (x) == cell_f)
 299     return cons (cons (x, y), a);
 300   return cons (cons (car (x), car (y)),
 301                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
 302 }
 303
 304 SCM
 305 assq (SCM x, SCM a)
 306 {
 307   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
 308     {
 309       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
 310         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
 311       a = CDR (a);
 312     }
 313   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
 314 }
 315
 316 SCM
 317 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
 318 {
 319   x = assq (x, a);
 320   if (x == cell_f) return cell_undefined;
 321   return cdr (x);
 322 }
 323
 324 SCM
 325 assert_defined (SCM x, SCM e)
 326 {
 327   if (e == cell_undefined)
 328     {
 329       fprintf (stderr, "eval: unbound variable:");
 330       display_ (stderr, x);
 331       fprintf (stderr, "\n");
 332       assert (!"unbound variable");
 333     }
 334   return e;
 335 }
 336
 337 enum eval_apply_t {EVLIS, APPLY, EVAL, MACRO_EXPAND, BEGIN, IF, CALL_WITH_VALUES};
 338 enum eval_apply_t g_target;
 339
 340 SCM
 341 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
 342 {
 343   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
 344   r1 = e;
 345   r0 = cl;
 346   r2 = a;
 347   r3 = aa;
 348   return cell_unspecified;
 349 }
 350
 351 SCM
 352 eval_apply ()
 353 {
 354   switch (g_target)
 355     {
 356     case EVLIS: goto evlis;
 357     case APPLY: goto apply;
 358     case EVAL: goto eval;
 359     case MACRO_EXPAND: goto macro_expand;
 360     case BEGIN: goto begin;
 361     case IF: goto label_if;
 362     case CALL_WITH_VALUES: goto call_with_values;
 363     }
 364
 365  evlis:
 366   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
 367   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
 368   r2 = eval_env (car (r1), r0);
 369   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
 370   return cons (r2, r1);
 371
 372  apply:
 373   if (TYPE (r1) != PAIR)
 374     {
 375       if (TYPE (r1) == FUNCTION) return call (r1, r2);
 376       if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
 377         {
 378           r1 = car (r2);
 379           r2 = cadr (r2);
 380           goto call_with_values;
 381         }
 382       if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
 383     }
 384   else
 385     switch (car (r1))
 386       {
 387       case cell_symbol_lambda:
 388         {
 389           SCM args = cadr (r1);
 390           SCM body = cddr (r1);
 391           SCM p = pairlis (args, r2, r0);
 392           call_lambda (body, p, p, r0);
 393           goto begin;
 394         }
 395       case cell_closure:
 396         {
 397           SCM args = caddr (r1);
 398           SCM body = cdddr (r1);
 399           SCM aa = cdadr (r1);
 400           aa = cdr (aa);
 401           SCM p = pairlis (args, r2, aa);
 402           call_lambda (body, p, aa, r0);
 403           goto begin;
 404         }
 405 #if BOOT
 406       case cell_symbol_label:
 407         {
 408           r0 = cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0);
 409           r1 = caddr (r1);
 410           goto apply;
 411         }
 412 #endif
 413       }
 414   SCM e = eval_env (r1, r0);
 415   char const* type = 0;
 416   if (e == cell_f || e == cell_t) type = "bool";
 417   if (TYPE (e) == CHAR) type = "char";
 418   if (TYPE (e) == NUMBER) type = "number";
 419   if (TYPE (e) == STRING) type = "string";
 420   if (e == cell_unspecified) type = "*unspecified*";
 421   if (e == cell_undefined) type =  "*undefined*";
 422   if (type)
 423     {
 424       fprintf (stderr, "cannot apply: %s: ", type);
 425       display_ (stderr, e);
 426       fprintf (stderr, " [");
 427       display_ (stderr, r1);
 428       fprintf (stderr, "]\n");
 429       assert (!"cannot apply");
 430     }
 431   r1 = e;
 432   goto apply;
 433
 434  eval:
 435   switch (TYPE (r1))
 436     {
 437     case PAIR:
 438       {
 439         switch (car (r1))
 440           {
 441 #if FIXED_PRIMITIVES
 442           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
 443           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
 444           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 445               return cons (CAR (m), CADR (m));}
 446           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
 447 #endif // FIXED_PRIMITIVES
 448           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
 449           case cell_symbol_begin: goto begin;
 450           case cell_symbol_lambda:
 451             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
 452           case cell_closure: return r1;
 453           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto label_if;}
 454           case cell_symbol_set_x: {
 455             SCM x = eval_env (caddr (r1), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
 456           }
 457           default: {
 458             SCM x = macro_expand_env (r1, r0);
 459             if (x != r1)
 460               {
 461                 if (TYPE (x) == PAIR)
 462                   {
 463                     set_cdr_x (r1, cdr (x));
 464                     set_car_x (r1, car (x));
 465                   }
 466                 r1 = x;
 467                 goto eval;
 468               }
 469             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 470             r1 = car (r1);
 471             r2 = m;
 472             goto apply;
 473           }
 474           }
 475       }
 476     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
 477     default: return r1;
 478     }
 479
 480  macro_expand:
 481   if (TYPE (CAR (r1)) == STRING && string_to_symbol (CAR (r1)) == cell_symbol_noexpand)
 482     return cadr (r1);
 483
 484   SCM macro;
 485   SCM expanders;
 486   if (TYPE (r1) == PAIR
 487       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
 488     {
 489       r2 = CDR (r1);
 490       r1 = macro;
 491       goto apply;
 492     }
 493   else if (TYPE (r1) == PAIR
 494            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
 495            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
 496            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
 497     {
 498       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
 499       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
 500         {
 501           r2 = cons (r1, cell_nil);
 502           r1 = sc_expand;
 503           goto apply;
 504         }
 505     }
 506   return r1;
 507
 508   SCM r;
 509  begin:
 510   r = cell_unspecified;
 511   while (r1 != cell_nil) {
 512     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
 513       {
 514         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
 515           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
 516         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
 517           {
 518             SCM f = read_input_file_env (r0);
 519             r1 = append2 (f, cdr (r1));
 520           }
 521       }
 522     if (CDR (r1) == cell_nil)
 523       {
 524         r1 = car (r1);
 525         goto eval;
 526       }
 527     r = eval_env (car (r1), r0);
 528     r1 = CDR (r1);
 529   }
 530   return r;
 531
 532   SCM x;
 533  label_if:
 534   x = eval_env (car (r1), r0);
 535   if (x != cell_f)
 536     {
 537       r1 = cadr (r1);
 538       goto eval;
 539     }
 540   if (cddr (r1) != cell_nil)
 541     {
 542       r1 = caddr (r1);
 543       goto eval;
 544     }
 545   return cell_unspecified;
 546
 547   SCM v;
 548  call_with_values:
 549   v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
 550   if (TYPE (v) == VALUES)
 551     v = CDR (v);
 552   r1 = r2;
 553   r2 = v;
 554   goto apply;
 555 }
 556
 557 SCM
 558 call (SCM fn, SCM x)
 559 {
 560   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 561       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
 562     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
 563   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 564       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
 565     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
 566   switch (FUNCTION (fn).arity)
 567     {
 568     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
 569     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
 570     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
 571     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
 572     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
 573     }
 574   return cell_unspecified;
 575 }
 576
 577 SCM
 578 gc_frame (SCM stack)
 579 {
 580   SCM frame = car (stack);
 581   r1 = car (frame);
 582   r2 = cadr (frame);
 583   r3 = caddr (frame);
 584   r0 = cadddr (frame);
 585   return frame;
 586 }
 587
 588 SCM
 589 gc_stack (SCM a)
 590 {
 591   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 592   stack = cons (frame, stack);
 593   stack = gc (stack);
 594   gc_frame (stack);
 595   stack = cdr (stack);
 596   return stack;
 597 }
 598
 599 SCM
 600 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
 601 {
 602   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 603   stack = cons (frame, stack);
 604   r1 = p1;
 605   r2 = p2;
 606   r0 = a;
 607   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
 608     gc_stack (stack);
 609
 610   SCM r = f ();
 611   frame = gc_frame (stack);
 612   stack = cdr (stack);
 613   return r;
 614 }
 615
 616 SCM
 617 evlis_env (SCM m, SCM a)
 618 {
 619   g_target = EVLIS;
 620   return vm_call (eval_apply, m, cell_undefined, a);
 621 }
 622
 623 SCM
 624 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
 625 {
 626   g_target = APPLY;
 627   return vm_call (eval_apply, fn, x, a);
 628 }
 629
 630 SCM
 631 eval_env (SCM e, SCM a)
 632 {
 633   g_target = EVAL;
 634   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 635 }
 636
 637 SCM
 638 macro_expand_env (SCM e, SCM a)
 639 {
 640   g_target = MACRO_EXPAND;
 641   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 642 }
 643
 644 SCM
 645 begin_env (SCM e, SCM a)
 646 {
 647   g_target = BEGIN;
 648   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 649 }
 650
 651 SCM
 652 if_env (SCM e, SCM a)
 653 {
 654   g_target = IF;
 655   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 656 }
 657
 658 SCM
 659 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
 660 {
 661   g_target = CALL_WITH_VALUES;
 662   return vm_call (eval_apply, producer, consumer, a);
 663 }
 664
 665 SCM
 666 append2 (SCM x, SCM y)
 667 {
 668   if (x == cell_nil) return y;
 669   assert (TYPE (x) == PAIR);
 670   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
 671 }
 672
 673 SCM
 674 append (SCM x) ///((arity . n))
 675  {
 676   if (x == cell_nil) return cell_nil;
 677   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
 678   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
 679  }
 680
 681 SCM
 682 tmp_num_ (int x)
 683 {
 684   g_cells[tmp_num].value = x;
 685   return tmp_num;
 686 }
 687
 688 SCM
 689 tmp_num2_ (int x)
 690 {
 691   g_cells[tmp_num2].value = x;
 692   return tmp_num2;
 693 }
 694
 695 SCM
 696 make_ref (SCM x)
 697 {
 698   g_cells[tmp_num].value = REF;
 699   return make_cell (tmp_num, x, x);
 700 }
 701
 702 SCM
 703 make_string (SCM x)
 704 {
 705   g_cells[tmp_num].value = STRING;
 706   return make_cell (tmp_num, x, 0);
 707 }
 708
 709 SCM
 710 cstring_to_list (char const* s)
 711 {
 712   SCM p = cell_nil;
 713   int i = strlen (s);
 714   while (i--)
 715     p = cons (MAKE_CHAR (s[i]), p);
 716   return p;
 717 }
 718
 719 SCM
 720 null_p (SCM x)
 721 {
 722   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
 723 }
 724
 725 SCM
 726 make_symbol_ (SCM s)
 727 {
 728   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
 729   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
 730   g_symbols = cons (x, g_symbols);
 731   return x;
 732 }
 733
 734 SCM
 735 make_symbol (SCM s)
 736 {
 737   SCM x = lookup_symbol_ (s);
 738   return x ? x : make_symbol_ (s);
 739 }
 740
 741 SCM
 742 make_vector (SCM n)
 743 {
 744   int k = VALUE (n);
 745   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
 746   SCM v = alloc (k);
 747   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
 748   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
 749   return x;
 750 }
 751
 752 SCM
 753 values (SCM x) ///((arity . n))
 754 {
 755   SCM v = cons (0, x);
 756   TYPE (v) = VALUES;
 757   return v;
 758 }
 759
 760 SCM
 761 vector_length (SCM x)
 762 {
 763   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 764   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
 765 }
 766
 767 SCM
 768 vector_ref (SCM x, SCM i)
 769 {
 770   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 771   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 772   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
 773   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 774   if (TYPE (e) == CHAR) e = MAKE_CHAR (VALUE (e));
 775   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
 776   return e;
 777 }
 778
 779 SCM
 780 vector_entry (SCM x) {
 781   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = make_ref (x);
 782   return x;
 783 }
 784
 785 SCM
 786 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
 787 {
 788   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 789   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 790   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
 791   return cell_unspecified;
 792 }
 793
 794 SCM
 795 list_to_vector (SCM x)
 796 {
 797   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
 798   SCM v = make_vector (tmp_num);
 799   SCM p = VECTOR (v);
 800   while (x != cell_nil)
 801     {
 802       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
 803       x = cdr (x);
 804     }
 805   return v;
 806 }
 807
 808 FILE *g_stdin;
 809 int
 810 getchar ()
 811 {
 812   return getc (g_stdin);
 813 }
 814
 815 int
 816 ungetchar (int c)
 817 {
 818   return ungetc (c, g_stdin);
 819 }
 820
 821 int
 822 peekchar ()
 823 {
 824   int c = getchar ();
 825   ungetchar (c);
 826   return c;
 827 }
 828
 829 SCM
 830 peek_byte ()
 831 {
 832   return MAKE_NUMBER (peekchar ());
 833 }
 834
 835 SCM
 836 read_byte ()
 837 {
 838   return MAKE_NUMBER (getchar ());
 839 }
 840
 841 SCM
 842 unread_byte (SCM i)
 843 {
 844   ungetchar (VALUE (i));
 845   return i;
 846 }
 847
 848 SCM
 849 write_char (SCM x) ///((arity . n))
 850 {
 851   SCM c = car (x);
 852   SCM p = cdr (x);
 853   int fd = 1;
 854   if (TYPE (p) == PAIR && TYPE (car (p)) == NUMBER) fd = VALUE (car (p));
 855   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
 856   assert (TYPE (c) == NUMBER || TYPE (c) == CHAR);
 857   fputc (VALUE (c), f);
 858   return c;
 859 }
 860
 861 SCM
 862 symbol_to_list (SCM x)
 863 {
 864   assert (TYPE (x) == SYMBOL);
 865   return STRING (x);
 866 }
 867
 868 SCM
 869 char_to_integer (SCM x)
 870 {
 871   assert (TYPE (x) == CHAR);
 872   return MAKE_NUMBER (VALUE (x));
 873 }
 874
 875 SCM
 876 integer_to_char (SCM x)
 877 {
 878   assert (TYPE (x) == NUMBER);
 879   return MAKE_CHAR (VALUE (x));
 880 }
 881
 882 void
 883 make_tmps (scm* cells)
 884 {
 885   tmp = g_free.value++;
 886   cells[tmp].type = CHAR;
 887   tmp_num = g_free.value++;
 888   cells[tmp_num].type = NUMBER;
 889   tmp_num2 = g_free.value++;
 890   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
 891   tmp_num3 = g_free.value++;
 892   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
 893   tmp_num4 = g_free.value++;
 894   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
 895 }
 896
 897 //\f Jam Collector
 898 SCM g_symbol_max;
 899 bool g_debug = false;
 900
 901 SCM
 902 gc_up_arena ()
 903 {
 904   ARENA_SIZE *= 2;
 905   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 906   if (!p)
 907     {
 908       if (g_debug) fprintf (stderr, "cannot up arena: %s: arena=%d\n", strerror (errno), 2*ARENA_SIZE);
 909       return cell_unspecified;
 910     }
 911   g_cells = (scm*)p;
 912   g_cells++;
 913   gc_init_news ();
 914 }
 915
 916 SCM
 917 gc ()
 918 {
 919   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
 920   g_free.value = 1;
 921   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
 922   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
 923     gc_copy (i);
 924   make_tmps (g_news);
 925   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
 926   SCM new = gc_copy (stack);
 927   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
 928   stack = new;
 929   return gc_loop (1);
 930 }
 931
 932 SCM
 933 gc_loop (SCM scan)
 934 {
 935   while (scan < g_free.value)
 936     {
 937       if (NTYPE (scan) == KEYWORD
 938           || NTYPE (scan) == MACRO
 939           || NTYPE (scan) == PAIR
 940           || NTYPE (scan) == REF
 941           || scan == 1 // null
 942           || NTYPE (scan) == SPECIAL
 943           || NTYPE (scan) == STRING
 944           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
 945         {
 946           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
 947           gc_relocate_car (scan, car);
 948         }
 949       if ((NTYPE (scan) == MACRO
 950            || NTYPE (scan) == PAIR
 951            || NTYPE (scan) == VALUES)
 952           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
 953         {
 954           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
 955           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
 956         }
 957       scan++;
 958     }
 959   return gc_flip ();
 960 }
 961
 962 SCM
 963 gc_copy (SCM old)
 964 {
 965   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
 966   SCM new = g_free.value++;
 967   g_news[new] = g_cells[old];
 968   if (NTYPE (new) == VECTOR)
 969     {
 970       g_news[new].vector = g_free.value;
 971       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
 972         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
 973     }
 974   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
 975   g_cells[old].car = new;
 976   return new;
 977 }
 978
 979 SCM
 980 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
 981 {
 982   g_news[new].car = car;
 983   return cell_unspecified;
 984 }
 985
 986 SCM
 987 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
 988 {
 989   g_news[new].cdr = cdr;
 990   return cell_unspecified;
 991 }
 992
 993 SCM
 994 gc_flip ()
 995 {
 996   scm *cells = g_cells;
 997   g_cells = g_news;
 998   g_news = cells;
 999   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
1000   return stack;
1001 }
1002
1003 SCM
1004 gc_show ()
1005 {
1006   fprintf (stderr, "cells: ");
1007   scm *t = g_cells;
1008   display_ (stderr, -1);
1009   fprintf (stderr, "\n");
1010   if (g_news)
1011     {
1012       fprintf (stderr, "news: ");
1013       g_cells = g_news;
1014       display_ (stderr, -1);
1015       fprintf (stderr, "\n");
1016     }
1017   g_cells = t;
1018   return cell_unspecified;
1019 }
1020
1021 //\f Environment setup
1022 SCM
1023 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1024 {
1025   return cons (cons (key, value), alist);
1026 }
1027
1028 SCM
1029 add_environment (SCM a, char const *name, SCM x)
1030 {
1031   return acons (make_symbol (cstring_to_list (name)), x, a);
1032 }
1033
1034 SCM
1035 gc_init_cells ()
1036 {
1037   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1038   g_cells[0].type = VECTOR;
1039   g_cells[0].length = 1000;
1040   g_cells[0].vector = 0;
1041   g_cells++;
1042   g_cells[0].type = CHAR;
1043   g_cells[0].value = 'c';
1044 }
1045
1046 SCM
1047 gc_init_news ()
1048 {
1049   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1050   g_news[0].type = VECTOR;
1051   g_news[0].length = 1000;
1052   g_news[0].vector = 0;
1053   g_news++;
1054   g_news[0].type = CHAR;
1055   g_news[0].value = 'n';
1056 }
1057
1058 SCM
1059 mes_symbols () ///((internal))
1060 {
1061   gc_init_cells ();
1062   gc_init_news ();
1063
1064 #include "mes.symbols.i"
1065
1066   g_symbol_max = g_free.value;
1067   make_tmps (g_cells);
1068
1069   g_symbols = 0;
1070   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1071     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1072
1073   SCM a = cell_nil;
1074
1075 #include "mes.symbol-names.i"
1076
1077 #if BOOT
1078   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1079 #endif
1080   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1081   a = add_environment (a, "sc-expand", cell_f);
1082   a = acons (cell_closure, a, a);
1083
1084   return a;
1085 }
1086
1087 SCM
1088 mes_builtins (SCM a)
1089 {
1090 #include "mes.i"
1091
1092 #include "display.i"
1093 #include "lib.i"
1094 #include "math.i"
1095 #include "posix.i"
1096 #include "reader.i"
1097 #include "string.i"
1098 #include "type.i"
1099
1100 #include "display.environment.i"
1101 #include "lib.environment.i"
1102 #include "math.environment.i"
1103 #include "mes.environment.i"
1104 #include "posix.environment.i"
1105 #include "reader.environment.i"
1106 #include "string.environment.i"
1107 #include "type.environment.i"
1108
1109   a = add_environment (a, "*dot*", cell_dot);
1110   a = add_environment (a, "*foo-bar-baz*", cell_nil); // FIXME: some off-by one?
1111
1112   return a;
1113 }
1114
1115 SCM
1116 mes_stack (SCM a) ///((internal))
1117 {
1118   r0 = a;
1119   r1 = MAKE_CHAR (0);
1120   r2 = MAKE_CHAR (0);
1121   r3 = MAKE_CHAR (0);
1122   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1123   return r0;
1124 }
1125
1126 SCM
1127 mes_environment () ///((internal))
1128 {
1129   SCM a = mes_symbols ();
1130   return mes_stack (a);
1131 }
1132
1133 SCM
1134 make_lambda (SCM args, SCM body)
1135 {
1136   return cons (cell_symbol_lambda, cons (args, body));
1137 }
1138
1139 SCM
1140 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1141 {
1142   return cons (cell_closure, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1143 }
1144
1145 SCM
1146 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1147 {
1148   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1149   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1150   if (macro_p (m) == cell_t) return MACRO (m);
1151   return cell_f;
1152 }
1153
1154 SCM
1155 read_input_file_env_ (SCM e, SCM a)
1156 {
1157   if (e == cell_nil) return e;
1158   return cons (e, read_input_file_env_ (read_env (a), a));
1159 }
1160
1161 SCM
1162 read_input_file_env (SCM a)
1163 {
1164   r0 = a;
1165   if (assq_ref_cache (cell_symbol_read_input_file, r0) != cell_undefined)
1166     return apply_env (cell_symbol_read_input_file, cell_nil, r0);
1167   return read_input_file_env_ (read_env (r0), r0);
1168 }
1169
1170 SCM
1171 load_env (SCM a) ///((internal))
1172 {
1173   r0 =a;
1174   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mes", "r");
1175   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mes", "r");
1176   if (!g_function) r0 = mes_builtins (r0);
1177   r3 = read_input_file_env (r0);
1178   g_stdin = stdin;
1179   return r3;
1180 }
1181
1182 SCM
1183 bload_env (SCM a) ///((internal))
1184 {
1185   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mo", "r");
1186   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mo", "r");
1187   char *p = (char*)g_cells;
1188   assert (getchar () == 'M');
1189   assert (getchar () == 'E');
1190   assert (getchar () == 'S');
1191   stack = getchar () << 8;
1192   stack += getchar ();
1193   int c = getchar ();
1194   while (c != EOF)
1195     {
1196       *p++ = c;
1197       c = getchar ();
1198     }
1199   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1200   gc_frame (stack);
1201   g_symbols = r1;
1202   g_stdin = stdin;
1203
1204   r0 = mes_builtins (r0);
1205   return r3;
1206 }
1207
1208 int
1209 dump ()
1210 {
1211   r1 = g_symbols;
1212   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1213   stack = cons (frame, stack);
1214   stack = gc (stack);
1215   gc_frame (stack);
1216   char *p = (char*)g_cells;
1217   fputc ('M', stdout);
1218   fputc ('E', stdout);
1219   fputc ('S', stdout);
1220   fputc (stack >> 8, stdout);
1221   fputc (stack % 256, stdout);
1222   for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1223     fputc (*p++, stdout);
1224   return 0;
1225 }
1226
1227 #include "type.c"
1228 #include "display.c"
1229 #include "lib.c"
1230 #include "math.c"
1231 #include "posix.c"
1232 #include "reader.c"
1233 #include "string.c"
1234
1235 int
1236 main (int argc, char *argv[])
1237 {
1238   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1239   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1240   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1241   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.3\n");
1242   g_stdin = stdin;
1243   r0 = mes_environment ();
1244   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1245     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1246   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1247   display_ (stderr, begin_env (program, r0));
1248   fputs ("", stderr);
1249   gc (stack);
1250   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1251   return 0;
1252 }