mes.c

   1 /* -*-comment-start: "//";comment-end:""-*-
   2  * Mes --- Maxwell Equations of Software
   3  * Copyright © 2016,2017 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 scm scm_symbol_argv = {SYMBOL, "argv"};
 106
 107 scm scm_symbol_mes_version = {SYMBOL, "%version"};
 108 scm scm_symbol_mes_prefix = {SYMBOL, "%prefix"};
 109
 110 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
 111 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
 112 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
 113 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
 114 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
 115
 116 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
 117 scm *g_cells;
 118 scm *g_news = 0;
 119
 120 #include "mes.symbols.h"
 121
 122 SCM tmp;
 123 SCM tmp_num;
 124 SCM tmp_num2;
 125 SCM tmp_num3;
 126 SCM tmp_num4;
 127
 128 function functions[200];
 129 int g_function = 0;
 130
 131 SCM g_symbols = 0;
 132 SCM g_stack = 0;
 133 SCM r0 = 0; // a/env
 134 SCM r1 = 0; // param 1
 135 SCM r2 = 0; // save 2+load/dump
 136 SCM r3 = 0; // continuation
 137
 138 #include "lib.h"
 139 #include "math.h"
 140 #include "mes.h"
 141 #include "posix.h"
 142 #include "reader.h"
 143
 144 #define CAR(x) g_cells[x].car
 145 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
 146 #define HITS(x) g_cells[x].hits
 147 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
 148 #define NAME(x) g_cells[x].name
 149 #define STRING(x) g_cells[x].string
 150 #define TYPE(x) g_cells[x].type
 151 #define CLOSURE(x) g_cells[x].closure
 152 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
 153 #define REF(x) g_cells[x].ref
 154 #define VALUE(x) g_cells[x].value
 155 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
 156 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
 157 #define NCAR(x) g_news[x].car
 158 #define NTYPE(x) g_news[x].type
 159
 160 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 161 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
 162 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 163 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
 164 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
 165 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
 166 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
 167
 168 #define MAKE_CHAR(n) make_cell (tmp_num_ (CHAR), 0, tmp_num2_ (n))
 169 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
 170 #define MAKE_REF(n) make_cell (tmp_num_ (REF), n, 0)
 171 #define MAKE_STRING(x) make_cell (tmp_num_ (STRING), x, 0)
 172
 173 int error (char const* msg, SCM x);
 174 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM a);
 175
 176 SCM
 177 tmp_num_ (int x)
 178 {
 179   g_cells[tmp_num].value = x;
 180   return tmp_num;
 181 }
 182
 183 SCM
 184 tmp_num2_ (int x)
 185 {
 186   g_cells[tmp_num2].value = x;
 187   return tmp_num2;
 188 }
 189
 190 SCM
 191 alloc (int n)
 192 {
 193   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
 194   SCM x = g_free.value;
 195   g_free.value += n;
 196   return x;
 197 }
 198
 199 SCM
 200 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
 201 {
 202   SCM x = alloc (1);
 203   assert (TYPE (type) == NUMBER);
 204   TYPE (x) = VALUE (type);
 205   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
 206     if (car) CAR (x) = CAR (car);
 207     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 208   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
 209     if (car) CAR (x) = car;
 210     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 211   } else {
 212     CAR (x) = car;
 213     CDR (x) = cdr;
 214   }
 215   return x;
 216 }
 217
 218 SCM
 219 cons (SCM x, SCM y)
 220 {
 221   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
 222   return make_cell (tmp_num, x, y);
 223 }
 224
 225 SCM
 226 car (SCM x)
 227 {
 228   if (TYPE (x) != PAIR) error ("car: not pair: ", x);
 229   return CAR (x);
 230 }
 231
 232 SCM
 233 cdr (SCM x)
 234 {
 235   if (TYPE (x) != PAIR) error ("cdr: not pair: ", x);
 236   return CDR (x);
 237 }
 238
 239 SCM
 240 type_ (SCM x)
 241 {
 242   return MAKE_NUMBER (TYPE (x));
 243 }
 244
 245 SCM
 246 car_ (SCM x)
 247 {
 248   return (TYPE (CAR (x)) == PAIR
 249           || TYPE (CAR (x)) == REF
 250           || TYPE (CAR (x)) == SPECIAL
 251           || TYPE (CAR (x)) == SYMBOL
 252           || TYPE (CAR (x)) == STRING) ? CAR (x) : MAKE_NUMBER (CAR (x));
 253 }
 254
 255 SCM
 256 cdr_ (SCM x)
 257 {
 258   return (TYPE (CDR (x)) == PAIR
 259           || TYPE (CDR (x)) == REF
 260           || TYPE (CAR (x)) == SPECIAL
 261           || TYPE (CDR (x)) == SYMBOL
 262           || TYPE (CDR (x)) == STRING) ? CDR (x) : MAKE_NUMBER (CDR (x));
 263 }
 264
 265 SCM
 266 eq_p (SCM x, SCM y)
 267 {
 268   return (x == y
 269           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
 270                && STRING (x) == STRING (y)))
 271           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
 272               && VALUE (x) == VALUE (y))
 273           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
 274               && VALUE (x) == VALUE (y)))
 275     ? cell_t : cell_f;
 276 }
 277
 278 SCM
 279 set_car_x (SCM x, SCM e)
 280 {
 281   assert (TYPE (x) == PAIR);
 282   CAR (x) = e;
 283   return cell_unspecified;
 284 }
 285
 286 SCM
 287 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
 288 {
 289   if (TYPE (x) != PAIR) error ("set-cdr!: not pair: ", x);
 290   CDR (x) = e;
 291   return cell_unspecified;
 292 }
 293
 294 SCM
 295 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
 296 {
 297   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
 298   if (TYPE (p) != PAIR) error ("set-env!: not pair: ", x);
 299   return set_cdr_x (p, e);
 300 }
 301
 302 SCM
 303 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
 304 {
 305   if (x == cell_nil)
 306     return a;
 307   if (TYPE (x) != PAIR)
 308     return cons (cons (x, y), a);
 309   return cons (cons (car (x), car (y)),
 310                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
 311 }
 312
 313 SCM
 314 assq (SCM x, SCM a)
 315 {
 316   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f) a = CDR (a);
 317   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
 318 }
 319
 320 SCM
 321 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
 322 {
 323   x = assq (x, a);
 324   if (x == cell_f) return cell_undefined;
 325   return cdr (x);
 326 }
 327
 328 enum eval_apply_t {EVLIS, APPLY, EVAL, MACRO_EXPAND, BEGIN, IF, CALL_WITH_VALUES};
 329 enum eval_apply_t g_target;
 330
 331 SCM
 332 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
 333 {
 334   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
 335   r1 = e;
 336   r0 = cl;
 337   return cell_unspecified;
 338 }
 339
 340 SCM
 341 eval_apply ()
 342 {
 343   switch (g_target)
 344     {
 345     case EVLIS: goto evlis;
 346     case APPLY: goto apply;
 347     case EVAL: goto eval;
 348     case MACRO_EXPAND: goto macro_expand;
 349     case BEGIN: goto begin;
 350     case IF: goto label_if;
 351     case CALL_WITH_VALUES: goto call_with_values;
 352     }
 353
 354  evlis:
 355   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
 356   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
 357   r2 = eval_env (car (r1), r0);
 358   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
 359   return cons (r2, r1);
 360
 361  apply:
 362   switch (TYPE (car (r1)))
 363     {
 364     case FUNCTION: {
 365       check_formals (car (r1), MAKE_NUMBER (FUNCTION (car (r1)).arity), cdr (r1));
 366       return call (car (r1), cdr (r1));
 367     }
 368     case CLOSURE:
 369       {
 370         SCM cl = CLOSURE (car (r1));
 371         SCM formals = cadr (cl);
 372         SCM body = cddr (cl);
 373         SCM aa = cdar (cl);
 374         aa = cdr (aa);
 375         check_formals (car (r1), formals, cdr (r1));
 376         SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), aa);
 377         call_lambda (body, p, aa, r0);
 378         goto begin;
 379       }
 380     case SYMBOL:
 381       {
 382         if (car (r1) == cell_symbol_call_with_values)
 383           {
 384             r1 = cdr (r1);
 385             goto call_with_values;
 386           }
 387         if (car (r1) == cell_symbol_current_module) return r0;
 388         break;
 389       }
 390     case PAIR:
 391       {
 392         switch (caar (r1))
 393           {
 394           case cell_symbol_lambda:
 395             {
 396               SCM formals = cadr (car (r1));
 397               SCM body = cddr (car (r1));
 398               SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), r0);
 399               check_formals (r1, formals, cdr (r1));
 400               call_lambda (body, p, p, r0);
 401               goto begin;
 402             }
 403           }
 404       }
 405     }
 406   SCM e = eval_env (car (r1), r0);
 407   check_apply (e, car (r1));
 408   r1 = cons (e, cdr (r1));
 409   goto apply;
 410
 411  eval:
 412   switch (TYPE (r1))
 413     {
 414     case PAIR:
 415       {
 416         switch (car (r1))
 417           {
 418 #if FIXED_PRIMITIVES
 419           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
 420           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
 421           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 422               return cons (CAR (m), CADR (m));}
 423           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
 424 #endif // FIXED_PRIMITIVES
 425           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
 426           case cell_symbol_begin: goto begin;
 427           case cell_symbol_lambda:
 428             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
 429           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto label_if;}
 430           case cell_symbol_set_x: {
 431             SCM x = eval_env (car (cddr (r1)), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
 432           }
 433           default: {
 434             SCM x = macro_expand_env (r1, r0);
 435             if (x != r1)
 436               {
 437                 if (TYPE (x) == PAIR)
 438                   {
 439                     set_cdr_x (r1, cdr (x));
 440                     set_car_x (r1, car (x));
 441                   }
 442                 r1 = x;
 443                 goto eval;
 444               }
 445             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 446             r1 = cons (car (r1), m);
 447             goto apply;
 448           }
 449           }
 450       }
 451     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
 452     default: return r1;
 453     }
 454
 455   SCM macro;
 456   SCM expanders;
 457  macro_expand:
 458   if (TYPE (r1) == PAIR
 459       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
 460     {
 461       r1 = cons (macro, CDR (r1));
 462       goto apply;
 463     }
 464   else if (TYPE (r1) == PAIR
 465            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
 466            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
 467            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
 468     {
 469       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
 470       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
 471         {
 472           r1 = cons (sc_expand, cons (r1, cell_nil));
 473           goto apply;
 474         }
 475     }
 476   return r1;
 477
 478   SCM r;
 479  begin:
 480   r = cell_unspecified;
 481   while (r1 != cell_nil) {
 482     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
 483       {
 484         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
 485           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
 486         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
 487           {
 488             SCM f = read_input_file_env (r0);
 489             r1 = append2 (f, cdr (r1));
 490           }
 491       }
 492     if (CDR (r1) == cell_nil)
 493       {
 494         r1 = car (r1);
 495         goto eval;
 496       }
 497     r = eval_env (car (r1), r0);
 498     r1 = CDR (r1);
 499   }
 500   return r;
 501
 502   SCM x;
 503  label_if:
 504   x = eval_env (car (r1), r0);
 505   if (x != cell_f)
 506     {
 507       r1 = cadr (r1);
 508       goto eval;
 509     }
 510   if (cddr (r1) != cell_nil)
 511     {
 512       r1 = car (cddr (r1));
 513       goto eval;
 514     }
 515   return cell_unspecified;
 516
 517   SCM v;
 518  call_with_values:
 519   v = apply_env (car (r1), cell_nil, r0);
 520   if (TYPE (v) == VALUES)
 521     v = CDR (v);
 522   r1 = cons (cadr (r1), v);
 523   goto apply;
 524 }
 525
 526 SCM
 527 call (SCM fn, SCM x)
 528 {
 529   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 530       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
 531     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
 532   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 533       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
 534     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
 535   switch (FUNCTION (fn).arity)
 536     {
 537     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
 538     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
 539     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
 540     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), car (cddr (x)));
 541     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
 542     }
 543
 544   return cell_unspecified;
 545 }
 546
 547 SCM
 548 gc_peek_frame ()
 549 {
 550   SCM frame = car (g_stack);
 551   r1 = car (frame);
 552   r2 = cadr (frame);
 553   r3 = car (cddr (frame));
 554   r0 = cadr (cddr (frame));
 555   return frame;
 556 }
 557
 558 SCM
 559 gc_pop_frame ()
 560 {
 561   SCM frame = gc_peek_frame (g_stack);
 562   g_stack = cdr (g_stack);
 563   return frame;
 564 }
 565
 566 SCM
 567 gc_push_frame ()
 568 {
 569   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 570   return g_stack = cons (frame, g_stack);
 571 }
 572
 573 SCM
 574 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM a)
 575 {
 576   gc_push_frame ();
 577   r1 = p1;
 578   r0 = a;
 579   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
 580     gc_pop_frame (gc (gc_push_frame ()));
 581
 582   SCM r = f ();
 583   gc_pop_frame ();
 584   return r;
 585 }
 586
 587 SCM
 588 evlis_env (SCM m, SCM a)
 589 {
 590   g_target = EVLIS;
 591   return vm_call (eval_apply, m, a);
 592 }
 593
 594 SCM
 595 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
 596 {
 597   g_target = APPLY;
 598   return vm_call (eval_apply, cons (fn, x), a);
 599 }
 600
 601 SCM
 602 eval_env (SCM e, SCM a)
 603 {
 604   g_target = EVAL;
 605   return vm_call (eval_apply, e, a);
 606 }
 607
 608 SCM
 609 macro_expand_env (SCM e, SCM a)
 610 {
 611   g_target = MACRO_EXPAND;
 612   return vm_call (eval_apply, e, a);
 613 }
 614
 615 SCM
 616 begin_env (SCM e, SCM a)
 617 {
 618   g_target = BEGIN;
 619   return vm_call (eval_apply, e, a);
 620 }
 621
 622 SCM
 623 if_env (SCM e, SCM a)
 624 {
 625   g_target = IF;
 626   return vm_call (eval_apply, e, a);
 627 }
 628
 629 SCM
 630 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
 631 {
 632   g_target = CALL_WITH_VALUES;
 633   return vm_call (eval_apply, cons (producer, cons (consumer, cell_nil)), a);
 634 }
 635
 636 SCM
 637 append2 (SCM x, SCM y)
 638 {
 639   if (x == cell_nil) return y;
 640   assert (TYPE (x) == PAIR);
 641   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
 642 }
 643
 644 SCM
 645 append (SCM x) ///((arity . n))
 646  {
 647   if (x == cell_nil) return cell_nil;
 648   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
 649   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
 650  }
 651
 652 SCM
 653 cstring_to_list (char const* s)
 654 {
 655   SCM p = cell_nil;
 656   int i = strlen (s);
 657   while (i--)
 658     p = cons (MAKE_CHAR (s[i]), p);
 659   return p;
 660 }
 661
 662 SCM
 663 null_p (SCM x)
 664 {
 665   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
 666 }
 667
 668 SCM
 669 make_symbol_ (SCM s)
 670 {
 671   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
 672   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
 673   g_symbols = cons (x, g_symbols);
 674   return x;
 675 }
 676
 677 SCM
 678 make_symbol (SCM s)
 679 {
 680   SCM x = lookup_symbol_ (s);
 681   return x ? x : make_symbol_ (s);
 682 }
 683
 684 SCM
 685 make_vector (SCM n)
 686 {
 687   int k = VALUE (n);
 688   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
 689   SCM v = alloc (k);
 690   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
 691   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
 692   return x;
 693 }
 694
 695 SCM
 696 arity_ (SCM x)
 697 {
 698   assert (TYPE (x) == FUNCTION);
 699   return MAKE_NUMBER (FUNCTION (x).arity);
 700 }
 701
 702 SCM
 703 values (SCM x) ///((arity . n))
 704 {
 705   SCM v = cons (0, x);
 706   TYPE (v) = VALUES;
 707   return v;
 708 }
 709
 710 SCM
 711 vector_length (SCM x)
 712 {
 713   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 714   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
 715 }
 716
 717 SCM
 718 vector_ref (SCM x, SCM i)
 719 {
 720   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 721   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 722   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
 723   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 724   if (TYPE (e) == CHAR) e = MAKE_CHAR (VALUE (e));
 725   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
 726   return e;
 727 }
 728
 729 SCM
 730 vector_entry (SCM x) {
 731   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = MAKE_REF (x);
 732   return x;
 733 }
 734
 735 SCM
 736 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
 737 {
 738   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 739   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 740   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
 741   return cell_unspecified;
 742 }
 743
 744 SCM
 745 list_to_vector (SCM x)
 746 {
 747   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
 748   SCM v = make_vector (tmp_num);
 749   SCM p = VECTOR (v);
 750   while (x != cell_nil)
 751     {
 752       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
 753       x = cdr (x);
 754     }
 755   return v;
 756 }
 757
 758 SCM
 759 vector_to_list (SCM v)
 760 {
 761   SCM x = cell_nil;
 762   for (int i = 0; i < LENGTH (v); i++) {
 763     SCM e = VECTOR (v)+i;
 764     if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 765     x = append2 (x, cons (e, cell_nil));
 766   }
 767   return x;
 768 }
 769
 770 void
 771 make_tmps (scm* cells)
 772 {
 773   tmp = g_free.value++;
 774   cells[tmp].type = CHAR;
 775   tmp_num = g_free.value++;
 776   cells[tmp_num].type = NUMBER;
 777   tmp_num2 = g_free.value++;
 778   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
 779   tmp_num3 = g_free.value++;
 780   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
 781   tmp_num4 = g_free.value++;
 782   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
 783 }
 784
 785 //\f Jam Collector
 786 SCM g_symbol_max;
 787 bool g_debug = false;
 788
 789 SCM
 790 gc_up_arena ()
 791 {
 792   ARENA_SIZE *= 2;
 793   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 794   if (!p) error (strerror (errno), MAKE_NUMBER (g_free.value));
 795   g_cells = (scm*)p;
 796   g_cells++;
 797   gc_init_news ();
 798 }
 799
 800 SCM
 801 gc ()
 802 {
 803   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
 804   g_free.value = 1;
 805   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
 806   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
 807     gc_copy (i);
 808   make_tmps (g_news);
 809   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
 810   SCM new = gc_copy (g_stack);
 811   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, g_stack);
 812   g_stack = new;
 813   return gc_loop (1);
 814 }
 815
 816 SCM
 817 gc_loop (SCM scan)
 818 {
 819   while (scan < g_free.value)
 820     {
 821       if (NTYPE (scan) == CLOSURE
 822           || NTYPE (scan) == FUNCTION
 823           || NTYPE (scan) == KEYWORD
 824           || NTYPE (scan) == MACRO
 825           || NTYPE (scan) == PAIR
 826           || NTYPE (scan) == REF
 827           || scan == 1 // null
 828           || NTYPE (scan) == SPECIAL
 829           || NTYPE (scan) == STRING
 830           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
 831         {
 832           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
 833           gc_relocate_car (scan, car);
 834         }
 835       if ((NTYPE (scan) == CLOSURE
 836            || NTYPE (scan) == MACRO
 837            || NTYPE (scan) == PAIR
 838            || NTYPE (scan) == VALUES)
 839           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
 840         {
 841           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
 842           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
 843         }
 844       scan++;
 845     }
 846   return gc_flip ();
 847 }
 848
 849 SCM
 850 gc_copy (SCM old)
 851 {
 852   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
 853   SCM new = g_free.value++;
 854   g_news[new] = g_cells[old];
 855   if (NTYPE (new) == VECTOR)
 856     {
 857       g_news[new].vector = g_free.value;
 858       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
 859         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
 860     }
 861   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
 862   g_cells[old].car = new;
 863   return new;
 864 }
 865
 866 SCM
 867 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
 868 {
 869   g_news[new].car = car;
 870   return cell_unspecified;
 871 }
 872
 873 SCM
 874 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
 875 {
 876   g_news[new].cdr = cdr;
 877   return cell_unspecified;
 878 }
 879
 880 SCM
 881 gc_flip ()
 882 {
 883   scm *cells = g_cells;
 884   g_cells = g_news;
 885   g_news = cells;
 886   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
 887   return g_stack;
 888 }
 889
 890 //\f Environment setup
 891 SCM
 892 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
 893 {
 894   return cons (cons (key, value), alist);
 895 }
 896
 897 SCM
 898 gc_init_cells ()
 899 {
 900   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 901   g_cells[0].type = VECTOR;
 902   g_cells[0].length = 1000;
 903   g_cells[0].vector = 0;
 904   g_cells++;
 905   g_cells[0].type = CHAR;
 906   g_cells[0].value = 'c';
 907 }
 908
 909 SCM
 910 gc_init_news ()
 911 {
 912   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
 913   g_news[0].type = VECTOR;
 914   g_news[0].length = 1000;
 915   g_news[0].vector = 0;
 916   g_news++;
 917   g_news[0].type = CHAR;
 918   g_news[0].value = 'n';
 919 }
 920
 921 SCM
 922 mes_symbols () ///((internal))
 923 {
 924   gc_init_cells ();
 925   gc_init_news ();
 926
 927 #include "mes.symbols.i"
 928
 929   g_symbol_max = g_free.value;
 930   make_tmps (g_cells);
 931
 932   g_symbols = 0;
 933   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
 934     g_symbols = cons (i, g_symbols);
 935
 936   SCM a = cell_nil;
 937
 938 #include "mes.symbol-names.i"
 939
 940   a = acons (cell_symbol_mes_version, MAKE_STRING (cstring_to_list (VERSION)), a);
 941   a = acons (cell_symbol_mes_prefix, MAKE_STRING (cstring_to_list (PREFIX)), a);
 942
 943 #if BOOT
 944   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
 945 #endif
 946   a = acons (cell_symbol_dot, cell_dot, a);
 947   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
 948   a = acons (cell_symbol_sc_expand, cell_f, a);
 949   a = acons (cell_closure, a, a);
 950
 951   return a;
 952 }
 953
 954 SCM
 955 mes_builtins (SCM a)
 956 {
 957 #include "mes.i"
 958
 959 #include "lib.i"
 960 #include "math.i"
 961 #include "posix.i"
 962 #include "reader.i"
 963
 964 #include "lib.environment.i"
 965 #include "math.environment.i"
 966 #include "mes.environment.i"
 967 #include "posix.environment.i"
 968 #include "reader.environment.i"
 969
 970   return a;
 971 }
 972
 973 SCM
 974 mes_g_stack (SCM a) ///((internal))
 975 {
 976   r0 = a;
 977   r1 = MAKE_CHAR (0);
 978   r2 = MAKE_CHAR (0);
 979   r3 = MAKE_CHAR (0);
 980   g_stack = cons (cell_nil, cell_nil);
 981   return r0;
 982 }
 983
 984 SCM
 985 mes_environment () ///((internal))
 986 {
 987   SCM a = mes_symbols ();
 988   return mes_g_stack (a);
 989 }
 990
 991 SCM
 992 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
 993 {
 994   return make_cell (tmp_num_ (CLOSURE), cell_f, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
 995 }
 996
 997 SCM
 998 lookup_macro (SCM x, SCM a)
 999 {
1000   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1001   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1002   if (TYPE (m) == MACRO) return MACRO (m);
1003   return cell_f;
1004 }
1005
1006 FILE *g_stdin;
1007 #include "lib.c"
1008 #include "math.c"
1009 #include "posix.c"
1010 #include "reader.c"
1011
1012 int
1013 main (int argc, char *argv[])
1014 {
1015   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1016   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1017   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes [--dump|--load] < FILE");
1018   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes " VERSION);
1019   g_stdin = stdin;
1020   r0 = mes_environment ();
1021   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1022     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1023   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1024
1025   SCM lst = cell_nil;
1026   for (int i=argc; i; i--) lst = cons (MAKE_STRING (cstring_to_list (argv[i-1])), lst);
1027   r0 = acons (cell_symbol_argv, lst, r0);
1028
1029   stderr_ (begin_env (program, r0));
1030   fputs ("", stderr);
1031   gc (g_stack);
1032   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1033   return 0;
1034 }