Add psyntax-based srfi-9.
[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 QUASIQUOTE 1
33 #define QUASISYNTAX 0
34 #define ENV_CACHE 0
35 #define FIXED_PRIMITIVES 1
36 #define READER 1
37
38 #if READER
39 int ARENA_SIZE = 1000000;
40 #else
41 int ARENA_SIZE = 100000;
42 #endif
43 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
44 int GC_SAFETY = 100;
45
46 typedef int SCM;
47 enum type_t {CHAR, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, SPECIAL, STRING, SYMBOL, REF, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
48 typedef SCM (*function0_t) (void);
49 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
50 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
51 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
52 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
53 typedef struct function_t {
54   union {
55     function0_t function0;
56     function1_t function1;
57     function2_t function2;
58     function3_t function3;
59     functionn_t functionn;
60   };
61   int arity;
62 } function;
63 struct scm_t;
64 typedef struct scm_t {
65   enum type_t type;
66   union {
67     char const *name;
68     SCM string;
69     SCM car;
70     SCM ref;
71     int length;
72   };
73   union {
74     int value;
75     int function;
76     SCM cdr;
77     SCM macro;
78     SCM vector;
79     int hits;
80   };
81 } scm;
82
83 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
84 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
85 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
86 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
87 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
88 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
89 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
90 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
91 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
92 #if BOOT
93 scm scm_label = {
94   SPECIAL, "label"};
95 #endif
96 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
97
98 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
99 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
100 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
101 scm scm_symbol_define = {SYMBOL, "define"};
102 scm scm_symbol_define_macro = {SYMBOL, "define-macro"};
103 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
104
105 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
106 scm scm_symbol_quasiquote = {SYMBOL, "quasiquote"};
107 scm scm_symbol_unquote = {SYMBOL, "unquote"};
108 scm scm_symbol_unquote_splicing = {SYMBOL, "unquote-splicing"};
109
110 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
111 scm scm_symbol_expand_macro = {SYMBOL, "expand-macro"};
112 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
113 scm scm_symbol_noexpand = {SYMBOL, "noexpand"};
114 scm scm_symbol_syntax = {SYMBOL, "syntax"};
115 scm scm_symbol_quasisyntax = {SYMBOL, "quasisyntax"};
116 scm scm_symbol_unsyntax = {SYMBOL, "unsyntax"};
117 scm scm_symbol_unsyntax_splicing = {SYMBOL, "unsyntax-splicing"};
118
119 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
120 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
121 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
122 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
123
124 scm scm_symbol_the_unquoters = {SYMBOL, "*the-unquoters*"};
125
126 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
127 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
128 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
129 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
130 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
131
132 scm char_eof = {CHAR, .name="*eof*", .value=-1};
133 scm char_nul = {CHAR, .name="nul", .value=0};
134 scm char_alarm = {CHAR, .name="alarm", .value=8};
135 scm char_backspace = {CHAR, .name="backspace", .value=8};
136 scm char_tab = {CHAR, .name="tab", .value=9};
137 scm char_newline = {CHAR, .name="newline", .value=10};
138 scm char_vtab = {CHAR, .name="vtab", .value=11};
139 scm char_page = {CHAR, .name="page", .value=12};
140 scm char_return = {CHAR, .name="return", .value=13};
141 scm char_space = {CHAR, .name="space", .value=32};
142
143 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
144 scm *g_cells;
145 scm *g_news = 0;
146
147 #include "mes.symbols.h"
148
149 SCM tmp;
150 SCM tmp_num;
151 SCM tmp_num2;
152 SCM tmp_num3;
153 SCM tmp_num4;
154
155 function functions[200];
156 int g_function = 0;
157
158 SCM g_symbols = 0;
159 SCM stack = 0;
160 SCM r0 = 0; // a/env
161 SCM r1 = 0; // param 1
162 SCM r2 = 0; // param 2
163 SCM r3 = 0; // param 3
164
165 #include "define.h"
166 #include "display.h"
167 #include "lib.h"
168 #include "math.h"
169 #include "mes.h"
170 #include "posix.h"
171 #include "quasiquote.h"
172 #include "reader.h"
173 #include "string.h"
174 #include "type.h"
175
176 #define CAR(x) g_cells[x].car
177 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
178 #define HITS(x) g_cells[x].hits
179 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
180 #define NAME(x) g_cells[x].name
181 #define STRING(x) g_cells[x].string
182 #define TYPE(x) g_cells[x].type
183 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
184 #define REF(x) g_cells[x].ref
185 #define VALUE(x) g_cells[x].value
186 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
187 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
188 #define NCAR(x) g_news[x].car
189 #define NTYPE(x) g_news[x].type
190
191 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
192 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
193 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
194 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
195 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
196 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
197 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
198
199 SCM display_ (FILE* f, SCM x);
200 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
201
202 SCM
203 alloc (int n)
204 {
205   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
206   SCM x = g_free.value;
207   g_free.value += n;
208   return x;
209 }
210
211 SCM
212 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
213 {
214   SCM x = alloc (1);
215   assert (TYPE (type) == NUMBER);
216   TYPE (x) = VALUE (type);
217   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
218     if (car) CAR (x) = CAR (car);
219     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
220   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
221     if (car) CAR (x) = car;
222     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
223   } else {
224     CAR (x) = car;
225     CDR (x) = cdr;
226   }
227   return x;
228 }
229
230 SCM
231 cons (SCM x, SCM y)
232 {
233   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
234   return make_cell (tmp_num, x, y);
235 }
236
237 SCM
238 car (SCM x)
239 {
240   assert (TYPE (x) == PAIR);
241   return CAR (x);
242 }
243
244 SCM
245 cdr (SCM x)
246 {
247   assert (TYPE (x) == PAIR);
248   return CDR (x);
249 }
250
251 SCM
252 eq_p (SCM x, SCM y)
253 {
254   return (x == y
255           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
256                && STRING (x) == STRING (y)))
257           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
258               && VALUE (x) == VALUE (y))
259           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
260               && VALUE (x) == VALUE (y)))
261     ? cell_t : cell_f;
262 }
263
264 SCM
265 set_car_x (SCM x, SCM e)
266 {
267   assert (TYPE (x) == PAIR);
268   CAR (x) = e;
269   return cell_unspecified;
270 }
271
272 SCM
273 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
274 {
275   assert (TYPE (x) == PAIR);
276   CDR (x) = e;
277   return cell_unspecified;
278 }
279
280 SCM
281 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
282 {
283   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
284   return set_cdr_x (p, e);
285 }
286
287 SCM
288 quote (SCM x)
289 {
290   return cons (cell_symbol_quote, x);
291 }
292
293 SCM
294 quasiquote (SCM x)
295 {
296   return cons (cell_symbol_quasiquote, x);
297 }
298
299 SCM
300 quasisyntax (SCM x)
301 {
302   return cons (cell_symbol_quasisyntax, x);
303 }
304
305 SCM
306 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
307 {
308   if (x == cell_nil)
309     return a;
310   if (pair_p (x) == cell_f)
311     return cons (cons (x, y), a);
312   return cons (cons (car (x), car (y)),
313                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
314 }
315
316 SCM
317 assq (SCM x, SCM a)
318 {
319   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
320     {
321       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
322         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
323       a = CDR (a);
324     }
325   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
326 }
327
328 SCM
329 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
330 {
331   x = assq (x, a);
332   if (x == cell_f) return cell_undefined;
333   return cdr (x);
334 }
335
336 SCM
337 assert_defined (SCM x, SCM e)
338 {
339   if (e == cell_undefined)
340     {
341       fprintf (stderr, "eval: unbound variable:");
342       display_ (stderr, x);
343       fprintf (stderr, "\n");
344       assert (!"unbound variable");
345     }
346   return e;
347 }
348
349 SCM
350 vm_evlis_env ()
351 {
352   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
353   if (TYPE (r1) != PAIR) return eval_env (r1, r0);
354   r2 = eval_env (car (r1), r0);
355   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
356   return cons (r2, r1);
357 }
358
359 SCM
360 vm_call_lambda ()
361 {
362   return vm_call (vm_begin_env, r1, cell_undefined, r0);
363 }
364
365 SCM
366 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
367 {
368   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
369   r1 = e;
370   r0 = cl;
371   r2 = a;
372   r3 = aa;
373   return vm_call_lambda ();
374 }
375
376 SCM
377 vm_apply_env ()
378 {
379   if (TYPE (r1) != PAIR)
380     {
381       if (TYPE (r1) == FUNCTION) return call (r1, r2);
382       if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
383         return call_with_values_env (car (r2), cadr (r2), r0);
384       if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
385     }
386   else
387     switch (car (r1))
388       {
389       case cell_symbol_lambda:
390         {
391           SCM args = cadr (r1);
392           SCM body = cddr (r1);
393           SCM p = pairlis (args, r2, r0);
394           return call_lambda (body, p, p, r0);
395         }
396       case cell_closure:
397         {
398           SCM args = caddr (r1);
399           SCM body = cdddr (r1);
400           SCM aa = cdadr (r1);
401           aa = cdr (aa);
402           SCM p = pairlis (args, r2, aa);
403           return call_lambda (body, p, aa, r0);
404         }
405 #if BOOT
406       case cell_symbol_label:
407         return apply_env (caddr (r1), r2, cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0));
408 #endif
409       }
410   SCM e = eval_env (r1, r0);
411   char const* type = 0;
412   if (e == cell_f || e == cell_t) type = "bool";
413   if (TYPE (e) == CHAR) type = "char";
414   if (TYPE (e) == NUMBER) type = "number";
415   if (TYPE (e) == STRING) type = "string";
416   if (e == cell_unspecified) type = "*unspecified*";
417   if (e == cell_undefined) type =  "*undefined*";
418   if (type)
419     {
420       fprintf (stderr, "cannot apply: %s: ", type);
421       display_ (stderr, e);
422       fprintf (stderr, " [");
423       display_ (stderr, r1);
424       fprintf (stderr, "]\n");
425       assert (!"cannot apply");
426     }
427   return apply_env (e, r2, r0);
428 }
429
430 SCM
431 vm_eval_env ()
432 {
433   switch (TYPE (r1))
434     {
435     case PAIR:
436       {
437         switch (car (r1))
438           {
439 #if FIXED_PRIMITIVES
440           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
441           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
442           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
443               return cons (CAR (m), CADR (m));}
444           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
445 #endif // FIXED_PRIMITIVES
446           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
447 #if QUASISYNTAX
448           case cell_symbol_syntax: return r1;
449 #endif
450           case cell_symbol_begin: return begin_env (r1, r0);
451           case cell_symbol_lambda:
452             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
453           case cell_closure: return r1;
454           case cell_symbol_if: return if_env (cdr (r1), r0);
455 #if !BOOT
456           case cell_symbol_define: return define_env (r1, r0);
457           case cell_symbol_define_macro: return define_env (r1, r0);
458 #endif
459 #if 1 //!BOOT
460           case cell_symbol_set_x: {
461             SCM x = eval_env (caddr (r1), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
462           }
463 #endif
464 #if QUASIQUOTE
465           case cell_symbol_unquote: return eval_env (cadr (r1), r0);
466           case cell_symbol_quasiquote: return eval_quasiquote (cadr (r1), add_unquoters (r0));
467 #endif //QUASIQUOTE
468 #if QUASISYNTAX
469           case cell_symbol_unsyntax: return eval_env (cadr (r1), r0);
470           case cell_symbol_quasisyntax: return eval_quasisyntax (cadr (r1), add_unsyntaxers (r0));
471 #endif //QUASISYNTAX
472           default: {
473             SCM x = expand_macro_env (r1, r0);
474             if (x != r1) return eval_env (x, r0);
475             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
476             return apply_env (car (r1), m, r0);
477           }
478           }
479       }
480     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
481     default: return r1;
482     }
483 }
484
485 SCM
486 vm_expand_macro_env ()
487 {
488   if (TYPE (CAR (r1)) == STRING && string_to_symbol (CAR (r1)) == cell_symbol_noexpand)
489     return cadr (r1);
490
491   SCM macro;
492   SCM expanders;
493   if (TYPE (r1) == PAIR
494       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
495     return apply_env (macro, CDR (r1), r0);
496   else if (TYPE (r1) == PAIR
497            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
498            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
499            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
500     {
501       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_expand_macro, r0);
502       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
503         r1 = apply_env (sc_expand, cons (r1, cell_nil), r0);
504     }
505   return r1;
506 }
507
508 SCM
509 vm_begin_env ()
510 {
511   SCM r = cell_unspecified;
512   while (r1 != cell_nil) {
513     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
514       {
515         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
516           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
517         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
518           {
519             SCM f = read_input_file_env (r0);
520             r1 = append2 (f, cdr (r1));
521           }
522       }
523     r = eval_env (car (r1), r0);
524     r1 = CDR (r1);
525   }
526   return r;
527 }
528
529 SCM
530 vm_if_env ()
531 {
532   SCM x = eval_env (car (r1), r0);
533   if (x != cell_f)
534     return eval_env (cadr (r1), r0);
535   if (cddr (r1) != cell_nil)
536     return eval_env (caddr (r1), r0);
537   return cell_unspecified;
538 }
539
540 SCM
541 vm_call_with_values_env ()
542 {
543   SCM v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
544   if (TYPE (v) == VALUES)
545     v = CDR (v);
546   return apply_env (r2, v, r0);
547 }
548
549 SCM
550 call (SCM fn, SCM x)
551 {
552   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
553       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
554     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
555   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
556       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
557     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
558   switch (FUNCTION (fn).arity)
559     {
560     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
561     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
562     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
563     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
564     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
565     }
566   return cell_unspecified;
567 }
568
569 SCM
570 gc_frame (SCM stack)
571 {
572   SCM frame = car (stack);
573   r1 = car (frame);
574   r2 = cadr (frame);
575   r3 = caddr (frame);
576   r0 = cadddr (frame);
577   return frame;
578 }
579
580 SCM
581 gc_stack (SCM a)
582 {
583   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
584   stack = cons (frame, stack);
585   stack = gc (stack);
586   gc_frame (stack);
587   stack = cdr (stack);
588   return stack;
589 }
590
591 SCM
592 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
593 {
594   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
595   stack = cons (frame, stack);
596   r1 = p1;
597   r2 = p2;
598   r0 = a;
599   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
600     gc_stack (stack);
601
602   SCM r = f ();
603   frame = gc_frame (stack);
604   stack = cdr (stack);
605   return r;
606 }
607
608 SCM
609 evlis_env (SCM m, SCM a)
610 {
611   return vm_call (vm_evlis_env, m, cell_undefined, a);
612 }
613
614 SCM
615 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
616 {
617   return vm_call (vm_apply_env, fn, x, a);
618 }
619
620 SCM
621 eval_env (SCM e, SCM a)
622 {
623   return vm_call (vm_eval_env, e, cell_undefined, a);
624 }
625
626 SCM
627 expand_macro_env (SCM e, SCM a)
628 {
629   return vm_call (vm_expand_macro_env, e, cell_undefined, a);
630 }
631
632 SCM
633 begin_env (SCM e, SCM a)
634 {
635   return vm_call (vm_begin_env, e, cell_undefined, a);
636 }
637
638 SCM
639 if_env (SCM e, SCM a)
640 {
641   return vm_call (vm_if_env, e, cell_undefined, a);
642 }
643
644 SCM
645 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
646 {
647   return vm_call (vm_call_with_values_env, producer, consumer, a);
648 }
649
650 SCM
651 append2 (SCM x, SCM y)
652 {
653   if (x == cell_nil) return y;
654   assert (TYPE (x) == PAIR);
655   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
656 }
657
658 SCM
659 append (SCM x) ///((arity . n))
660  {
661   if (x == cell_nil) return cell_nil;
662   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
663  }
664
665 SCM
666 make_char (int x)
667 {
668   g_cells[tmp_num].value = CHAR;
669   g_cells[tmp_num2].value = x;
670   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
671 }
672
673 SCM
674 make_function (SCM name, SCM id, SCM arity)
675 {
676   g_cells[tmp_num3].value = FUNCTION;
677   function *f = (function*)malloc (sizeof (function));
678   f->arity = VALUE (arity);
679   g_cells[tmp_num4].value = (long)f;
680   return make_cell (tmp_num3, name, tmp_num4);
681 }
682
683 SCM
684 make_keyword (SCM s)
685 {
686   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
687   x = x ? x : internal_make_symbol (s);
688   g_cells[tmp_num].value = KEYWORD;
689   return make_cell (tmp_num, STRING (x), 0);
690 }
691
692 SCM
693 make_macro (SCM name, SCM x)
694 {
695   g_cells[tmp_num].value = MACRO;
696   return make_cell (tmp_num, STRING (name), x);
697 }
698
699 SCM
700 make_number (int x)
701 {
702   g_cells[tmp_num].value = NUMBER;
703   g_cells[tmp_num2].value = x;
704   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
705 }
706
707 SCM
708 make_ref (SCM x)
709 {
710   g_cells[tmp_num].value = REF;
711   return make_cell (tmp_num, x, x);
712 }
713
714 SCM
715 make_string (SCM x)
716 {
717   g_cells[tmp_num].value = STRING;
718   return make_cell (tmp_num, x, 0);
719 }
720
721 SCM
722 cstring_to_list (char const* s)
723 {
724   SCM p = cell_nil;
725   int i = strlen (s);
726   while (i--)
727     p = cons (make_char (s[i]), p);
728   return p;
729 }
730
731 SCM
732 null_p (SCM x)
733 {
734   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
735 }
736
737 SCM
738 internal_make_symbol (SCM s)
739 {
740   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
741   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
742   g_symbols = cons (x, g_symbols);
743   return x;
744 }
745
746 SCM
747 make_symbol (SCM s)
748 {
749   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
750   return x ? x : internal_make_symbol (s);
751 }
752
753 SCM
754 make_vector (SCM n)
755 {
756   int k = VALUE (n);
757   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
758   SCM v = alloc (k);
759   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
760   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
761   return x;
762 }
763
764 SCM
765 values (SCM x) ///((arity . n))
766 {
767   SCM v = cons (0, x);
768   TYPE (v) = VALUES;
769   return v;
770 }
771
772 SCM
773 vector_length (SCM x)
774 {
775   assert (TYPE (x) == VECTOR);
776   return make_number (LENGTH (x));
777 }
778
779 SCM
780 vector_ref (SCM x, SCM i)
781 {
782   assert (TYPE (x) == VECTOR);
783   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
784   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
785   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
786   if (TYPE (e) == CHAR) e = make_char (VALUE (e));
787   if (TYPE (e) == NUMBER) e = make_number (VALUE (e));
788   return e;
789 }
790
791 SCM
792 vector_entry (SCM x) {
793   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = make_ref (x);
794   return x;
795 }
796
797 SCM
798 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
799 {
800   assert (TYPE (x) == VECTOR);
801   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
802   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
803   return cell_unspecified;
804 }
805
806 SCM
807 list_to_vector (SCM x)
808 {
809   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
810   SCM v = make_vector (tmp_num);
811   SCM p = VECTOR (v);
812   while (x != cell_nil)
813     {
814       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
815       x = cdr (x);
816     }
817   return v;
818 }
819
820 FILE *g_stdin;
821 int
822 getchar ()
823 {
824   return getc (g_stdin);
825 }
826
827 int
828 ungetchar (int c)
829 {
830   return ungetc (c, g_stdin);
831 }
832
833 int
834 peekchar ()
835 {
836   int c = getchar ();
837   ungetchar (c);
838   return c;
839 }
840
841 SCM
842 peek_byte ()
843 {
844   return make_number (peekchar ());
845 }
846
847 SCM
848 read_byte ()
849 {
850   return make_number (getchar ());
851 }
852
853 SCM
854 unread_byte (SCM i)
855 {
856   return ungetchar (VALUE (i));
857 }
858
859 SCM
860 write_char (SCM x) ///((arity . n))
861 {
862   SCM c = car (x);
863   SCM p = cdr (x);
864   int fd = 1;
865   if (TYPE (p) == PAIR && TYPE (car (p)) == NUMBER) fd = VALUE (car (p));
866   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
867   assert (TYPE (c) == NUMBER || TYPE (c) == CHAR);
868   fputc (VALUE (c), f);
869   return c;
870 }
871
872 SCM
873 symbol_to_list (SCM x)
874 {
875   assert (TYPE (x) == SYMBOL);
876   return STRING (x);
877 }
878
879 SCM
880 char_to_integer (SCM x)
881 {
882   assert (TYPE (x) == CHAR);
883   return make_number (VALUE (x));
884 }
885
886 SCM
887 integer_to_char (SCM x)
888 {
889   assert (TYPE (x) == NUMBER);
890   return make_char (VALUE (x));
891 }
892
893 void
894 make_tmps (scm* cells)
895 {
896   tmp = g_free.value++;
897   cells[tmp].type = CHAR;
898   tmp_num = g_free.value++;
899   cells[tmp_num].type = NUMBER;
900   tmp_num2 = g_free.value++;
901   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
902   tmp_num3 = g_free.value++;
903   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
904   tmp_num4 = g_free.value++;
905   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
906 }
907
908 //\f Jam Collector
909 SCM g_symbol_max;
910 bool g_debug = false;
911
912 SCM
913 gc_up_arena ()
914 {
915   ARENA_SIZE *= 2;
916   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
917   if (!p)
918     {
919       if (g_debug) fprintf (stderr, "cannot up arena: %s: arena=%d\n", strerror (errno), 2*ARENA_SIZE);
920       return cell_unspecified;
921     }
922   g_cells = (scm*)p;
923   g_cells++;
924   gc_init_news ();
925 }
926
927 SCM
928 gc ()
929 {
930   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
931   g_free.value = 1;
932   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
933   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
934     gc_copy (i);
935   make_tmps (g_news);
936   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
937   SCM new = gc_copy (stack);
938   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
939   stack = new;
940   return gc_loop (1);
941 }
942
943 SCM
944 gc_loop (SCM scan)
945 {
946   while (scan < g_free.value)
947     {
948       if (NTYPE (scan) == KEYWORD
949           || NTYPE (scan) == MACRO
950           || NTYPE (scan) == PAIR
951           || NTYPE (scan) == REF
952           || scan == 1 // null
953           || NTYPE (scan) == SPECIAL
954           || NTYPE (scan) == STRING
955           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
956         {
957           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
958           gc_relocate_car (scan, car);
959         }
960       if ((NTYPE (scan) == MACRO
961            || NTYPE (scan) == PAIR
962            || NTYPE (scan) == VALUES)
963           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
964         {
965           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
966           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
967         }
968       scan++;
969     }
970   return gc_flip ();
971 }
972
973 SCM
974 gc_copy (SCM old)
975 {
976   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
977   SCM new = g_free.value++;
978   g_news[new] = g_cells[old];
979   if (NTYPE (new) == VECTOR)
980     {
981       g_news[new].vector = g_free.value;
982       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
983         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
984     }
985   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
986   g_cells[old].car = new;
987   return new;
988 }
989
990 SCM
991 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
992 {
993   g_news[new].car = car;
994   return cell_unspecified;
995 }
996
997 SCM
998 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
999 {
1000   g_news[new].cdr = cdr;
1001   return cell_unspecified;
1002 }
1003
1004 SCM
1005 gc_flip ()
1006 {
1007   scm *cells = g_cells;
1008   g_cells = g_news;
1009   g_news = cells;
1010   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
1011   return stack;
1012 }
1013
1014 SCM
1015 gc_show ()
1016 {
1017   fprintf (stderr, "cells: ");
1018   scm *t = g_cells;
1019   display_ (stderr, -1);
1020   fprintf (stderr, "\n");
1021   if (g_news)
1022     {
1023       fprintf (stderr, "news: ");
1024       g_cells = g_news;
1025       display_ (stderr, -1);
1026       fprintf (stderr, "\n");
1027     }
1028   g_cells = t;
1029   return cell_unspecified;
1030 }
1031
1032 //\f Environment setup
1033 SCM
1034 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1035 {
1036   return cons (cons (key, value), alist);
1037 }
1038
1039 SCM
1040 add_environment (SCM a, char const *name, SCM x)
1041 {
1042   return acons (make_symbol (cstring_to_list (name)), x, a);
1043 }
1044
1045 SCM
1046 gc_init_cells ()
1047 {
1048   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1049   g_cells[0].type = VECTOR;
1050   g_cells[0].length = 1000;
1051   g_cells[0].vector = 0;
1052   g_cells++;
1053   g_cells[0].type = CHAR;
1054   g_cells[0].value = 'c';
1055 }
1056
1057 SCM
1058 gc_init_news ()
1059 {
1060   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1061   g_news[0].type = VECTOR;
1062   g_news[0].length = 1000;
1063   g_news[0].vector = 0;
1064   g_news++;
1065   g_news[0].type = CHAR;
1066   g_news[0].value = 'n';
1067 }
1068
1069 SCM
1070 mes_symbols () ///((internal))
1071 {
1072   gc_init_cells ();
1073   gc_init_news ();
1074
1075 #include "mes.symbols.i"
1076
1077   g_symbol_max = g_free.value;
1078   make_tmps (g_cells);
1079
1080   g_symbols = 0;
1081   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1082     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1083
1084   SCM a = cell_nil;
1085
1086 #if BOOT
1087   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1088 #endif
1089   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1090   a = add_environment (a, "sc-expand", cell_f);
1091   a = acons (cell_closure, a, a);
1092
1093   internal_lookup_symbol (cell_nil);
1094
1095   return a;
1096 }
1097
1098 SCM
1099 mes_builtins (SCM a)
1100 {
1101 #include "mes.i"
1102
1103 #include "define.i"
1104 #include "display.i"
1105 #include "lib.i"
1106 #include "math.i"
1107 #include "posix.i"
1108 #include "quasiquote.i"
1109 #include "reader.i"
1110 #include "string.i"
1111 #include "type.i"
1112
1113 #include "define.environment.i"
1114 #include "display.environment.i"
1115 #include "lib.environment.i"
1116 #include "math.environment.i"
1117 #include "mes.environment.i"
1118 #include "posix.environment.i"
1119   //#include "quasiquote.environment.i"
1120 #include "reader.environment.i"
1121 #include "string.environment.i"
1122 #include "type.environment.i"
1123
1124 #if QUASIQUOTE
1125   SCM cell_unquote = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote, a);
1126   SCM cell_unquote_splicing = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote_splicing, a);
1127   SCM the_unquoters = cons (cons (cell_symbol_unquote, cell_unquote),
1128                             cons (cons (cell_symbol_unquote_splicing, cell_unquote_splicing),
1129                                   cell_nil));
1130   a = acons (cell_symbol_the_unquoters, the_unquoters, a);
1131 #endif
1132
1133   a = add_environment (a, "*dot*", cell_dot);
1134   a = add_environment (a, "*foo-bar-baz*", cell_nil); // FIXME: some off-by one?
1135
1136   return a;
1137 }
1138
1139 SCM
1140 mes_stack (SCM a) ///((internal))
1141 {
1142   r0 = a;
1143   r1 = make_char (0);
1144   r2 = make_char (0);
1145   r3 = make_char (0);
1146   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1147   return r0;
1148 }
1149
1150 SCM
1151 mes_environment () ///((internal))
1152 {
1153   SCM a = mes_symbols ();
1154   return mes_stack (a);
1155 }
1156
1157 SCM
1158 make_lambda (SCM args, SCM body)
1159 {
1160   return cons (cell_symbol_lambda, cons (args, body));
1161 }
1162
1163 SCM
1164 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1165 {
1166   return cons (cell_closure, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1167 }
1168
1169 SCM
1170 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1171 {
1172   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1173   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1174   if (macro_p (m) == cell_t) return MACRO (m);
1175   return cell_f;
1176 }
1177
1178 SCM
1179 read_input_file_env_ (SCM e, SCM a)
1180 {
1181   if (e == cell_nil) return e;
1182   return cons (e, read_input_file_env_ (read_env (a), a));
1183 }
1184
1185 SCM
1186 read_input_file_env (SCM a)
1187 {
1188   r0 = a;
1189 #if READER
1190   return read_input_file_env_ (read_env (r0), r0);
1191 #endif
1192   return apply_env (cell_symbol_read_input_file, cell_nil, r0);
1193 }
1194
1195 SCM
1196 load_env (SCM a) ///((internal))
1197 {
1198   r0 =a;
1199 #if !READER
1200   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mes", "r");
1201   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mes", "r");
1202 #endif
1203   if (!g_function) r0 = mes_builtins (r0);
1204   r3 = read_input_file_env (r0);
1205   g_stdin = stdin;
1206   return r3;
1207 }
1208
1209 SCM
1210 bload_env (SCM a) ///((internal))
1211 {
1212   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mo", "r");
1213   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mo", "r");
1214   char *p = (char*)g_cells;
1215   assert (getchar () == 'M');
1216   assert (getchar () == 'E');
1217   assert (getchar () == 'S');
1218   stack = getchar () << 8;
1219   stack += getchar ();
1220   int c = getchar ();
1221   while (c != EOF)
1222     {
1223       *p++ = c;
1224       c = getchar ();
1225     }
1226   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1227   gc_frame (stack);
1228   g_symbols = r1;
1229   g_stdin = stdin;
1230
1231   r0 = mes_builtins (r0);
1232   return r3;
1233 }
1234
1235 int
1236 dump ()
1237 {
1238   r1 = g_symbols;
1239   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1240   stack = cons (frame, stack);
1241   stack = gc (stack);
1242   gc_frame (stack);
1243   char *p = (char*)g_cells;
1244   fputc ('M', stdout);
1245   fputc ('E', stdout);
1246   fputc ('S', stdout);
1247   fputc (stack >> 8, stdout);
1248   fputc (stack % 256, stdout);
1249   for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1250     fputc (*p++, stdout);
1251   return 0;
1252 }
1253
1254 #include "type.c"
1255 #include "define.c"
1256 #include "display.c"
1257 #include "lib.c"
1258 #include "math.c"
1259 #include "posix.c"
1260 #include "quasiquote.c"
1261 #include "reader.c"
1262 #include "string.c"
1263
1264 int
1265 main (int argc, char *argv[])
1266 {
1267   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1268   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1269   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1270   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.3\n");
1271   g_stdin = stdin;
1272   r0 = mes_environment ();
1273   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1274     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1275   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1276   display_ (stderr, begin_env (program, r0));
1277   fputs ("", stderr);
1278   gc (stack);
1279   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1280   return 0;
1281 }