mes.c

   1 /* -*-comment-start: "//";comment-end:""-*-
   2  * Mes --- Maxwell Equations of Software
   3  * Copyright © 2016 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
   4  *
   5  * This file is part of Mes.
   6  *
   7  * Mes is free software; you can redistribute it and/or modify it
   8  * under the terms of the GNU General Public License as published by
   9  * the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or (at
  10  * your option) any later version.
  11  *
  12  * Mes is distributed in the hope that it will be useful, but
  13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15  * GNU General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  18  * along with Mes.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19  */
  20
  21 #define _GNU_SOURCE
  22 #include <assert.h>
  23 #include <ctype.h>
  24 #include <errno.h>
  25 #include <limits.h>
  26 #include <stdio.h>
  27 #include <string.h>
  28 #include <stdlib.h>
  29 #include <stdbool.h>
  30
  31 #define DEBUG 0
  32 #define FIXED_PRIMITIVES 1
  33
  34 int ARENA_SIZE = 100000;
  35 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
  36 int GC_SAFETY = 100;
  37
  38 typedef int SCM;
  39 enum type_t {CHAR, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, SPECIAL, STRING, SYMBOL, REF, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
  40 typedef SCM (*function0_t) (void);
  41 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
  42 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
  43 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
  44 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
  45 typedef struct function_t {
  46   union {
  47     function0_t function0;
  48     function1_t function1;
  49     function2_t function2;
  50     function3_t function3;
  51     functionn_t functionn;
  52   };
  53   int arity;
  54 } function;
  55 struct scm_t;
  56 typedef struct scm_t {
  57   enum type_t type;
  58   union {
  59     char const *name;
  60     SCM string;
  61     SCM car;
  62     SCM ref;
  63     int length;
  64   };
  65   union {
  66     int value;
  67     int function;
  68     SCM cdr;
  69     SCM macro;
  70     SCM vector;
  71     int hits;
  72   };
  73 } scm;
  74
  75 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
  76 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
  77 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
  78 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
  79 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
  80 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
  81 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
  82 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
  83 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
  84 scm scm_label = {SPECIAL, "label"};
  85 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
  86
  87 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
  88 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
  89 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
  90 scm scm_symbol_define = {SYMBOL, "define"};
  91 scm scm_symbol_define_macro = {SYMBOL, "define-macro"};
  92 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
  93
  94 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
  95 scm scm_symbol_quasiquote = {SYMBOL, "quasiquote"};
  96 scm scm_symbol_unquote = {SYMBOL, "unquote"};
  97 scm scm_symbol_unquote_splicing = {SYMBOL, "unquote-splicing"};
  98
  99 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
 100 scm scm_symbol_macro_expand = {SYMBOL, "macro-expand"};
 101 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
 102 scm scm_symbol_noexpand = {SYMBOL, "noexpand"};
 103 scm scm_symbol_syntax = {SYMBOL, "syntax"};
 104 scm scm_symbol_quasisyntax = {SYMBOL, "quasisyntax"};
 105 scm scm_symbol_unsyntax = {SYMBOL, "unsyntax"};
 106 scm scm_symbol_unsyntax_splicing = {SYMBOL, "unsyntax-splicing"};
 107
 108 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
 109 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
 110 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
 111 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
 112
 113 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
 114 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
 115 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
 116 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
 117 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
 118
 119 scm char_eof = {CHAR, .name="*eof*", .value=-1};
 120 scm char_nul = {CHAR, .name="nul", .value=0};
 121 scm char_alarm = {CHAR, .name="alarm", .value=8};
 122 scm char_backspace = {CHAR, .name="backspace", .value=8};
 123 scm char_tab = {CHAR, .name="tab", .value=9};
 124 scm char_newline = {CHAR, .name="newline", .value=10};
 125 scm char_vtab = {CHAR, .name="vtab", .value=11};
 126 scm char_page = {CHAR, .name="page", .value=12};
 127 scm char_return = {CHAR, .name="return", .value=13};
 128 scm char_space = {CHAR, .name="space", .value=32};
 129
 130 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
 131 scm *g_cells;
 132 scm *g_news = 0;
 133
 134 #include "mes.symbols.h"
 135
 136 SCM tmp;
 137 SCM tmp_num;
 138 SCM tmp_num2;
 139 SCM tmp_num3;
 140 SCM tmp_num4;
 141
 142 function functions[200];
 143 int g_function = 0;
 144
 145 SCM g_symbols = 0;
 146 SCM stack = 0;
 147 SCM r0 = 0; // a/env
 148 SCM r1 = 0; // param 1
 149 SCM r2 = 0; // param 2
 150 SCM r3 = 0; // param 3
 151
 152 #include "display.h"
 153 #include "lib.h"
 154 #include "math.h"
 155 #include "mes.h"
 156 #include "posix.h"
 157 #include "reader.h"
 158 #include "string.h"
 159 #include "type.h"
 160
 161 #define CAR(x) g_cells[x].car
 162 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
 163 #define HITS(x) g_cells[x].hits
 164 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
 165 #define NAME(x) g_cells[x].name
 166 #define STRING(x) g_cells[x].string
 167 #define TYPE(x) g_cells[x].type
 168 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
 169 #define REF(x) g_cells[x].ref
 170 #define VALUE(x) g_cells[x].value
 171 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
 172 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
 173 #define NCAR(x) g_news[x].car
 174 #define NTYPE(x) g_news[x].type
 175
 176 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 177 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
 178 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 179 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
 180 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
 181 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
 182 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
 183
 184 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
 185
 186 SCM display_ (FILE* f, SCM x);
 187 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
 188
 189 SCM
 190 alloc (int n)
 191 {
 192   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
 193   SCM x = g_free.value;
 194   g_free.value += n;
 195   return x;
 196 }
 197
 198 SCM
 199 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
 200 {
 201   SCM x = alloc (1);
 202   assert (TYPE (type) == NUMBER);
 203   TYPE (x) = VALUE (type);
 204   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
 205     if (car) CAR (x) = CAR (car);
 206     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 207   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
 208     if (car) CAR (x) = car;
 209     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 210   } else {
 211     CAR (x) = car;
 212     CDR (x) = cdr;
 213   }
 214   return x;
 215 }
 216
 217 SCM
 218 cons (SCM x, SCM y)
 219 {
 220   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
 221   return make_cell (tmp_num, x, y);
 222 }
 223
 224 SCM
 225 car (SCM x)
 226 {
 227   assert (TYPE (x) == PAIR);
 228   return CAR (x);
 229 }
 230
 231 SCM
 232 cdr (SCM x)
 233 {
 234   assert (TYPE (x) == PAIR);
 235   return CDR (x);
 236 }
 237
 238 SCM
 239 eq_p (SCM x, SCM y)
 240 {
 241   return (x == y
 242           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
 243                && STRING (x) == STRING (y)))
 244           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
 245               && VALUE (x) == VALUE (y))
 246           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
 247               && VALUE (x) == VALUE (y)))
 248     ? cell_t : cell_f;
 249 }
 250
 251 SCM
 252 set_car_x (SCM x, SCM e)
 253 {
 254   assert (TYPE (x) == PAIR);
 255   CAR (x) = e;
 256   return cell_unspecified;
 257 }
 258
 259 SCM
 260 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
 261 {
 262   assert (TYPE (x) == PAIR);
 263   CDR (x) = e;
 264   return cell_unspecified;
 265 }
 266
 267 SCM
 268 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
 269 {
 270   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
 271   return set_cdr_x (p, e);
 272 }
 273
 274 SCM
 275 quote (SCM x)
 276 {
 277   return cons (cell_symbol_quote, x);
 278 }
 279
 280 SCM
 281 quasiquote (SCM x)
 282 {
 283   return cons (cell_symbol_quasiquote, x);
 284 }
 285
 286 SCM
 287 quasisyntax (SCM x)
 288 {
 289   return cons (cell_symbol_quasisyntax, x);
 290 }
 291
 292 SCM
 293 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
 294 {
 295   if (x == cell_nil)
 296     return a;
 297   if (pair_p (x) == cell_f)
 298     return cons (cons (x, y), a);
 299   return cons (cons (car (x), car (y)),
 300                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
 301 }
 302
 303 SCM
 304 assq (SCM x, SCM a)
 305 {
 306   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
 307     {
 308       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
 309         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
 310       a = CDR (a);
 311     }
 312   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
 313 }
 314
 315 SCM
 316 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
 317 {
 318   x = assq (x, a);
 319   if (x == cell_f) return cell_undefined;
 320   return cdr (x);
 321 }
 322
 323 SCM
 324 assert_defined (SCM x, SCM e)
 325 {
 326   if (e == cell_undefined)
 327     {
 328       fprintf (stderr, "eval: unbound variable:");
 329       display_ (stderr, x);
 330       fprintf (stderr, "\n");
 331       assert (!"unbound variable");
 332     }
 333   return e;
 334 }
 335
 336 enum eval_apply_t {EVLIS, APPLY, EVAL, MACRO_EXPAND, BEGIN, IF, CALL_WITH_VALUES};
 337 enum eval_apply_t g_target;
 338
 339 SCM
 340 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
 341 {
 342   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
 343   r1 = e;
 344   r0 = cl;
 345   r2 = a;
 346   r3 = aa;
 347   return cell_unspecified;
 348 }
 349
 350 SCM
 351 eval_apply ()
 352 {
 353   switch (g_target)
 354     {
 355     case EVLIS: goto evlis;
 356     case APPLY: goto apply;
 357     case EVAL: goto eval;
 358     case MACRO_EXPAND: goto macro_expand;
 359     case BEGIN: goto begin;
 360     case IF: goto label_if;
 361     case CALL_WITH_VALUES: goto call_with_values;
 362     }
 363
 364  evlis:
 365   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
 366   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
 367   r2 = eval_env (car (r1), r0);
 368   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
 369   return cons (r2, r1);
 370
 371  apply:
 372   if (TYPE (r1) != PAIR)
 373     {
 374       if (TYPE (r1) == FUNCTION) return call (r1, r2);
 375       if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
 376         {
 377           r1 = car (r2);
 378           r2 = cadr (r2);
 379           goto call_with_values;
 380         }
 381       if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
 382     }
 383   else
 384     switch (car (r1))
 385       {
 386       case cell_symbol_lambda:
 387         {
 388           SCM args = cadr (r1);
 389           SCM body = cddr (r1);
 390           SCM p = pairlis (args, r2, r0);
 391           call_lambda (body, p, p, r0);
 392           goto begin;
 393         }
 394       case cell_closure:
 395         {
 396           SCM args = caddr (r1);
 397           SCM body = cdddr (r1);
 398           SCM aa = cdadr (r1);
 399           aa = cdr (aa);
 400           SCM p = pairlis (args, r2, aa);
 401           call_lambda (body, p, aa, r0);
 402           goto begin;
 403         }
 404 #if BOOT
 405       case cell_symbol_label:
 406         {
 407           r0 = cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0);
 408           r1 = caddr (r1);
 409           goto apply;
 410         }
 411 #endif
 412       }
 413   SCM e = eval_env (r1, r0);
 414   char const* type = 0;
 415   if (e == cell_f || e == cell_t) type = "bool";
 416   if (TYPE (e) == CHAR) type = "char";
 417   if (TYPE (e) == NUMBER) type = "number";
 418   if (TYPE (e) == STRING) type = "string";
 419   if (e == cell_unspecified) type = "*unspecified*";
 420   if (e == cell_undefined) type =  "*undefined*";
 421   if (type)
 422     {
 423       fprintf (stderr, "cannot apply: %s: ", type);
 424       display_ (stderr, e);
 425       fprintf (stderr, " [");
 426       display_ (stderr, r1);
 427       fprintf (stderr, "]\n");
 428       assert (!"cannot apply");
 429     }
 430   r1 = e;
 431   goto apply;
 432
 433  eval:
 434   switch (TYPE (r1))
 435     {
 436     case PAIR:
 437       {
 438         switch (car (r1))
 439           {
 440 #if FIXED_PRIMITIVES
 441           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
 442           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
 443           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 444               return cons (CAR (m), CADR (m));}
 445           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
 446 #endif // FIXED_PRIMITIVES
 447           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
 448           case cell_symbol_begin: goto begin;
 449           case cell_symbol_lambda:
 450             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
 451           case cell_closure: return r1;
 452           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto label_if;}
 453           case cell_symbol_set_x: {
 454             SCM x = eval_env (caddr (r1), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
 455           }
 456           default: {
 457             SCM x = macro_expand_env (r1, r0);
 458             if (x != r1)
 459               {
 460                 if (TYPE (x) == PAIR)
 461                   {
 462                     set_cdr_x (r1, cdr (x));
 463                     set_car_x (r1, car (x));
 464                   }
 465                 r1 = x;
 466                 goto eval;
 467               }
 468             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 469             r1 = car (r1);
 470             r2 = m;
 471             goto apply;
 472           }
 473           }
 474       }
 475     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
 476     default: return r1;
 477     }
 478
 479  macro_expand:
 480   if (TYPE (CAR (r1)) == STRING && string_to_symbol (CAR (r1)) == cell_symbol_noexpand)
 481     return cadr (r1);
 482
 483   SCM macro;
 484   SCM expanders;
 485   if (TYPE (r1) == PAIR
 486       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
 487     {
 488       r2 = CDR (r1);
 489       r1 = macro;
 490       goto apply;
 491     }
 492   else if (TYPE (r1) == PAIR
 493            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
 494            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
 495            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
 496     {
 497       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
 498       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
 499         {
 500           r2 = cons (r1, cell_nil);
 501           r1 = sc_expand;
 502           goto apply;
 503         }
 504     }
 505   return r1;
 506
 507   SCM r;
 508  begin:
 509   r = cell_unspecified;
 510   while (r1 != cell_nil) {
 511     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
 512       {
 513         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
 514           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
 515         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
 516           {
 517             SCM f = read_input_file_env (r0);
 518             r1 = append2 (f, cdr (r1));
 519           }
 520       }
 521     if (CDR (r1) == cell_nil)
 522       {
 523         r1 = car (r1);
 524         goto eval;
 525       }
 526     r = eval_env (car (r1), r0);
 527     r1 = CDR (r1);
 528   }
 529   return r;
 530
 531   SCM x;
 532  label_if:
 533   x = eval_env (car (r1), r0);
 534   if (x != cell_f)
 535     {
 536       r1 = cadr (r1);
 537       goto eval;
 538     }
 539   if (cddr (r1) != cell_nil)
 540     {
 541       r1 = caddr (r1);
 542       goto eval;
 543     }
 544   return cell_unspecified;
 545
 546   SCM v;
 547  call_with_values:
 548   v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
 549   if (TYPE (v) == VALUES)
 550     v = CDR (v);
 551   r1 = r2;
 552   r2 = v;
 553   goto apply;
 554 }
 555
 556 SCM
 557 call (SCM fn, SCM x)
 558 {
 559   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 560       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
 561     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
 562   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 563       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
 564     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
 565   switch (FUNCTION (fn).arity)
 566     {
 567     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
 568     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
 569     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
 570     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
 571     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
 572     }
 573   return cell_unspecified;
 574 }
 575
 576 SCM
 577 gc_frame (SCM stack)
 578 {
 579   SCM frame = car (stack);
 580   r1 = car (frame);
 581   r2 = cadr (frame);
 582   r3 = caddr (frame);
 583   r0 = cadddr (frame);
 584   return frame;
 585 }
 586
 587 SCM
 588 gc_stack (SCM a)
 589 {
 590   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 591   stack = cons (frame, stack);
 592   stack = gc (stack);
 593   gc_frame (stack);
 594   stack = cdr (stack);
 595   return stack;
 596 }
 597
 598 SCM
 599 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
 600 {
 601   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 602   stack = cons (frame, stack);
 603   r1 = p1;
 604   r2 = p2;
 605   r0 = a;
 606   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
 607     gc_stack (stack);
 608
 609   SCM r = f ();
 610   frame = gc_frame (stack);
 611   stack = cdr (stack);
 612   return r;
 613 }
 614
 615 SCM
 616 evlis_env (SCM m, SCM a)
 617 {
 618   g_target = EVLIS;
 619   return vm_call (eval_apply, m, cell_undefined, a);
 620 }
 621
 622 SCM
 623 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
 624 {
 625   g_target = APPLY;
 626   return vm_call (eval_apply, fn, x, a);
 627 }
 628
 629 SCM
 630 eval_env (SCM e, SCM a)
 631 {
 632   g_target = EVAL;
 633   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 634 }
 635
 636 SCM
 637 macro_expand_env (SCM e, SCM a)
 638 {
 639   g_target = MACRO_EXPAND;
 640   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 641 }
 642
 643 SCM
 644 begin_env (SCM e, SCM a)
 645 {
 646   g_target = BEGIN;
 647   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 648 }
 649
 650 SCM
 651 if_env (SCM e, SCM a)
 652 {
 653   g_target = IF;
 654   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 655 }
 656
 657 SCM
 658 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
 659 {
 660   g_target = CALL_WITH_VALUES;
 661   return vm_call (eval_apply, producer, consumer, a);
 662 }
 663
 664 SCM
 665 append2 (SCM x, SCM y)
 666 {
 667   if (x == cell_nil) return y;
 668   assert (TYPE (x) == PAIR);
 669   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
 670 }
 671
 672 SCM
 673 append (SCM x) ///((arity . n))
 674  {
 675   if (x == cell_nil) return cell_nil;
 676   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
 677   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
 678  }
 679
 680 SCM
 681 make_char (int x)
 682 {
 683   g_cells[tmp_num].value = CHAR;
 684   g_cells[tmp_num2].value = x;
 685   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
 686 }
 687
 688 SCM
 689 tmp_num_ (int x)
 690 {
 691   g_cells[tmp_num].value = x;
 692   return tmp_num;
 693 }
 694
 695 SCM
 696 tmp_num2_ (int x)
 697 {
 698   g_cells[tmp_num2].value = x;
 699   return tmp_num2;
 700 }
 701
 702 SCM
 703 make_ref (SCM x)
 704 {
 705   g_cells[tmp_num].value = REF;
 706   return make_cell (tmp_num, x, x);
 707 }
 708
 709 SCM
 710 make_string (SCM x)
 711 {
 712   g_cells[tmp_num].value = STRING;
 713   return make_cell (tmp_num, x, 0);
 714 }
 715
 716 SCM
 717 cstring_to_list (char const* s)
 718 {
 719   SCM p = cell_nil;
 720   int i = strlen (s);
 721   while (i--)
 722     p = cons (make_char (s[i]), p);
 723   return p;
 724 }
 725
 726 SCM
 727 null_p (SCM x)
 728 {
 729   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
 730 }
 731
 732 SCM
 733 make_symbol_ (SCM s)
 734 {
 735   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
 736   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
 737   g_symbols = cons (x, g_symbols);
 738   return x;
 739 }
 740
 741 SCM
 742 make_symbol (SCM s)
 743 {
 744   SCM x = lookup_symbol_ (s);
 745   return x ? x : make_symbol_ (s);
 746 }
 747
 748 SCM
 749 make_vector (SCM n)
 750 {
 751   int k = VALUE (n);
 752   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
 753   SCM v = alloc (k);
 754   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
 755   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
 756   return x;
 757 }
 758
 759 SCM
 760 values (SCM x) ///((arity . n))
 761 {
 762   SCM v = cons (0, x);
 763   TYPE (v) = VALUES;
 764   return v;
 765 }
 766
 767 SCM
 768 vector_length (SCM x)
 769 {
 770   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 771   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
 772 }
 773
 774 SCM
 775 vector_ref (SCM x, SCM i)
 776 {
 777   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 778   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 779   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
 780   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 781   if (TYPE (e) == CHAR) e = make_char (VALUE (e));
 782   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
 783   return e;
 784 }
 785
 786 SCM
 787 vector_entry (SCM x) {
 788   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = make_ref (x);
 789   return x;
 790 }
 791
 792 SCM
 793 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
 794 {
 795   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 796   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 797   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
 798   return cell_unspecified;
 799 }
 800
 801 SCM
 802 list_to_vector (SCM x)
 803 {
 804   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
 805   SCM v = make_vector (tmp_num);
 806   SCM p = VECTOR (v);
 807   while (x != cell_nil)
 808     {
 809       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
 810       x = cdr (x);
 811     }
 812   return v;
 813 }
 814
 815 FILE *g_stdin;
 816 int
 817 getchar ()
 818 {
 819   return getc (g_stdin);
 820 }
 821
 822 int
 823 ungetchar (int c)
 824 {
 825   return ungetc (c, g_stdin);
 826 }
 827
 828 int
 829 peekchar ()
 830 {
 831   int c = getchar ();
 832   ungetchar (c);
 833   return c;
 834 }
 835
 836 SCM
 837 peek_byte ()
 838 {
 839   return MAKE_NUMBER (peekchar ());
 840 }
 841
 842 SCM
 843 read_byte ()
 844 {
 845   return MAKE_NUMBER (getchar ());
 846 }
 847
 848 SCM
 849 unread_byte (SCM i)
 850 {
 851   ungetchar (VALUE (i));
 852   return i;
 853 }
 854
 855 SCM
 856 write_char (SCM x) ///((arity . n))
 857 {
 858   SCM c = car (x);
 859   SCM p = cdr (x);
 860   int fd = 1;
 861   if (TYPE (p) == PAIR && TYPE (car (p)) == NUMBER) fd = VALUE (car (p));
 862   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
 863   assert (TYPE (c) == NUMBER || TYPE (c) == CHAR);
 864   fputc (VALUE (c), f);
 865   return c;
 866 }
 867
 868 SCM
 869 symbol_to_list (SCM x)
 870 {
 871   assert (TYPE (x) == SYMBOL);
 872   return STRING (x);
 873 }
 874
 875 SCM
 876 char_to_integer (SCM x)
 877 {
 878   assert (TYPE (x) == CHAR);
 879   return MAKE_NUMBER (VALUE (x));
 880 }
 881
 882 SCM
 883 integer_to_char (SCM x)
 884 {
 885   assert (TYPE (x) == NUMBER);
 886   return make_char (VALUE (x));
 887 }
 888
 889 void
 890 make_tmps (scm* cells)
 891 {
 892   tmp = g_free.value++;
 893   cells[tmp].type = CHAR;
 894   tmp_num = g_free.value++;
 895   cells[tmp_num].type = NUMBER;
 896   tmp_num2 = g_free.value++;
 897   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
 898   tmp_num3 = g_free.value++;
 899   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
 900   tmp_num4 = g_free.value++;
 901   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
 902 }
 903
 904 //\f Jam Collector
 905 SCM g_symbol_max;
 906 bool g_debug = false;
 907
 908 SCM
 909 gc_up_arena ()
 910 {
 911   ARENA_SIZE *= 2;
 912   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 913   if (!p)
 914     {
 915       if (g_debug) fprintf (stderr, "cannot up arena: %s: arena=%d\n", strerror (errno), 2*ARENA_SIZE);
 916       return cell_unspecified;
 917     }
 918   g_cells = (scm*)p;
 919   g_cells++;
 920   gc_init_news ();
 921 }
 922
 923 SCM
 924 gc ()
 925 {
 926   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
 927   g_free.value = 1;
 928   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
 929   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
 930     gc_copy (i);
 931   make_tmps (g_news);
 932   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
 933   SCM new = gc_copy (stack);
 934   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
 935   stack = new;
 936   return gc_loop (1);
 937 }
 938
 939 SCM
 940 gc_loop (SCM scan)
 941 {
 942   while (scan < g_free.value)
 943     {
 944       if (NTYPE (scan) == KEYWORD
 945           || NTYPE (scan) == MACRO
 946           || NTYPE (scan) == PAIR
 947           || NTYPE (scan) == REF
 948           || scan == 1 // null
 949           || NTYPE (scan) == SPECIAL
 950           || NTYPE (scan) == STRING
 951           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
 952         {
 953           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
 954           gc_relocate_car (scan, car);
 955         }
 956       if ((NTYPE (scan) == MACRO
 957            || NTYPE (scan) == PAIR
 958            || NTYPE (scan) == VALUES)
 959           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
 960         {
 961           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
 962           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
 963         }
 964       scan++;
 965     }
 966   return gc_flip ();
 967 }
 968
 969 SCM
 970 gc_copy (SCM old)
 971 {
 972   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
 973   SCM new = g_free.value++;
 974   g_news[new] = g_cells[old];
 975   if (NTYPE (new) == VECTOR)
 976     {
 977       g_news[new].vector = g_free.value;
 978       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
 979         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
 980     }
 981   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
 982   g_cells[old].car = new;
 983   return new;
 984 }
 985
 986 SCM
 987 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
 988 {
 989   g_news[new].car = car;
 990   return cell_unspecified;
 991 }
 992
 993 SCM
 994 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
 995 {
 996   g_news[new].cdr = cdr;
 997   return cell_unspecified;
 998 }
 999
1000 SCM
1001 gc_flip ()
1002 {
1003   scm *cells = g_cells;
1004   g_cells = g_news;
1005   g_news = cells;
1006   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
1007   return stack;
1008 }
1009
1010 SCM
1011 gc_show ()
1012 {
1013   fprintf (stderr, "cells: ");
1014   scm *t = g_cells;
1015   display_ (stderr, -1);
1016   fprintf (stderr, "\n");
1017   if (g_news)
1018     {
1019       fprintf (stderr, "news: ");
1020       g_cells = g_news;
1021       display_ (stderr, -1);
1022       fprintf (stderr, "\n");
1023     }
1024   g_cells = t;
1025   return cell_unspecified;
1026 }
1027
1028 //\f Environment setup
1029 SCM
1030 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1031 {
1032   return cons (cons (key, value), alist);
1033 }
1034
1035 SCM
1036 add_environment (SCM a, char const *name, SCM x)
1037 {
1038   return acons (make_symbol (cstring_to_list (name)), x, a);
1039 }
1040
1041 SCM
1042 gc_init_cells ()
1043 {
1044   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1045   g_cells[0].type = VECTOR;
1046   g_cells[0].length = 1000;
1047   g_cells[0].vector = 0;
1048   g_cells++;
1049   g_cells[0].type = CHAR;
1050   g_cells[0].value = 'c';
1051 }
1052
1053 SCM
1054 gc_init_news ()
1055 {
1056   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1057   g_news[0].type = VECTOR;
1058   g_news[0].length = 1000;
1059   g_news[0].vector = 0;
1060   g_news++;
1061   g_news[0].type = CHAR;
1062   g_news[0].value = 'n';
1063 }
1064
1065 SCM
1066 mes_symbols () ///((internal))
1067 {
1068   gc_init_cells ();
1069   gc_init_news ();
1070
1071 #include "mes.symbols.i"
1072
1073   g_symbol_max = g_free.value;
1074   make_tmps (g_cells);
1075
1076   g_symbols = 0;
1077   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1078     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1079
1080   SCM a = cell_nil;
1081
1082 #include "mes.symbol-names.i"
1083
1084 #if BOOT
1085   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1086 #endif
1087   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1088   a = add_environment (a, "sc-expand", cell_f);
1089   a = acons (cell_closure, a, a);
1090
1091   return a;
1092 }
1093
1094 SCM
1095 mes_builtins (SCM a)
1096 {
1097 #include "mes.i"
1098
1099 #include "display.i"
1100 #include "lib.i"
1101 #include "math.i"
1102 #include "posix.i"
1103 #include "reader.i"
1104 #include "string.i"
1105 #include "type.i"
1106
1107 #include "display.environment.i"
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 #include "string.environment.i"
1114 #include "type.environment.i"
1115
1116   a = add_environment (a, "*dot*", cell_dot);
1117   a = add_environment (a, "*foo-bar-baz*", cell_nil); // FIXME: some off-by one?
1118
1119   return a;
1120 }
1121
1122 SCM
1123 mes_stack (SCM a) ///((internal))
1124 {
1125   r0 = a;
1126   r1 = make_char (0);
1127   r2 = make_char (0);
1128   r3 = make_char (0);
1129   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1130   return r0;
1131 }
1132
1133 SCM
1134 mes_environment () ///((internal))
1135 {
1136   SCM a = mes_symbols ();
1137   return mes_stack (a);
1138 }
1139
1140 SCM
1141 make_lambda (SCM args, SCM body)
1142 {
1143   return cons (cell_symbol_lambda, cons (args, body));
1144 }
1145
1146 SCM
1147 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1148 {
1149   return cons (cell_closure, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1150 }
1151
1152 SCM
1153 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1154 {
1155   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1156   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1157   if (macro_p (m) == cell_t) return MACRO (m);
1158   return cell_f;
1159 }
1160
1161 SCM
1162 read_input_file_env_ (SCM e, SCM a)
1163 {
1164   if (e == cell_nil) return e;
1165   return cons (e, read_input_file_env_ (read_env (a), a));
1166 }
1167
1168 SCM
1169 read_input_file_env (SCM a)
1170 {
1171   r0 = a;
1172   if (assq_ref_cache (cell_symbol_read_input_file, r0) != cell_undefined)
1173     return apply_env (cell_symbol_read_input_file, cell_nil, r0);
1174   return read_input_file_env_ (read_env (r0), r0);
1175 }
1176
1177 SCM
1178 load_env (SCM a) ///((internal))
1179 {
1180   r0 =a;
1181   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mes", "r");
1182   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mes", "r");
1183   if (!g_function) r0 = mes_builtins (r0);
1184   r3 = read_input_file_env (r0);
1185   g_stdin = stdin;
1186   return r3;
1187 }
1188
1189 SCM
1190 bload_env (SCM a) ///((internal))
1191 {
1192   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mo", "r");
1193   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mo", "r");
1194   char *p = (char*)g_cells;
1195   assert (getchar () == 'M');
1196   assert (getchar () == 'E');
1197   assert (getchar () == 'S');
1198   stack = getchar () << 8;
1199   stack += getchar ();
1200   int c = getchar ();
1201   while (c != EOF)
1202     {
1203       *p++ = c;
1204       c = getchar ();
1205     }
1206   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1207   gc_frame (stack);
1208   g_symbols = r1;
1209   g_stdin = stdin;
1210
1211   r0 = mes_builtins (r0);
1212   return r3;
1213 }
1214
1215 int
1216 dump ()
1217 {
1218   r1 = g_symbols;
1219   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1220   stack = cons (frame, stack);
1221   stack = gc (stack);
1222   gc_frame (stack);
1223   char *p = (char*)g_cells;
1224   fputc ('M', stdout);
1225   fputc ('E', stdout);
1226   fputc ('S', stdout);
1227   fputc (stack >> 8, stdout);
1228   fputc (stack % 256, stdout);
1229   for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1230     fputc (*p++, stdout);
1231   return 0;
1232 }
1233
1234 #include "type.c"
1235 #include "display.c"
1236 #include "lib.c"
1237 #include "math.c"
1238 #include "posix.c"
1239 #include "reader.c"
1240 #include "string.c"
1241
1242 int
1243 main (int argc, char *argv[])
1244 {
1245   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1246   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1247   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1248   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.3\n");
1249   g_stdin = stdin;
1250   r0 = mes_environment ();
1251   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1252     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1253   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1254   display_ (stderr, begin_env (program, r0));
1255   fputs ("", stderr);
1256   gc (stack);
1257   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1258   return 0;
1259 }