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