core: Uniformize calling of apply.
[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 FIXED_PRIMITIVES 1
33
34 int ARENA_SIZE = 100000;
35 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
36 int GC_SAFETY = 100;
37
38 typedef int SCM;
39 enum type_t {CHAR, CLOSURE, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, REF, SPECIAL, STRING, SYMBOL, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
40 typedef SCM (*function0_t) (void);
41 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
42 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
43 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
44 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
45 typedef struct function_t {
46   union {
47     function0_t function0;
48     function1_t function1;
49     function2_t function2;
50     function3_t function3;
51     functionn_t functionn;
52   };
53   int arity;
54 } function;
55 struct scm_t;
56 typedef struct scm_t {
57   enum type_t type;
58   union {
59     char const *name;
60     SCM string;
61     SCM car;
62     SCM ref;
63     int length;
64   };
65   union {
66     int value;
67     int function;
68     SCM cdr;
69     SCM closure;
70     SCM macro;
71     SCM vector;
72     int hits;
73   };
74 } scm;
75
76 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
77 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
78 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
79 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
80 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
81 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
82 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
83 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
84 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
85 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
86
87 scm scm_symbol_dot = {SYMBOL, "*dot*"};
88 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
89 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
90 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
91 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
92
93 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
94
95 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
96 scm scm_symbol_macro_expand = {SYMBOL, "macro-expand"};
97 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
98
99 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
100 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
101 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
102 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
103 scm scm_symbol_write = {SYMBOL, "write"};
104 scm scm_symbol_display = {SYMBOL, "display"};
105
106 scm scm_symbol_mes_version = {SYMBOL, "%version"};
107 scm scm_symbol_mes_prefix = {SYMBOL, "%prefix"};
108
109 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
110 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
111 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
112 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
113 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
114
115 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
116 scm *g_cells;
117 scm *g_news = 0;
118
119 #include "mes.symbols.h"
120
121 SCM tmp;
122 SCM tmp_num;
123 SCM tmp_num2;
124 SCM tmp_num3;
125 SCM tmp_num4;
126
127 function functions[200];
128 int g_function = 0;
129
130 SCM g_symbols = 0;
131 SCM g_stack = 0;
132 SCM r0 = 0; // a/env
133 SCM r1 = 0; // param 1
134 SCM r2 = 0; // save 2+load/dump
135
136 #include "lib.h"
137 #include "math.h"
138 #include "mes.h"
139 #include "posix.h"
140 #include "reader.h"
141
142 #define CAR(x) g_cells[x].car
143 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
144 #define HITS(x) g_cells[x].hits
145 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
146 #define NAME(x) g_cells[x].name
147 #define STRING(x) g_cells[x].string
148 #define TYPE(x) g_cells[x].type
149 #define CLOSURE(x) g_cells[x].closure
150 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
151 #define REF(x) g_cells[x].ref
152 #define VALUE(x) g_cells[x].value
153 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
154 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
155 #define NCAR(x) g_news[x].car
156 #define NTYPE(x) g_news[x].type
157
158 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
159 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
160 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
161 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
162 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
163 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
164 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
165
166 #define MAKE_CHAR(n) make_cell (tmp_num_ (CHAR), 0, tmp_num2_ (n))
167 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
168 #define MAKE_REF(n) make_cell (tmp_num_ (REF), n, 0)
169 #define MAKE_STRING(x) make_cell (tmp_num_ (STRING), x, 0)
170
171 int error (char const* msg, SCM x);
172 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM a);
173
174 SCM
175 tmp_num_ (int x)
176 {
177   g_cells[tmp_num].value = x;
178   return tmp_num;
179 }
180
181 SCM
182 tmp_num2_ (int x)
183 {
184   g_cells[tmp_num2].value = x;
185   return tmp_num2;
186 }
187
188 SCM
189 alloc (int n)
190 {
191   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
192   SCM x = g_free.value;
193   g_free.value += n;
194   return x;
195 }
196
197 SCM
198 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
199 {
200   SCM x = alloc (1);
201   assert (TYPE (type) == NUMBER);
202   TYPE (x) = VALUE (type);
203   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
204     if (car) CAR (x) = CAR (car);
205     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
206   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
207     if (car) CAR (x) = car;
208     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
209   } else {
210     CAR (x) = car;
211     CDR (x) = cdr;
212   }
213   return x;
214 }
215
216 SCM
217 cons (SCM x, SCM y)
218 {
219   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
220   return make_cell (tmp_num, x, y);
221 }
222
223 SCM
224 car (SCM x)
225 {
226   if (TYPE (x) != PAIR) error ("car: not pair: ", x);
227   return CAR (x);
228 }
229
230 SCM
231 cdr (SCM x)
232 {
233   if (TYPE (x) != PAIR) error ("cdr: not pair: ", x);
234   return CDR (x);
235 }
236
237 SCM
238 type_ (SCM x)
239 {
240   return MAKE_NUMBER (TYPE (x));
241 }
242
243 SCM
244 car_ (SCM x)
245 {
246   return (TYPE (CAR (x)) == PAIR
247           || TYPE (CAR (x)) == REF
248           || TYPE (CAR (x)) == SYMBOL
249           || TYPE (CAR (x)) == STRING) ? CAR (x) : MAKE_NUMBER (CAR (x));
250 }
251
252 SCM
253 cdr_ (SCM x)
254 {
255   return (TYPE (CDR (x)) == PAIR
256           || TYPE (CDR (x)) == REF
257           || TYPE (CDR (x)) == SYMBOL
258           || TYPE (CDR (x)) == STRING) ? CDR (x) : MAKE_NUMBER (CDR (x));
259 }
260
261 SCM
262 eq_p (SCM x, SCM y)
263 {
264   return (x == y
265           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
266                && STRING (x) == STRING (y)))
267           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
268               && VALUE (x) == VALUE (y))
269           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
270               && VALUE (x) == VALUE (y)))
271     ? cell_t : cell_f;
272 }
273
274 SCM
275 set_car_x (SCM x, SCM e)
276 {
277   assert (TYPE (x) == PAIR);
278   CAR (x) = e;
279   return cell_unspecified;
280 }
281
282 SCM
283 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
284 {
285   if (TYPE (x) != PAIR) error ("set-cdr!: not pair: ", x);
286   CDR (x) = e;
287   return cell_unspecified;
288 }
289
290 SCM
291 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
292 {
293   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
294   if (TYPE (p) != PAIR) error ("set-env!: not pair: ", x);
295   return set_cdr_x (p, e);
296 }
297
298 SCM
299 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
300 {
301   if (x == cell_nil)
302     return a;
303   if (TYPE (x) != PAIR)
304     return cons (cons (x, y), a);
305   return cons (cons (car (x), car (y)),
306                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
307 }
308
309 SCM
310 assq (SCM x, SCM a)
311 {
312   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f) a = CDR (a);
313   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
314 }
315
316 SCM
317 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
318 {
319   x = assq (x, a);
320   if (x == cell_f) return cell_undefined;
321   return cdr (x);
322 }
323
324 enum eval_apply_t {EVLIS, APPLY, EVAL, MACRO_EXPAND, BEGIN, IF, CALL_WITH_VALUES};
325 enum eval_apply_t g_target;
326
327 SCM
328 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
329 {
330   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
331   r1 = e;
332   r0 = cl;
333   return cell_unspecified;
334 }
335
336 SCM
337 eval_apply ()
338 {
339   switch (g_target)
340     {
341     case EVLIS: goto evlis;
342     case APPLY: goto apply;
343     case EVAL: goto eval;
344     case MACRO_EXPAND: goto macro_expand;
345     case BEGIN: goto begin;
346     case IF: goto label_if;
347     case CALL_WITH_VALUES: goto call_with_values;
348     }
349
350  evlis:
351   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
352   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
353   r2 = eval_env (car (r1), r0);
354   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
355   return cons (r2, r1);
356
357  apply:
358   switch (TYPE (car (r1)))
359     {
360     case FUNCTION: {
361       check_formals (car (r1), MAKE_NUMBER (FUNCTION (car (r1)).arity), cdr (r1));
362       return call (car (r1), cdr (r1));
363     }
364     case CLOSURE:
365       {
366         SCM cl = CLOSURE (car (r1));
367         SCM formals = cadr (cl);
368         SCM body = cddr (cl);
369         SCM aa = cdar (cl);
370         aa = cdr (aa);
371         check_formals (car (r1), formals, cdr (r1));
372         SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), aa);
373         call_lambda (body, p, aa, r0);
374         goto begin;
375       }
376     case SYMBOL:
377       {
378         if (car (r1) == cell_symbol_call_with_values)
379           {
380             r1 = cdr (r1);
381             goto call_with_values;
382           }
383         if (car (r1) == cell_symbol_current_module) return r0;
384         break;
385       }
386     case PAIR:
387       {
388         switch (caar (r1))
389           {
390           case cell_symbol_lambda:
391             {
392               SCM formals = cadr (car (r1));
393               SCM body = cddr (car (r1));
394               SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), r0);
395               check_formals (r1, formals, cdr (r1));
396               call_lambda (body, p, p, r0);
397               goto begin;
398             }
399           }
400       }
401     }
402   SCM e = eval_env (car (r1), r0);
403   check_apply (e, car (r1));
404   r1 = cons (e, cdr (r1));
405   goto apply;
406
407  eval:
408   switch (TYPE (r1))
409     {
410     case PAIR:
411       {
412         switch (car (r1))
413           {
414 #if FIXED_PRIMITIVES
415           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
416           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
417           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
418               return cons (CAR (m), CADR (m));}
419           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
420 #endif // FIXED_PRIMITIVES
421           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
422           case cell_symbol_begin: goto begin;
423           case cell_symbol_lambda:
424             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
425           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto label_if;}
426           case cell_symbol_set_x: {
427             SCM x = eval_env (car (cddr (r1)), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
428           }
429           default: {
430             SCM x = macro_expand_env (r1, r0);
431             if (x != r1)
432               {
433                 if (TYPE (x) == PAIR)
434                   {
435                     set_cdr_x (r1, cdr (x));
436                     set_car_x (r1, car (x));
437                   }
438                 r1 = x;
439                 goto eval;
440               }
441             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
442             r1 = cons (car (r1), m);
443             goto apply;
444           }
445           }
446       }
447     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
448     default: return r1;
449     }
450
451   SCM macro;
452   SCM expanders;
453  macro_expand:
454   if (TYPE (r1) == PAIR
455       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
456     {
457       r1 = cons (macro, CDR (r1));
458       goto apply;
459     }
460   else if (TYPE (r1) == PAIR
461            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
462            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
463            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
464     {
465       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
466       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
467         {
468           r1 = cons (sc_expand, cons (r1, cell_nil));
469           goto apply;
470         }
471     }
472   return r1;
473
474   SCM r;
475  begin:
476   r = cell_unspecified;
477   while (r1 != cell_nil) {
478     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
479       {
480         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
481           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
482         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
483           {
484             SCM f = read_input_file_env (r0);
485             r1 = append2 (f, cdr (r1));
486           }
487       }
488     if (CDR (r1) == cell_nil)
489       {
490         r1 = car (r1);
491         goto eval;
492       }
493     r = eval_env (car (r1), r0);
494     r1 = CDR (r1);
495   }
496   return r;
497
498   SCM x;
499  label_if:
500   x = eval_env (car (r1), r0);
501   if (x != cell_f)
502     {
503       r1 = cadr (r1);
504       goto eval;
505     }
506   if (cddr (r1) != cell_nil)
507     {
508       r1 = car (cddr (r1));
509       goto eval;
510     }
511   return cell_unspecified;
512
513   SCM v;
514  call_with_values:
515   v = apply_env (car (r1), cell_nil, r0);
516   if (TYPE (v) == VALUES)
517     v = CDR (v);
518   r1 = cons (cadr (r1), v);
519   goto apply;
520 }
521
522 SCM
523 call (SCM fn, SCM x)
524 {
525   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
526       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
527     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
528   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
529       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
530     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
531   switch (FUNCTION (fn).arity)
532     {
533     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
534     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
535     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
536     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), car (cddr (x)));
537     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
538     }
539
540   return cell_unspecified;
541 }
542
543 SCM
544 gc_peek_frame ()
545 {
546   SCM frame = car (g_stack);
547   r1 = car (frame);
548   r2 = cadr (frame);
549   r0 = cadr (cddr (frame));
550   return frame;
551 }
552
553 SCM
554 gc_pop_frame ()
555 {
556   SCM frame = gc_peek_frame (g_stack);
557   g_stack = cdr (g_stack);
558   return frame;
559 }
560
561 SCM
562 gc_push_frame ()
563 {
564   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r0, cell_nil)));
565   return g_stack = cons (frame, g_stack);
566 }
567
568 SCM
569 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM a)
570 {
571   gc_push_frame ();
572   r1 = p1;
573   r0 = a;
574   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
575     gc_pop_frame (gc (gc_push_frame ()));
576
577   SCM r = f ();
578   gc_pop_frame ();
579   return r;
580 }
581
582 SCM
583 evlis_env (SCM m, SCM a)
584 {
585   g_target = EVLIS;
586   return vm_call (eval_apply, m, a);
587 }
588
589 SCM
590 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
591 {
592   g_target = APPLY;
593   return vm_call (eval_apply, cons (fn, x), a);
594 }
595
596 SCM
597 eval_env (SCM e, SCM a)
598 {
599   g_target = EVAL;
600   return vm_call (eval_apply, e, a);
601 }
602
603 SCM
604 macro_expand_env (SCM e, SCM a)
605 {
606   g_target = MACRO_EXPAND;
607   return vm_call (eval_apply, e, a);
608 }
609
610 SCM
611 begin_env (SCM e, SCM a)
612 {
613   g_target = BEGIN;
614   return vm_call (eval_apply, e, a);
615 }
616
617 SCM
618 if_env (SCM e, SCM a)
619 {
620   g_target = IF;
621   return vm_call (eval_apply, e, a);
622 }
623
624 SCM
625 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
626 {
627   g_target = CALL_WITH_VALUES;
628   return vm_call (eval_apply, cons (producer, cons (consumer, cell_nil)), a);
629 }
630
631 SCM
632 append2 (SCM x, SCM y)
633 {
634   if (x == cell_nil) return y;
635   assert (TYPE (x) == PAIR);
636   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
637 }
638
639 SCM
640 append (SCM x) ///((arity . n))
641  {
642   if (x == cell_nil) return cell_nil;
643   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
644   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
645  }
646
647 SCM
648 cstring_to_list (char const* s)
649 {
650   SCM p = cell_nil;
651   int i = strlen (s);
652   while (i--)
653     p = cons (MAKE_CHAR (s[i]), p);
654   return p;
655 }
656
657 SCM
658 null_p (SCM x)
659 {
660   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
661 }
662
663 SCM
664 make_symbol_ (SCM s)
665 {
666   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
667   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
668   g_symbols = cons (x, g_symbols);
669   return x;
670 }
671
672 SCM
673 make_symbol (SCM s)
674 {
675   SCM x = lookup_symbol_ (s);
676   return x ? x : make_symbol_ (s);
677 }
678
679 SCM
680 make_vector (SCM n)
681 {
682   int k = VALUE (n);
683   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
684   SCM v = alloc (k);
685   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
686   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
687   return x;
688 }
689
690 SCM
691 arity_ (SCM x)
692 {
693   assert (TYPE (x) == FUNCTION);
694   return MAKE_NUMBER (FUNCTION (x).arity);
695 }
696
697 SCM
698 values (SCM x) ///((arity . n))
699 {
700   SCM v = cons (0, x);
701   TYPE (v) = VALUES;
702   return v;
703 }
704
705 SCM
706 vector_length (SCM x)
707 {
708   assert (TYPE (x) == VECTOR);
709   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
710 }
711
712 SCM
713 vector_ref (SCM x, SCM i)
714 {
715   assert (TYPE (x) == VECTOR);
716   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
717   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
718   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
719   if (TYPE (e) == CHAR) e = MAKE_CHAR (VALUE (e));
720   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
721   return e;
722 }
723
724 SCM
725 vector_entry (SCM x) {
726   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = MAKE_REF (x);
727   return x;
728 }
729
730 SCM
731 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
732 {
733   assert (TYPE (x) == VECTOR);
734   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
735   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
736   return cell_unspecified;
737 }
738
739 SCM
740 list_to_vector (SCM x)
741 {
742   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
743   SCM v = make_vector (tmp_num);
744   SCM p = VECTOR (v);
745   while (x != cell_nil)
746     {
747       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
748       x = cdr (x);
749     }
750   return v;
751 }
752
753 SCM
754 vector_to_list (SCM v)
755 {
756   SCM x = cell_nil;
757   for (int i = 0; i < LENGTH (v); i++) {
758     SCM e = VECTOR (v)+i;
759     if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
760     x = append2 (x, cons (e, cell_nil));
761   }
762   return x;
763 }
764
765 void
766 make_tmps (scm* cells)
767 {
768   tmp = g_free.value++;
769   cells[tmp].type = CHAR;
770   tmp_num = g_free.value++;
771   cells[tmp_num].type = NUMBER;
772   tmp_num2 = g_free.value++;
773   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
774   tmp_num3 = g_free.value++;
775   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
776   tmp_num4 = g_free.value++;
777   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
778 }
779
780 //\f Jam Collector
781 SCM g_symbol_max;
782 bool g_debug = false;
783
784 SCM
785 gc_up_arena ()
786 {
787   ARENA_SIZE *= 2;
788   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
789   if (!p) error (strerror (errno), MAKE_NUMBER (g_free.value));
790   g_cells = (scm*)p;
791   g_cells++;
792   gc_init_news ();
793 }
794
795 SCM
796 gc ()
797 {
798   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
799   g_free.value = 1;
800   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
801   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
802     gc_copy (i);
803   make_tmps (g_news);
804   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
805   SCM new = gc_copy (g_stack);
806   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, g_stack);
807   g_stack = new;
808   return gc_loop (1);
809 }
810
811 SCM
812 gc_loop (SCM scan)
813 {
814   while (scan < g_free.value)
815     {
816       if (NTYPE (scan) == CLOSURE
817           || NTYPE (scan) == FUNCTION
818           || NTYPE (scan) == KEYWORD
819           || NTYPE (scan) == MACRO
820           || NTYPE (scan) == PAIR
821           || NTYPE (scan) == REF
822           || scan == 1 // null
823           || NTYPE (scan) == SPECIAL
824           || NTYPE (scan) == STRING
825           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
826         {
827           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
828           gc_relocate_car (scan, car);
829         }
830       if ((NTYPE (scan) == CLOSURE
831            || NTYPE (scan) == MACRO
832            || NTYPE (scan) == PAIR
833            || NTYPE (scan) == VALUES)
834           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
835         {
836           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
837           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
838         }
839       scan++;
840     }
841   return gc_flip ();
842 }
843
844 SCM
845 gc_copy (SCM old)
846 {
847   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
848   SCM new = g_free.value++;
849   g_news[new] = g_cells[old];
850   if (NTYPE (new) == VECTOR)
851     {
852       g_news[new].vector = g_free.value;
853       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
854         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
855     }
856   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
857   g_cells[old].car = new;
858   return new;
859 }
860
861 SCM
862 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
863 {
864   g_news[new].car = car;
865   return cell_unspecified;
866 }
867
868 SCM
869 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
870 {
871   g_news[new].cdr = cdr;
872   return cell_unspecified;
873 }
874
875 SCM
876 gc_flip ()
877 {
878   scm *cells = g_cells;
879   g_cells = g_news;
880   g_news = cells;
881   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
882   return g_stack;
883 }
884
885 //\f Environment setup
886 SCM
887 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
888 {
889   return cons (cons (key, value), alist);
890 }
891
892 SCM
893 gc_init_cells ()
894 {
895   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
896   g_cells[0].type = VECTOR;
897   g_cells[0].length = 1000;
898   g_cells[0].vector = 0;
899   g_cells++;
900   g_cells[0].type = CHAR;
901   g_cells[0].value = 'c';
902 }
903
904 SCM
905 gc_init_news ()
906 {
907   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
908   g_news[0].type = VECTOR;
909   g_news[0].length = 1000;
910   g_news[0].vector = 0;
911   g_news++;
912   g_news[0].type = CHAR;
913   g_news[0].value = 'n';
914 }
915
916 SCM
917 mes_symbols () ///((internal))
918 {
919   gc_init_cells ();
920   gc_init_news ();
921
922 #include "mes.symbols.i"
923
924   g_symbol_max = g_free.value;
925   make_tmps (g_cells);
926
927   g_symbols = 0;
928   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
929     g_symbols = cons (i, g_symbols);
930
931   SCM a = cell_nil;
932
933 #include "mes.symbol-names.i"
934
935   a = acons (cell_symbol_mes_version, MAKE_STRING (cstring_to_list (VERSION)), a);
936   a = acons (cell_symbol_mes_prefix, MAKE_STRING (cstring_to_list (PREFIX)), a);
937
938 #if BOOT
939   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
940 #endif
941   a = acons (cell_symbol_dot, cell_dot, a);
942   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
943   a = acons (cell_symbol_sc_expand, cell_f, a);
944   a = acons (cell_closure, a, a);
945
946   return a;
947 }
948
949 SCM
950 mes_builtins (SCM a)
951 {
952 #include "mes.i"
953
954 #include "lib.i"
955 #include "math.i"
956 #include "posix.i"
957 #include "reader.i"
958
959 #include "lib.environment.i"
960 #include "math.environment.i"
961 #include "mes.environment.i"
962 #include "posix.environment.i"
963 #include "reader.environment.i"
964
965   return a;
966 }
967
968 SCM
969 mes_g_stack (SCM a) ///((internal))
970 {
971   r0 = a;
972   r1 = MAKE_CHAR (0);
973   r2 = MAKE_CHAR (0);
974   g_stack = cons (cell_nil, cell_nil);
975   return r0;
976 }
977
978 SCM
979 mes_environment () ///((internal))
980 {
981   SCM a = mes_symbols ();
982   return mes_g_stack (a);
983 }
984
985 SCM
986 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
987 {
988   return make_cell (tmp_num_ (CLOSURE), cell_f, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
989 }
990
991 SCM
992 lookup_macro (SCM x, SCM a)
993 {
994   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
995   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
996   if (TYPE (m) == MACRO) return MACRO (m);
997   return cell_f;
998 }
999
1000 FILE *g_stdin;
1001 #include "lib.c"
1002 #include "math.c"
1003 #include "posix.c"
1004 #include "reader.c"
1005
1006 int
1007 main (int argc, char *argv[])
1008 {
1009   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1010   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1011   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes [--dump|--load] < FILE");
1012   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes " VERSION);
1013   g_stdin = stdin;
1014   r0 = mes_environment ();
1015   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1016     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1017   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1018   stderr_ (begin_env (program, r0));
1019   fputs ("", stderr);
1020   gc (g_stack);
1021   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1022   return 0;
1023 }