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 #define READER 1
  34
  35 #if READER
  36 int ARENA_SIZE = 1000000;
  37 #else
  38 int ARENA_SIZE = 100000;
  39 #endif
  40 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
  41 int GC_SAFETY = 100;
  42
  43 typedef int SCM;
  44 enum type_t {CHAR, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, SPECIAL, STRING, SYMBOL, REF, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
  45 typedef SCM (*function0_t) (void);
  46 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
  47 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
  48 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
  49 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
  50 typedef struct function_t {
  51   union {
  52     function0_t function0;
  53     function1_t function1;
  54     function2_t function2;
  55     function3_t function3;
  56     functionn_t functionn;
  57   };
  58   int arity;
  59 } function;
  60 struct scm_t;
  61 typedef struct scm_t {
  62   enum type_t type;
  63   union {
  64     char const *name;
  65     SCM string;
  66     SCM car;
  67     SCM ref;
  68     int length;
  69   };
  70   union {
  71     int value;
  72     int function;
  73     SCM cdr;
  74     SCM macro;
  75     SCM vector;
  76     int hits;
  77   };
  78 } scm;
  79
  80 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
  81 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
  82 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
  83 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
  84 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
  85 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
  86 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
  87 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
  88 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
  89 #if BOOT
  90 scm scm_label = {
  91   SPECIAL, "label"};
  92 #endif
  93 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
  94
  95 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
  96 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
  97 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
  98 scm scm_symbol_define = {SYMBOL, "define"};
  99 scm scm_symbol_define_macro = {SYMBOL, "define-macro"};
 100 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
 101
 102 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
 103 scm scm_symbol_quasiquote = {SYMBOL, "quasiquote"};
 104 scm scm_symbol_unquote = {SYMBOL, "unquote"};
 105 scm scm_symbol_unquote_splicing = {SYMBOL, "unquote-splicing"};
 106
 107 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
 108 scm scm_symbol_expand_macro = {SYMBOL, "expand-macro"};
 109 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
 110 scm scm_symbol_noexpand = {SYMBOL, "noexpand"};
 111 scm scm_symbol_syntax = {SYMBOL, "syntax"};
 112 scm scm_symbol_quasisyntax = {SYMBOL, "quasisyntax"};
 113 scm scm_symbol_unsyntax = {SYMBOL, "unsyntax"};
 114 scm scm_symbol_unsyntax_splicing = {SYMBOL, "unsyntax-splicing"};
 115
 116 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
 117 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
 118 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
 119 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
 120
 121 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
 122 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
 123 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
 124 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
 125 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
 126
 127 scm char_eof = {CHAR, .name="*eof*", .value=-1};
 128 scm char_nul = {CHAR, .name="nul", .value=0};
 129 scm char_alarm = {CHAR, .name="alarm", .value=8};
 130 scm char_backspace = {CHAR, .name="backspace", .value=8};
 131 scm char_tab = {CHAR, .name="tab", .value=9};
 132 scm char_newline = {CHAR, .name="newline", .value=10};
 133 scm char_vtab = {CHAR, .name="vtab", .value=11};
 134 scm char_page = {CHAR, .name="page", .value=12};
 135 scm char_return = {CHAR, .name="return", .value=13};
 136 scm char_space = {CHAR, .name="space", .value=32};
 137
 138 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
 139 scm *g_cells;
 140 scm *g_news = 0;
 141
 142 #include "mes.symbols.h"
 143
 144 SCM tmp;
 145 SCM tmp_num;
 146 SCM tmp_num2;
 147 SCM tmp_num3;
 148 SCM tmp_num4;
 149
 150 function functions[200];
 151 int g_function = 0;
 152
 153 SCM g_symbols = 0;
 154 SCM stack = 0;
 155 SCM r0 = 0; // a/env
 156 SCM r1 = 0; // param 1
 157 SCM r2 = 0; // param 2
 158 SCM r3 = 0; // param 3
 159
 160 #include "display.h"
 161 #include "lib.h"
 162 #include "math.h"
 163 #include "mes.h"
 164 #include "posix.h"
 165 #include "reader.h"
 166 #include "string.h"
 167 #include "type.h"
 168
 169 #define CAR(x) g_cells[x].car
 170 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
 171 #define HITS(x) g_cells[x].hits
 172 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
 173 #define NAME(x) g_cells[x].name
 174 #define STRING(x) g_cells[x].string
 175 #define TYPE(x) g_cells[x].type
 176 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
 177 #define REF(x) g_cells[x].ref
 178 #define VALUE(x) g_cells[x].value
 179 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
 180 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
 181 #define NCAR(x) g_news[x].car
 182 #define NTYPE(x) g_news[x].type
 183
 184 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 185 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
 186 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 187 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
 188 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
 189 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
 190 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
 191
 192 SCM display_ (FILE* f, SCM x);
 193 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
 194
 195 SCM
 196 alloc (int n)
 197 {
 198   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
 199   SCM x = g_free.value;
 200   g_free.value += n;
 201   return x;
 202 }
 203
 204 SCM
 205 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
 206 {
 207   SCM x = alloc (1);
 208   assert (TYPE (type) == NUMBER);
 209   TYPE (x) = VALUE (type);
 210   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
 211     if (car) CAR (x) = CAR (car);
 212     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 213   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
 214     if (car) CAR (x) = car;
 215     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 216   } else {
 217     CAR (x) = car;
 218     CDR (x) = cdr;
 219   }
 220   return x;
 221 }
 222
 223 SCM
 224 cons (SCM x, SCM y)
 225 {
 226   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
 227   return make_cell (tmp_num, x, y);
 228 }
 229
 230 SCM
 231 car (SCM x)
 232 {
 233   assert (TYPE (x) == PAIR);
 234   return CAR (x);
 235 }
 236
 237 SCM
 238 cdr (SCM x)
 239 {
 240   assert (TYPE (x) == PAIR);
 241   return CDR (x);
 242 }
 243
 244 SCM
 245 eq_p (SCM x, SCM y)
 246 {
 247   return (x == y
 248           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
 249                && STRING (x) == STRING (y)))
 250           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
 251               && VALUE (x) == VALUE (y))
 252           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
 253               && VALUE (x) == VALUE (y)))
 254     ? cell_t : cell_f;
 255 }
 256
 257 SCM
 258 set_car_x (SCM x, SCM e)
 259 {
 260   assert (TYPE (x) == PAIR);
 261   CAR (x) = e;
 262   return cell_unspecified;
 263 }
 264
 265 SCM
 266 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
 267 {
 268   assert (TYPE (x) == PAIR);
 269   CDR (x) = e;
 270   return cell_unspecified;
 271 }
 272
 273 SCM
 274 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
 275 {
 276   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
 277   return set_cdr_x (p, e);
 278 }
 279
 280 SCM
 281 quote (SCM x)
 282 {
 283   return cons (cell_symbol_quote, x);
 284 }
 285
 286 SCM
 287 quasiquote (SCM x)
 288 {
 289   return cons (cell_symbol_quasiquote, x);
 290 }
 291
 292 SCM
 293 quasisyntax (SCM x)
 294 {
 295   return cons (cell_symbol_quasisyntax, x);
 296 }
 297
 298 SCM
 299 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
 300 {
 301   if (x == cell_nil)
 302     return a;
 303   if (pair_p (x) == cell_f)
 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)
 313     {
 314       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
 315         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
 316       a = CDR (a);
 317     }
 318   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
 319 }
 320
 321 SCM
 322 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
 323 {
 324   x = assq (x, a);
 325   if (x == cell_f) return cell_undefined;
 326   return cdr (x);
 327 }
 328
 329 SCM
 330 assert_defined (SCM x, SCM e)
 331 {
 332   if (e == cell_undefined)
 333     {
 334       fprintf (stderr, "eval: unbound variable:");
 335       display_ (stderr, x);
 336       fprintf (stderr, "\n");
 337       assert (!"unbound variable");
 338     }
 339   return e;
 340 }
 341
 342 SCM
 343 vm_evlis_env ()
 344 {
 345   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
 346   if (TYPE (r1) != PAIR) return eval_env (r1, r0);
 347   r2 = eval_env (car (r1), r0);
 348   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
 349   return cons (r2, r1);
 350 }
 351
 352 SCM
 353 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
 354 {
 355   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
 356   r1 = e;
 357   r0 = cl;
 358   r2 = a;
 359   r3 = aa;
 360   return vm_begin_env ();
 361 }
 362
 363 SCM
 364 vm_apply_env ()
 365 {
 366   if (TYPE (r1) != PAIR)
 367     {
 368       if (TYPE (r1) == FUNCTION) return call (r1, r2);
 369       if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
 370         return call_with_values_env (car (r2), cadr (r2), r0);
 371       if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
 372     }
 373   else
 374     switch (car (r1))
 375       {
 376       case cell_symbol_lambda:
 377         {
 378           SCM args = cadr (r1);
 379           SCM body = cddr (r1);
 380           SCM p = pairlis (args, r2, r0);
 381           return call_lambda (body, p, p, r0);
 382         }
 383       case cell_closure:
 384         {
 385           SCM args = caddr (r1);
 386           SCM body = cdddr (r1);
 387           SCM aa = cdadr (r1);
 388           aa = cdr (aa);
 389           SCM p = pairlis (args, r2, aa);
 390           return call_lambda (body, p, aa, r0);
 391         }
 392 #if BOOT
 393       case cell_symbol_label:
 394         return apply_env (caddr (r1), r2, cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0));
 395 #endif
 396       }
 397   SCM e = eval_env (r1, r0);
 398   char const* type = 0;
 399   if (e == cell_f || e == cell_t) type = "bool";
 400   if (TYPE (e) == CHAR) type = "char";
 401   if (TYPE (e) == NUMBER) type = "number";
 402   if (TYPE (e) == STRING) type = "string";
 403   if (e == cell_unspecified) type = "*unspecified*";
 404   if (e == cell_undefined) type =  "*undefined*";
 405   if (type)
 406     {
 407       fprintf (stderr, "cannot apply: %s: ", type);
 408       display_ (stderr, e);
 409       fprintf (stderr, " [");
 410       display_ (stderr, r1);
 411       fprintf (stderr, "]\n");
 412       assert (!"cannot apply");
 413     }
 414   return apply_env (e, r2, r0);
 415 }
 416
 417 SCM
 418 vm_eval_env ()
 419 {
 420   switch (TYPE (r1))
 421     {
 422     case PAIR:
 423       {
 424         switch (car (r1))
 425           {
 426 #if FIXED_PRIMITIVES
 427           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
 428           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
 429           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 430               return cons (CAR (m), CADR (m));}
 431           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
 432 #endif // FIXED_PRIMITIVES
 433           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
 434 #if QUASISYNTAX
 435           case cell_symbol_syntax: return cadr (r1);
 436 #endif
 437           case cell_symbol_begin: return begin_env (r1, r0);
 438           case cell_symbol_lambda:
 439             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
 440           case cell_closure: return r1;
 441           case cell_symbol_if: return if_env (cdr (r1), r0);
 442 #if 1 //!BOOT
 443           case cell_symbol_set_x: {
 444             SCM x = eval_env (caddr (r1), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
 445           }
 446 #endif
 447           default: {
 448             SCM x = expand_macro_env (r1, r0);
 449             if (x != r1)
 450               {
 451                 if (TYPE (x) == PAIR)
 452                   {
 453                     set_cdr_x (r1, cdr (x));
 454                     set_car_x (r1, car (x));
 455                   }
 456                 else
 457                   r1 = x;
 458                 return eval_env (x, r0);
 459               }
 460             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 461             return apply_env (car (r1), m, r0);
 462           }
 463           }
 464       }
 465     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
 466     default: return r1;
 467     }
 468 }
 469
 470 SCM
 471 vm_expand_macro_env ()
 472 {
 473   if (TYPE (CAR (r1)) == STRING && string_to_symbol (CAR (r1)) == cell_symbol_noexpand)
 474     return cadr (r1);
 475
 476   SCM macro;
 477   SCM expanders;
 478   if (TYPE (r1) == PAIR
 479       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
 480     return apply_env (macro, CDR (r1), r0);
 481   else if (TYPE (r1) == PAIR
 482            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
 483            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
 484            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
 485     {
 486       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_expand_macro, r0);
 487       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
 488         r1 = apply_env (sc_expand, cons (r1, cell_nil), r0);
 489     }
 490   return r1;
 491 }
 492
 493 SCM
 494 vm_begin_env ()
 495 {
 496   SCM r = cell_unspecified;
 497   while (r1 != cell_nil) {
 498     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
 499       {
 500         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
 501           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
 502         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
 503           {
 504             SCM f = read_input_file_env (r0);
 505             r1 = append2 (f, cdr (r1));
 506           }
 507       }
 508     r = eval_env (car (r1), r0);
 509     r1 = CDR (r1);
 510   }
 511   return r;
 512 }
 513
 514 SCM
 515 vm_if_env ()
 516 {
 517   SCM x = eval_env (car (r1), r0);
 518   if (x != cell_f)
 519     return eval_env (cadr (r1), r0);
 520   if (cddr (r1) != cell_nil)
 521     return eval_env (caddr (r1), r0);
 522   return cell_unspecified;
 523 }
 524
 525 SCM
 526 vm_call_with_values_env ()
 527 {
 528   SCM v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
 529   if (TYPE (v) == VALUES)
 530     v = CDR (v);
 531   return apply_env (r2, v, r0);
 532 }
 533
 534 SCM
 535 call (SCM fn, SCM x)
 536 {
 537   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 538       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
 539     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
 540   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 541       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
 542     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
 543   switch (FUNCTION (fn).arity)
 544     {
 545     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
 546     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
 547     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
 548     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
 549     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
 550     }
 551   return cell_unspecified;
 552 }
 553
 554 SCM
 555 gc_frame (SCM stack)
 556 {
 557   SCM frame = car (stack);
 558   r1 = car (frame);
 559   r2 = cadr (frame);
 560   r3 = caddr (frame);
 561   r0 = cadddr (frame);
 562   return frame;
 563 }
 564
 565 SCM
 566 gc_stack (SCM a)
 567 {
 568   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 569   stack = cons (frame, stack);
 570   stack = gc (stack);
 571   gc_frame (stack);
 572   stack = cdr (stack);
 573   return stack;
 574 }
 575
 576 SCM
 577 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
 578 {
 579   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 580   stack = cons (frame, stack);
 581   r1 = p1;
 582   r2 = p2;
 583   r0 = a;
 584   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
 585     gc_stack (stack);
 586
 587   SCM r = f ();
 588   frame = gc_frame (stack);
 589   stack = cdr (stack);
 590   return r;
 591 }
 592
 593 SCM
 594 evlis_env (SCM m, SCM a)
 595 {
 596   return vm_call (vm_evlis_env, m, cell_undefined, a);
 597 }
 598
 599 SCM
 600 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
 601 {
 602   return vm_call (vm_apply_env, fn, x, a);
 603 }
 604
 605 SCM
 606 eval_env (SCM e, SCM a)
 607 {
 608   return vm_call (vm_eval_env, e, cell_undefined, a);
 609 }
 610
 611 SCM
 612 expand_macro_env (SCM e, SCM a)
 613 {
 614   return vm_call (vm_expand_macro_env, e, cell_undefined, a);
 615 }
 616
 617 SCM
 618 begin_env (SCM e, SCM a)
 619 {
 620   return vm_call (vm_begin_env, e, cell_undefined, a);
 621 }
 622
 623 SCM
 624 if_env (SCM e, SCM a)
 625 {
 626   return vm_call (vm_if_env, e, cell_undefined, a);
 627 }
 628
 629 SCM
 630 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
 631 {
 632   return vm_call (vm_call_with_values_env, producer, consumer, a);
 633 }
 634
 635 SCM
 636 append2 (SCM x, SCM y)
 637 {
 638   if (x == cell_nil) return y;
 639   assert (TYPE (x) == PAIR);
 640   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
 641 }
 642
 643 SCM
 644 append (SCM x) ///((arity . n))
 645  {
 646   if (x == cell_nil) return cell_nil;
 647   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
 648   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
 649  }
 650
 651 SCM
 652 make_char (int x)
 653 {
 654   g_cells[tmp_num].value = CHAR;
 655   g_cells[tmp_num2].value = x;
 656   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
 657 }
 658
 659 SCM
 660 make_function (SCM name, SCM id, SCM arity)
 661 {
 662   g_cells[tmp_num3].value = FUNCTION;
 663   function *f = (function*)malloc (sizeof (function));
 664   f->arity = VALUE (arity);
 665   g_cells[tmp_num4].value = (long)f;
 666   return make_cell (tmp_num3, name, tmp_num4);
 667 }
 668
 669 SCM
 670 make_keyword (SCM s)
 671 {
 672   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
 673   x = x ? x : internal_make_symbol (s);
 674   g_cells[tmp_num].value = KEYWORD;
 675   return make_cell (tmp_num, STRING (x), 0);
 676 }
 677
 678 SCM
 679 make_macro (SCM name, SCM x)
 680 {
 681   g_cells[tmp_num].value = MACRO;
 682   return make_cell (tmp_num, STRING (name), x);
 683 }
 684
 685 SCM
 686 make_number (int x)
 687 {
 688   g_cells[tmp_num].value = NUMBER;
 689   g_cells[tmp_num2].value = x;
 690   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
 691 }
 692
 693 SCM
 694 make_ref (SCM x)
 695 {
 696   g_cells[tmp_num].value = REF;
 697   return make_cell (tmp_num, x, x);
 698 }
 699
 700 SCM
 701 make_string (SCM x)
 702 {
 703   g_cells[tmp_num].value = STRING;
 704   return make_cell (tmp_num, x, 0);
 705 }
 706
 707 SCM
 708 cstring_to_list (char const* s)
 709 {
 710   SCM p = cell_nil;
 711   int i = strlen (s);
 712   while (i--)
 713     p = cons (make_char (s[i]), p);
 714   return p;
 715 }
 716
 717 SCM
 718 null_p (SCM x)
 719 {
 720   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
 721 }
 722
 723 SCM
 724 internal_make_symbol (SCM s)
 725 {
 726   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
 727   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
 728   g_symbols = cons (x, g_symbols);
 729   return x;
 730 }
 731
 732 SCM
 733 make_symbol (SCM s)
 734 {
 735   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
 736   return x ? x : internal_make_symbol (s);
 737 }
 738
 739 SCM
 740 make_vector (SCM n)
 741 {
 742   int k = VALUE (n);
 743   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
 744   SCM v = alloc (k);
 745   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
 746   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
 747   return x;
 748 }
 749
 750 SCM
 751 values (SCM x) ///((arity . n))
 752 {
 753   SCM v = cons (0, x);
 754   TYPE (v) = VALUES;
 755   return v;
 756 }
 757
 758 SCM
 759 vector_length (SCM x)
 760 {
 761   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 762   return make_number (LENGTH (x));
 763 }
 764
 765 SCM
 766 vector_ref (SCM x, SCM i)
 767 {
 768   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 769   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 770   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
 771   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 772   if (TYPE (e) == CHAR) e = make_char (VALUE (e));
 773   if (TYPE (e) == NUMBER) e = make_number (VALUE (e));
 774   return e;
 775 }
 776
 777 SCM
 778 vector_entry (SCM x) {
 779   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = make_ref (x);
 780   return x;
 781 }
 782
 783 SCM
 784 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
 785 {
 786   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 787   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 788   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
 789   return cell_unspecified;
 790 }
 791
 792 SCM
 793 list_to_vector (SCM x)
 794 {
 795   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
 796   SCM v = make_vector (tmp_num);
 797   SCM p = VECTOR (v);
 798   while (x != cell_nil)
 799     {
 800       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
 801       x = cdr (x);
 802     }
 803   return v;
 804 }
 805
 806 FILE *g_stdin;
 807 int
 808 getchar ()
 809 {
 810   return getc (g_stdin);
 811 }
 812
 813 int
 814 ungetchar (int c)
 815 {
 816   return ungetc (c, g_stdin);
 817 }
 818
 819 int
 820 peekchar ()
 821 {
 822   int c = getchar ();
 823   ungetchar (c);
 824   return c;
 825 }
 826
 827 SCM
 828 peek_byte ()
 829 {
 830   return make_number (peekchar ());
 831 }
 832
 833 SCM
 834 read_byte ()
 835 {
 836   return make_number (getchar ());
 837 }
 838
 839 SCM
 840 unread_byte (SCM i)
 841 {
 842   ungetchar (VALUE (i));
 843   return i;
 844 }
 845
 846 SCM
 847 write_char (SCM x) ///((arity . n))
 848 {
 849   SCM c = car (x);
 850   SCM p = cdr (x);
 851   int fd = 1;
 852   if (TYPE (p) == PAIR && TYPE (car (p)) == NUMBER) fd = VALUE (car (p));
 853   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
 854   assert (TYPE (c) == NUMBER || TYPE (c) == CHAR);
 855   fputc (VALUE (c), f);
 856   return c;
 857 }
 858
 859 SCM
 860 symbol_to_list (SCM x)
 861 {
 862   assert (TYPE (x) == SYMBOL);
 863   return STRING (x);
 864 }
 865
 866 SCM
 867 char_to_integer (SCM x)
 868 {
 869   assert (TYPE (x) == CHAR);
 870   return make_number (VALUE (x));
 871 }
 872
 873 SCM
 874 integer_to_char (SCM x)
 875 {
 876   assert (TYPE (x) == NUMBER);
 877   return make_char (VALUE (x));
 878 }
 879
 880 void
 881 make_tmps (scm* cells)
 882 {
 883   tmp = g_free.value++;
 884   cells[tmp].type = CHAR;
 885   tmp_num = g_free.value++;
 886   cells[tmp_num].type = NUMBER;
 887   tmp_num2 = g_free.value++;
 888   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
 889   tmp_num3 = g_free.value++;
 890   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
 891   tmp_num4 = g_free.value++;
 892   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
 893 }
 894
 895 //\f Jam Collector
 896 SCM g_symbol_max;
 897 bool g_debug = false;
 898
 899 SCM
 900 gc_up_arena ()
 901 {
 902   ARENA_SIZE *= 2;
 903   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 904   if (!p)
 905     {
 906       if (g_debug) fprintf (stderr, "cannot up arena: %s: arena=%d\n", strerror (errno), 2*ARENA_SIZE);
 907       return cell_unspecified;
 908     }
 909   g_cells = (scm*)p;
 910   g_cells++;
 911   gc_init_news ();
 912 }
 913
 914 SCM
 915 gc ()
 916 {
 917   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
 918   g_free.value = 1;
 919   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
 920   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
 921     gc_copy (i);
 922   make_tmps (g_news);
 923   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
 924   SCM new = gc_copy (stack);
 925   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
 926   stack = new;
 927   return gc_loop (1);
 928 }
 929
 930 SCM
 931 gc_loop (SCM scan)
 932 {
 933   while (scan < g_free.value)
 934     {
 935       if (NTYPE (scan) == KEYWORD
 936           || NTYPE (scan) == MACRO
 937           || NTYPE (scan) == PAIR
 938           || NTYPE (scan) == REF
 939           || scan == 1 // null
 940           || NTYPE (scan) == SPECIAL
 941           || NTYPE (scan) == STRING
 942           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
 943         {
 944           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
 945           gc_relocate_car (scan, car);
 946         }
 947       if ((NTYPE (scan) == MACRO
 948            || NTYPE (scan) == PAIR
 949            || NTYPE (scan) == VALUES)
 950           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
 951         {
 952           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
 953           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
 954         }
 955       scan++;
 956     }
 957   return gc_flip ();
 958 }
 959
 960 SCM
 961 gc_copy (SCM old)
 962 {
 963   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
 964   SCM new = g_free.value++;
 965   g_news[new] = g_cells[old];
 966   if (NTYPE (new) == VECTOR)
 967     {
 968       g_news[new].vector = g_free.value;
 969       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
 970         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
 971     }
 972   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
 973   g_cells[old].car = new;
 974   return new;
 975 }
 976
 977 SCM
 978 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
 979 {
 980   g_news[new].car = car;
 981   return cell_unspecified;
 982 }
 983
 984 SCM
 985 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
 986 {
 987   g_news[new].cdr = cdr;
 988   return cell_unspecified;
 989 }
 990
 991 SCM
 992 gc_flip ()
 993 {
 994   scm *cells = g_cells;
 995   g_cells = g_news;
 996   g_news = cells;
 997   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
 998   return stack;
 999 }
1000
1001 SCM
1002 gc_show ()
1003 {
1004   fprintf (stderr, "cells: ");
1005   scm *t = g_cells;
1006   display_ (stderr, -1);
1007   fprintf (stderr, "\n");
1008   if (g_news)
1009     {
1010       fprintf (stderr, "news: ");
1011       g_cells = g_news;
1012       display_ (stderr, -1);
1013       fprintf (stderr, "\n");
1014     }
1015   g_cells = t;
1016   return cell_unspecified;
1017 }
1018
1019 //\f Environment setup
1020 SCM
1021 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1022 {
1023   return cons (cons (key, value), alist);
1024 }
1025
1026 SCM
1027 add_environment (SCM a, char const *name, SCM x)
1028 {
1029   return acons (make_symbol (cstring_to_list (name)), x, a);
1030 }
1031
1032 SCM
1033 gc_init_cells ()
1034 {
1035   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1036   g_cells[0].type = VECTOR;
1037   g_cells[0].length = 1000;
1038   g_cells[0].vector = 0;
1039   g_cells++;
1040   g_cells[0].type = CHAR;
1041   g_cells[0].value = 'c';
1042 }
1043
1044 SCM
1045 gc_init_news ()
1046 {
1047   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1048   g_news[0].type = VECTOR;
1049   g_news[0].length = 1000;
1050   g_news[0].vector = 0;
1051   g_news++;
1052   g_news[0].type = CHAR;
1053   g_news[0].value = 'n';
1054 }
1055
1056 SCM
1057 mes_symbols () ///((internal))
1058 {
1059   gc_init_cells ();
1060   gc_init_news ();
1061
1062 #include "mes.symbols.i"
1063
1064   g_symbol_max = g_free.value;
1065   make_tmps (g_cells);
1066
1067   g_symbols = 0;
1068   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1069     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1070
1071   SCM a = cell_nil;
1072
1073 #if BOOT
1074   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1075 #endif
1076   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1077   a = add_environment (a, "sc-expand", cell_f);
1078   a = acons (cell_closure, a, a);
1079
1080   internal_lookup_symbol (cell_nil);
1081
1082   return a;
1083 }
1084
1085 SCM
1086 mes_builtins (SCM a)
1087 {
1088 #include "mes.i"
1089
1090 #include "display.i"
1091 #include "lib.i"
1092 #include "math.i"
1093 #include "posix.i"
1094 #include "reader.i"
1095 #include "string.i"
1096 #include "type.i"
1097
1098 #include "display.environment.i"
1099 #include "lib.environment.i"
1100 #include "math.environment.i"
1101 #include "mes.environment.i"
1102 #include "posix.environment.i"
1103 #include "reader.environment.i"
1104 #include "string.environment.i"
1105 #include "type.environment.i"
1106
1107   a = add_environment (a, "*dot*", cell_dot);
1108   a = add_environment (a, "*foo-bar-baz*", cell_nil); // FIXME: some off-by one?
1109
1110   return a;
1111 }
1112
1113 SCM
1114 mes_stack (SCM a) ///((internal))
1115 {
1116   r0 = a;
1117   r1 = make_char (0);
1118   r2 = make_char (0);
1119   r3 = make_char (0);
1120   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1121   return r0;
1122 }
1123
1124 SCM
1125 mes_environment () ///((internal))
1126 {
1127   SCM a = mes_symbols ();
1128   return mes_stack (a);
1129 }
1130
1131 SCM
1132 make_lambda (SCM args, SCM body)
1133 {
1134   return cons (cell_symbol_lambda, cons (args, body));
1135 }
1136
1137 SCM
1138 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1139 {
1140   return cons (cell_closure, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1141 }
1142
1143 SCM
1144 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1145 {
1146   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1147   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1148   if (macro_p (m) == cell_t) return MACRO (m);
1149   return cell_f;
1150 }
1151
1152 SCM
1153 read_input_file_env_ (SCM e, SCM a)
1154 {
1155   if (e == cell_nil) return e;
1156   return cons (e, read_input_file_env_ (read_env (a), a));
1157 }
1158
1159 SCM
1160 read_input_file_env (SCM a)
1161 {
1162   r0 = a;
1163 #if READER
1164   return read_input_file_env_ (read_env (r0), r0);
1165 #endif
1166   return apply_env (cell_symbol_read_input_file, cell_nil, r0);
1167 }
1168
1169 SCM
1170 load_env (SCM a) ///((internal))
1171 {
1172   r0 =a;
1173 #if 1 //!READER
1174   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mes", "r");
1175   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mes", "r");
1176 #endif
1177   if (!g_function) r0 = mes_builtins (r0);
1178   r3 = read_input_file_env (r0);
1179   g_stdin = stdin;
1180   return r3;
1181 }
1182
1183 SCM
1184 bload_env (SCM a) ///((internal))
1185 {
1186   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mo", "r");
1187   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mo", "r");
1188   char *p = (char*)g_cells;
1189   assert (getchar () == 'M');
1190   assert (getchar () == 'E');
1191   assert (getchar () == 'S');
1192   stack = getchar () << 8;
1193   stack += getchar ();
1194   int c = getchar ();
1195   while (c != EOF)
1196     {
1197       *p++ = c;
1198       c = getchar ();
1199     }
1200   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1201   gc_frame (stack);
1202   g_symbols = r1;
1203   g_stdin = stdin;
1204
1205   r0 = mes_builtins (r0);
1206   return r3;
1207 }
1208
1209 int
1210 dump ()
1211 {
1212   r1 = g_symbols;
1213   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1214   stack = cons (frame, stack);
1215   stack = gc (stack);
1216   gc_frame (stack);
1217   char *p = (char*)g_cells;
1218   fputc ('M', stdout);
1219   fputc ('E', stdout);
1220   fputc ('S', stdout);
1221   fputc (stack >> 8, stdout);
1222   fputc (stack % 256, stdout);
1223   for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1224     fputc (*p++, stdout);
1225   return 0;
1226 }
1227
1228 #include "type.c"
1229 #include "display.c"
1230 #include "lib.c"
1231 #include "math.c"
1232 #include "posix.c"
1233 #include "reader.c"
1234 #include "string.c"
1235
1236 int
1237 main (int argc, char *argv[])
1238 {
1239   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1240   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1241   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1242   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.3\n");
1243   g_stdin = stdin;
1244   r0 = mes_environment ();
1245   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1246     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1247   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1248   display_ (stderr, begin_env (program, r0));
1249   fputs ("", stderr);
1250   gc (stack);
1251   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1252   return 0;
1253 }