51313500dba5574d0bb4a1881ad0270879eaeb6b
[mes.git] / mes.c
1 /* -*-comment-start: "//";comment-end:""-*-
2  * Mes --- Maxwell Equations of Software
3  * Copyright © 2016,2017 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
4  *
5  * This file is part of Mes.
6  *
7  * Mes is free software; you can redistribute it and/or modify it
8  * under the terms of the GNU General Public License as published by
9  * the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or (at
10  * your option) any later version.
11  *
12  * Mes is distributed in the hope that it will be useful, but
13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15  * GNU General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
18  * along with Mes.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19  */
20
21 #define _GNU_SOURCE
22 #if __GNUC__
23 #define  __NYACC__ 0
24 #define NYACC
25 #define NYACC2
26 #include <assert.h>
27 #include <ctype.h>
28 #include <errno.h>
29 #include <limits.h>
30 #include <stdio.h>
31 #include <string.h>
32 #include <stdlib.h>
33 #include <stdbool.h>
34 #else
35 typedef int bool;
36 #define  __NYACC__ 1
37 #define NYACC nyacc
38 #define NYACC2 nyacc2
39 #endif
40
41 #define DEBUG 0
42 #define FIXED_PRIMITIVES 1
43
44 int ARENA_SIZE = 100000;
45 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
46 int GC_SAFETY = 100;
47
48 typedef int SCM;
49 enum type_t {CHAR, CLOSURE, CONTINUATION, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, REF, SPECIAL, STRING, SYMBOL, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
50 typedef SCM (*function0_t) (void);
51 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
52 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
53 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
54 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
55 typedef struct function_struct {
56   union {
57     function0_t function0;
58     function1_t function1;
59     function2_t function2;
60     function3_t function3;
61     functionn_t functionn;
62   } NYACC;
63   int arity;
64 } function_t;
65 struct scm;
66 typedef struct scm_struct {
67   enum type_t type;
68   union {
69     char const *name;
70     SCM string;
71     SCM car;
72     SCM ref;
73     int length;
74   } NYACC;
75   union {
76     int value;
77     int function;
78     SCM cdr;
79     SCM closure;
80     SCM continuation;
81     SCM macro;
82     SCM vector;
83     int hits;
84   } NYACC2;
85 } scm;
86
87 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
88 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
89 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
90 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
91 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
92 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
93 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
94 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
95 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
96 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
97
98 scm scm_symbol_dot = {SYMBOL, "*dot*"};
99 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
100 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
101 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
102 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
103 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
104
105 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
106 scm scm_symbol_macro_expand = {SYMBOL, "macro-expand"};
107 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
108
109 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
110 scm scm_call_with_current_continuation = {SPECIAL, "*call/cc*"};
111 scm scm_symbol_call_with_current_continuation = {SYMBOL, "call-with-current-continuation"};
112 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
113 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
114 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
115 scm scm_symbol_write = {SYMBOL, "write"};
116 scm scm_symbol_display = {SYMBOL, "display"};
117
118 scm scm_symbol_throw = {SYMBOL, "throw"};
119 scm scm_symbol_not_a_pair = {SYMBOL, "not-a-pair"};
120 scm scm_symbol_system_error = {SYMBOL, "system-error"};
121 scm scm_symbol_wrong_number_of_args = {SYMBOL, "wrong-number-of-args"};
122 scm scm_symbol_wrong_type_arg = {SYMBOL, "wrong-type-arg"};
123 scm scm_symbol_unbound_variable = {SYMBOL, "unbound-variable"};
124
125 scm scm_symbol_argv = {SYMBOL, "%argv"};
126 scm scm_symbol_mes_prefix = {SYMBOL, "%prefix"};
127 scm scm_symbol_mes_version = {SYMBOL, "%version"};
128
129 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
130 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
131 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
132 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
133 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
134
135 scm scm_vm_evlis = {SPECIAL, "*vm-evlis*"};
136 scm scm_vm_evlis2 = {SPECIAL, "*vm-evlis2*"};
137 scm scm_vm_evlis3 = {SPECIAL, "*vm-evlis3*"};
138 scm scm_vm_apply = {SPECIAL, "core:apply"};
139 scm scm_vm_apply2 = {SPECIAL, "*vm-apply2*"};
140 scm scm_vm_eval = {SPECIAL, "core:eval"};
141
142 #if FIXED_PRIMITIVES
143 scm scm_vm_eval_car = {SPECIAL, "*vm-eval-car*"};
144 scm scm_vm_eval_cdr = {SPECIAL, "*vm-eval-cdr*"};
145 scm scm_vm_eval_cons = {SPECIAL, "*vm-eval-cons*"};
146 scm scm_vm_eval_null_p = {SPECIAL, "*vm-eval-null-p*"};
147 #endif
148
149 scm scm_vm_eval_set_x = {SPECIAL, "*vm-eval-set!*"};
150 scm scm_vm_eval_macro = {SPECIAL, "*vm-eval-macro*"};
151 scm scm_vm_eval2 = {SPECIAL, "*vm-eval2*"};
152 scm scm_vm_macro_expand = {SPECIAL, "core:macro-expand"};
153 scm scm_vm_begin = {SPECIAL, "*vm-begin*"};
154 scm scm_vm_begin_read_input_file = {SPECIAL, "*vm-begin-read-input-file*"};
155 scm scm_vm_begin2 = {SPECIAL, "*vm-begin2*"};
156 scm scm_vm_if = {SPECIAL, "*vm-if*"};
157 scm scm_vm_if_expr = {SPECIAL, "*vm-if-expr*"};
158 scm scm_vm_call_with_values2 = {SPECIAL, "*vm-call-with-values2*"};
159 scm scm_vm_call_with_current_continuation2 = {SPECIAL, "*vm-call-with-current-continuation2*"};
160 scm scm_vm_return = {SPECIAL, "*vm-return*"};
161
162 scm scm_test = {SYMBOL, "test"};
163
164 int g_free = 0;
165 scm *g_cells;
166 scm *g_news = 0;
167
168 #include "mes.symbols.h"
169
170 SCM tmp;
171 SCM tmp_num;
172 SCM tmp_num2;
173
174 function_t functions[200];
175 int g_function = 0;
176
177 SCM g_continuations = 0;
178 SCM g_symbols = 0;
179 SCM g_stack = 0;
180 SCM r0 = 0; // a/env
181 SCM r1 = 0; // param 1
182 SCM r2 = 0; // save 2+load/dump
183 SCM r3 = 0; // continuation
184
185 #include "lib.h"
186 #include "math.h"
187 #include "mes.h"
188 #include "posix.h"
189 #include "reader.h"
190
191 #define CAR(x) g_cells[x].car
192 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
193 #define CONTINUATION(x) g_cells[x].cdr
194 #define HITS(x) g_cells[x].hits
195 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
196 #define NAME(x) g_cells[x].name
197 #define STRING(x) g_cells[x].string
198 #define TYPE(x) g_cells[x].type
199 #define CLOSURE(x) g_cells[x].closure
200 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
201 #define REF(x) g_cells[x].ref
202 #define VALUE(x) g_cells[x].value
203 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
204 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
205 #define NCAR(x) g_news[x].car
206 #define NTYPE(x) g_news[x].type
207
208 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
209 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
210 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
211 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
212 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
213 #define CDDDR(x) CDR (CDR (CDR (x)))
214 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
215 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
216
217 #define MAKE_CHAR(n) make_cell (tmp_num_ (CHAR), 0, tmp_num2_ (n))
218 #define MAKE_CONTINUATION(n) make_cell (tmp_num_ (CONTINUATION), n, g_stack)
219 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
220 #define MAKE_REF(n) make_cell (tmp_num_ (REF), n, 0)
221 #define MAKE_STRING(x) make_cell (tmp_num_ (STRING), x, 0)
222
223 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM a);
224
225 SCM
226 tmp_num_ (int x)
227 {
228   g_cells[tmp_num].value = x;
229   return tmp_num;
230 }
231
232 SCM
233 tmp_num2_ (int x)
234 {
235   g_cells[tmp_num2].value = x;
236   return tmp_num2;
237 }
238
239 SCM
240 alloc (int n)
241 {
242   assert (g_free + n < ARENA_SIZE);
243   SCM x = g_free;
244   g_free += n;
245   return x;
246 }
247
248 SCM
249 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
250 {
251   SCM x = alloc (1);
252   assert (TYPE (type) == NUMBER);
253   TYPE (x) = VALUE (type);
254   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
255     if (car) CAR (x) = CAR (car);
256     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
257   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
258     if (car) CAR (x) = car;
259     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
260   } else {
261     CAR (x) = car;
262     CDR (x) = cdr;
263   }
264   return x;
265 }
266
267 SCM
268 cons (SCM x, SCM y)
269 {
270   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
271   return make_cell (tmp_num, x, y);
272 }
273
274 SCM
275 car (SCM x)
276 {
277   if (TYPE (x) != PAIR) error (cell_symbol_not_a_pair, cons (x, cell_symbol_car));
278   return CAR (x);
279 }
280
281 SCM
282 cdr (SCM x)
283 {
284   if (TYPE (x) != PAIR) error (cell_symbol_not_a_pair, cons (x, cell_symbol_cdr));
285   return CDR (x);
286 }
287
288 SCM
289 eq_p (SCM x, SCM y)
290 {
291   return (x == y
292           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
293                && STRING (x) == STRING (y)))
294           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
295               && VALUE (x) == VALUE (y))
296           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
297               && VALUE (x) == VALUE (y)))
298     ? cell_t : cell_f;
299 }
300
301 SCM
302 type_ (SCM x)
303 {
304   return MAKE_NUMBER (TYPE (x));
305 }
306
307 SCM
308 car_ (SCM x)
309 {
310   return (TYPE (x) != CONTINUATION
311           && (TYPE (CAR (x)) == PAIR // FIXME: this is weird
312               || TYPE (CAR (x)) == REF
313               || TYPE (CAR (x)) == SPECIAL
314               || TYPE (CAR (x)) == SYMBOL
315               || TYPE (CAR (x)) == STRING)) ? CAR (x) : MAKE_NUMBER (CAR (x));
316 }
317
318 SCM
319 cdr_ (SCM x)
320 {
321   return (TYPE (CDR (x)) == PAIR
322           || TYPE (CDR (x)) == REF
323           || TYPE (CAR (x)) == SPECIAL
324           || TYPE (CDR (x)) == SYMBOL
325           || TYPE (CDR (x)) == STRING) ? CDR (x) : MAKE_NUMBER (CDR (x));
326 }
327
328 SCM
329 set_car_x (SCM x, SCM e)
330 {
331   assert (TYPE (x) == PAIR);
332   CAR (x) = e;
333   return cell_unspecified;
334 }
335
336 SCM
337 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
338 {
339   if (TYPE (x) != PAIR) error (cell_symbol_not_a_pair, cons (x, cell_set_cdr_x));
340   CDR (x) = e;
341   return cell_unspecified;
342 }
343
344 SCM
345 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
346 {
347   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
348   if (TYPE (p) != PAIR)  error (cell_symbol_not_a_pair, cons (p, x));
349   return set_cdr_x (p, e);
350 }
351
352 SCM
353 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
354 {
355   if (x == cell_nil)
356     return a;
357   if (TYPE (x) != PAIR)
358     return cons (cons (x, y), a);
359   return cons (cons (car (x), car (y)),
360                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
361 }
362
363 SCM
364 assq (SCM x, SCM a)
365 {
366   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f) a = CDR (a);
367   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
368 }
369
370 SCM
371 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
372 {
373   x = assq (x, a);
374   if (x == cell_f) return cell_undefined;
375   return cdr (x);
376 }
377
378 SCM
379 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
380 {
381   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
382   r1 = e;
383   r0 = cl;
384   return cell_unspecified;
385 }
386
387 SCM
388 push_cc (SCM p1, SCM p2, SCM a, SCM c) ///((internal))
389 {
390   SCM x = r3;
391   r3 = c;
392   r2 = p2;
393   gc_push_frame ();
394   r1 = p1;
395   r0 = a;
396   r3 = x;
397   return cell_unspecified;
398 }
399
400 SCM
401 eval_apply ()
402 {
403  eval_apply:
404   if (g_free + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
405     gc_pop_frame (gc (gc_push_frame ()));
406
407   switch (r3)
408     {
409     case cell_vm_evlis: goto evlis;
410     case cell_vm_evlis2: goto evlis2;
411     case cell_vm_evlis3: goto evlis3;
412     case cell_vm_apply: goto apply;
413     case cell_vm_apply2: goto apply2;
414     case cell_vm_eval: goto eval;
415 #if FIXED_PRIMITIVES
416     case cell_vm_eval_car: goto eval_car;
417     case cell_vm_eval_cdr: goto eval_cdr;
418     case cell_vm_eval_cons: goto eval_cons;
419     case cell_vm_eval_null_p: goto eval_null_p;
420 #endif
421     case cell_vm_eval_set_x: goto eval_set_x;
422     case cell_vm_eval_macro: goto eval_macro;
423     case cell_vm_eval2: goto eval2;
424     case cell_vm_macro_expand: goto macro_expand;
425     case cell_vm_begin: goto begin;
426     case cell_vm_begin_read_input_file: goto begin_read_input_file;
427     case cell_vm_begin2: goto begin2;
428     case cell_vm_if: goto vm_if;
429     case cell_vm_if_expr: goto if_expr;
430     case cell_vm_call_with_current_continuation2: goto call_with_current_continuation2;
431     case cell_vm_call_with_values2: goto call_with_values2;
432     case cell_vm_return: goto vm_return;
433     case cell_unspecified: return r1;
434     default:
435       assert (0);
436     }
437
438   SCM x = cell_nil;
439   SCM y = cell_nil;
440  evlis:
441   if (r1 == cell_nil) goto vm_return;
442   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
443   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_evlis2);
444   goto eval;
445  evlis2:
446   push_cc (cdr (r2), r1, r0, cell_vm_evlis3);
447   goto evlis;
448  evlis3:
449   r1 = cons (r2, r1);
450   goto vm_return;
451
452  apply:
453   switch (TYPE (car (r1)))
454     {
455     case FUNCTION: {
456       check_formals (car (r1), MAKE_NUMBER (FUNCTION (car (r1)).arity), cdr (r1));
457       r1 = call (car (r1), cdr (r1)); /// FIXME: move into eval_apply
458       goto vm_return;
459     }
460     case CLOSURE:
461       {
462         SCM cl = CLOSURE (car (r1));
463         SCM formals = cadr (cl);
464         SCM body = cddr (cl);
465         SCM aa = cdar (cl);
466         aa = cdr (aa);
467         check_formals (car (r1), formals, cdr (r1));
468         SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), aa);
469         call_lambda (body, p, aa, r0);
470         goto begin;
471       }
472       case CONTINUATION:
473         {
474           x = r1;
475           g_stack = CONTINUATION (CAR (r1));
476           gc_pop_frame ();
477           r1 = cadr (x);
478           goto eval_apply;
479         }
480     case SPECIAL:
481       {
482         switch (car (r1))
483           {
484           case cell_vm_apply:
485             {
486               push_cc (cons (CADR (r1), CADDR (r1)), r1, r0, cell_vm_return);
487               goto apply;
488             }
489           case cell_vm_eval:
490             {
491               push_cc (CADR (r1), r1, CADDR (r1), cell_vm_return);
492               goto eval;
493             }
494           case cell_call_with_current_continuation:
495             {
496               r1 = cdr (r1);
497               goto call_with_current_continuation;
498             }
499           default: check_apply (cell_f, car (r1));
500           }
501       }
502     case SYMBOL:
503       {
504         if (car (r1) == cell_symbol_call_with_values)
505           {
506             r1 = cdr (r1);
507             goto call_with_values;
508           }
509         if (car (r1) == cell_symbol_current_module)
510           {
511             r1 = r0;
512             goto vm_return;
513           }
514         break;
515       }
516     case PAIR:
517       {
518         switch (caar (r1))
519           {
520           case cell_symbol_lambda:
521             {
522               SCM formals = cadr (car (r1));
523               SCM body = cddr (car (r1));
524               SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), r0);
525               check_formals (r1, formals, cdr (r1));
526               call_lambda (body, p, p, r0);
527               goto begin;
528             }
529           }
530       }
531     }
532   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_apply2);
533   goto eval;
534  apply2:
535   check_apply (r1, car (r2));
536   r1 = cons (r1, cdr (r2));
537   goto apply;
538
539  eval:
540   switch (TYPE (r1))
541     {
542     case PAIR:
543       {
544         switch (car (r1))
545           {
546 #if FIXED_PRIMITIVES
547           case cell_symbol_car:
548             {
549               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_car); goto eval;
550             eval_car:
551               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = car (x); goto eval_apply;
552             }
553           case cell_symbol_cdr:
554             {
555               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_cdr); goto eval;
556             eval_cdr:
557               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = cdr (x); goto eval_apply;
558             }
559           case cell_symbol_cons: {
560             push_cc (CDR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_cons); goto evlis;
561             eval_cons:
562             x = r1;
563             gc_pop_frame ();
564             r1 = cons (CAR (x), CADR (x));
565             goto eval_apply;
566           }
567           case cell_symbol_null_p:
568             {
569               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_null_p);
570               goto eval;
571             eval_null_p:
572               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = null_p (x); goto eval_apply;
573             }
574 #endif // FIXED_PRIMITIVES
575           case cell_symbol_quote:
576             {
577               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = cadr (x); goto eval_apply;
578             }
579           case cell_symbol_begin: goto begin;
580           case cell_symbol_lambda:
581             {
582               r1 = make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
583               goto vm_return;
584             }
585           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto vm_if;}
586           case cell_symbol_set_x:
587             {
588               push_cc (car (cddr (r1)), r1, r0, cell_vm_eval_set_x);
589               goto eval;
590             eval_set_x:
591               x = r2;
592               r1 = set_env_x (cadr (x), r1, r0);
593               goto vm_return;
594             }
595           case cell_vm_macro_expand:
596             {
597               push_cc (cadr (r1), r1, r0, cell_vm_return);
598               goto macro_expand;
599             }
600           default: {
601             push_cc (r1, r1, r0, cell_vm_eval_macro);
602             goto macro_expand;
603             eval_macro:
604             x = r2;
605             if (r1 != r2)
606               {
607                 if (TYPE (r1) == PAIR)
608                   {
609                     set_cdr_x (r2, cdr (r1));
610                     set_car_x (r2, car (r1));
611                   }
612                 goto eval;
613               }
614             push_cc (CDR (r1), r1, r0, cell_vm_eval2); goto evlis;
615             eval2:
616             r1 = cons (car (r2), r1);
617             goto apply;
618           }
619           }
620       }
621     case SYMBOL:
622       {
623         r1 = assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
624         goto vm_return;
625       }
626     default: goto vm_return;
627     }
628
629   SCM macro;
630   SCM expanders;
631  macro_expand:
632   if (TYPE (r1) == PAIR
633       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
634     {
635       r1 = cons (macro, CDR (r1));
636       goto apply;
637     }
638   else if (TYPE (r1) == PAIR
639            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
640            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
641            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
642     {
643       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
644       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
645         {
646           r1 = cons (sc_expand, cons (r1, cell_nil));
647           goto apply;
648         }
649     }
650   goto vm_return;
651
652  begin:
653   x = cell_unspecified;
654   while (r1 != cell_nil) {
655     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
656       {
657         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
658           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
659         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
660           {
661             push_cc (cons (cell_symbol_read_input_file, cell_nil), r1, r0, cell_vm_begin_read_input_file);
662             goto apply;
663           begin_read_input_file:
664             r1 = append2 (r1, cdr (r2));
665           }
666       }
667     if (CDR (r1) == cell_nil)
668       {
669         r1 = car (r1);
670         goto eval;
671       }
672     push_cc (CAR (r1), r1, r0, cell_vm_begin2);
673     goto eval;
674   begin2:
675     x = r1;
676     r1 = CDR (r2);
677   }
678   r1 = x;
679   goto vm_return;
680
681  vm_if:
682   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_if_expr);
683   goto eval;
684  if_expr:
685   x = r1;
686   r1 = r2;
687   if (x != cell_f)
688     {
689       r1 = cadr (r1);
690       goto eval;
691     }
692   if (cddr (r1) != cell_nil)
693     {
694       r1 = car (cddr (r1));
695       goto eval;
696     }
697   r1 = cell_unspecified;
698   goto vm_return;
699
700  call_with_current_continuation:
701   gc_push_frame ();
702   x = MAKE_CONTINUATION (g_continuations++);
703   gc_pop_frame ();
704   push_cc (cons (car (r1), cons (x, cell_nil)), x, r0, cell_vm_call_with_current_continuation2);
705   goto apply;
706  call_with_current_continuation2:
707   CONTINUATION (r2) = g_stack;
708   goto vm_return;
709
710  call_with_values:
711   push_cc (cons (car (r1), cell_nil), r1, r0, cell_vm_call_with_values2);
712   goto apply;
713  call_with_values2:
714   if (TYPE (r1) == VALUES)
715     r1 = CDR (r1);
716   r1 = cons (cadr (r2), r1);
717   goto apply;
718
719  vm_return:
720   x = r1;
721   gc_pop_frame ();
722   r1 = x;
723   goto eval_apply;
724 }
725
726 SCM
727 call (SCM fn, SCM x)
728 {
729   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
730       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
731     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
732   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
733       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
734     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
735   switch (FUNCTION (fn).arity)
736     {
737     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
738     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
739     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
740     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), car (cddr (x)));
741     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
742     }
743
744   return cell_unspecified;
745 }
746
747 SCM
748 gc_peek_frame ()
749 {
750   SCM frame = car (g_stack);
751   r1 = car (frame);
752   r2 = cadr (frame);
753   r3 = car (cddr (frame));
754   r0 = cadr (cddr (frame));
755   return frame;
756 }
757
758 SCM
759 gc_pop_frame ()
760 {
761   SCM frame = gc_peek_frame (g_stack);
762   g_stack = cdr (g_stack);
763   return frame;
764 }
765
766 SCM
767 gc_push_frame ()
768 {
769   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
770   return g_stack = cons (frame, g_stack);
771 }
772
773 SCM
774 apply (SCM f, SCM x, SCM a) ///((internal))
775 {
776   push_cc (cons (f, x), cell_unspecified, r0, cell_unspecified);
777   r3 = cell_vm_apply;
778   return eval_apply ();
779 }
780
781 SCM
782 append2 (SCM x, SCM y)
783 {
784   if (x == cell_nil) return y;
785   assert (TYPE (x) == PAIR);
786   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
787 }
788
789 SCM
790 append (SCM x) ///((arity . n))
791  {
792   if (x == cell_nil) return cell_nil;
793   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
794   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
795  }
796
797 SCM
798 cstring_to_list (char const* s)
799 {
800   SCM p = cell_nil;
801   int i = strlen (s);
802   while (i--)
803     p = cons (MAKE_CHAR (s[i]), p);
804   return p;
805 }
806
807 SCM
808 null_p (SCM x)
809 {
810   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
811 }
812
813 SCM
814 make_symbol_ (SCM s)
815 {
816   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
817   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
818   g_symbols = cons (x, g_symbols);
819   return x;
820 }
821
822 SCM
823 make_symbol (SCM s)
824 {
825   SCM x = lookup_symbol_ (s);
826   return x ? x : make_symbol_ (s);
827 }
828
829 SCM
830 make_vector (SCM n)
831 {
832   int k = VALUE (n);
833   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
834   SCM v = alloc (k);
835   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
836   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
837   return x;
838 }
839
840 SCM
841 arity_ (SCM x)
842 {
843   assert (TYPE (x) == FUNCTION);
844   return MAKE_NUMBER (FUNCTION (x).arity);
845 }
846
847 SCM
848 values (SCM x) ///((arity . n))
849 {
850   SCM v = cons (0, x);
851   TYPE (v) = VALUES;
852   return v;
853 }
854
855 SCM
856 vector_length (SCM x)
857 {
858   assert (TYPE (x) == VECTOR);
859   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
860 }
861
862 SCM
863 vector_ref (SCM x, SCM i)
864 {
865   assert (TYPE (x) == VECTOR);
866   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
867   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
868   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
869   if (TYPE (e) == CHAR) e = MAKE_CHAR (VALUE (e));
870   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
871   return e;
872 }
873
874 SCM
875 vector_entry (SCM x) {
876   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = MAKE_REF (x);
877   return x;
878 }
879
880 SCM
881 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
882 {
883   assert (TYPE (x) == VECTOR);
884   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
885   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
886   return cell_unspecified;
887 }
888
889 SCM
890 list_to_vector (SCM x)
891 {
892   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
893   SCM v = make_vector (tmp_num);
894   SCM p = VECTOR (v);
895   while (x != cell_nil)
896     {
897       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
898       x = cdr (x);
899     }
900   return v;
901 }
902
903 SCM
904 vector_to_list (SCM v)
905 {
906   SCM x = cell_nil;
907   for (int i = 0; i < LENGTH (v); i++) {
908     SCM e = VECTOR (v)+i;
909     if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
910     x = append2 (x, cons (e, cell_nil));
911   }
912   return x;
913 }
914
915 void
916 make_tmps (scm* cells)
917 {
918   tmp = g_free++;
919   cells[tmp].type = CHAR;
920   tmp_num = g_free++;
921   cells[tmp_num].type = NUMBER;
922   tmp_num2 = g_free++;
923   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
924 }
925
926 //\f Jam Collector
927 SCM g_symbol_max;
928 bool g_debug = false;
929
930 SCM
931 gc_up_arena ()
932 {
933   ARENA_SIZE *= 2;
934   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
935   if (!p) error (cell_symbol_system_error, cons (MAKE_STRING (cstring_to_list (strerror (errno))), MAKE_NUMBER (g_free)));
936   g_cells = (scm*)p;
937   g_cells++;
938   gc_init_news ();
939 }
940
941 SCM
942 gc ()
943 {
944   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free);
945   g_free = 1;
946   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
947   for (int i=g_free; i<g_symbol_max; i++)
948     gc_copy (i);
949   make_tmps (g_news);
950   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
951   SCM new = gc_copy (g_stack);
952   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, g_stack);
953   g_stack = new;
954   return gc_loop (1);
955 }
956
957 SCM
958 gc_loop (SCM scan)
959 {
960   while (scan < g_free)
961     {
962       if (NTYPE (scan) == CLOSURE
963           || NTYPE (scan) == CONTINUATION
964           || NTYPE (scan) == FUNCTION
965           || NTYPE (scan) == KEYWORD
966           || NTYPE (scan) == MACRO
967           || NTYPE (scan) == PAIR
968           || NTYPE (scan) == REF
969           || scan == 1 // null
970           || NTYPE (scan) == SPECIAL
971           || NTYPE (scan) == STRING
972           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
973         {
974           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
975           gc_relocate_car (scan, car);
976         }
977       if ((NTYPE (scan) == CLOSURE
978            || NTYPE (scan) == CONTINUATION
979            || NTYPE (scan) == MACRO
980            || NTYPE (scan) == PAIR
981            || NTYPE (scan) == VALUES)
982           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
983         {
984           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
985           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
986         }
987       scan++;
988     }
989   return gc_flip ();
990 }
991
992 SCM
993 gc_copy (SCM old)
994 {
995   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
996   SCM new = g_free++;
997   g_news[new] = g_cells[old];
998   if (NTYPE (new) == VECTOR)
999     {
1000       g_news[new].vector = g_free;
1001       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
1002         g_news[g_free++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
1003     }
1004   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
1005   g_cells[old].car = new;
1006   return new;
1007 }
1008
1009 SCM
1010 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
1011 {
1012   g_news[new].car = car;
1013   return cell_unspecified;
1014 }
1015
1016 SCM
1017 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
1018 {
1019   g_news[new].cdr = cdr;
1020   return cell_unspecified;
1021 }
1022
1023 SCM
1024 gc_flip ()
1025 {
1026   scm *cells = g_cells;
1027   g_cells = g_news;
1028   g_news = cells;
1029   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free);
1030   return g_stack;
1031 }
1032
1033 //\f Environment setup
1034 SCM
1035 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1036 {
1037   return cons (cons (key, value), alist);
1038 }
1039
1040 SCM
1041 gc_init_cells ()
1042 {
1043   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1044   g_cells[0].type = VECTOR;
1045   g_cells[0].length = 1000;
1046   g_cells[0].vector = 0;
1047   g_cells++;
1048   g_cells[0].type = CHAR;
1049   g_cells[0].value = 'c';
1050 }
1051
1052 SCM
1053 gc_init_news ()
1054 {
1055   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1056   g_news[0].type = VECTOR;
1057   g_news[0].length = 1000;
1058   g_news[0].vector = 0;
1059   g_news++;
1060   g_news[0].type = CHAR;
1061   g_news[0].value = 'n';
1062 }
1063
1064 SCM
1065 mes_symbols () ///((internal))
1066 {
1067   gc_init_cells ();
1068   gc_init_news ();
1069
1070 #include "mes.symbols.i"
1071
1072   g_symbol_max = g_free;
1073   make_tmps (g_cells);
1074
1075   g_symbols = 0;
1076   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1077     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1078
1079   SCM a = cell_nil;
1080
1081 #include "mes.symbol-names.i"
1082
1083   a = acons (cell_symbol_mes_version, MAKE_STRING (cstring_to_list (VERSION)), a);
1084   a = acons (cell_symbol_mes_prefix, MAKE_STRING (cstring_to_list (PREFIX)), a);
1085
1086 #if BOOT
1087   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1088 #endif
1089   a = acons (cell_symbol_dot, cell_dot, a);
1090   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1091   a = acons (cell_symbol_call_with_current_continuation, cell_call_with_current_continuation, a);
1092   a = acons (cell_symbol_sc_expand, cell_f, a);
1093   a = acons (cell_closure, a, a);
1094
1095   return a;
1096 }
1097
1098 SCM
1099 mes_builtins (SCM a)
1100 {
1101 #include "mes.i"
1102
1103 #include "lib.i"
1104 #include "math.i"
1105 #include "posix.i"
1106 #include "reader.i"
1107
1108 #include "lib.environment.i"
1109 #include "math.environment.i"
1110 #include "mes.environment.i"
1111 #include "posix.environment.i"
1112 #include "reader.environment.i"
1113
1114   return a;
1115 }
1116
1117 SCM
1118 mes_g_stack (SCM a) ///((internal))
1119 {
1120   r0 = a;
1121   r1 = MAKE_CHAR (0);
1122   r2 = MAKE_CHAR (0);
1123   r3 = MAKE_CHAR (0);
1124   g_stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1125   return r0;
1126 }
1127
1128 SCM
1129 mes_environment () ///((internal))
1130 {
1131   SCM a = mes_symbols ();
1132   return mes_g_stack (a);
1133 }
1134
1135 SCM
1136 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1137 {
1138   return make_cell (tmp_num_ (CLOSURE), cell_f, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1139 }
1140
1141 SCM
1142 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1143 {
1144   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1145   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1146   if (TYPE (m) == MACRO) return MACRO (m);
1147   return cell_f;
1148 }
1149
1150 FILE *g_stdin;
1151 #include "lib.c"
1152 #include "math.c"
1153 #include "posix.c"
1154 #include "reader.c"
1155
1156 int
1157 main (int argc, char *argv[])
1158 {
1159 #if __GNUC__
1160   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1161 #else
1162 #endif
1163   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1164   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes [--dump|--load] < FILE");
1165   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) {puts ("Mes ");puts (VERSION);return 0;};
1166   g_stdin = stdin;
1167   r0 = mes_environment ();
1168
1169   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1170     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1171   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1172
1173   SCM lst = cell_nil;
1174   for (int i=argc; i; i--) lst = cons (MAKE_STRING (cstring_to_list (argv[i-1])), lst);
1175   r0 = acons (cell_symbol_argv, lst, r0);
1176
1177   push_cc (r2, cell_unspecified, r0, cell_unspecified);
1178   r3 = cell_vm_begin;
1179   r1 = eval_apply ();
1180   stderr_ (r1);
1181   fputs ("", stderr);
1182   gc (g_stack);
1183 #if __GNUC__
1184   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free);
1185 #else
1186 #endif
1187   return 0;
1188 }