Bugfix assq_ref_cache for running without environment cache.
[mes.git] / 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 <limits.h>
25 #include <stdio.h>
26 #include <string.h>
27 #include <stdlib.h>
28 #include <stdbool.h>
29
30 #define DEBUG 0
31 #define QUASIQUOTE 1
32
33 enum type {CHAR, MACRO, NUMBER, PAIR, SCM, STRING, SYMBOL, REF, VALUES, VECTOR,
34            FUNCTION0, FUNCTION1, FUNCTION2, FUNCTION3, FUNCTIONn};
35 struct scm_t;
36 typedef struct scm_t* (*function0_t) (void);
37 typedef struct scm_t* (*function1_t) (struct scm_t*);
38 typedef struct scm_t* (*function2_t) (struct scm_t*, struct scm_t*);
39 typedef struct scm_t* (*function3_t) (struct scm_t*, struct scm_t*, struct scm_t*);
40 typedef struct scm_t* (*functionn_t) (struct scm_t*);
41
42 typedef struct scm_t {
43   enum type type;
44   union {
45     char const *name;
46     struct scm_t* string;
47     struct scm_t* car;
48     struct scm_t* ref;
49     int length;
50   };
51   union {
52     int value;
53     function0_t function0;
54     function1_t function1;
55     function2_t function2;
56     function3_t function3;
57     functionn_t functionn;
58     struct scm_t* cdr;
59     struct scm_t* macro;
60     struct scm_t* vector;
61     int hits;
62   };
63 } scm;
64
65 #include "define.environment.h"
66 #include "lib.environment.h"
67 #include "math.environment.h"
68 #include "mes.environment.h"
69 #include "quasiquote.environment.h"
70 #include "string.environment.h"
71 #include "type.environment.h"
72
73 scm *display_ (FILE* f, scm *x);
74 scm *display_helper (FILE*, scm*, bool, char const*, bool);
75
76 scm scm_nil = {SCM, "()"};
77 scm scm_dot = {SCM, "."};
78 scm scm_f = {SCM, "#f"};
79 scm scm_t = {SCM, "#t"};
80 scm scm_undefined = {SCM, "*undefined*"};
81 scm scm_unspecified = {SCM, "*unspecified*"};
82 scm scm_closure = {SCM, "*closure*"};
83 scm scm_circular = {SCM, "*circular*"};
84 #if BOOT
85 scm scm_label = {
86   SCM, "label"};
87 #endif
88 scm scm_lambda = {SCM, "lambda"};
89
90 scm symbol_begin = {SCM, "begin"};
91 scm symbol_if = {SCM, "if"};
92 scm symbol_define = {SCM, "define"};
93 scm symbol_define_macro = {SCM, "define-macro"};
94 scm symbol_set_x = {SCM, "set!"};
95
96 scm symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
97 scm symbol_quasiquote = {SYMBOL, "quasiquote"};
98 scm symbol_unquote = {SYMBOL, "unquote"};
99 scm symbol_unquote_splicing = {SYMBOL, "unquote-splicing"};
100
101 scm symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
102 scm symbol_syntax = {SYMBOL, "syntax"};
103 scm symbol_quasisyntax = {SYMBOL, "quasisyntax"};
104 scm symbol_unsyntax = {SYMBOL, "unsyntax"};
105 scm symbol_unsyntax_splicing = {SYMBOL, "unsyntax-splicing"};
106
107 scm symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
108 scm symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
109
110
111 scm char_nul = {CHAR, .name="nul", .value=0};
112 scm char_backspace = {CHAR, .name="backspace", .value=8};
113 scm char_tab = {CHAR, .name="tab", .value=9};
114 scm char_newline = {CHAR, .name="newline", .value=10};
115 scm char_vt = {CHAR, .name="vt", .value=11};
116 scm char_page = {CHAR, .name="page", .value=12};
117 scm char_return = {CHAR, .name="return", .value=13};
118 scm char_space = {CHAR, .name="space", .value=32};
119
120 // PRIMITIVES
121
122 scm *
123 car (scm *x)
124 {
125   assert (x->type == PAIR);
126   return x->car;
127 }
128
129 scm *
130 cdr (scm *x)
131 {
132   assert (x->type == PAIR);
133   return x->cdr;
134 }
135
136 scm *
137 alloc (int n)
138 {
139   return (scm*)malloc (n * sizeof (scm));
140 }
141
142 scm *
143 make_cell (scm *type, scm *car, scm *cdr)
144 {
145   scm *x = alloc (1);
146   assert (type->type == NUMBER);
147   x->type = type->value;
148   if (type->value == CHAR || type->value == NUMBER) {
149     if (car) x->car = car->car;
150     if (cdr) x->cdr = cdr->cdr;
151   } else {
152     x->car = car;
153     x->cdr = cdr;
154   }
155   return x;
156 }
157
158 scm *
159 cons (scm *x, scm *y)
160 {
161   scm t = {NUMBER, .value=PAIR};
162   return make_cell (&t, x, y);
163 }
164
165 scm *
166 eq_p (scm *x, scm *y)
167 {
168   return (x == y
169           || (x->type == CHAR && y->type == CHAR
170               && x->value == y->value)
171           || (x->type == NUMBER && y->type == NUMBER
172               && x->value == y->value))
173     ? &scm_t : &scm_f;
174 }
175
176 scm *
177 set_car_x (scm *x, scm *e)
178 {
179   assert (x->type == PAIR);
180   x->car = e;
181   return &scm_unspecified;
182 }
183
184 scm *
185 set_cdr_x (scm *x, scm *e)
186 {
187   assert (x->type == PAIR);
188   cache_invalidate (x->cdr);
189   x->cdr = e;
190   return &scm_unspecified;
191 }
192
193 scm *
194 set_env_x (scm *x, scm *e, scm *a)
195 {
196   cache_invalidate (x);
197   scm *p = assq (x, a);
198   if (p->type != PAIR)
199     {
200       fprintf (stderr, "set!: unbound variable:");
201       display_ (stderr, x);
202       fprintf (stderr, "\n");
203       assert (!"unbound variable");
204     }
205   return set_cdr_x (p, e);
206 }
207
208 scm *
209 quote (scm *x)
210 {
211   return cons (&symbol_quote, x);
212 }
213
214 scm *
215 quasiquote (scm *x)
216 {
217   return cons (&symbol_quasiquote, x);
218 }
219
220 scm *
221 quasisyntax (scm *x)
222 {
223   return cons (&symbol_quasisyntax, x);
224 }
225
226 scm *
227 pairlis (scm *x, scm *y, scm *a)
228 {
229   if (x == &scm_nil)
230     return a;
231   if (pair_p (x) == &scm_f)
232     return cons (cons (x, y), a);
233   return cons (cons (car (x), car (y)),
234                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
235 }
236
237 scm *
238 assq (scm *x, scm *a)
239 {
240   while (a != &scm_nil && eq_p (x, a->car->car) == &scm_f) a = a->cdr;
241   return a != &scm_nil ? a->car : &scm_f;
242 }
243
244 #define ENV_CACHE 1
245 #define CACHE_SIZE 30
246 #define ENV_HEAD 15
247
248 #if !ENV_CACHE
249 scm *
250 assq_ref_cache (scm *x, scm *a)
251 {
252   x = assq (x, a);
253   if (x == &scm_f) return &scm_undefined;
254   return x->cdr;
255 }
256 scm*cache_invalidate (scm*x){}
257 scm*cache_invalidate_range (scm*p,scm*a){}
258 scm*cache_save (scm*p){}
259 scm*cache_lookup (scm*x){}
260
261 #else // ENV_CACHE
262
263 scm *env_cache_cars[CACHE_SIZE];
264 scm *env_cache_cdrs[CACHE_SIZE];
265 int cache_threshold = 0;
266 scm *
267 cache_save (scm *p)
268 {
269   int n = p->car->hits;
270   if (n < cache_threshold) return &scm_unspecified;
271   int j = -1;
272   for (int i=0; i < CACHE_SIZE; i++) {
273     if (!env_cache_cars[i]) {
274       j = i;
275       break;
276     }
277     if (env_cache_cars[i] == p->car) return &scm_unspecified;
278     if (n > env_cache_cars[i]->hits) {
279       n = env_cache_cars[i]->hits;
280       j = i;
281     }
282   }
283   if (j >= 0) {
284     cache_threshold = p->car->hits;
285     env_cache_cars[j] = p->car;
286     env_cache_cdrs[j] = p->cdr;
287   }
288   return &scm_unspecified;
289 }
290
291 scm *
292 cache_lookup (scm *x)
293 {
294   for (int i=0; i < CACHE_SIZE; i++) {
295     if (!env_cache_cars[i]) break;
296     if (env_cache_cars[i] == x) return env_cache_cdrs[i];
297   }
298   return &scm_undefined;
299 }
300
301 scm *
302 cache_invalidate (scm *x)
303 {
304   for (int i=0; i < CACHE_SIZE; i++) {
305     if (env_cache_cars[i] == x) {
306       env_cache_cars[i] = 0;
307       break;
308     }
309   }
310   return &scm_unspecified;
311 }
312
313 scm *
314 cache_invalidate_range (scm *p, scm *a)
315 {
316   do {
317     cache_invalidate (p->car->car);
318     p = p->cdr;
319   } while (p != a);
320   return &scm_unspecified;
321 }
322
323 scm *
324 assq_ref_cache (scm *x, scm *a)
325 {
326   x->hits++;
327   scm *c = cache_lookup (x);
328   if (c != &scm_undefined) return c;
329   int i = 0;
330   while (a != &scm_nil && x != a->car->car) {i++;a = a->cdr;}
331   if (a == &scm_nil) return &scm_undefined;
332   if (i>ENV_HEAD) cache_save (a->car);
333   return a->car->cdr;
334 }
335 #endif // ENV_CACHE
336
337 scm *
338 evlis_env (scm *m, scm *a)
339 {
340   if (m == &scm_nil) return &scm_nil;
341   if (m->type != PAIR) return builtin_eval (m, a);
342   scm *e = builtin_eval (car (m), a);
343   return cons (e, evlis_env (cdr (m), a));
344 }
345
346 scm *
347 apply_env (scm *fn, scm *x, scm *a)
348 {
349   if (fn->type != PAIR)
350     {
351       if (fn == &scm_car) return x->car->car;
352       if (fn == &scm_cdr) return x->car->cdr;
353       if (builtin_p (fn) == &scm_t)
354         return call (fn, x);
355       if (eq_p (fn, &symbol_call_with_values) == &scm_t)
356         return call (&scm_call_with_values_env, append2 (x, cons (a, &scm_nil)));
357       if (fn == &symbol_current_module) return a;
358     }
359   else if (fn->car == &scm_lambda) {
360     scm *p = pairlis (cadr (fn), x, a);
361     cache_invalidate_range (p, a->cdr);
362     scm *r = begin (cddr (fn), cons (cons (&scm_closure, p), p));
363     cache_invalidate_range (p, a->cdr);
364     return r;
365   }
366   else if (fn->car == &scm_closure) {
367     scm *args = caddr (fn);
368     scm *body = cdddr (fn);
369     a = cdadr (fn);
370     a = cdr (a);
371     scm *p = pairlis (args, x, a);
372     cache_invalidate_range (p, a->cdr);
373     scm *r = begin (body, cons (cons (&scm_closure, p), p));
374     cache_invalidate_range (p, a->cdr);
375     return r;
376   }
377 #if BOOT
378   else if (fn->car == &scm_label)
379     return apply_env (caddr (fn), x, cons (cons (cadr (fn), caddr (fn)), a));
380 #endif
381   scm *efn = builtin_eval (fn, a);
382   if (efn == &scm_f || efn == &scm_t) assert (!"apply bool");
383   if (efn->type == NUMBER) assert (!"apply number");
384   if (efn->type == STRING) assert (!"apply string");
385   return apply_env (efn, x, a);
386 }
387
388 scm *
389 builtin_eval (scm *e, scm *a)
390 {
391   if (builtin_p (e) == &scm_t) return e;
392   if (e->type == SCM) return e;
393
394   e = expand_macro_env (e, a);
395
396   if (e->type == SYMBOL) {
397     scm *y = assq_ref_cache (e, a);
398     if (y == &scm_undefined) {
399       fprintf (stderr, "eval: unbound variable:");
400       display_ (stderr, e);
401       fprintf (stderr, "\n");
402       assert (!"unbound variable");
403     }
404     return y;
405   }
406   else if (e->type != PAIR)
407     return e;
408   else if (e->car->type != PAIR)
409     {
410       if (e->car == &symbol_quote)
411         return cadr (e);
412       if (e->car == &symbol_syntax)
413         return e;
414       if (e->car == &symbol_begin)
415         return begin (e, a);
416       if (e->car == &scm_lambda)
417         return make_closure (cadr (e), cddr (e), assq (&scm_closure, a));
418       if (e->car == &scm_closure)
419         return e;
420       if (e->car == &symbol_if)
421         return builtin_if (cdr (e), a);
422 #if !BOOT
423       if (e->car == &symbol_define)
424         return define (e, a);
425       if (e->car == &symbol_define_macro)
426         return define (e, a);
427 #else
428       if (e->car == &symbol_define) {
429         fprintf (stderr, "C DEFINE: ");
430         display_ (stderr,
431                   e->cdr->car->type == SYMBOL
432                   ? e->cdr->car->string
433                   : e->cdr->car->car->string);
434         fprintf (stderr, "\n");
435       }
436       assert (e->car != &symbol_define);
437       assert (e->car != &symbol_define_macro);
438 #endif
439       if (e->car == &symbol_set_x)
440         return set_env_x (cadr (e), builtin_eval (caddr (e), a), a);
441 #if QUASIQUOTE
442       if (e->car == &symbol_unquote)
443         return builtin_eval (cadr (e), a);
444       if (e->car == &symbol_quasiquote)
445         return eval_quasiquote (cadr (e), add_unquoters (a));
446       if (e->car == &symbol_unsyntax)
447         return builtin_eval (cadr (e), a);
448       if (e->car == &symbol_quasisyntax)
449         return eval_quasisyntax (cadr (e), add_unsyntaxers (a));
450 #endif //QUASIQUOTE
451     }
452   return apply_env (e->car, evlis_env (e->cdr, a), a);
453 }
454
455 scm *
456 expand_macro_env (scm *e, scm *a)
457 {
458   scm *macro;
459   if (e->type == PAIR
460       && (macro = lookup_macro (e->car, a)) != &scm_f)
461     return expand_macro_env (apply_env (macro, e->cdr, a), a);
462   return e;
463 }
464
465 scm *
466 begin (scm *e, scm *a)
467 {
468   scm *r = &scm_unspecified;
469   while (e != &scm_nil) {
470     r = builtin_eval (e->car, a);
471     e = e->cdr;
472   }
473   return r;
474 }
475
476 scm *
477 builtin_if (scm *e, scm *a)
478 {
479   if (builtin_eval (car (e), a) != &scm_f)
480     return builtin_eval (cadr (e), a);
481   if (cddr (e) != &scm_nil)
482     return builtin_eval (caddr (e), a);
483   return &scm_unspecified;
484 }
485
486 //Helpers
487
488 scm *
489 display (scm *x) ///((args . n))
490 {
491   scm *e = car (x);
492   scm *p = cdr (x);
493   int fd = 1;
494   if (p->type == PAIR && p->car->type == NUMBER) fd = p->car->hits;
495   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
496   return display_helper (f, e, false, "", false);
497 }
498
499 scm *
500 display_ (FILE* f, scm *x)
501 {
502   return display_helper (f, x, false, "", false);
503 }
504
505 scm *
506 call (scm *fn, scm *x)
507 {
508   if (fn->type == FUNCTION0)
509     return fn->function0 ();
510   if (x != &scm_nil && x->car->type == VALUES)
511     x = cons (x->car->cdr->car, x->cdr);
512   if (fn->type == FUNCTION1)
513     return fn->function1 (car (x));
514   if (x != &scm_nil && x->cdr->car->type == VALUES)
515     x = cons (x->car, cons (x->cdr->car->cdr->car, x->cdr));
516   if (fn->type == FUNCTION2)
517     return fn->function2 (car (x), cadr (x));
518   if (fn->type == FUNCTION3)
519     return fn->function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
520   if (fn->type == FUNCTIONn)
521     return fn->functionn (x);
522   return &scm_unspecified;
523 }
524
525 scm *
526 append2 (scm *x, scm *y)
527 {
528   if (x == &scm_nil) return y;
529   assert (x->type == PAIR);
530   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
531 }
532
533 scm *
534 append (scm *x) ///((args . n))
535  {
536   if (x == &scm_nil) return &scm_nil;
537   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
538  }
539
540 scm *
541 make_char (int x)
542 {
543   scm t = {NUMBER, .value=CHAR};
544   scm n = {NUMBER, .value=x};  
545   return make_cell (&t, &n, &n);
546 }
547
548 scm *
549 make_macro (scm *name, scm *x)
550 {
551   scm t = {NUMBER, .value=MACRO};
552   return make_cell (&t, name->string, x);
553 }
554
555 scm *
556 make_number (int x)
557 {
558   scm t = {NUMBER, .value=NUMBER};
559   scm n = {NUMBER, .value=x};  
560   return make_cell (&t, &n, &n);
561 }
562
563 scm *
564 make_ref (scm *x)
565 {
566   scm t = {NUMBER, .value=REF};
567   return make_cell (&t, x, x);
568 }
569
570 scm *
571 make_string (scm *x)
572 {
573   scm t = {NUMBER, .value=STRING};
574   return make_cell (&t, x, 0);
575 }
576
577 scm *
578 cstring_to_list (char const* s)
579 {
580   scm *p = &scm_nil;
581   while (s && *s)
582     p = append2 (p, cons (make_char (*s++), &scm_nil));
583   return p;
584 }
585
586 scm *symbols = 0;
587
588 scm *
589 list_of_char_equal_p (scm *a, scm *b)
590 {
591   while (a != &scm_nil && b != &scm_nil && a->car->value == b->car->value) {
592     assert (a->car->type == CHAR);
593     assert (b->car->type == CHAR);
594     a = a->cdr;
595     b = b->cdr;
596   }
597   return (a == &scm_nil && b == &scm_nil) ? &scm_t : &scm_f;
598 }
599
600 scm *
601 internal_lookup_symbol (scm *s)
602 {
603   scm *x = symbols;
604   while (x) {
605     // .string and .name is the same field; .name is used as a handy
606     // static field initializer.  A string can only be mistaken for a
607     // cell with type == PAIR for the one character long, zero-padded
608     // #\etx.
609     if (x->car->string->type != PAIR)
610       x->car->string = cstring_to_list (x->car->name);
611     if (list_of_char_equal_p (x->car->string, s) == &scm_t) break;
612     x = x->cdr;
613   }
614   if (x) x = x->car;
615   return x;
616 }
617
618 scm *
619 internal_make_symbol (scm *s)
620 {
621   scm t = {NUMBER, .value=SYMBOL};
622   scm *x = make_cell (&t, s, 0);
623   symbols = cons (x, symbols);
624   return x;
625 }
626
627 scm *
628 make_symbol (scm *s)
629 {
630   scm *x = internal_lookup_symbol (s);
631   return x ? x : internal_make_symbol (s);
632 }
633
634 scm *
635 make_vector (scm *n)
636 {
637   scm t = {NUMBER, .value=VECTOR};
638   scm *v = alloc (n->value);
639   scm *x = make_cell (&t, (scm*)(long)n->value, v);
640   for (int i=0; i<n->value; i++) x->vector[i] = *vector_entry (&scm_unspecified);
641   return x;
642 }
643
644 scm *
645 values (scm *x) ///((args . n))
646 {
647   scm *v = cons (0, x);
648   v->type = VALUES;
649   return v;
650 }
651
652 scm *
653 call_with_values_env (scm *producer, scm *consumer, scm *a)
654 {
655   scm *v = apply_env (producer, &scm_nil, a);
656   if (v->type == VALUES)
657     v = v->cdr;
658   return apply_env (consumer, v, a);
659 }
660
661 scm *
662 vector_length (scm *x)
663 {
664   assert (x->type == VECTOR);
665   return make_number (x->length);
666 }
667
668 scm *
669 vector_ref (scm *x, scm *i)
670 {
671   assert (x->type == VECTOR);
672   assert (i->value < x->length);
673   scm *e = &x->vector[i->value];
674   if (e->type == REF) e = e->ref;
675   if (e->type == CHAR) e = make_char (e->value);
676   if (e->type == NUMBER) e = make_number (e->value);
677   return e;
678 }
679
680 scm *
681 vector_entry (scm *x) {
682   if (x->type == PAIR || x->type == SCM || x->type == STRING || x->type == SYMBOL || x->type == VECTOR) x = make_ref (x);
683   return x;
684 }
685
686 scm *
687 vector_set_x (scm *x, scm *i, scm *e)
688 {
689   assert (x->type == VECTOR);
690   assert (i->value < x->length);
691   x->vector[i->value] = *vector_entry (e);
692   return &scm_unspecified;
693 }
694
695 scm *
696 lookup (scm *s, scm *a)
697 {
698   if (isdigit (s->car->value) || (s->car->value == '-' && s->cdr != &scm_nil)) {
699     scm *p = s;
700     int sign = 1;
701     if (s->car->value == '-') {
702       sign = -1;
703       p = s->cdr;
704     }
705     int n = 0;
706     while (p != &scm_nil && isdigit (p->car->value)) {
707       n *= 10;
708       n += p->car->value - '0';
709       p = p->cdr;
710     }
711     if (p == &scm_nil) return make_number (n * sign);
712   }
713   
714   scm *x = internal_lookup_symbol (s);
715   if (x) return x;
716
717   if (s->cdr == &scm_nil) {
718     if (s->car->value == '\'') return &symbol_quote;
719     if (s->car->value == '`') return &symbol_quasiquote;
720     if (s->car->value == ',') return &symbol_unquote;
721   }
722   else if (s->cdr->cdr == &scm_nil) {
723     if (s->car->value == ',' && s->cdr->car->value == '@') return &symbol_unquote_splicing;
724     if (s->car->value == '#' && s->cdr->car->value == '\'') return &symbol_syntax;
725     if (s->car->value == '#' && s->cdr->car->value == '`') return &symbol_quasisyntax;
726     if (s->car->value == '#' && s->cdr->car->value == ',') return &symbol_unsyntax;
727   }
728   else if (s->cdr->cdr->cdr == &scm_nil) {
729     if (s->car->value == '#' && s->cdr->car->value == ',' && s->cdr->cdr->car->value == '@') return &symbol_unsyntax_splicing;
730     if (s->car->value == 'E' && s->cdr->car->value == 'O' && s->cdr->cdr->car->value == 'F') {
731       fprintf (stderr, "mes: got EOF\n");
732       return &scm_nil; // `EOF': eval program, which may read stdin
733     }
734   }
735
736   return internal_make_symbol (s);
737 }
738
739 scm *
740 lookup_char (int c, scm *a)
741 {
742   return lookup (cons (make_char (c), &scm_nil), a);
743 }
744
745 scm *
746 list_to_vector (scm *x)
747 {
748   scm n = {NUMBER, .value=length (x)->value};
749   scm *v = make_vector (&n);
750   scm *p = v->vector;
751   while (x != &scm_nil)
752     {
753       *p++ = *vector_entry (car (x));
754       x = cdr (x);
755     }
756   return v;
757 }
758
759 scm *
760 newline (scm *p) ///((args . n))
761 {
762   int fd = 1;
763   if (p->type == PAIR && p->car->type == NUMBER) fd = p->car->value;
764   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
765   fputs ("\n", f);
766   return &scm_unspecified;
767 }
768
769 scm *
770 force_output (scm *p) ///((args . n))
771 {
772   int fd = 1;
773   if (p->type == PAIR && p->car->type == NUMBER) fd = p->car->value;
774   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
775   fflush (f);
776 }
777
778 scm *
779 display_helper (FILE* f, scm *x, bool cont, char const *sep, bool quote)
780 {
781   scm *r;
782   fprintf (f, "%s", sep);
783   if (x->type == CHAR && x->value == char_nul.value) fprintf (f, "#\\%s", char_nul.name);
784   else if (x->type == CHAR && x->value == char_backspace.value) fprintf (f, "#\\%s", char_backspace.name);
785   else if (x->type == CHAR && x->value == char_tab.value) fprintf (f, "#\\%s", char_tab.name);
786   else if (x->type == CHAR && x->value == char_newline.value) fprintf (f, "#\\%s", char_newline.name);
787   else if (x->type == CHAR && x->value == char_vt.value) fprintf (f, "#\\%s", char_vt.name);
788   else if (x->type == CHAR && x->value == char_page.value) fprintf (f, "#\\%s", char_page.name);
789   else if (x->type == CHAR && x->value == char_return.value) fprintf (f, "#\\%s", char_return.name);
790   else if (x->type == CHAR && x->value == char_space.value) fprintf (f, "#\\%s", char_space.name);
791   else if (x->type == CHAR) fprintf (f, "#\\%c", x->value);
792   else if (x->type == MACRO) {
793     fprintf (f, "(*macro* ");
794     display_helper (f, x->macro, cont, sep, quote);
795     fprintf (f, ")");
796   }
797   else if (x->type == NUMBER) fprintf (f, "%d", x->value);
798   else if (x->type == PAIR) {
799     if (car (x) == &scm_circular) {
800       fprintf (f, "(*circ* . #-1#)");
801       return &scm_unspecified;
802     }
803     if (car (x) == &scm_closure) {
804       fprintf (f, "(*closure* . #-1#)");
805       return &scm_unspecified;
806     }
807     if (car (x) == &scm_quote) {
808       fprintf (f, "'");
809       return display_helper (f, car (cdr (x)), cont, "", true);
810     }
811     if (!cont) fprintf (f, "(");
812     display_ (f, car (x));
813     if (cdr (x)->type == PAIR)
814       display_helper (f, cdr (x), true, " ", false);
815     else if (cdr (x) != &scm_nil) {
816       fprintf (f, " . ");
817       display_ (f, cdr (x));
818     }
819     if (!cont) fprintf (f, ")");
820   }
821   else if (x->type == VECTOR) {
822     fprintf (f, "#(", x->length);
823     for (int i = 0; i < x->length; i++) {
824       if (x->vector[i].type == VECTOR
825           || (x->vector[i].type == REF
826               && x->vector[i].ref->type == VECTOR))
827         fprintf (f, "%s#(...)", i ? " " : "");
828       else
829         display_helper (f, &x->vector[i], false, i ? " " : "", false);
830     }
831     fprintf (f, ")");
832   }
833   else if (x->type == REF) display_helper (f, x->ref, cont, "", true);
834   else if (builtin_p (x) == &scm_t) fprintf (f, "#<procedure %s>", x->name);
835   else if (x->type != PAIR && x->string) {
836     scm *p = x->string;
837     assert (p);
838     while (p != &scm_nil) {
839       assert (p->car->type == CHAR);
840       fputc (p->car->value, f);
841       p = p->cdr;
842     }
843   }
844   else if (x->type != PAIR && x->name) fprintf (f, "%s", x->name);
845
846   return &scm_unspecified;
847 }
848
849 // READ
850
851 int
852 ungetchar (int c)
853 {
854   return ungetc (c, stdin);
855 }
856
857 int
858 peekchar ()
859 {
860   int c = getchar ();
861   ungetchar (c);
862   return c;
863 }
864
865 scm *
866 peek_char ()
867 {
868   return make_char (peekchar ());
869 }
870
871 scm *
872 read_char ()
873 {
874   return make_char (getchar ());
875 }
876
877 scm *
878 write_char (scm *x) ///((args . n))
879 {
880   scm *c = car (x);
881   scm *p = cdr (x);
882   int fd = 1;
883   if (p->type == PAIR && p->car->type == NUMBER) fd = p->car->value;
884   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
885   assert (c->type == NUMBER || c->type == CHAR);
886   fputc (c->value, f);
887   return c;
888 }
889
890 scm *
891 unget_char (scm *c)
892 {
893   assert (c->type == NUMBER || c->type == CHAR);
894   ungetchar (c->value);
895   return c;
896 }
897
898 int
899 readcomment (int c)
900 {
901   if (c == '\n') return c;
902   return readcomment (getchar ());
903 }
904
905 int
906 readblock (int c)
907 {
908   if (c == '!' && peekchar () == '#') return getchar ();
909   return readblock (getchar ());
910 }
911
912 scm *
913 readword (int c, scm *w, scm *a)
914 {
915   if (c == EOF && w == &scm_nil) return &scm_nil;
916   if (c == '\n' && w == &scm_nil) return readword (getchar (), w, a);
917   if (c == '\n' && w->car->value == '.' && w->cdr == &scm_nil) return &scm_dot;
918   if (c == EOF || c == '\n') return lookup (w, a);
919   if (c == ' ') return readword ('\n', w, a);
920   if (c == '"' && w == &scm_nil) return readstring ();
921   if (c == '"') {ungetchar (c); return lookup (w, a);}
922   if (c == '(' && w == &scm_nil) return readlist (a);
923   if (c == '(') {ungetchar (c); return lookup (w, a);}
924   if (c == ')' && w == &scm_nil) {ungetchar (c); return &scm_nil;}
925   if (c == ')') {ungetchar (c); return lookup (w, a);}
926   if (c == ',' && peekchar () == '@') {getchar (); return cons (lookup (symbol_unquote_splicing.string, a),
927                                                                    cons (readword (getchar (), w, a),
928                                                                          &scm_nil));}
929   if ((c == '\''
930        || c == '`'
931        || c == ',')
932       && w == &scm_nil) {return cons (lookup_char (c, a),
933                                      cons (readword (getchar (), w, a),
934                                            &scm_nil));}
935   if (c == '#' && peekchar () == ',' && w == &scm_nil) {
936     getchar ();
937     if (peekchar () == '@'){getchar (); return cons (lookup (symbol_unsyntax_splicing.string, a),
938                                                      cons (readword (getchar (), w, a),
939                                                            &scm_nil));}
940     return cons (lookup (symbol_unsyntax.string, a), cons (readword (getchar (), w, a), &scm_nil));
941   }
942   if (c == '#'
943      && (peekchar () == '\''
944          || peekchar () == '`')
945       && w == &scm_nil) {return cons (lookup (cons (make_char ('#'), cons (make_char (getchar ()), &scm_nil)), a),
946                           cons (readword (getchar (), w, a),
947                                 &scm_nil));}
948   if (c == ';') {readcomment (c); return readword ('\n', w, a);}
949   if (c == '#' && peekchar () == 'x') {getchar (); return read_hex ();}
950   if (c == '#' && peekchar () == '\\') {getchar (); return read_character ();}
951   if (c == '#' && w == &scm_nil && peekchar () == '(') {getchar (); return list_to_vector (readlist (a));}
952   if (c == '#' && peekchar () == '(') {ungetchar (c); return lookup (w, a);}
953   if (c == '#' && peekchar () == '!') {getchar (); readblock (getchar ()); return readword (getchar (), w, a);}
954   return readword (getchar (), append2 (w, cons (make_char (c), &scm_nil)), a);
955 }
956
957 scm *
958 read_hex ()
959 {
960   int n = 0;
961   int c = peekchar ();
962   while ((c >= '0' && c <= '9')
963          || (c >= 'A' && c <= 'F')
964          || (c >= 'a' && c <= 'f')) {
965     n <<= 4;
966     if (c >= 'a') n += c - 'a' + 10;
967     else if (c >= 'A') n += c - 'A' + 10;
968     else n+= c - '0';
969     getchar ();
970     c = peekchar ();
971   }
972   return make_number (n);
973 }
974
975 scm *
976 read_character ()
977 {
978   int c = getchar ();
979   if (c >= '0' && c <= '7'
980       && peekchar () >= '0' && peekchar () <= '7') {
981     c = c - '0';
982     while (peekchar () >= '0' && peekchar () <= '7') {
983       c <<= 3;
984       c += getchar () - '0';
985     }
986   }
987   else if (c >= 'a' && c <= 'z'
988       && peekchar () >= 'a' && peekchar () <= 'z') {
989     char buf[10];
990     char *p = buf;
991     *p++ = c;
992     while (peekchar () >= 'a' && peekchar () <= 'z') {
993       *p++ = getchar ();
994     }
995     *p = 0;
996     if (!strcmp (buf, char_nul.name)) c = char_nul.value;
997     else if (!strcmp (buf, char_backspace.name)) c = char_backspace.value;
998     else if (!strcmp (buf, char_tab.name)) c = char_tab.value;
999     else if (!strcmp (buf, char_newline.name)) c = char_newline.value;
1000     else if (!strcmp (buf, char_vt.name)) c = char_vt.value;
1001     else if (!strcmp (buf, char_page.name)) c = char_page.value;
1002     else if (!strcmp (buf, char_return.name)) c = char_return.value;
1003     else if (!strcmp (buf, char_space.name)) c = char_space.value;
1004     else {
1005       fprintf (stderr, "char not supported: %s\n", buf);
1006       assert (!"char not supported");
1007     }
1008   }
1009   return make_char (c);
1010 }
1011
1012 scm *
1013 append_char (scm *x, int i)
1014 {
1015   return append2 (x, cons (make_char (i), &scm_nil));
1016 }
1017
1018 scm *
1019 readstring ()
1020 {
1021   scm *p = &scm_nil;
1022   int c = getchar ();
1023   while (true) {
1024     if (c == '"') break;
1025     if (c == '\\' && peekchar () == '"') p = append_char (p, getchar ());
1026     else if (c == '\\' && peekchar () == 'n') {getchar (); p = append_char (p, '\n');}
1027     else if (c == EOF) assert (!"EOF in string");
1028     else p = append_char (p, c);
1029     c = getchar ();
1030   }
1031   return make_string (p);
1032 }
1033
1034 int
1035 eat_whitespace (int c)
1036 {
1037   while (c == ' ' || c == '\t' || c == '\n') c = getchar ();
1038   if (c == ';') return eat_whitespace (readcomment (c));
1039   if (c == '#' && peekchar () == '!') {getchar (); readblock (getchar ()); return eat_whitespace (getchar ());}
1040   return c;
1041 }
1042
1043 scm *
1044 readlist (scm *a)
1045 {
1046   int c = getchar ();
1047   c = eat_whitespace (c);
1048   if (c == ')') return &scm_nil;
1049   scm *w = readword (c, &scm_nil, a);
1050   if (w == &scm_dot)
1051     return car (readlist (a));
1052   return cons (w, readlist (a));
1053 }
1054
1055 scm *
1056 read_env (scm *a)
1057 {
1058   return readword (getchar (), &scm_nil, a);
1059 }
1060
1061 scm *
1062 add_environment (scm *a, char const *name, scm *x)
1063 {
1064   return cons (cons (make_symbol (cstring_to_list (name)), x), a);
1065 }
1066
1067 scm *
1068 mes_environment () ///((internal))
1069 {
1070   scm *a = &scm_nil;
1071
1072   #include "mes.symbols.i"
1073
1074 #if BOOT
1075   symbols = cons (&scm_label, symbols);
1076   a = cons (cons (&scm_label, &scm_t), a);
1077 #endif
1078
1079 #include "string.environment.i"
1080 #include "math.environment.i"
1081 #include "lib.environment.i"
1082 #include "mes.environment.i"
1083 #include "define.environment.i"
1084 #include "type.environment.i"
1085
1086   a = cons (cons (&scm_closure, a), a);
1087   return a;
1088 }
1089
1090 scm *
1091 make_lambda (scm *args, scm *body)
1092 {
1093   return cons (&scm_lambda, cons (args, body));
1094 }
1095
1096 scm *
1097 make_closure (scm *args, scm *body, scm *a)
1098 {
1099   return cons (&scm_closure, cons (cons (&scm_circular, a), cons (args, body)));
1100 }
1101
1102 scm *
1103 lookup_macro (scm *x, scm *a)
1104 {
1105   if (x->type != SYMBOL) return &scm_f;
1106   scm *m = assq_ref_cache (x, a);
1107   if (macro_p (m) == &scm_t) return m->macro;
1108   return &scm_f;
1109 }
1110
1111 scm *
1112 read_file_env (scm *e, scm *a)
1113 {
1114   if (e == &scm_nil) return e;
1115   return cons (e, read_file_env (read_env (a), a));
1116 }
1117
1118 scm *
1119 load_file_env (scm *a)
1120 {
1121   return begin (read_file_env (read_env (a), a), a);
1122 }
1123
1124 #include "type.c"
1125 #include "define.c"
1126 #include "lib.c"
1127 #include "math.c"
1128 #include "quasiquote.c"
1129 #include "string.c"
1130
1131 int
1132 main (int argc, char *argv[])
1133 {
1134   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1135   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.1\n");
1136   scm *a = mes_environment ();
1137   display_ (stderr, load_file_env (a));
1138   fputs ("", stderr);
1139   return 0;
1140 }