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_label = {SPECIAL, "label"};
  86 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
  87
  88 scm scm_symbol_dot = {SYMBOL, "*dot*"};
  89 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
  90 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
  91 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
  92 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
  93
  94 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
  95
  96 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
  97 scm scm_symbol_macro_expand = {SYMBOL, "macro-expand"};
  98 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
  99
 100 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
 101 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
 102 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
 103 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
 104 scm scm_symbol_display = {SYMBOL, "display"};
 105
 106 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
 107 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
 108 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
 109 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
 110 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
 111
 112 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
 113 scm *g_cells;
 114 scm *g_news = 0;
 115
 116 #include "mes.symbols.h"
 117
 118 SCM tmp;
 119 SCM tmp_num;
 120 SCM tmp_num2;
 121 SCM tmp_num3;
 122 SCM tmp_num4;
 123
 124 function functions[200];
 125 int g_function = 0;
 126
 127 SCM g_symbols = 0;
 128 SCM stack = 0;
 129 SCM r0 = 0; // a/env
 130 SCM r1 = 0; // param 1
 131 SCM r2 = 0; // param 2
 132 SCM r3 = 0; // param 3
 133
 134 #include "lib.h"
 135 #include "math.h"
 136 #include "mes.h"
 137 #include "posix.h"
 138 #include "reader.h"
 139
 140 #define CAR(x) g_cells[x].car
 141 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
 142 #define HITS(x) g_cells[x].hits
 143 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
 144 #define NAME(x) g_cells[x].name
 145 #define STRING(x) g_cells[x].string
 146 #define TYPE(x) g_cells[x].type
 147 #define CLOSURE(x) g_cells[x].closure
 148 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
 149 #define REF(x) g_cells[x].ref
 150 #define VALUE(x) g_cells[x].value
 151 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
 152 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
 153 #define NCAR(x) g_news[x].car
 154 #define NTYPE(x) g_news[x].type
 155
 156 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 157 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
 158 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 159 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
 160 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
 161 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
 162 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
 163
 164 #define MAKE_CHAR(n) make_cell (tmp_num_ (CHAR), 0, tmp_num2_ (n))
 165 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
 166 #define MAKE_REF(n) make_cell (tmp_num_ (REF), n, 0);
 167 #define MAKE_STRING(x) make_cell (tmp_num_ (STRING), x, 0);
 168
 169 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
 170
 171 SCM
 172 tmp_num_ (int x)
 173 {
 174   g_cells[tmp_num].value = x;
 175   return tmp_num;
 176 }
 177
 178 SCM
 179 tmp_num2_ (int x)
 180 {
 181   g_cells[tmp_num2].value = x;
 182   return tmp_num2;
 183 }
 184
 185 SCM
 186 alloc (int n)
 187 {
 188   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
 189   SCM x = g_free.value;
 190   g_free.value += n;
 191   return x;
 192 }
 193
 194 SCM
 195 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
 196 {
 197   SCM x = alloc (1);
 198   assert (TYPE (type) == NUMBER);
 199   TYPE (x) = VALUE (type);
 200   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
 201     if (car) CAR (x) = CAR (car);
 202     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 203   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
 204     if (car) CAR (x) = car;
 205     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 206   } else {
 207     CAR (x) = car;
 208     CDR (x) = cdr;
 209   }
 210   return x;
 211 }
 212
 213 SCM
 214 cons (SCM x, SCM y)
 215 {
 216   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
 217   return make_cell (tmp_num, x, y);
 218 }
 219
 220 SCM
 221 car (SCM x)
 222 {
 223   assert (TYPE (x) == PAIR);
 224   return CAR (x);
 225 }
 226
 227 SCM
 228 cdr (SCM x)
 229 {
 230   assert (TYPE (x) == PAIR);
 231   return CDR (x);
 232 }
 233
 234 SCM
 235 type_ (SCM x)
 236 {
 237   return MAKE_NUMBER (TYPE (x));
 238 }
 239
 240 SCM
 241 car_ (SCM x)
 242 {
 243   return (TYPE (CAR (x)) == PAIR
 244           || TYPE (CAR (x)) == REF
 245           || TYPE (CAR (x)) == SYMBOL
 246           || TYPE (CAR (x)) == STRING) ? CAR (x) : MAKE_NUMBER (CAR (x));
 247 }
 248
 249 SCM
 250 cdr_ (SCM x)
 251 {
 252   return (TYPE (CDR (x)) == PAIR
 253           || TYPE (CDR (x)) == REF
 254           || TYPE (CDR (x)) == SYMBOL
 255           || TYPE (CDR (x)) == STRING) ? CDR (x) : MAKE_NUMBER (CDR (x));
 256 }
 257
 258 SCM
 259 eq_p (SCM x, SCM y)
 260 {
 261   return (x == y
 262           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
 263                && STRING (x) == STRING (y)))
 264           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
 265               && VALUE (x) == VALUE (y))
 266           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
 267               && VALUE (x) == VALUE (y)))
 268     ? cell_t : cell_f;
 269 }
 270
 271 SCM
 272 set_car_x (SCM x, SCM e)
 273 {
 274   assert (TYPE (x) == PAIR);
 275   CAR (x) = e;
 276   return cell_unspecified;
 277 }
 278
 279 SCM
 280 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
 281 {
 282   assert (TYPE (x) == PAIR);
 283   CDR (x) = e;
 284   return cell_unspecified;
 285 }
 286
 287 SCM
 288 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
 289 {
 290   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
 291   return set_cdr_x (p, e);
 292 }
 293
 294 SCM
 295 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
 296 {
 297   if (x == cell_nil)
 298     return a;
 299   if (TYPE (x) != PAIR)
 300     return cons (cons (x, y), a);
 301   return cons (cons (car (x), car (y)),
 302                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
 303 }
 304
 305 SCM
 306 assq (SCM x, SCM a)
 307 {
 308   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
 309     {
 310       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
 311         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
 312       a = CDR (a);
 313     }
 314   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
 315 }
 316
 317 SCM
 318 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
 319 {
 320   x = assq (x, a);
 321   if (x == cell_f) return cell_undefined;
 322   return cdr (x);
 323 }
 324
 325 enum eval_apply_t {EVLIS, APPLY, EVAL, MACRO_EXPAND, BEGIN, IF, CALL_WITH_VALUES};
 326 enum eval_apply_t g_target;
 327
 328 SCM
 329 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
 330 {
 331   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
 332   r1 = e;
 333   r0 = cl;
 334   r2 = a;
 335   r3 = aa;
 336   return cell_unspecified;
 337 }
 338
 339 SCM
 340 eval_apply ()
 341 {
 342   switch (g_target)
 343     {
 344     case EVLIS: goto evlis;
 345     case APPLY: goto apply;
 346     case EVAL: goto eval;
 347     case MACRO_EXPAND: goto macro_expand;
 348     case BEGIN: goto begin;
 349     case IF: goto label_if;
 350     case CALL_WITH_VALUES: goto call_with_values;
 351     }
 352
 353  evlis:
 354   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
 355   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
 356   r2 = eval_env (car (r1), r0);
 357   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
 358   return cons (r2, r1);
 359
 360  apply:
 361   switch (TYPE (r1))
 362     {
 363     case FUNCTION: return call (r1, r2);
 364     case CLOSURE:
 365       {
 366         SCM cl = CLOSURE (r1);
 367         SCM args = cadr (cl);
 368         SCM body = cddr (cl);
 369         SCM aa = cdar (cl);
 370         aa = cdr (aa);
 371         SCM p = pairlis (args, r2, aa);
 372         call_lambda (body, p, aa, r0);
 373         goto begin;
 374       }
 375     case SYMBOL:
 376       {
 377         if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
 378           {
 379             r1 = car (r2);
 380             r2 = cadr (r2);
 381             goto call_with_values;
 382           }
 383         if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
 384         break;
 385       }
 386     case PAIR:
 387       {
 388         switch (car (r1))
 389           {
 390           case cell_symbol_lambda:
 391             {
 392               SCM args = cadr (r1);
 393               SCM body = cddr (r1);
 394               SCM p = pairlis (args, r2, r0);
 395               call_lambda (body, p, p, r0);
 396               goto begin;
 397             }
 398 #if BOOT
 399           case cell_symbol_label:
 400             {
 401               r0 = cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0);
 402               r1 = caddr (r1);
 403               goto apply;
 404             }
 405 #endif
 406           }
 407       }
 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       stderr_ (e);
 421       fprintf (stderr, " [");
 422       stderr_ (r1);
 423       fprintf (stderr, "]\n");
 424       assert (!"cannot apply");
 425     }
 426   r1 = e;
 427   goto apply;
 428
 429  eval:
 430   switch (TYPE (r1))
 431     {
 432     case PAIR:
 433       {
 434         switch (car (r1))
 435           {
 436 #if FIXED_PRIMITIVES
 437           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
 438           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
 439           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 440               return cons (CAR (m), CADR (m));}
 441           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
 442 #endif // FIXED_PRIMITIVES
 443           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
 444           case cell_symbol_begin: goto begin;
 445           case cell_symbol_lambda:
 446             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
 447           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto label_if;}
 448           case cell_symbol_set_x: {
 449             SCM x = eval_env (caddr (r1), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
 450           }
 451           default: {
 452             SCM x = macro_expand_env (r1, r0);
 453             if (x != r1)
 454               {
 455                 if (TYPE (x) == PAIR)
 456                   {
 457                     set_cdr_x (r1, cdr (x));
 458                     set_car_x (r1, car (x));
 459                   }
 460                 r1 = x;
 461                 goto eval;
 462               }
 463             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 464             r1 = car (r1);
 465             r2 = m;
 466             goto apply;
 467           }
 468           }
 469       }
 470     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
 471     default: return r1;
 472     }
 473
 474   SCM macro;
 475   SCM expanders;
 476  macro_expand:
 477   if (TYPE (r1) == PAIR
 478       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
 479     {
 480       r2 = CDR (r1);
 481       r1 = macro;
 482       goto apply;
 483     }
 484   else if (TYPE (r1) == PAIR
 485            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
 486            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
 487            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
 488     {
 489       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
 490       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
 491         {
 492           r2 = cons (r1, cell_nil);
 493           r1 = sc_expand;
 494           goto apply;
 495         }
 496     }
 497   return r1;
 498
 499   SCM r;
 500  begin:
 501   r = cell_unspecified;
 502   while (r1 != cell_nil) {
 503     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
 504       {
 505         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
 506           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
 507         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
 508           {
 509             SCM f = read_input_file_env (r0);
 510             r1 = append2 (f, cdr (r1));
 511           }
 512       }
 513     if (CDR (r1) == cell_nil)
 514       {
 515         r1 = car (r1);
 516         goto eval;
 517       }
 518     r = eval_env (car (r1), r0);
 519     r1 = CDR (r1);
 520   }
 521   return r;
 522
 523   SCM x;
 524  label_if:
 525   x = eval_env (car (r1), r0);
 526   if (x != cell_f)
 527     {
 528       r1 = cadr (r1);
 529       goto eval;
 530     }
 531   if (cddr (r1) != cell_nil)
 532     {
 533       r1 = caddr (r1);
 534       goto eval;
 535     }
 536   return cell_unspecified;
 537
 538   SCM v;
 539  call_with_values:
 540   v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
 541   if (TYPE (v) == VALUES)
 542     v = CDR (v);
 543   r1 = r2;
 544   r2 = v;
 545   goto apply;
 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   g_target = EVLIS;
 611   return vm_call (eval_apply, m, cell_undefined, a);
 612 }
 613
 614 SCM
 615 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
 616 {
 617   g_target = APPLY;
 618   return vm_call (eval_apply, fn, x, a);
 619 }
 620
 621 SCM
 622 eval_env (SCM e, SCM a)
 623 {
 624   g_target = EVAL;
 625   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 626 }
 627
 628 SCM
 629 macro_expand_env (SCM e, SCM a)
 630 {
 631   g_target = MACRO_EXPAND;
 632   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 633 }
 634
 635 SCM
 636 begin_env (SCM e, SCM a)
 637 {
 638   g_target = BEGIN;
 639   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 640 }
 641
 642 SCM
 643 if_env (SCM e, SCM a)
 644 {
 645   g_target = IF;
 646   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 647 }
 648
 649 SCM
 650 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
 651 {
 652   g_target = CALL_WITH_VALUES;
 653   return vm_call (eval_apply, producer, consumer, a);
 654 }
 655
 656 SCM
 657 append2 (SCM x, SCM y)
 658 {
 659   if (x == cell_nil) return y;
 660   assert (TYPE (x) == PAIR);
 661   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
 662 }
 663
 664 SCM
 665 append (SCM x) ///((arity . n))
 666  {
 667   if (x == cell_nil) return cell_nil;
 668   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
 669   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
 670  }
 671
 672 SCM
 673 cstring_to_list (char const* s)
 674 {
 675   SCM p = cell_nil;
 676   int i = strlen (s);
 677   while (i--)
 678     p = cons (MAKE_CHAR (s[i]), p);
 679   return p;
 680 }
 681
 682 SCM
 683 null_p (SCM x)
 684 {
 685   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
 686 }
 687
 688 SCM
 689 make_symbol_ (SCM s)
 690 {
 691   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
 692   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
 693   g_symbols = cons (x, g_symbols);
 694   return x;
 695 }
 696
 697 SCM
 698 make_symbol (SCM s)
 699 {
 700   SCM x = lookup_symbol_ (s);
 701   return x ? x : make_symbol_ (s);
 702 }
 703
 704 SCM
 705 make_vector (SCM n)
 706 {
 707   int k = VALUE (n);
 708   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
 709   SCM v = alloc (k);
 710   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
 711   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
 712   return x;
 713 }
 714
 715 SCM
 716 arity_ (SCM x)
 717 {
 718   assert (TYPE (x) == FUNCTION);
 719   return MAKE_NUMBER (FUNCTION (x).arity);
 720 }
 721
 722 SCM
 723 values (SCM x) ///((arity . n))
 724 {
 725   SCM v = cons (0, x);
 726   TYPE (v) = VALUES;
 727   return v;
 728 }
 729
 730 SCM
 731 vector_length (SCM x)
 732 {
 733   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 734   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
 735 }
 736
 737 SCM
 738 vector_ref (SCM x, SCM i)
 739 {
 740   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 741   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 742   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
 743   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 744   if (TYPE (e) == CHAR) e = MAKE_CHAR (VALUE (e));
 745   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
 746   return e;
 747 }
 748
 749 SCM
 750 vector_entry (SCM x) {
 751   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = MAKE_REF (x);
 752   return x;
 753 }
 754
 755 SCM
 756 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
 757 {
 758   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 759   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 760   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
 761   return cell_unspecified;
 762 }
 763
 764 SCM
 765 list_to_vector (SCM x)
 766 {
 767   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
 768   SCM v = make_vector (tmp_num);
 769   SCM p = VECTOR (v);
 770   while (x != cell_nil)
 771     {
 772       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
 773       x = cdr (x);
 774     }
 775   return v;
 776 }
 777
 778 SCM
 779 vector_to_list (SCM v)
 780 {
 781   SCM x = cell_nil;
 782   for (int i = 0; i < LENGTH (v); i++) {
 783     SCM e = VECTOR (v)+i;
 784     if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 785     x = append2 (x, cons (e, cell_nil));
 786   }
 787   return x;
 788 }
 789
 790 FILE *g_stdin;
 791 int
 792 getchar ()
 793 {
 794   return getc (g_stdin);
 795 }
 796
 797 int
 798 ungetchar (int c)
 799 {
 800   return ungetc (c, g_stdin);
 801 }
 802
 803 int
 804 peekchar ()
 805 {
 806   int c = getchar ();
 807   ungetchar (c);
 808   return c;
 809 }
 810
 811 SCM
 812 peek_byte ()
 813 {
 814   return MAKE_NUMBER (peekchar ());
 815 }
 816
 817 SCM
 818 read_byte ()
 819 {
 820   return MAKE_NUMBER (getchar ());
 821 }
 822
 823 SCM
 824 unread_byte (SCM i)
 825 {
 826   ungetchar (VALUE (i));
 827   return i;
 828 }
 829
 830 SCM
 831 write_byte (SCM x) ///((arity . n))
 832 {
 833   SCM c = car (x);
 834   SCM p = cdr (x);
 835   int fd = 1;
 836   if (TYPE (p) == PAIR && TYPE (car (p)) == NUMBER) fd = VALUE (car (p));
 837   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
 838   assert (TYPE (c) == NUMBER || TYPE (c) == CHAR);
 839   fputc (VALUE (c), f);
 840   return c;
 841 }
 842
 843 void
 844 make_tmps (scm* cells)
 845 {
 846   tmp = g_free.value++;
 847   cells[tmp].type = CHAR;
 848   tmp_num = g_free.value++;
 849   cells[tmp_num].type = NUMBER;
 850   tmp_num2 = g_free.value++;
 851   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
 852   tmp_num3 = g_free.value++;
 853   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
 854   tmp_num4 = g_free.value++;
 855   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
 856 }
 857
 858 //\f Jam Collector
 859 SCM g_symbol_max;
 860 bool g_debug = false;
 861
 862 SCM
 863 gc_up_arena ()
 864 {
 865   ARENA_SIZE *= 2;
 866   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 867   if (!p)
 868     {
 869       if (g_debug) fprintf (stderr, "cannot up arena: %s: arena=%d\n", strerror (errno), 2*ARENA_SIZE);
 870       return cell_unspecified;
 871     }
 872   g_cells = (scm*)p;
 873   g_cells++;
 874   gc_init_news ();
 875 }
 876
 877 SCM
 878 gc ()
 879 {
 880   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
 881   g_free.value = 1;
 882   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
 883   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
 884     gc_copy (i);
 885   make_tmps (g_news);
 886   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
 887   SCM new = gc_copy (stack);
 888   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
 889   stack = new;
 890   return gc_loop (1);
 891 }
 892
 893 SCM
 894 gc_loop (SCM scan)
 895 {
 896   while (scan < g_free.value)
 897     {
 898       if (NTYPE (scan) == CLOSURE
 899           || NTYPE (scan) == FUNCTION
 900           || NTYPE (scan) == KEYWORD
 901           || NTYPE (scan) == MACRO
 902           || NTYPE (scan) == PAIR
 903           || NTYPE (scan) == REF
 904           || scan == 1 // null
 905           || NTYPE (scan) == SPECIAL
 906           || NTYPE (scan) == STRING
 907           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
 908         {
 909           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
 910           gc_relocate_car (scan, car);
 911         }
 912       if ((NTYPE (scan) == CLOSURE
 913            || NTYPE (scan) == MACRO
 914            || NTYPE (scan) == PAIR
 915            || NTYPE (scan) == VALUES)
 916           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
 917         {
 918           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
 919           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
 920         }
 921       scan++;
 922     }
 923   return gc_flip ();
 924 }
 925
 926 SCM
 927 gc_copy (SCM old)
 928 {
 929   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
 930   SCM new = g_free.value++;
 931   g_news[new] = g_cells[old];
 932   if (NTYPE (new) == VECTOR)
 933     {
 934       g_news[new].vector = g_free.value;
 935       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
 936         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
 937     }
 938   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
 939   g_cells[old].car = new;
 940   return new;
 941 }
 942
 943 SCM
 944 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
 945 {
 946   g_news[new].car = car;
 947   return cell_unspecified;
 948 }
 949
 950 SCM
 951 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
 952 {
 953   g_news[new].cdr = cdr;
 954   return cell_unspecified;
 955 }
 956
 957 SCM
 958 gc_flip ()
 959 {
 960   scm *cells = g_cells;
 961   g_cells = g_news;
 962   g_news = cells;
 963   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
 964   return stack;
 965 }
 966
 967 //\f Environment setup
 968 SCM
 969 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
 970 {
 971   return cons (cons (key, value), alist);
 972 }
 973
 974 SCM
 975 gc_init_cells ()
 976 {
 977   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 978   g_cells[0].type = VECTOR;
 979   g_cells[0].length = 1000;
 980   g_cells[0].vector = 0;
 981   g_cells++;
 982   g_cells[0].type = CHAR;
 983   g_cells[0].value = 'c';
 984 }
 985
 986 SCM
 987 gc_init_news ()
 988 {
 989   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
 990   g_news[0].type = VECTOR;
 991   g_news[0].length = 1000;
 992   g_news[0].vector = 0;
 993   g_news++;
 994   g_news[0].type = CHAR;
 995   g_news[0].value = 'n';
 996 }
 997
 998 SCM
 999 mes_symbols () ///((internal))
1000 {
1001   gc_init_cells ();
1002   gc_init_news ();
1003
1004 #include "mes.symbols.i"
1005
1006   g_symbol_max = g_free.value;
1007   make_tmps (g_cells);
1008
1009   g_symbols = 0;
1010   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1011     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1012
1013   SCM a = cell_nil;
1014
1015 #include "mes.symbol-names.i"
1016
1017 #if BOOT
1018   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1019 #endif
1020   a = acons (cell_symbol_dot, cell_dot, a);
1021   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1022   a = acons (cell_symbol_sc_expand, cell_f, a);
1023   a = acons (cell_closure, a, a);
1024
1025   return a;
1026 }
1027
1028 SCM
1029 mes_builtins (SCM a)
1030 {
1031 #include "mes.i"
1032
1033 #include "lib.i"
1034 #include "math.i"
1035 #include "posix.i"
1036 #include "reader.i"
1037
1038 #include "lib.environment.i"
1039 #include "math.environment.i"
1040 #include "mes.environment.i"
1041 #include "posix.environment.i"
1042 #include "reader.environment.i"
1043
1044   return a;
1045 }
1046
1047 SCM
1048 mes_stack (SCM a) ///((internal))
1049 {
1050   r0 = a;
1051   r1 = MAKE_CHAR (0);
1052   r2 = MAKE_CHAR (0);
1053   r3 = MAKE_CHAR (0);
1054   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1055   return r0;
1056 }
1057
1058 SCM
1059 mes_environment () ///((internal))
1060 {
1061   SCM a = mes_symbols ();
1062   return mes_stack (a);
1063 }
1064
1065 SCM
1066 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1067 {
1068   return make_cell (tmp_num_ (CLOSURE), cell_f, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1069 }
1070
1071 SCM
1072 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1073 {
1074   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1075   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1076   if (TYPE (m) == MACRO) return MACRO (m);
1077   return cell_f;
1078 }
1079
1080 SCM
1081 read_input_file_env_ (SCM e, SCM a)
1082 {
1083   if (e == cell_nil) return e;
1084   return cons (e, read_input_file_env_ (read_env (a), a));
1085 }
1086
1087 SCM
1088 read_input_file_env (SCM a)
1089 {
1090   r0 = a;
1091   if (assq_ref_cache (cell_symbol_read_input_file, r0) != cell_undefined)
1092     return apply_env (cell_symbol_read_input_file, cell_nil, r0);
1093   return read_input_file_env_ (read_env (r0), r0);
1094 }
1095
1096 SCM
1097 load_env (SCM a) ///((internal))
1098 {
1099   r0 =a;
1100   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mes", "r");
1101   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mes", "r");
1102   if (!g_function) r0 = mes_builtins (r0);
1103   r3 = read_input_file_env (r0);
1104   g_stdin = stdin;
1105   return r3;
1106 }
1107
1108 SCM
1109 bload_env (SCM a) ///((internal))
1110 {
1111   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mo", "r");
1112   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mo", "r");
1113   char *p = (char*)g_cells;
1114   assert (getchar () == 'M');
1115   assert (getchar () == 'E');
1116   assert (getchar () == 'S');
1117   stack = getchar () << 8;
1118   stack += getchar ();
1119   int c = getchar ();
1120   while (c != EOF)
1121     {
1122       *p++ = c;
1123       c = getchar ();
1124     }
1125   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1126   gc_frame (stack);
1127   g_symbols = r1;
1128   g_stdin = stdin;
1129
1130   r0 = mes_builtins (r0);
1131   return r3;
1132 }
1133
1134 int
1135 dump ()
1136 {
1137   r1 = g_symbols;
1138   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1139   stack = cons (frame, stack);
1140   stack = gc (stack);
1141   gc_frame (stack);
1142   char *p = (char*)g_cells;
1143   fputc ('M', stdout);
1144   fputc ('E', stdout);
1145   fputc ('S', stdout);
1146   fputc (stack >> 8, stdout);
1147   fputc (stack % 256, stdout);
1148   for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1149     fputc (*p++, stdout);
1150   return 0;
1151 }
1152
1153 #include "lib.c"
1154 #include "math.c"
1155 #include "posix.c"
1156 #include "reader.c"
1157
1158 int
1159 main (int argc, char *argv[])
1160 {
1161   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1162   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1163   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1164   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.3\n");
1165   g_stdin = stdin;
1166   r0 = mes_environment ();
1167   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1168     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1169   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1170   stderr_ (begin_env (program, r0));
1171   fputs ("", stderr);
1172   gc (stack);
1173   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1174   return 0;
1175 }