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 }