core: Remove quasiquote, quasisyntax.
[mes.git] / mes.c
1 /* -*-comment-start: "//";comment-end:""-*-
2  * Mes --- Maxwell Equations of Software
3  * Copyright © 2016 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
4  *
5  * This file is part of Mes.
6  *
7  * Mes is free software; you can redistribute it and/or modify it
8  * under the terms of the GNU General Public License as published by
9  * the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or (at
10  * your option) any later version.
11  *
12  * Mes is distributed in the hope that it will be useful, but
13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15  * GNU General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
18  * along with Mes.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19  */
20
21 #define _GNU_SOURCE
22 #include <assert.h>
23 #include <ctype.h>
24 #include <errno.h>
25 #include <limits.h>
26 #include <stdio.h>
27 #include <string.h>
28 #include <stdlib.h>
29 #include <stdbool.h>
30
31 #define DEBUG 0
32 #define FIXED_PRIMITIVES 1
33 #define READER 1
34
35 #if READER
36 int ARENA_SIZE = 1000000;
37 #else
38 int ARENA_SIZE = 100000;
39 #endif
40 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
41 int GC_SAFETY = 100;
42
43 typedef int SCM;
44 enum type_t {CHAR, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, SPECIAL, STRING, SYMBOL, REF, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
45 typedef SCM (*function0_t) (void);
46 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
47 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
48 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
49 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
50 typedef struct function_t {
51   union {
52     function0_t function0;
53     function1_t function1;
54     function2_t function2;
55     function3_t function3;
56     functionn_t functionn;
57   };
58   int arity;
59 } function;
60 struct scm_t;
61 typedef struct scm_t {
62   enum type_t type;
63   union {
64     char const *name;
65     SCM string;
66     SCM car;
67     SCM ref;
68     int length;
69   };
70   union {
71     int value;
72     int function;
73     SCM cdr;
74     SCM macro;
75     SCM vector;
76     int hits;
77   };
78 } scm;
79
80 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
81 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
82 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
83 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
84 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
85 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
86 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
87 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
88 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
89 #if BOOT
90 scm scm_label = {
91   SPECIAL, "label"};
92 #endif
93 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
94
95 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
96 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
97 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
98 scm scm_symbol_define = {SYMBOL, "define"};
99 scm scm_symbol_define_macro = {SYMBOL, "define-macro"};
100 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
101
102 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
103 scm scm_symbol_quasiquote = {SYMBOL, "quasiquote"};
104 scm scm_symbol_unquote = {SYMBOL, "unquote"};
105 scm scm_symbol_unquote_splicing = {SYMBOL, "unquote-splicing"};
106
107 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
108 scm scm_symbol_expand_macro = {SYMBOL, "expand-macro"};
109 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
110 scm scm_symbol_noexpand = {SYMBOL, "noexpand"};
111 scm scm_symbol_syntax = {SYMBOL, "syntax"};
112 scm scm_symbol_quasisyntax = {SYMBOL, "quasisyntax"};
113 scm scm_symbol_unsyntax = {SYMBOL, "unsyntax"};
114 scm scm_symbol_unsyntax_splicing = {SYMBOL, "unsyntax-splicing"};
115
116 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
117 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
118 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
119 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
120
121 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
122 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
123 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
124 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
125 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
126
127 scm char_eof = {CHAR, .name="*eof*", .value=-1};
128 scm char_nul = {CHAR, .name="nul", .value=0};
129 scm char_alarm = {CHAR, .name="alarm", .value=8};
130 scm char_backspace = {CHAR, .name="backspace", .value=8};
131 scm char_tab = {CHAR, .name="tab", .value=9};
132 scm char_newline = {CHAR, .name="newline", .value=10};
133 scm char_vtab = {CHAR, .name="vtab", .value=11};
134 scm char_page = {CHAR, .name="page", .value=12};
135 scm char_return = {CHAR, .name="return", .value=13};
136 scm char_space = {CHAR, .name="space", .value=32};
137
138 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
139 scm *g_cells;
140 scm *g_news = 0;
141
142 #include "mes.symbols.h"
143
144 SCM tmp;
145 SCM tmp_num;
146 SCM tmp_num2;
147 SCM tmp_num3;
148 SCM tmp_num4;
149
150 function functions[200];
151 int g_function = 0;
152
153 SCM g_symbols = 0;
154 SCM stack = 0;
155 SCM r0 = 0; // a/env
156 SCM r1 = 0; // param 1
157 SCM r2 = 0; // param 2
158 SCM r3 = 0; // param 3
159
160 #include "display.h"
161 #include "lib.h"
162 #include "math.h"
163 #include "mes.h"
164 #include "posix.h"
165 #include "reader.h"
166 #include "string.h"
167 #include "type.h"
168
169 #define CAR(x) g_cells[x].car
170 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
171 #define HITS(x) g_cells[x].hits
172 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
173 #define NAME(x) g_cells[x].name
174 #define STRING(x) g_cells[x].string
175 #define TYPE(x) g_cells[x].type
176 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
177 #define REF(x) g_cells[x].ref
178 #define VALUE(x) g_cells[x].value
179 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
180 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
181 #define NCAR(x) g_news[x].car
182 #define NTYPE(x) g_news[x].type
183
184 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
185 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
186 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
187 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
188 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
189 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
190 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
191
192 SCM display_ (FILE* f, SCM x);
193 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
194
195 SCM
196 alloc (int n)
197 {
198   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
199   SCM x = g_free.value;
200   g_free.value += n;
201   return x;
202 }
203
204 SCM
205 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
206 {
207   SCM x = alloc (1);
208   assert (TYPE (type) == NUMBER);
209   TYPE (x) = VALUE (type);
210   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
211     if (car) CAR (x) = CAR (car);
212     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
213   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
214     if (car) CAR (x) = car;
215     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
216   } else {
217     CAR (x) = car;
218     CDR (x) = cdr;
219   }
220   return x;
221 }
222
223 SCM
224 cons (SCM x, SCM y)
225 {
226   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
227   return make_cell (tmp_num, x, y);
228 }
229
230 SCM
231 car (SCM x)
232 {
233   assert (TYPE (x) == PAIR);
234   return CAR (x);
235 }
236
237 SCM
238 cdr (SCM x)
239 {
240   assert (TYPE (x) == PAIR);
241   return CDR (x);
242 }
243
244 SCM
245 eq_p (SCM x, SCM y)
246 {
247   return (x == y
248           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
249                && STRING (x) == STRING (y)))
250           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
251               && VALUE (x) == VALUE (y))
252           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
253               && VALUE (x) == VALUE (y)))
254     ? cell_t : cell_f;
255 }
256
257 SCM
258 set_car_x (SCM x, SCM e)
259 {
260   assert (TYPE (x) == PAIR);
261   CAR (x) = e;
262   return cell_unspecified;
263 }
264
265 SCM
266 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
267 {
268   assert (TYPE (x) == PAIR);
269   CDR (x) = e;
270   return cell_unspecified;
271 }
272
273 SCM
274 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
275 {
276   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
277   return set_cdr_x (p, e);
278 }
279
280 SCM
281 quote (SCM x)
282 {
283   return cons (cell_symbol_quote, x);
284 }
285
286 SCM
287 quasiquote (SCM x)
288 {
289   return cons (cell_symbol_quasiquote, x);
290 }
291
292 SCM
293 quasisyntax (SCM x)
294 {
295   return cons (cell_symbol_quasisyntax, x);
296 }
297
298 SCM
299 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
300 {
301   if (x == cell_nil)
302     return a;
303   if (pair_p (x) == cell_f)
304     return cons (cons (x, y), a);
305   return cons (cons (car (x), car (y)),
306                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
307 }
308
309 SCM
310 assq (SCM x, SCM a)
311 {
312   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
313     {
314       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
315         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
316       a = CDR (a);
317     }
318   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
319 }
320
321 SCM
322 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
323 {
324   x = assq (x, a);
325   if (x == cell_f) return cell_undefined;
326   return cdr (x);
327 }
328
329 SCM
330 assert_defined (SCM x, SCM e)
331 {
332   if (e == cell_undefined)
333     {
334       fprintf (stderr, "eval: unbound variable:");
335       display_ (stderr, x);
336       fprintf (stderr, "\n");
337       assert (!"unbound variable");
338     }
339   return e;
340 }
341
342 SCM
343 vm_evlis_env ()
344 {
345   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
346   if (TYPE (r1) != PAIR) return eval_env (r1, r0);
347   r2 = eval_env (car (r1), r0);
348   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
349   return cons (r2, r1);
350 }
351
352 SCM
353 vm_call_lambda ()
354 {
355   return vm_call (vm_begin_env, r1, cell_undefined, r0);
356 }
357
358 SCM
359 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
360 {
361   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
362   r1 = e;
363   r0 = cl;
364   r2 = a;
365   r3 = aa;
366   return vm_call_lambda ();
367 }
368
369 SCM
370 vm_apply_env ()
371 {
372   if (TYPE (r1) != PAIR)
373     {
374       if (TYPE (r1) == FUNCTION) return call (r1, r2);
375       if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
376         return call_with_values_env (car (r2), cadr (r2), r0);
377       if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
378     }
379   else
380     switch (car (r1))
381       {
382       case cell_symbol_lambda:
383         {
384           SCM args = cadr (r1);
385           SCM body = cddr (r1);
386           SCM p = pairlis (args, r2, r0);
387           return call_lambda (body, p, p, r0);
388         }
389       case cell_closure:
390         {
391           SCM args = caddr (r1);
392           SCM body = cdddr (r1);
393           SCM aa = cdadr (r1);
394           aa = cdr (aa);
395           SCM p = pairlis (args, r2, aa);
396           return call_lambda (body, p, aa, r0);
397         }
398 #if BOOT
399       case cell_symbol_label:
400         return apply_env (caddr (r1), r2, cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0));
401 #endif
402       }
403   SCM e = eval_env (r1, r0);
404   char const* type = 0;
405   if (e == cell_f || e == cell_t) type = "bool";
406   if (TYPE (e) == CHAR) type = "char";
407   if (TYPE (e) == NUMBER) type = "number";
408   if (TYPE (e) == STRING) type = "string";
409   if (e == cell_unspecified) type = "*unspecified*";
410   if (e == cell_undefined) type =  "*undefined*";
411   if (type)
412     {
413       fprintf (stderr, "cannot apply: %s: ", type);
414       display_ (stderr, e);
415       fprintf (stderr, " [");
416       display_ (stderr, r1);
417       fprintf (stderr, "]\n");
418       assert (!"cannot apply");
419     }
420   return apply_env (e, r2, r0);
421 }
422
423 SCM
424 vm_eval_env ()
425 {
426   switch (TYPE (r1))
427     {
428     case PAIR:
429       {
430         switch (car (r1))
431           {
432 #if FIXED_PRIMITIVES
433           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
434           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
435           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
436               return cons (CAR (m), CADR (m));}
437           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
438 #endif // FIXED_PRIMITIVES
439           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
440 #if QUASISYNTAX
441           case cell_symbol_syntax: return cadr (r1);
442 #endif
443           case cell_symbol_begin: return begin_env (r1, r0);
444           case cell_symbol_lambda:
445             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
446           case cell_closure: return r1;
447           case cell_symbol_if: return if_env (cdr (r1), r0);
448 #if 1 //!BOOT
449           case cell_symbol_set_x: {
450             SCM x = eval_env (caddr (r1), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
451           }
452 #endif
453           default: {
454             SCM x = expand_macro_env (r1, r0);
455             if (x != r1)
456               {
457                 if (TYPE (x) == PAIR)
458                   {
459                     set_cdr_x (r1, cdr (x));
460                     set_car_x (r1, car (x));
461                   }
462                 else
463                   r1 = x;
464                 return eval_env (x, r0);
465               }
466             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
467             return apply_env (car (r1), m, r0);
468           }
469           }
470       }
471     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
472     default: return r1;
473     }
474 }
475
476 SCM
477 vm_expand_macro_env ()
478 {
479   if (TYPE (CAR (r1)) == STRING && string_to_symbol (CAR (r1)) == cell_symbol_noexpand)
480     return cadr (r1);
481
482   SCM macro;
483   SCM expanders;
484   if (TYPE (r1) == PAIR
485       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
486     return apply_env (macro, CDR (r1), r0);
487   else if (TYPE (r1) == PAIR
488            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
489            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
490            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
491     {
492       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_expand_macro, r0);
493       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
494         r1 = apply_env (sc_expand, cons (r1, cell_nil), r0);
495     }
496   return r1;
497 }
498
499 SCM
500 vm_begin_env ()
501 {
502   SCM r = cell_unspecified;
503   while (r1 != cell_nil) {
504     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
505       {
506         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
507           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
508         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
509           {
510             SCM f = read_input_file_env (r0);
511             r1 = append2 (f, cdr (r1));
512           }
513       }
514     r = eval_env (car (r1), r0);
515     r1 = CDR (r1);
516   }
517   return r;
518 }
519
520 SCM
521 vm_if_env ()
522 {
523   SCM x = eval_env (car (r1), r0);
524   if (x != cell_f)
525     return eval_env (cadr (r1), r0);
526   if (cddr (r1) != cell_nil)
527     return eval_env (caddr (r1), r0);
528   return cell_unspecified;
529 }
530
531 SCM
532 vm_call_with_values_env ()
533 {
534   SCM v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
535   if (TYPE (v) == VALUES)
536     v = CDR (v);
537   return apply_env (r2, v, r0);
538 }
539
540 SCM
541 call (SCM fn, SCM x)
542 {
543   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
544       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
545     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
546   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
547       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
548     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
549   switch (FUNCTION (fn).arity)
550     {
551     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
552     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
553     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
554     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
555     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
556     }
557   return cell_unspecified;
558 }
559
560 SCM
561 gc_frame (SCM stack)
562 {
563   SCM frame = car (stack);
564   r1 = car (frame);
565   r2 = cadr (frame);
566   r3 = caddr (frame);
567   r0 = cadddr (frame);
568   return frame;
569 }
570
571 SCM
572 gc_stack (SCM a)
573 {
574   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
575   stack = cons (frame, stack);
576   stack = gc (stack);
577   gc_frame (stack);
578   stack = cdr (stack);
579   return stack;
580 }
581
582 SCM
583 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
584 {
585   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
586   stack = cons (frame, stack);
587   r1 = p1;
588   r2 = p2;
589   r0 = a;
590   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
591     gc_stack (stack);
592
593   SCM r = f ();
594   frame = gc_frame (stack);
595   stack = cdr (stack);
596   return r;
597 }
598
599 SCM
600 evlis_env (SCM m, SCM a)
601 {
602   return vm_call (vm_evlis_env, m, cell_undefined, a);
603 }
604
605 SCM
606 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
607 {
608   return vm_call (vm_apply_env, fn, x, a);
609 }
610
611 SCM
612 eval_env (SCM e, SCM a)
613 {
614   return vm_call (vm_eval_env, e, cell_undefined, a);
615 }
616
617 SCM
618 expand_macro_env (SCM e, SCM a)
619 {
620   return vm_call (vm_expand_macro_env, e, cell_undefined, a);
621 }
622
623 SCM
624 begin_env (SCM e, SCM a)
625 {
626   return vm_call (vm_begin_env, e, cell_undefined, a);
627 }
628
629 SCM
630 if_env (SCM e, SCM a)
631 {
632   return vm_call (vm_if_env, e, cell_undefined, a);
633 }
634
635 SCM
636 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
637 {
638   return vm_call (vm_call_with_values_env, producer, consumer, a);
639 }
640
641 SCM
642 append2 (SCM x, SCM y)
643 {
644   if (x == cell_nil) return y;
645   assert (TYPE (x) == PAIR);
646   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
647 }
648
649 SCM
650 append (SCM x) ///((arity . n))
651  {
652   if (x == cell_nil) return cell_nil;
653   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
654   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
655  }
656
657 SCM
658 make_char (int x)
659 {
660   g_cells[tmp_num].value = CHAR;
661   g_cells[tmp_num2].value = x;
662   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
663 }
664
665 SCM
666 make_function (SCM name, SCM id, SCM arity)
667 {
668   g_cells[tmp_num3].value = FUNCTION;
669   function *f = (function*)malloc (sizeof (function));
670   f->arity = VALUE (arity);
671   g_cells[tmp_num4].value = (long)f;
672   return make_cell (tmp_num3, name, tmp_num4);
673 }
674
675 SCM
676 make_keyword (SCM s)
677 {
678   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
679   x = x ? x : internal_make_symbol (s);
680   g_cells[tmp_num].value = KEYWORD;
681   return make_cell (tmp_num, STRING (x), 0);
682 }
683
684 SCM
685 make_macro (SCM name, SCM x)
686 {
687   g_cells[tmp_num].value = MACRO;
688   return make_cell (tmp_num, STRING (name), x);
689 }
690
691 SCM
692 make_number (int x)
693 {
694   g_cells[tmp_num].value = NUMBER;
695   g_cells[tmp_num2].value = x;
696   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
697 }
698
699 SCM
700 make_ref (SCM x)
701 {
702   g_cells[tmp_num].value = REF;
703   return make_cell (tmp_num, x, x);
704 }
705
706 SCM
707 make_string (SCM x)
708 {
709   g_cells[tmp_num].value = STRING;
710   return make_cell (tmp_num, x, 0);
711 }
712
713 SCM
714 cstring_to_list (char const* s)
715 {
716   SCM p = cell_nil;
717   int i = strlen (s);
718   while (i--)
719     p = cons (make_char (s[i]), p);
720   return p;
721 }
722
723 SCM
724 null_p (SCM x)
725 {
726   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
727 }
728
729 SCM
730 internal_make_symbol (SCM s)
731 {
732   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
733   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
734   g_symbols = cons (x, g_symbols);
735   return x;
736 }
737
738 SCM
739 make_symbol (SCM s)
740 {
741   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
742   return x ? x : internal_make_symbol (s);
743 }
744
745 SCM
746 make_vector (SCM n)
747 {
748   int k = VALUE (n);
749   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
750   SCM v = alloc (k);
751   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
752   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
753   return x;
754 }
755
756 SCM
757 values (SCM x) ///((arity . n))
758 {
759   SCM v = cons (0, x);
760   TYPE (v) = VALUES;
761   return v;
762 }
763
764 SCM
765 vector_length (SCM x)
766 {
767   assert (TYPE (x) == VECTOR);
768   return make_number (LENGTH (x));
769 }
770
771 SCM
772 vector_ref (SCM x, SCM i)
773 {
774   assert (TYPE (x) == VECTOR);
775   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
776   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
777   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
778   if (TYPE (e) == CHAR) e = make_char (VALUE (e));
779   if (TYPE (e) == NUMBER) e = make_number (VALUE (e));
780   return e;
781 }
782
783 SCM
784 vector_entry (SCM x) {
785   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = make_ref (x);
786   return x;
787 }
788
789 SCM
790 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
791 {
792   assert (TYPE (x) == VECTOR);
793   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
794   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
795   return cell_unspecified;
796 }
797
798 SCM
799 list_to_vector (SCM x)
800 {
801   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
802   SCM v = make_vector (tmp_num);
803   SCM p = VECTOR (v);
804   while (x != cell_nil)
805     {
806       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
807       x = cdr (x);
808     }
809   return v;
810 }
811
812 FILE *g_stdin;
813 int
814 getchar ()
815 {
816   return getc (g_stdin);
817 }
818
819 int
820 ungetchar (int c)
821 {
822   return ungetc (c, g_stdin);
823 }
824
825 int
826 peekchar ()
827 {
828   int c = getchar ();
829   ungetchar (c);
830   return c;
831 }
832
833 SCM
834 peek_byte ()
835 {
836   return make_number (peekchar ());
837 }
838
839 SCM
840 read_byte ()
841 {
842   return make_number (getchar ());
843 }
844
845 SCM
846 unread_byte (SCM i)
847 {
848   ungetchar (VALUE (i));
849   return i;
850 }
851
852 SCM
853 write_char (SCM x) ///((arity . n))
854 {
855   SCM c = car (x);
856   SCM p = cdr (x);
857   int fd = 1;
858   if (TYPE (p) == PAIR && TYPE (car (p)) == NUMBER) fd = VALUE (car (p));
859   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
860   assert (TYPE (c) == NUMBER || TYPE (c) == CHAR);
861   fputc (VALUE (c), f);
862   return c;
863 }
864
865 SCM
866 symbol_to_list (SCM x)
867 {
868   assert (TYPE (x) == SYMBOL);
869   return STRING (x);
870 }
871
872 SCM
873 char_to_integer (SCM x)
874 {
875   assert (TYPE (x) == CHAR);
876   return make_number (VALUE (x));
877 }
878
879 SCM
880 integer_to_char (SCM x)
881 {
882   assert (TYPE (x) == NUMBER);
883   return make_char (VALUE (x));
884 }
885
886 void
887 make_tmps (scm* cells)
888 {
889   tmp = g_free.value++;
890   cells[tmp].type = CHAR;
891   tmp_num = g_free.value++;
892   cells[tmp_num].type = NUMBER;
893   tmp_num2 = g_free.value++;
894   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
895   tmp_num3 = g_free.value++;
896   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
897   tmp_num4 = g_free.value++;
898   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
899 }
900
901 //\f Jam Collector
902 SCM g_symbol_max;
903 bool g_debug = false;
904
905 SCM
906 gc_up_arena ()
907 {
908   ARENA_SIZE *= 2;
909   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
910   if (!p)
911     {
912       if (g_debug) fprintf (stderr, "cannot up arena: %s: arena=%d\n", strerror (errno), 2*ARENA_SIZE);
913       return cell_unspecified;
914     }
915   g_cells = (scm*)p;
916   g_cells++;
917   gc_init_news ();
918 }
919
920 SCM
921 gc ()
922 {
923   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
924   g_free.value = 1;
925   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
926   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
927     gc_copy (i);
928   make_tmps (g_news);
929   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
930   SCM new = gc_copy (stack);
931   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
932   stack = new;
933   return gc_loop (1);
934 }
935
936 SCM
937 gc_loop (SCM scan)
938 {
939   while (scan < g_free.value)
940     {
941       if (NTYPE (scan) == KEYWORD
942           || NTYPE (scan) == MACRO
943           || NTYPE (scan) == PAIR
944           || NTYPE (scan) == REF
945           || scan == 1 // null
946           || NTYPE (scan) == SPECIAL
947           || NTYPE (scan) == STRING
948           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
949         {
950           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
951           gc_relocate_car (scan, car);
952         }
953       if ((NTYPE (scan) == MACRO
954            || NTYPE (scan) == PAIR
955            || NTYPE (scan) == VALUES)
956           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
957         {
958           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
959           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
960         }
961       scan++;
962     }
963   return gc_flip ();
964 }
965
966 SCM
967 gc_copy (SCM old)
968 {
969   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
970   SCM new = g_free.value++;
971   g_news[new] = g_cells[old];
972   if (NTYPE (new) == VECTOR)
973     {
974       g_news[new].vector = g_free.value;
975       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
976         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
977     }
978   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
979   g_cells[old].car = new;
980   return new;
981 }
982
983 SCM
984 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
985 {
986   g_news[new].car = car;
987   return cell_unspecified;
988 }
989
990 SCM
991 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
992 {
993   g_news[new].cdr = cdr;
994   return cell_unspecified;
995 }
996
997 SCM
998 gc_flip ()
999 {
1000   scm *cells = g_cells;
1001   g_cells = g_news;
1002   g_news = cells;
1003   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
1004   return stack;
1005 }
1006
1007 SCM
1008 gc_show ()
1009 {
1010   fprintf (stderr, "cells: ");
1011   scm *t = g_cells;
1012   display_ (stderr, -1);
1013   fprintf (stderr, "\n");
1014   if (g_news)
1015     {
1016       fprintf (stderr, "news: ");
1017       g_cells = g_news;
1018       display_ (stderr, -1);
1019       fprintf (stderr, "\n");
1020     }
1021   g_cells = t;
1022   return cell_unspecified;
1023 }
1024
1025 //\f Environment setup
1026 SCM
1027 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1028 {
1029   return cons (cons (key, value), alist);
1030 }
1031
1032 SCM
1033 add_environment (SCM a, char const *name, SCM x)
1034 {
1035   return acons (make_symbol (cstring_to_list (name)), x, a);
1036 }
1037
1038 SCM
1039 gc_init_cells ()
1040 {
1041   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1042   g_cells[0].type = VECTOR;
1043   g_cells[0].length = 1000;
1044   g_cells[0].vector = 0;
1045   g_cells++;
1046   g_cells[0].type = CHAR;
1047   g_cells[0].value = 'c';
1048 }
1049
1050 SCM
1051 gc_init_news ()
1052 {
1053   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1054   g_news[0].type = VECTOR;
1055   g_news[0].length = 1000;
1056   g_news[0].vector = 0;
1057   g_news++;
1058   g_news[0].type = CHAR;
1059   g_news[0].value = 'n';
1060 }
1061
1062 SCM
1063 mes_symbols () ///((internal))
1064 {
1065   gc_init_cells ();
1066   gc_init_news ();
1067
1068 #include "mes.symbols.i"
1069
1070   g_symbol_max = g_free.value;
1071   make_tmps (g_cells);
1072
1073   g_symbols = 0;
1074   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1075     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1076
1077   SCM a = cell_nil;
1078
1079 #if BOOT
1080   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1081 #endif
1082   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1083   a = add_environment (a, "sc-expand", cell_f);
1084   a = acons (cell_closure, a, a);
1085
1086   internal_lookup_symbol (cell_nil);
1087
1088   return a;
1089 }
1090
1091 SCM
1092 mes_builtins (SCM a)
1093 {
1094 #include "mes.i"
1095
1096 #include "display.i"
1097 #include "lib.i"
1098 #include "math.i"
1099 #include "posix.i"
1100 #include "reader.i"
1101 #include "string.i"
1102 #include "type.i"
1103
1104 #include "display.environment.i"
1105 #include "lib.environment.i"
1106 #include "math.environment.i"
1107 #include "mes.environment.i"
1108 #include "posix.environment.i"
1109 #include "reader.environment.i"
1110 #include "string.environment.i"
1111 #include "type.environment.i"
1112
1113   a = add_environment (a, "*dot*", cell_dot);
1114   a = add_environment (a, "*foo-bar-baz*", cell_nil); // FIXME: some off-by one?
1115
1116   return a;
1117 }
1118
1119 SCM
1120 mes_stack (SCM a) ///((internal))
1121 {
1122   r0 = a;
1123   r1 = make_char (0);
1124   r2 = make_char (0);
1125   r3 = make_char (0);
1126   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1127   return r0;
1128 }
1129
1130 SCM
1131 mes_environment () ///((internal))
1132 {
1133   SCM a = mes_symbols ();
1134   return mes_stack (a);
1135 }
1136
1137 SCM
1138 make_lambda (SCM args, SCM body)
1139 {
1140   return cons (cell_symbol_lambda, cons (args, body));
1141 }
1142
1143 SCM
1144 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1145 {
1146   return cons (cell_closure, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1147 }
1148
1149 SCM
1150 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1151 {
1152   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1153   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1154   if (macro_p (m) == cell_t) return MACRO (m);
1155   return cell_f;
1156 }
1157
1158 SCM
1159 read_input_file_env_ (SCM e, SCM a)
1160 {
1161   if (e == cell_nil) return e;
1162   return cons (e, read_input_file_env_ (read_env (a), a));
1163 }
1164
1165 SCM
1166 read_input_file_env (SCM a)
1167 {
1168   r0 = a;
1169 #if READER
1170   return read_input_file_env_ (read_env (r0), r0);
1171 #endif
1172   return apply_env (cell_symbol_read_input_file, cell_nil, r0);
1173 }
1174
1175 SCM
1176 load_env (SCM a) ///((internal))
1177 {
1178   r0 =a;
1179 #if 1 //!READER
1180   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mes", "r");
1181   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mes", "r");
1182 #endif
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 }