49df0b5f0d313eabddc996e41dd506cd2ee99202
[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 #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 }