919a27b427fd2243984110d10ef09b3c9e65e5d5
[mes.git] / mes.c
1 /* -*-comment-start: "//";comment-end:""-*-
2  * Mes --- Maxwell Equations of Software
3  * Copyright © 2016,2017 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 #if __GNUC__
23 #define  __NYACC__ 0
24 #define NYACC
25 #define NYACC2
26 #include <assert.h>
27 #include <ctype.h>
28 #include <errno.h>
29 #include <limits.h>
30 #include <stdio.h>
31 #include <string.h>
32 #include <stdlib.h>
33 #include <stdbool.h>
34 #else
35 typedef int bool;
36 #define  __NYACC__ 1
37 #define NYACC nyacc
38 #define NYACC2 nyacc2
39 #endif
40
41 #define DEBUG 0
42 #define FIXED_PRIMITIVES 1
43
44 int ARENA_SIZE = 100000;
45 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
46 int GC_SAFETY = 100;
47
48 typedef int SCM;
49 enum type_t {CHAR, CLOSURE, CONTINUATION, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, REF, SPECIAL, STRING, SYMBOL, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
50 typedef SCM (*function0_t) (void);
51 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
52 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
53 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
54 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
55 typedef struct function_struct {
56   union {
57     function0_t function0;
58     function1_t function1;
59     function2_t function2;
60     function3_t function3;
61     functionn_t functionn;
62   } NYACC;
63   int arity;
64 } function_t;
65 struct scm;
66 typedef struct scm_struct {
67   enum type_t type;
68   union {
69     char const *name;
70     SCM string;
71     SCM car;
72     SCM ref;
73     int length;
74   } NYACC;
75   union {
76     int value;
77     int function;
78     SCM cdr;
79     SCM closure;
80     SCM continuation;
81     SCM macro;
82     SCM vector;
83     int hits;
84   } NYACC2;
85 } scm;
86
87 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
88 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
89 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
90 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
91 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
92 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
93 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
94 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
95 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
96 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
97
98 scm scm_symbol_dot = {SYMBOL, "*dot*"};
99 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
100 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
101 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
102 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
103 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
104
105 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
106 scm scm_symbol_macro_expand = {SYMBOL, "macro-expand"};
107 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
108
109 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
110 scm scm_call_with_current_continuation = {SPECIAL, "*call/cc*"};
111 scm scm_symbol_call_with_current_continuation = {SYMBOL, "call-with-current-continuation"};
112 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
113 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
114 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
115 scm scm_symbol_write = {SYMBOL, "write"};
116 scm scm_symbol_display = {SYMBOL, "display"};
117 scm scm_symbol_throw = {SYMBOL, "throw"};
118
119 scm scm_symbol_argv = {SYMBOL, "%argv"};
120 scm scm_symbol_mes_prefix = {SYMBOL, "%prefix"};
121 scm scm_symbol_mes_version = {SYMBOL, "%version"};
122
123 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
124 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
125 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
126 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
127 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
128
129 scm scm_vm_evlis = {SPECIAL, "*vm-evlis*"};
130 scm scm_vm_evlis2 = {SPECIAL, "*vm-evlis2*"};
131 scm scm_vm_evlis3 = {SPECIAL, "*vm-evlis3*"};
132 scm scm_vm_apply = {SPECIAL, "core:apply"};
133 scm scm_vm_apply2 = {SPECIAL, "*vm-apply2*"};
134 scm scm_vm_eval = {SPECIAL, "core:eval"};
135
136 #if FIXED_PRIMITIVES
137 scm scm_vm_eval_car = {SPECIAL, "*vm-eval-car*"};
138 scm scm_vm_eval_cdr = {SPECIAL, "*vm-eval-cdr*"};
139 scm scm_vm_eval_cons = {SPECIAL, "*vm-eval-cons*"};
140 scm scm_vm_eval_null_p = {SPECIAL, "*vm-eval-null-p*"};
141 #endif
142
143 scm scm_vm_eval_set_x = {SPECIAL, "*vm-eval-set!*"};
144 scm scm_vm_eval_macro = {SPECIAL, "*vm-eval-macro*"};
145 scm scm_vm_eval2 = {SPECIAL, "*vm-eval2*"};
146 scm scm_vm_macro_expand = {SPECIAL, "core:macro-expand"};
147 scm scm_vm_begin = {SPECIAL, "*vm-begin*"};
148 scm scm_vm_begin_read_input_file = {SPECIAL, "*vm-begin-read-input-file*"};
149 scm scm_vm_begin2 = {SPECIAL, "*vm-begin2*"};
150 scm scm_vm_if = {SPECIAL, "*vm-if*"};
151 scm scm_vm_if_expr = {SPECIAL, "*vm-if-expr*"};
152 scm scm_vm_call_with_values2 = {SPECIAL, "*vm-call-with-values2*"};
153 scm scm_vm_call_with_current_continuation2 = {SPECIAL, "*vm-call-with-current-continuation2*"};
154 scm scm_vm_return = {SPECIAL, "*vm-return*"};
155
156 scm scm_test = {SYMBOL, "test"};
157
158 int g_free = 0;
159 scm *g_cells;
160 scm *g_news = 0;
161
162 #include "mes.symbols.h"
163
164 SCM tmp;
165 SCM tmp_num;
166 SCM tmp_num2;
167
168 function_t functions[200];
169 int g_function = 0;
170
171 SCM g_continuations = 0;
172 SCM g_symbols = 0;
173 SCM g_stack = 0;
174 SCM r0 = 0; // a/env
175 SCM r1 = 0; // param 1
176 SCM r2 = 0; // save 2+load/dump
177 SCM r3 = 0; // continuation
178
179 #include "lib.h"
180 #include "math.h"
181 #include "mes.h"
182 #include "posix.h"
183 #include "reader.h"
184
185 #define CAR(x) g_cells[x].car
186 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
187 #define CONTINUATION(x) g_cells[x].cdr
188 #define HITS(x) g_cells[x].hits
189 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
190 #define NAME(x) g_cells[x].name
191 #define STRING(x) g_cells[x].string
192 #define TYPE(x) g_cells[x].type
193 #define CLOSURE(x) g_cells[x].closure
194 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
195 #define REF(x) g_cells[x].ref
196 #define VALUE(x) g_cells[x].value
197 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
198 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
199 #define NCAR(x) g_news[x].car
200 #define NTYPE(x) g_news[x].type
201
202 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
203 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
204 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
205 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
206 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
207 #define CDDDR(x) CDR (CDR (CDR (x)))
208 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
209 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
210
211 #define MAKE_CHAR(n) make_cell (tmp_num_ (CHAR), 0, tmp_num2_ (n))
212 #define MAKE_CONTINUATION(n) make_cell (tmp_num_ (CONTINUATION), n, g_stack)
213 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
214 #define MAKE_REF(n) make_cell (tmp_num_ (REF), n, 0)
215 #define MAKE_STRING(x) make_cell (tmp_num_ (STRING), x, 0)
216
217 int error (char const* msg, SCM x);
218 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM a);
219
220 SCM
221 tmp_num_ (int x)
222 {
223   g_cells[tmp_num].value = x;
224   return tmp_num;
225 }
226
227 SCM
228 tmp_num2_ (int x)
229 {
230   g_cells[tmp_num2].value = x;
231   return tmp_num2;
232 }
233
234 SCM
235 alloc (int n)
236 {
237   assert (g_free + n < ARENA_SIZE);
238   SCM x = g_free;
239   g_free += n;
240   return x;
241 }
242
243 SCM
244 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
245 {
246   SCM x = alloc (1);
247   assert (TYPE (type) == NUMBER);
248   TYPE (x) = VALUE (type);
249   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
250     if (car) CAR (x) = CAR (car);
251     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
252   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
253     if (car) CAR (x) = car;
254     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
255   } else {
256     CAR (x) = car;
257     CDR (x) = cdr;
258   }
259   return x;
260 }
261
262 SCM
263 cons (SCM x, SCM y)
264 {
265   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
266   return make_cell (tmp_num, x, y);
267 }
268
269 SCM
270 car (SCM x)
271 {
272   if (TYPE (x) != PAIR) error ("car: not pair: ", x);
273   return CAR (x);
274 }
275
276 SCM
277 cdr (SCM x)
278 {
279   if (TYPE (x) != PAIR) error ("cdr: not pair: ", x);
280   return CDR (x);
281 }
282 SCM
283 eq_p (SCM x, SCM y)
284 {
285   return (x == y
286           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
287                && STRING (x) == STRING (y)))
288           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
289               && VALUE (x) == VALUE (y))
290           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
291               && VALUE (x) == VALUE (y)))
292     ? cell_t : cell_f;
293 }
294
295 SCM
296 type_ (SCM x)
297 {
298   return MAKE_NUMBER (TYPE (x));
299 }
300
301 SCM
302 car_ (SCM x)
303 {
304   return (TYPE (x) != CONTINUATION
305           && (TYPE (CAR (x)) == PAIR // FIXME: this is weird
306               || TYPE (CAR (x)) == REF
307               || TYPE (CAR (x)) == SPECIAL
308               || TYPE (CAR (x)) == SYMBOL
309               || TYPE (CAR (x)) == STRING)) ? CAR (x) : MAKE_NUMBER (CAR (x));
310 }
311
312 SCM
313 cdr_ (SCM x)
314 {
315   return (TYPE (CDR (x)) == PAIR
316           || TYPE (CDR (x)) == REF
317           || TYPE (CAR (x)) == SPECIAL
318           || TYPE (CDR (x)) == SYMBOL
319           || TYPE (CDR (x)) == STRING) ? CDR (x) : MAKE_NUMBER (CDR (x));
320 }
321
322 SCM
323 set_car_x (SCM x, SCM e)
324 {
325   assert (TYPE (x) == PAIR);
326   CAR (x) = e;
327   return cell_unspecified;
328 }
329
330 SCM
331 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
332 {
333   if (TYPE (x) != PAIR) error ("set-cdr!: not pair: ", x);
334   CDR (x) = e;
335   return cell_unspecified;
336 }
337
338 SCM
339 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
340 {
341   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
342   if (TYPE (p) != PAIR) error ("set-env!: not pair: ", x);
343   return set_cdr_x (p, e);
344 }
345
346 SCM
347 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
348 {
349   if (x == cell_nil)
350     return a;
351   if (TYPE (x) != PAIR)
352     return cons (cons (x, y), a);
353   return cons (cons (car (x), car (y)),
354                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
355 }
356
357 SCM
358 assq (SCM x, SCM a)
359 {
360   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f) a = CDR (a);
361   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
362 }
363
364 SCM
365 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
366 {
367   x = assq (x, a);
368   if (x == cell_f) return cell_undefined;
369   return cdr (x);
370 }
371
372 SCM
373 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
374 {
375   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
376   r1 = e;
377   r0 = cl;
378   return cell_unspecified;
379 }
380
381 SCM
382 push_cc (SCM p1, SCM p2, SCM a, SCM c) ///((internal))
383 {
384   SCM x = r3;
385   r3 = c;
386   r2 = p2;
387   gc_push_frame ();
388   r1 = p1;
389   r0 = a;
390   r3 = x;
391   return cell_unspecified;
392 }
393
394 SCM
395 eval_apply ()
396 {
397  eval_apply:
398   if (g_free + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
399     gc_pop_frame (gc (gc_push_frame ()));
400
401   switch (r3)
402     {
403     case cell_vm_evlis: goto evlis;
404     case cell_vm_evlis2: goto evlis2;
405     case cell_vm_evlis3: goto evlis3;
406     case cell_vm_apply: goto apply;
407     case cell_vm_apply2: goto apply2;
408     case cell_vm_eval: goto eval;
409 #if FIXED_PRIMITIVES
410     case cell_vm_eval_car: goto eval_car;
411     case cell_vm_eval_cdr: goto eval_cdr;
412     case cell_vm_eval_cons: goto eval_cons;
413     case cell_vm_eval_null_p: goto eval_null_p;
414 #endif
415     case cell_vm_eval_set_x: goto eval_set_x;
416     case cell_vm_eval_macro: goto eval_macro;
417     case cell_vm_eval2: goto eval2;
418     case cell_vm_macro_expand: goto macro_expand;
419     case cell_vm_begin: goto begin;
420     case cell_vm_begin_read_input_file: goto begin_read_input_file;
421     case cell_vm_begin2: goto begin2;
422     case cell_vm_if: goto vm_if;
423     case cell_vm_if_expr: goto if_expr;
424     case cell_vm_call_with_current_continuation2: goto call_with_current_continuation2;
425     case cell_vm_call_with_values2: goto call_with_values2;
426     case cell_vm_return: goto vm_return;
427     case cell_unspecified: return r1;
428     default:
429       assert (0);
430     }
431
432   SCM x = cell_nil;
433   SCM y = cell_nil;
434  evlis:
435   if (r1 == cell_nil) goto vm_return;
436   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
437   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_evlis2);
438   goto eval;
439  evlis2:
440   push_cc (cdr (r2), r1, r0, cell_vm_evlis3);
441   goto evlis;
442  evlis3:
443   r1 = cons (r2, r1);
444   goto vm_return;
445
446  apply:
447   switch (TYPE (car (r1)))
448     {
449     case FUNCTION: {
450       check_formals (car (r1), MAKE_NUMBER (FUNCTION (car (r1)).arity), cdr (r1));
451       r1 = call (car (r1), cdr (r1)); /// FIXME: move into eval_apply
452       goto vm_return;
453     }
454     case CLOSURE:
455       {
456         SCM cl = CLOSURE (car (r1));
457         SCM formals = cadr (cl);
458         SCM body = cddr (cl);
459         SCM aa = cdar (cl);
460         aa = cdr (aa);
461         check_formals (car (r1), formals, cdr (r1));
462         SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), aa);
463         call_lambda (body, p, aa, r0);
464         goto begin;
465       }
466       case CONTINUATION:
467         {
468           x = r1;
469           g_stack = CONTINUATION (CAR (r1));
470           gc_pop_frame ();
471           r1 = cadr (x);
472           goto eval_apply;
473         }
474     case SPECIAL:
475       {
476         switch (car (r1))
477           {
478           case cell_vm_apply:
479             {
480               push_cc (cons (CADR (r1), CADDR (r1)), r1, r0, cell_vm_return);
481               goto apply;
482             }
483           case cell_vm_eval:
484             {
485               push_cc (CADR (r1), r1, CADDR (r1), cell_vm_return);
486               goto eval;
487             }
488           case cell_call_with_current_continuation:
489             {
490               r1 = cdr (r1);
491               goto call_with_current_continuation;
492             }
493           default: error ("cannot apply special: ", car (r1));
494           }
495       }
496     case SYMBOL:
497       {
498         if (car (r1) == cell_symbol_call_with_values)
499           {
500             r1 = cdr (r1);
501             goto call_with_values;
502           }
503         if (car (r1) == cell_symbol_current_module)
504           {
505             r1 = r0;
506             goto vm_return;
507           }
508         break;
509       }
510     case PAIR:
511       {
512         switch (caar (r1))
513           {
514           case cell_symbol_lambda:
515             {
516               SCM formals = cadr (car (r1));
517               SCM body = cddr (car (r1));
518               SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), r0);
519               check_formals (r1, formals, cdr (r1));
520               call_lambda (body, p, p, r0);
521               goto begin;
522             }
523           }
524       }
525     }
526   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_apply2);
527   goto eval;
528  apply2:
529   check_apply (r1, car (r2));
530   r1 = cons (r1, cdr (r2));
531   goto apply;
532
533  eval:
534   switch (TYPE (r1))
535     {
536     case PAIR:
537       {
538         switch (car (r1))
539           {
540 #if FIXED_PRIMITIVES
541           case cell_symbol_car:
542             {
543               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_car); goto eval;
544             eval_car:
545               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = car (x); goto eval_apply;
546             }
547           case cell_symbol_cdr:
548             {
549               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_cdr); goto eval;
550             eval_cdr:
551               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = cdr (x); goto eval_apply;
552             }
553           case cell_symbol_cons: {
554             push_cc (CDR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_cons); goto evlis;
555             eval_cons:
556             x = r1;
557             gc_pop_frame ();
558             r1 = cons (CAR (x), CADR (x));
559             goto eval_apply;
560           }
561           case cell_symbol_null_p:
562             {
563               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_null_p);
564               goto eval;
565             eval_null_p:
566               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = null_p (x); goto eval_apply;
567             }
568 #endif // FIXED_PRIMITIVES
569           case cell_symbol_quote:
570             {
571               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = cadr (x); goto eval_apply;
572             }
573           case cell_symbol_begin: goto begin;
574           case cell_symbol_lambda:
575             {
576               r1 = make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
577               goto vm_return;
578             }
579           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto vm_if;}
580           case cell_symbol_set_x:
581             {
582               push_cc (car (cddr (r1)), r1, r0, cell_vm_eval_set_x);
583               goto eval;
584             eval_set_x:
585               x = r2;
586               r1 = set_env_x (cadr (x), r1, r0);
587               goto vm_return;
588             }
589           case cell_vm_macro_expand:
590             {
591               push_cc (cadr (r1), r1, r0, cell_vm_return);
592               goto macro_expand;
593             }
594           default: {
595             push_cc (r1, r1, r0, cell_vm_eval_macro);
596             goto macro_expand;
597             eval_macro:
598             x = r2;
599             if (r1 != r2)
600               {
601                 if (TYPE (r1) == PAIR)
602                   {
603                     set_cdr_x (r2, cdr (r1));
604                     set_car_x (r2, car (r1));
605                   }
606                 goto eval;
607               }
608             push_cc (CDR (r1), r1, r0, cell_vm_eval2); goto evlis;
609             eval2:
610             r1 = cons (car (r2), r1);
611             goto apply;
612           }
613           }
614       }
615     case SYMBOL:
616       {
617         r1 = assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
618         goto vm_return;
619       }
620     default: goto vm_return;
621     }
622
623   SCM macro;
624   SCM expanders;
625  macro_expand:
626   if (TYPE (r1) == PAIR
627       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
628     {
629       r1 = cons (macro, CDR (r1));
630       goto apply;
631     }
632   else if (TYPE (r1) == PAIR
633            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
634            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
635            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
636     {
637       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
638       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
639         {
640           r1 = cons (sc_expand, cons (r1, cell_nil));
641           goto apply;
642         }
643     }
644   goto vm_return;
645
646  begin:
647   x = cell_unspecified;
648   while (r1 != cell_nil) {
649     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
650       {
651         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
652           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
653         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
654           {
655             push_cc (cons (cell_symbol_read_input_file, cell_nil), r1, r0, cell_vm_begin_read_input_file);
656             goto apply;
657           begin_read_input_file:
658             r1 = append2 (r1, cdr (r2));
659           }
660       }
661     if (CDR (r1) == cell_nil)
662       {
663         r1 = car (r1);
664         goto eval;
665       }
666     push_cc (CAR (r1), r1, r0, cell_vm_begin2);
667     goto eval;
668   begin2:
669     x = r1;
670     r1 = CDR (r2);
671   }
672   r1 = x;
673   goto vm_return;
674
675  vm_if:
676   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_if_expr);
677   goto eval;
678  if_expr:
679   x = r1;
680   r1 = r2;
681   if (x != cell_f)
682     {
683       r1 = cadr (r1);
684       goto eval;
685     }
686   if (cddr (r1) != cell_nil)
687     {
688       r1 = car (cddr (r1));
689       goto eval;
690     }
691   r1 = cell_unspecified;
692   goto vm_return;
693
694  call_with_current_continuation:
695   gc_push_frame ();
696   x = MAKE_CONTINUATION (g_continuations++);
697   gc_pop_frame ();
698   push_cc (cons (car (r1), cons (x, cell_nil)), x, r0, cell_vm_call_with_current_continuation2);
699   goto apply;
700  call_with_current_continuation2:
701   CONTINUATION (r2) = g_stack;
702   goto vm_return;
703
704  call_with_values:
705   push_cc (cons (car (r1), cell_nil), r1, r0, cell_vm_call_with_values2);
706   goto apply;
707  call_with_values2:
708   if (TYPE (r1) == VALUES)
709     r1 = CDR (r1);
710   r1 = cons (cadr (r2), r1);
711   goto apply;
712
713  vm_return:
714   x = r1;
715   gc_pop_frame ();
716   r1 = x;
717   goto eval_apply;
718 }
719
720 SCM
721 call (SCM fn, SCM x)
722 {
723   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
724       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
725     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
726   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
727       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
728     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
729   switch (FUNCTION (fn).arity)
730     {
731     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
732     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
733     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
734     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), car (cddr (x)));
735     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
736     }
737
738   return cell_unspecified;
739 }
740
741 SCM
742 gc_peek_frame ()
743 {
744   SCM frame = car (g_stack);
745   r1 = car (frame);
746   r2 = cadr (frame);
747   r3 = car (cddr (frame));
748   r0 = cadr (cddr (frame));
749   return frame;
750 }
751
752 SCM
753 gc_pop_frame ()
754 {
755   SCM frame = gc_peek_frame (g_stack);
756   g_stack = cdr (g_stack);
757   return frame;
758 }
759
760 SCM
761 gc_push_frame ()
762 {
763   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
764   return g_stack = cons (frame, g_stack);
765 }
766
767 SCM
768 apply (SCM f, SCM x, SCM a) ///((internal))
769 {
770   push_cc (cons (f, x), cell_unspecified, r0, cell_unspecified);
771   r3 = cell_vm_apply;
772   return eval_apply ();
773 }
774
775 SCM
776 append2 (SCM x, SCM y)
777 {
778   if (x == cell_nil) return y;
779   assert (TYPE (x) == PAIR);
780   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
781 }
782
783 SCM
784 append (SCM x) ///((arity . n))
785  {
786   if (x == cell_nil) return cell_nil;
787   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
788   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
789  }
790
791 SCM
792 cstring_to_list (char const* s)
793 {
794   SCM p = cell_nil;
795   int i = strlen (s);
796   while (i--)
797     p = cons (MAKE_CHAR (s[i]), p);
798   return p;
799 }
800
801 SCM
802 null_p (SCM x)
803 {
804   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
805 }
806
807 SCM
808 make_symbol_ (SCM s)
809 {
810   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
811   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
812   g_symbols = cons (x, g_symbols);
813   return x;
814 }
815
816 SCM
817 make_symbol (SCM s)
818 {
819   SCM x = lookup_symbol_ (s);
820   return x ? x : make_symbol_ (s);
821 }
822
823 SCM
824 make_vector (SCM n)
825 {
826   int k = VALUE (n);
827   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
828   SCM v = alloc (k);
829   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
830   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
831   return x;
832 }
833
834 SCM
835 arity_ (SCM x)
836 {
837   assert (TYPE (x) == FUNCTION);
838   return MAKE_NUMBER (FUNCTION (x).arity);
839 }
840
841 SCM
842 values (SCM x) ///((arity . n))
843 {
844   SCM v = cons (0, x);
845   TYPE (v) = VALUES;
846   return v;
847 }
848
849 SCM
850 vector_length (SCM x)
851 {
852   assert (TYPE (x) == VECTOR);
853   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
854 }
855
856 SCM
857 vector_ref (SCM x, SCM i)
858 {
859   assert (TYPE (x) == VECTOR);
860   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
861   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
862   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
863   if (TYPE (e) == CHAR) e = MAKE_CHAR (VALUE (e));
864   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
865   return e;
866 }
867
868 SCM
869 vector_entry (SCM x) {
870   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = MAKE_REF (x);
871   return x;
872 }
873
874 SCM
875 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
876 {
877   assert (TYPE (x) == VECTOR);
878   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
879   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
880   return cell_unspecified;
881 }
882
883 SCM
884 list_to_vector (SCM x)
885 {
886   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
887   SCM v = make_vector (tmp_num);
888   SCM p = VECTOR (v);
889   while (x != cell_nil)
890     {
891       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
892       x = cdr (x);
893     }
894   return v;
895 }
896
897 SCM
898 vector_to_list (SCM v)
899 {
900   SCM x = cell_nil;
901   for (int i = 0; i < LENGTH (v); i++) {
902     SCM e = VECTOR (v)+i;
903     if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
904     x = append2 (x, cons (e, cell_nil));
905   }
906   return x;
907 }
908
909 void
910 make_tmps (scm* cells)
911 {
912   tmp = g_free++;
913   cells[tmp].type = CHAR;
914   tmp_num = g_free++;
915   cells[tmp_num].type = NUMBER;
916   tmp_num2 = g_free++;
917   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
918 }
919
920 //\f Jam Collector
921 SCM g_symbol_max;
922 bool g_debug = false;
923
924 SCM
925 gc_up_arena ()
926 {
927   ARENA_SIZE *= 2;
928   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
929   if (!p) error (strerror (errno), MAKE_NUMBER (g_free));
930   g_cells = (scm*)p;
931   g_cells++;
932   gc_init_news ();
933 }
934
935 SCM
936 gc ()
937 {
938   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free);
939   g_free = 1;
940   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
941   for (int i=g_free; i<g_symbol_max; i++)
942     gc_copy (i);
943   make_tmps (g_news);
944   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
945   SCM new = gc_copy (g_stack);
946   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, g_stack);
947   g_stack = new;
948   return gc_loop (1);
949 }
950
951 SCM
952 gc_loop (SCM scan)
953 {
954   while (scan < g_free)
955     {
956       if (NTYPE (scan) == CLOSURE
957           || NTYPE (scan) == CONTINUATION
958           || NTYPE (scan) == FUNCTION
959           || NTYPE (scan) == KEYWORD
960           || NTYPE (scan) == MACRO
961           || NTYPE (scan) == PAIR
962           || NTYPE (scan) == REF
963           || scan == 1 // null
964           || NTYPE (scan) == SPECIAL
965           || NTYPE (scan) == STRING
966           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
967         {
968           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
969           gc_relocate_car (scan, car);
970         }
971       if ((NTYPE (scan) == CLOSURE
972            || NTYPE (scan) == CONTINUATION
973            || NTYPE (scan) == MACRO
974            || NTYPE (scan) == PAIR
975            || NTYPE (scan) == VALUES)
976           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
977         {
978           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
979           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
980         }
981       scan++;
982     }
983   return gc_flip ();
984 }
985
986 SCM
987 gc_copy (SCM old)
988 {
989   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
990   SCM new = g_free++;
991   g_news[new] = g_cells[old];
992   if (NTYPE (new) == VECTOR)
993     {
994       g_news[new].vector = g_free;
995       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
996         g_news[g_free++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
997     }
998   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
999   g_cells[old].car = new;
1000   return new;
1001 }
1002
1003 SCM
1004 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
1005 {
1006   g_news[new].car = car;
1007   return cell_unspecified;
1008 }
1009
1010 SCM
1011 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
1012 {
1013   g_news[new].cdr = cdr;
1014   return cell_unspecified;
1015 }
1016
1017 SCM
1018 gc_flip ()
1019 {
1020   scm *cells = g_cells;
1021   g_cells = g_news;
1022   g_news = cells;
1023   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free);
1024   return g_stack;
1025 }
1026
1027 //\f Environment setup
1028 SCM
1029 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1030 {
1031   return cons (cons (key, value), alist);
1032 }
1033
1034 SCM
1035 gc_init_cells ()
1036 {
1037   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1038   g_cells[0].type = VECTOR;
1039   g_cells[0].length = 1000;
1040   g_cells[0].vector = 0;
1041   g_cells++;
1042   g_cells[0].type = CHAR;
1043   g_cells[0].value = 'c';
1044 }
1045
1046 SCM
1047 gc_init_news ()
1048 {
1049   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1050   g_news[0].type = VECTOR;
1051   g_news[0].length = 1000;
1052   g_news[0].vector = 0;
1053   g_news++;
1054   g_news[0].type = CHAR;
1055   g_news[0].value = 'n';
1056 }
1057
1058 SCM
1059 mes_symbols () ///((internal))
1060 {
1061   gc_init_cells ();
1062   gc_init_news ();
1063
1064 #include "mes.symbols.i"
1065
1066   g_symbol_max = g_free;
1067   make_tmps (g_cells);
1068
1069   g_symbols = 0;
1070   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1071     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1072
1073   SCM a = cell_nil;
1074
1075 #include "mes.symbol-names.i"
1076
1077   a = acons (cell_symbol_mes_version, MAKE_STRING (cstring_to_list (VERSION)), a);
1078   a = acons (cell_symbol_mes_prefix, MAKE_STRING (cstring_to_list (PREFIX)), a);
1079
1080 #if BOOT
1081   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1082 #endif
1083   a = acons (cell_symbol_dot, cell_dot, a);
1084   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1085   a = acons (cell_symbol_call_with_current_continuation, cell_call_with_current_continuation, a);
1086   a = acons (cell_symbol_sc_expand, cell_f, a);
1087   a = acons (cell_closure, a, a);
1088
1089   return a;
1090 }
1091
1092 SCM
1093 mes_builtins (SCM a)
1094 {
1095 #include "mes.i"
1096
1097 #include "lib.i"
1098 #include "math.i"
1099 #include "posix.i"
1100 #include "reader.i"
1101
1102 #include "lib.environment.i"
1103 #include "math.environment.i"
1104 #include "mes.environment.i"
1105 #include "posix.environment.i"
1106 #include "reader.environment.i"
1107
1108   return a;
1109 }
1110
1111 SCM
1112 mes_g_stack (SCM a) ///((internal))
1113 {
1114   r0 = a;
1115   r1 = MAKE_CHAR (0);
1116   r2 = MAKE_CHAR (0);
1117   r3 = MAKE_CHAR (0);
1118   g_stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1119   return r0;
1120 }
1121
1122 SCM
1123 mes_environment () ///((internal))
1124 {
1125   SCM a = mes_symbols ();
1126   return mes_g_stack (a);
1127 }
1128
1129 SCM
1130 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1131 {
1132   return make_cell (tmp_num_ (CLOSURE), cell_f, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1133 }
1134
1135 SCM
1136 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1137 {
1138   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1139   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1140   if (TYPE (m) == MACRO) return MACRO (m);
1141   return cell_f;
1142 }
1143
1144 FILE *g_stdin;
1145 #include "lib.c"
1146 #include "math.c"
1147 #include "posix.c"
1148 #include "reader.c"
1149
1150 int
1151 main (int argc, char *argv[])
1152 {
1153 #if __GNUC__
1154   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1155 #else
1156 #endif
1157   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1158   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes [--dump|--load] < FILE");
1159   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) {puts ("Mes ");puts (VERSION);return 0;};
1160   g_stdin = stdin;
1161   r0 = mes_environment ();
1162
1163   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1164     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1165   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1166
1167   SCM lst = cell_nil;
1168   for (int i=argc; i; i--) lst = cons (MAKE_STRING (cstring_to_list (argv[i-1])), lst);
1169   r0 = acons (cell_symbol_argv, lst, r0);
1170
1171   push_cc (r2, cell_unspecified, r0, cell_unspecified);
1172   r3 = cell_vm_begin;
1173   r1 = eval_apply ();
1174   stderr_ (r1);
1175   fputs ("", stderr);
1176   gc (g_stack);
1177 #if __GNUC__
1178   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free);
1179 #else
1180 #endif
1181   return 0;
1182 }