3f11524f3cf630224e39d98fae22d576999781c9
[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_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 }