core: Make symbols constants.
[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, 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 }