Support => in cond.
[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 <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 QUASIQUOTE 1
33 #define QUASISYNTAX 0
34 #define ENV_CACHE 0
35 #define FIXED_PRIMITIVES 1
36 #define READER 1
37
38 #if READER
39 int ARENA_SIZE = 1000000;
40 #else
41 int ARENA_SIZE = 100000;
42 #endif
43 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
44 int GC_SAFETY = 100;
45
46 typedef int SCM;
47 enum type_t {CHAR, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, SPECIAL, STRING, SYMBOL, REF, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
48 typedef SCM (*function0_t) (void);
49 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
50 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
51 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
52 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
53 typedef struct function_t {
54   union {
55     function0_t function0;
56     function1_t function1;
57     function2_t function2;
58     function3_t function3;
59     functionn_t functionn;
60   };
61   int arity;
62 } function;
63 struct scm_t;
64 typedef struct scm_t {
65   enum type_t type;
66   union {
67     char const *name;
68     SCM string;
69     SCM car;
70     SCM ref;
71     int length;
72   };
73   union {
74     int value;
75     int function;
76     SCM cdr;
77     SCM macro;
78     SCM vector;
79     int hits;
80   };
81 } scm;
82
83 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
84 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
85 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
86 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
87 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
88 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
89 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
90 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
91 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
92 #if BOOT
93 scm scm_label = {
94   SPECIAL, "label"};
95 #endif
96 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
97
98 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
99 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
100 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
101 scm scm_symbol_define = {SYMBOL, "define"};
102 scm scm_symbol_define_macro = {SYMBOL, "define-macro"};
103 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
104
105 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
106 scm scm_symbol_quasiquote = {SYMBOL, "quasiquote"};
107 scm scm_symbol_unquote = {SYMBOL, "unquote"};
108 scm scm_symbol_unquote_splicing = {SYMBOL, "unquote-splicing"};
109
110 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
111 scm scm_symbol_expand_macro = {SYMBOL, "expand-macro"};
112 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
113 scm scm_symbol_noexpand = {SYMBOL, "noexpand"};
114 scm scm_symbol_syntax = {SYMBOL, "syntax"};
115 scm scm_symbol_quasisyntax = {SYMBOL, "quasisyntax"};
116 scm scm_symbol_unsyntax = {SYMBOL, "unsyntax"};
117 scm scm_symbol_unsyntax_splicing = {SYMBOL, "unsyntax-splicing"};
118
119 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
120 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
121 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
122 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
123
124 scm scm_symbol_the_unquoters = {SYMBOL, "*the-unquoters*"};
125
126 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
127 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
128 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
129 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
130 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
131
132 scm char_eof = {CHAR, .name="*eof*", .value=-1};
133 scm char_nul = {CHAR, .name="nul", .value=0};
134 scm char_backspace = {CHAR, .name="backspace", .value=8};
135 scm char_tab = {CHAR, .name="tab", .value=9};
136 scm char_newline = {CHAR, .name="newline", .value=10};
137 scm char_vt = {CHAR, .name="vt", .value=11};
138 scm char_page = {CHAR, .name="page", .value=12};
139 scm char_return = {CHAR, .name="return", .value=13};
140 scm char_space = {CHAR, .name="space", .value=32};
141
142 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
143 scm *g_cells;
144 scm *g_news = 0;
145
146 #include "mes.symbols.h"
147
148 SCM tmp;
149 SCM tmp_num;
150 SCM tmp_num2;
151 SCM tmp_num3;
152 SCM tmp_num4;
153
154 function functions[200];
155 int g_function = 0;
156
157 SCM g_symbols = 0;
158 SCM stack = 0;
159 SCM r0 = 0; // a/env
160 SCM r1 = 0; // param 1
161 SCM r2 = 0; // param 2
162 SCM r3 = 0; // param 3
163
164 #include "define.h"
165 #include "display.h"
166 #include "lib.h"
167 #include "math.h"
168 #include "mes.h"
169 #include "posix.h"
170 #include "quasiquote.h"
171 #include "reader.h"
172 #include "string.h"
173 #include "type.h"
174
175 #define CAR(x) g_cells[x].car
176 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
177 #define HITS(x) g_cells[x].hits
178 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
179 #define NAME(x) g_cells[x].name
180 #define STRING(x) g_cells[x].string
181 #define TYPE(x) g_cells[x].type
182 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
183 #define REF(x) g_cells[x].ref
184 #define VALUE(x) g_cells[x].value
185 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
186 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
187 #define NCAR(x) g_news[x].car
188 #define NTYPE(x) g_news[x].type
189
190 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
191 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
192 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
193 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
194 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
195 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
196 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
197
198 SCM display_ (FILE* f, SCM x);
199 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
200
201 SCM
202 alloc (int n)
203 {
204   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
205   SCM x = g_free.value;
206   g_free.value += n;
207   return x;
208 }
209
210 SCM
211 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
212 {
213   SCM x = alloc (1);
214   assert (TYPE (type) == NUMBER);
215   TYPE (x) = VALUE (type);
216   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
217     if (car) CAR (x) = CAR (car);
218     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
219   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
220     if (car) CAR (x) = car;
221     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
222   } else {
223     CAR (x) = car;
224     CDR (x) = cdr;
225   }
226   return x;
227 }
228
229 SCM
230 cons (SCM x, SCM y)
231 {
232   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
233   return make_cell (tmp_num, x, y);
234 }
235
236 SCM
237 car (SCM x)
238 {
239   assert (TYPE (x) == PAIR);
240   return CAR (x);
241 }
242
243 SCM
244 cdr (SCM x)
245 {
246   assert (TYPE (x) == PAIR);
247   return CDR (x);
248 }
249
250 SCM
251 eq_p (SCM x, SCM y)
252 {
253   return (x == y
254           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
255                && STRING (x) == STRING (y)))
256           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
257               && VALUE (x) == VALUE (y))
258           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
259               && VALUE (x) == VALUE (y)))
260     ? cell_t : cell_f;
261 }
262
263 SCM
264 set_car_x (SCM x, SCM e)
265 {
266   assert (TYPE (x) == PAIR);
267   CAR (x) = e;
268   return cell_unspecified;
269 }
270
271 SCM
272 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
273 {
274   assert (TYPE (x) == PAIR);
275   CDR (x) = e;
276   return cell_unspecified;
277 }
278
279 SCM
280 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
281 {
282   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
283   return set_cdr_x (p, e);
284 }
285
286 SCM
287 quote (SCM x)
288 {
289   return cons (cell_symbol_quote, x);
290 }
291
292 SCM
293 quasiquote (SCM x)
294 {
295   return cons (cell_symbol_quasiquote, x);
296 }
297
298 SCM
299 quasisyntax (SCM x)
300 {
301   return cons (cell_symbol_quasisyntax, x);
302 }
303
304 SCM
305 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
306 {
307   if (x == cell_nil)
308     return a;
309   if (pair_p (x) == cell_f)
310     return cons (cons (x, y), a);
311   return cons (cons (car (x), car (y)),
312                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
313 }
314
315 SCM
316 assq (SCM x, SCM a)
317 {
318   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
319     {
320       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
321         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
322       a = CDR (a);
323     }
324   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
325 }
326
327 SCM
328 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
329 {
330   x = assq (x, a);
331   if (x == cell_f) return cell_undefined;
332   return cdr (x);
333 }
334
335 SCM
336 assert_defined (SCM x, SCM e)
337 {
338   if (e == cell_undefined)
339     {
340       fprintf (stderr, "eval: unbound variable:");
341       display_ (stderr, x);
342       fprintf (stderr, "\n");
343       assert (!"unbound variable");
344     }
345   return e;
346 }
347
348 SCM
349 vm_evlis_env ()
350 {
351   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
352   if (TYPE (r1) != PAIR) return eval_env (r1, r0);
353   r2 = eval_env (car (r1), r0);
354   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
355   return cons (r2, r1);
356 }
357
358 SCM
359 vm_call_lambda ()
360 {
361   return vm_call (vm_begin_env, r1, cell_undefined, r0);
362 }
363
364 SCM
365 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
366 {
367   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
368   r1 = e;
369   r0 = cl;
370   r2 = a;
371   r3 = aa;
372   return vm_call_lambda ();
373 }
374
375 SCM
376 vm_apply_env ()
377 {
378   if (TYPE (r1) != PAIR)
379     {
380       if (TYPE (r1) == FUNCTION) return call (r1, r2);
381       if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
382         return call_with_values_env (car (r2), cadr (r2), r0);
383       if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
384     }
385   else
386     switch (car (r1))
387       {
388       case cell_symbol_lambda:
389         {
390           SCM args = cadr (r1);
391           SCM body = cddr (r1);
392           SCM p = pairlis (args, r2, r0);
393           return call_lambda (body, p, p, r0);
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           return call_lambda (body, p, aa, r0);
403         }
404 #if BOOT
405       case cell_symbol_label:
406         return apply_env (caddr (r1), r2, cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0));
407 #endif
408       }
409   SCM e = eval_env (r1, r0);
410   char const* type = 0;
411   if (e == cell_f || e == cell_t) type = "bool";
412   if (TYPE (e) == CHAR) type = "char";
413   if (TYPE (e) == NUMBER) type = "number";
414   if (TYPE (e) == STRING) type = "string";
415   if (e == cell_unspecified) type = "*unspecified*";
416   if (e == cell_undefined) type =  "*undefined*";
417   if (type)
418     {
419       fprintf (stderr, "cannot apply: %s: ", type);
420       display_ (stderr, e);
421       fprintf (stderr, " [");
422       display_ (stderr, r1);
423       fprintf (stderr, "]\n");
424       assert (!"cannot apply");
425     }
426   return apply_env (e, r2, r0);
427 }
428
429 SCM
430 vm_eval_env ()
431 {
432   switch (TYPE (r1))
433     {
434     case PAIR:
435       {
436         switch (car (r1))
437           {
438 #if FIXED_PRIMITIVES
439           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
440           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
441           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
442               return cons (CAR (m), CADR (m));}
443           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
444 #endif // FIXED_PRIMITIVES
445           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
446 #if QUASISYNTAX
447           case cell_symbol_syntax: return r1;
448 #endif
449           case cell_symbol_begin: return begin_env (r1, r0);
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: return if_env (cdr (r1), r0);
454 #if !BOOT
455           case cell_symbol_define: return define_env (r1, r0);
456           case cell_symbol_define_macro: return define_env (r1, r0);
457 #endif
458 #if 1 //!BOOT
459           case cell_symbol_set_x: {
460             SCM x = eval_env (caddr (r1), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
461           }
462 #endif
463 #if QUASIQUOTE
464           case cell_symbol_unquote: return eval_env (cadr (r1), r0);
465           case cell_symbol_quasiquote: return eval_quasiquote (cadr (r1), add_unquoters (r0));
466 #endif //QUASIQUOTE
467 #if QUASISYNTAX
468           case cell_symbol_unsyntax: return eval_env (cadr (r1), r0);
469           case cell_symbol_quasisyntax: return eval_quasisyntax (cadr (r1), add_unsyntaxers (r0));
470 #endif //QUASISYNTAX
471           default: {
472             SCM x = expand_macro_env (r1, r0);
473             if (x != r1) return eval_env (x, r0);
474             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
475             return apply_env (car (r1), m, r0);
476           }
477           }
478       }
479     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
480     default: return r1;
481     }
482 }
483
484 SCM
485 vm_expand_macro_env ()
486 {
487   if (TYPE (CAR (r1)) == STRING && string_to_symbol (CAR (r1)) == cell_symbol_noexpand)
488     return cadr (r1);
489
490   SCM macro;
491   SCM expanders;
492   if (TYPE (r1) == PAIR
493       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
494     return apply_env (macro, CDR (r1), r0);
495   else if (TYPE (r1) == PAIR
496            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
497            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
498            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
499     {
500       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_expand_macro, r0);
501       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
502         r1 = apply_env (sc_expand, cons (r1, cell_nil), r0);
503     }
504   return r1;
505 }
506
507 SCM
508 vm_begin_env ()
509 {
510   SCM 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     r = eval_env (car (r1), r0);
523     r1 = CDR (r1);
524   }
525   return r;
526 }
527
528 SCM
529 vm_if_env ()
530 {
531   SCM x = eval_env (car (r1), r0);
532   if (x != cell_f)
533     return eval_env (cadr (r1), r0);
534   if (cddr (r1) != cell_nil)
535     return eval_env (caddr (r1), r0);
536   return cell_unspecified;
537 }
538
539 SCM
540 vm_call_with_values_env ()
541 {
542   SCM v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
543   if (TYPE (v) == VALUES)
544     v = CDR (v);
545   return apply_env (r2, v, r0);
546 }
547
548 SCM
549 call (SCM fn, SCM x)
550 {
551   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
552       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
553     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
554   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
555       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
556     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
557   switch (FUNCTION (fn).arity)
558     {
559     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
560     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
561     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
562     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
563     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
564     }
565   return cell_unspecified;
566 }
567
568 SCM
569 gc_frame (SCM stack)
570 {
571   SCM frame = car (stack);
572   r1 = car (frame);
573   r2 = cadr (frame);
574   r3 = caddr (frame);
575   r0 = cadddr (frame);
576   return frame;
577 }
578
579 SCM
580 gc_stack (SCM a)
581 {
582   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
583   stack = cons (frame, stack);
584   stack = gc (stack);
585   gc_frame (stack);
586   stack = cdr (stack);
587   return stack;
588 }
589
590 SCM
591 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
592 {
593   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
594   stack = cons (frame, stack);
595   r1 = p1;
596   r2 = p2;
597   r0 = a;
598   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
599     gc_stack (stack);
600
601   SCM r = f ();
602   frame = gc_frame (stack);
603   stack = cdr (stack);
604   return r;
605 }
606
607 SCM
608 evlis_env (SCM m, SCM a)
609 {
610   return vm_call (vm_evlis_env, m, cell_undefined, a);
611 }
612
613 SCM
614 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
615 {
616   return vm_call (vm_apply_env, fn, x, a);
617 }
618
619 SCM
620 eval_env (SCM e, SCM a)
621 {
622   return vm_call (vm_eval_env, e, cell_undefined, a);
623 }
624
625 SCM
626 expand_macro_env (SCM e, SCM a)
627 {
628   return vm_call (vm_expand_macro_env, e, cell_undefined, a);
629 }
630
631 SCM
632 begin_env (SCM e, SCM a)
633 {
634   return vm_call (vm_begin_env, e, cell_undefined, a);
635 }
636
637 SCM
638 if_env (SCM e, SCM a)
639 {
640   return vm_call (vm_if_env, e, cell_undefined, a);
641 }
642
643 SCM
644 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
645 {
646   return vm_call (vm_call_with_values_env, producer, consumer, a);
647 }
648
649 SCM
650 append2 (SCM x, SCM y)
651 {
652   if (x == cell_nil) return y;
653   assert (TYPE (x) == PAIR);
654   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
655 }
656
657 SCM
658 append (SCM x) ///((arity . n))
659  {
660   if (x == cell_nil) return cell_nil;
661   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
662  }
663
664 SCM
665 make_char (int x)
666 {
667   g_cells[tmp_num].value = CHAR;
668   g_cells[tmp_num2].value = x;
669   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
670 }
671
672 SCM
673 make_function (SCM name, SCM id, SCM arity)
674 {
675   g_cells[tmp_num3].value = FUNCTION;
676   function *f = (function*)malloc (sizeof (function));
677   f->arity = VALUE (arity);
678   g_cells[tmp_num4].value = (long)f;
679   return make_cell (tmp_num3, name, tmp_num4);
680 }
681
682 SCM
683 make_keyword (SCM s)
684 {
685   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
686   x = x ? x : internal_make_symbol (s);
687   g_cells[tmp_num].value = KEYWORD;
688   return make_cell (tmp_num, STRING (x), 0);
689 }
690
691 SCM
692 make_macro (SCM name, SCM x)
693 {
694   g_cells[tmp_num].value = MACRO;
695   return make_cell (tmp_num, STRING (name), x);
696 }
697
698 SCM
699 make_number (int x)
700 {
701   g_cells[tmp_num].value = NUMBER;
702   g_cells[tmp_num2].value = x;
703   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
704 }
705
706 SCM
707 make_ref (SCM x)
708 {
709   g_cells[tmp_num].value = REF;
710   return make_cell (tmp_num, x, x);
711 }
712
713 SCM
714 make_string (SCM x)
715 {
716   g_cells[tmp_num].value = STRING;
717   return make_cell (tmp_num, x, 0);
718 }
719
720 SCM
721 cstring_to_list (char const* s)
722 {
723   SCM p = cell_nil;
724   int i = strlen (s);
725   while (i--)
726     p = cons (make_char (s[i]), p);
727   return p;
728 }
729
730 SCM
731 null_p (SCM x)
732 {
733   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
734 }
735
736 SCM
737 internal_make_symbol (SCM s)
738 {
739   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
740   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
741   g_symbols = cons (x, g_symbols);
742   return x;
743 }
744
745 SCM
746 make_symbol (SCM s)
747 {
748   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
749   return x ? x : internal_make_symbol (s);
750 }
751
752 SCM
753 make_vector (SCM n)
754 {
755   int k = VALUE (n);
756   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
757   SCM v = alloc (k);
758   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
759   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
760   return x;
761 }
762
763 SCM
764 values (SCM x) ///((arity . n))
765 {
766   SCM v = cons (0, x);
767   TYPE (v) = VALUES;
768   return v;
769 }
770
771 SCM
772 vector_length (SCM x)
773 {
774   assert (TYPE (x) == VECTOR);
775   return make_number (LENGTH (x));
776 }
777
778 SCM
779 vector_ref (SCM x, SCM i)
780 {
781   assert (TYPE (x) == VECTOR);
782   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
783   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
784   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
785   if (TYPE (e) == CHAR) e = make_char (VALUE (e));
786   if (TYPE (e) == NUMBER) e = make_number (VALUE (e));
787   return e;
788 }
789
790 SCM
791 vector_entry (SCM x) {
792   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = make_ref (x);
793   return x;
794 }
795
796 SCM
797 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
798 {
799   assert (TYPE (x) == VECTOR);
800   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
801   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
802   return cell_unspecified;
803 }
804
805 SCM
806 list_to_vector (SCM x)
807 {
808   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
809   SCM v = make_vector (tmp_num);
810   SCM p = VECTOR (v);
811   while (x != cell_nil)
812     {
813       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
814       x = cdr (x);
815     }
816   return v;
817 }
818
819 FILE *g_stdin;
820 int
821 getchar ()
822 {
823   return getc (g_stdin);
824 }
825
826 int
827 ungetchar (int c)
828 {
829   return ungetc (c, g_stdin);
830 }
831
832 int
833 peekchar ()
834 {
835   int c = getchar ();
836   ungetchar (c);
837   return c;
838 }
839
840 SCM
841 peek_byte ()
842 {
843   return make_number (peekchar ());
844 }
845
846 SCM
847 read_byte ()
848 {
849   return make_number (getchar ());
850 }
851
852 SCM
853 unread_byte (SCM i)
854 {
855   return ungetchar (VALUE (i));
856 }
857
858 SCM
859 write_char (SCM x) ///((arity . n))
860 {
861   SCM c = car (x);
862   SCM p = cdr (x);
863   int fd = 1;
864   if (TYPE (p) == PAIR && TYPE (car (p)) == NUMBER) fd = VALUE (car (p));
865   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
866   assert (TYPE (c) == NUMBER || TYPE (c) == CHAR);
867   fputc (VALUE (c), f);
868   return c;
869 }
870
871 SCM
872 symbol_to_list (SCM x)
873 {
874   assert (TYPE (x) == SYMBOL);
875   return STRING (x);
876 }
877
878 SCM
879 char_to_integer (SCM x)
880 {
881   assert (TYPE (x) == CHAR);
882   return make_number (VALUE (x));
883 }
884
885 SCM
886 integer_to_char (SCM x)
887 {
888   assert (TYPE (x) == NUMBER);
889   return make_char (VALUE (x));
890 }
891
892 void
893 make_tmps (scm* cells)
894 {
895   tmp = g_free.value++;
896   cells[tmp].type = CHAR;
897   tmp_num = g_free.value++;
898   cells[tmp_num].type = NUMBER;
899   tmp_num2 = g_free.value++;
900   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
901   tmp_num3 = g_free.value++;
902   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
903   tmp_num4 = g_free.value++;
904   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
905 }
906
907 //\f Jam Collector
908 SCM g_symbol_max;
909 bool g_debug = false;
910
911 SCM
912 gc_up_arena ()
913 {
914   ARENA_SIZE *= 2;
915   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
916   if (!p)
917     {
918       if (g_debug) fprintf (stderr, "cannot up arena: %s: arena=%d\n", strerror (errno), 2*ARENA_SIZE);
919       return cell_unspecified;
920     }
921   g_cells = (scm*)p;
922   g_cells++;
923   gc_init_news ();
924 }
925
926 SCM
927 gc ()
928 {
929   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
930   g_free.value = 1;
931   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
932   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
933     gc_copy (i);
934   make_tmps (g_news);
935   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
936   SCM new = gc_copy (stack);
937   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
938   stack = new;
939   return gc_loop (1);
940 }
941
942 SCM
943 gc_loop (SCM scan)
944 {
945   while (scan < g_free.value)
946     {
947       if (NTYPE (scan) == KEYWORD
948           || NTYPE (scan) == MACRO
949           || NTYPE (scan) == PAIR
950           || NTYPE (scan) == REF
951           || scan == 1 // null
952           || NTYPE (scan) == SPECIAL
953           || NTYPE (scan) == STRING
954           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
955         {
956           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
957           gc_relocate_car (scan, car);
958         }
959       if ((NTYPE (scan) == MACRO
960            || NTYPE (scan) == PAIR
961            || NTYPE (scan) == VALUES)
962           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
963         {
964           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
965           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
966         }
967       scan++;
968     }
969   return gc_flip ();
970 }
971
972 SCM
973 gc_copy (SCM old)
974 {
975   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
976   SCM new = g_free.value++;
977   g_news[new] = g_cells[old];
978   if (NTYPE (new) == VECTOR)
979     {
980       g_news[new].vector = g_free.value;
981       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
982         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
983     }
984   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
985   g_cells[old].car = new;
986   return new;
987 }
988
989 SCM
990 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
991 {
992   g_news[new].car = car;
993   return cell_unspecified;
994 }
995
996 SCM
997 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
998 {
999   g_news[new].cdr = cdr;
1000   return cell_unspecified;
1001 }
1002
1003 SCM
1004 gc_flip ()
1005 {
1006   scm *cells = g_cells;
1007   g_cells = g_news;
1008   g_news = cells;
1009   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
1010   return stack;
1011 }
1012
1013 SCM
1014 gc_show ()
1015 {
1016   fprintf (stderr, "cells: ");
1017   scm *t = g_cells;
1018   display_ (stderr, -1);
1019   fprintf (stderr, "\n");
1020   if (g_news)
1021     {
1022       fprintf (stderr, "news: ");
1023       g_cells = g_news;
1024       display_ (stderr, -1);
1025       fprintf (stderr, "\n");
1026     }
1027   g_cells = t;
1028   return cell_unspecified;
1029 }
1030
1031 //\f Environment setup
1032 SCM
1033 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1034 {
1035   return cons (cons (key, value), alist);
1036 }
1037
1038 SCM
1039 add_environment (SCM a, char const *name, SCM x)
1040 {
1041   return acons (make_symbol (cstring_to_list (name)), x, a);
1042 }
1043
1044 SCM
1045 gc_init_cells ()
1046 {
1047   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1048   g_cells[0].type = VECTOR;
1049   g_cells[0].length = 1000;
1050   g_cells[0].vector = 0;
1051   g_cells++;
1052   g_cells[0].type = CHAR;
1053   g_cells[0].value = 'c';
1054 }
1055
1056 SCM
1057 gc_init_news ()
1058 {
1059   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1060   g_news[0].type = VECTOR;
1061   g_news[0].length = 1000;
1062   g_news[0].vector = 0;
1063   g_news++;
1064   g_news[0].type = CHAR;
1065   g_news[0].value = 'n';
1066 }
1067
1068 SCM
1069 mes_symbols () ///((internal))
1070 {
1071   gc_init_cells ();
1072   gc_init_news ();
1073
1074 #include "mes.symbols.i"
1075
1076   g_symbol_max = g_free.value;
1077   make_tmps (g_cells);
1078
1079   g_symbols = 0;
1080   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1081     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1082
1083   SCM a = cell_nil;
1084
1085 #if BOOT
1086   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1087 #endif
1088   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1089   a = add_environment (a, "sc-expand", cell_f);
1090   a = acons (cell_closure, a, a);
1091
1092   internal_lookup_symbol (cell_nil);
1093
1094   return a;
1095 }
1096
1097 SCM
1098 mes_builtins (SCM a)
1099 {
1100 #include "mes.i"
1101
1102 #include "define.i"
1103 #include "display.i"
1104 #include "lib.i"
1105 #include "math.i"
1106 #include "posix.i"
1107 #include "quasiquote.i"
1108 #include "reader.i"
1109 #include "string.i"
1110 #include "type.i"
1111
1112 #include "define.environment.i"
1113 #include "display.environment.i"
1114 #include "lib.environment.i"
1115 #include "math.environment.i"
1116 #include "mes.environment.i"
1117 #include "posix.environment.i"
1118   //#include "quasiquote.environment.i"
1119 #include "reader.environment.i"
1120 #include "string.environment.i"
1121 #include "type.environment.i"
1122
1123 #if QUASIQUOTE
1124   SCM cell_unquote = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote, a);
1125   SCM cell_unquote_splicing = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote_splicing, a);
1126   SCM the_unquoters = cons (cons (cell_symbol_unquote, cell_unquote),
1127                             cons (cons (cell_symbol_unquote_splicing, cell_unquote_splicing),
1128                                   cell_nil));
1129   a = acons (cell_symbol_the_unquoters, the_unquoters, a);
1130 #endif
1131
1132   a = add_environment (a, "*dot*", cell_dot);
1133   a = add_environment (a, "*foo-bar-baz*", cell_nil); // FIXME: some off-by one?
1134
1135   return a;
1136 }
1137
1138 SCM
1139 mes_stack (SCM a) ///((internal))
1140 {
1141   r0 = a;
1142   r1 = make_char (0);
1143   r2 = make_char (0);
1144   r3 = make_char (0);
1145   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1146   return r0;
1147 }
1148
1149 SCM
1150 mes_environment () ///((internal))
1151 {
1152   SCM a = mes_symbols ();
1153   return mes_stack (a);
1154 }
1155
1156 SCM
1157 make_lambda (SCM args, SCM body)
1158 {
1159   return cons (cell_symbol_lambda, cons (args, body));
1160 }
1161
1162 SCM
1163 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1164 {
1165   return cons (cell_closure, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1166 }
1167
1168 SCM
1169 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1170 {
1171   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1172   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1173   if (macro_p (m) == cell_t) return MACRO (m);
1174   return cell_f;
1175 }
1176
1177 SCM
1178 read_input_file_env_ (SCM e, SCM a)
1179 {
1180   if (e == cell_nil) return e;
1181   return cons (e, read_input_file_env_ (read_env (a), a));
1182 }
1183
1184 SCM
1185 read_input_file_env (SCM a)
1186 {
1187   r0 = a;
1188 #if READER
1189   return read_input_file_env_ (read_env (r0), r0);
1190 #endif
1191   return apply_env (cell_symbol_read_input_file, cell_nil, r0);
1192 }
1193
1194 SCM
1195 load_env (SCM a) ///((internal))
1196 {
1197   r0 =a;
1198 #if !READER
1199   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mes", "r");
1200   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mes", "r");
1201 #endif
1202   if (!g_function) r0 = mes_builtins (r0);
1203   r3 = read_input_file_env (r0);
1204   g_stdin = stdin;
1205   return r3;
1206 }
1207
1208 SCM
1209 bload_env (SCM a) ///((internal))
1210 {
1211   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mo", "r");
1212   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mo", "r");
1213   char *p = (char*)g_cells;
1214   assert (getchar () == 'M');
1215   assert (getchar () == 'E');
1216   assert (getchar () == 'S');
1217   stack = getchar () << 8;
1218   stack += getchar ();
1219   int c = getchar ();
1220   while (c != EOF)
1221     {
1222       *p++ = c;
1223       c = getchar ();
1224     }
1225   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1226   gc_frame (stack);
1227   g_symbols = r1;
1228   g_stdin = stdin;
1229
1230   r0 = mes_builtins (r0);
1231   return r3;
1232 }
1233
1234 int
1235 dump ()
1236 {
1237   r1 = g_symbols;
1238   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1239   stack = cons (frame, stack);
1240   stack = gc (stack);
1241   gc_frame (stack);
1242   char *p = (char*)g_cells;
1243   fputc ('M', stdout);
1244   fputc ('E', stdout);
1245   fputc ('S', stdout);
1246   fputc (stack >> 8, stdout);
1247   fputc (stack % 256, stdout);
1248   for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1249     fputc (*p++, stdout);
1250   return 0;
1251 }
1252
1253 #include "type.c"
1254 #include "define.c"
1255 #include "display.c"
1256 #include "lib.c"
1257 #include "math.c"
1258 #include "posix.c"
1259 #include "quasiquote.c"
1260 #include "reader.c"
1261 #include "string.c"
1262
1263 int
1264 main (int argc, char *argv[])
1265 {
1266   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1267   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1268   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1269   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.3\n");
1270   g_stdin = stdin;
1271   r0 = mes_environment ();
1272   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1273     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1274   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1275   display_ (stderr, begin_env (program, r0));
1276   fputs ("", stderr);
1277   gc (stack);
1278   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1279   return 0;
1280 }