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
  37 int ARENA_SIZE = 100000;
  38 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
  39 int GC_SAFETY = 100;
  40
  41 typedef long SCM;
  42 enum type_t {CHAR, FUNCTION, MACRO, NUMBER, PAIR, SPECIAL, STRING, SYMBOL, REF, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
  43 typedef SCM (*function0_t) (void);
  44 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
  45 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
  46 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
  47 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
  48 typedef struct function_t {
  49   union {
  50     function0_t function0;
  51     function1_t function1;
  52     function2_t function2;
  53     function3_t function3;
  54     functionn_t functionn;
  55   };
  56   int arity;
  57 } function;
  58 struct scm_t;
  59 typedef struct scm_t {
  60   enum type_t type;
  61   union {
  62     char const *name;
  63     SCM string;
  64     SCM car;
  65     SCM ref;
  66     int length;
  67   };
  68   union {
  69     int value;
  70     int function;
  71     SCM cdr;
  72     SCM macro;
  73     SCM vector;
  74     int hits;
  75   };
  76 } scm;
  77
  78 function functions[200];
  79 int g_function = 0;
  80
  81 #include "mes.symbols.h"
  82 #include "define.h"
  83 #include "display.h"
  84 #include "lib.h"
  85 #include "math.h"
  86 #include "mes.h"
  87 #include "posix.h"
  88 #include "quasiquote.h"
  89 #include "reader.h"
  90 #include "string.h"
  91 #include "type.h"
  92
  93 SCM g_symbols = 0;
  94 SCM stack = 0;
  95 SCM r0 = 0; // a/env
  96 SCM r1 = 0; // param 1
  97 SCM r2 = 0; // param 2
  98 SCM r3 = 0; // param 3
  99
 100 SCM tmp;
 101 SCM tmp_num;
 102 SCM tmp_num2;
 103 SCM tmp_num3;
 104 SCM tmp_num4;
 105
 106 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
 107 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
 108 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
 109 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
 110 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
 111 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
 112 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
 113 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
 114 #if BOOT
 115 scm scm_label = {
 116   SPECIAL, "label"};
 117 #endif
 118 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
 119
 120 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
 121 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
 122 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
 123 scm scm_symbol_define = {SYMBOL, "define"};
 124 scm scm_symbol_define_macro = {SYMBOL, "define-macro"};
 125 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
 126
 127 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
 128 scm scm_symbol_quasiquote = {SYMBOL, "quasiquote"};
 129 scm scm_symbol_unquote = {SYMBOL, "unquote"};
 130 scm scm_symbol_unquote_splicing = {SYMBOL, "unquote-splicing"};
 131
 132 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
 133 scm scm_symbol_expand_macro = {SYMBOL, "expand-macro"};
 134 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
 135 scm scm_symbol_noexpand = {SYMBOL, "noexpand"};
 136 scm scm_symbol_syntax = {SYMBOL, "syntax"};
 137 scm scm_symbol_quasisyntax = {SYMBOL, "quasisyntax"};
 138 scm scm_symbol_unsyntax = {SYMBOL, "unsyntax"};
 139 scm scm_symbol_unsyntax_splicing = {SYMBOL, "unsyntax-splicing"};
 140
 141 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
 142 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
 143 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
 144
 145 scm scm_symbol_the_unquoters = {SYMBOL, "*the-unquoters*"};
 146
 147 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
 148 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
 149 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
 150 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
 151 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
 152
 153 scm char_eof = {CHAR, .name="*eof*", .value=-1};
 154 scm char_nul = {CHAR, .name="nul", .value=0};
 155 scm char_backspace = {CHAR, .name="backspace", .value=8};
 156 scm char_tab = {CHAR, .name="tab", .value=9};
 157 scm char_newline = {CHAR, .name="newline", .value=10};
 158 scm char_vt = {CHAR, .name="vt", .value=11};
 159 scm char_page = {CHAR, .name="page", .value=12};
 160 scm char_return = {CHAR, .name="return", .value=13};
 161 scm char_space = {CHAR, .name="space", .value=32};
 162
 163 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
 164 scm *g_cells;
 165 scm *g_news = 0;
 166
 167 #define CAR(x) g_cells[x].car
 168 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
 169 #define HITS(x) g_cells[x].hits
 170 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
 171 #define NAME(x) g_cells[x].name
 172 #define STRING(x) g_cells[x].string
 173 #define TYPE(x) g_cells[x].type
 174 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
 175 #define REF(x) g_cells[x].ref
 176 #define VALUE(x) g_cells[x].value
 177 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
 178 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
 179 #define NCAR(x) g_news[x].car
 180 #define NTYPE(x) g_news[x].type
 181
 182 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 183 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
 184 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 185 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
 186 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
 187 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
 188 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
 189
 190 SCM display_ (FILE* f, SCM x);
 191 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
 192
 193 SCM
 194 alloc (int n)
 195 {
 196   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
 197   SCM x = g_free.value;
 198   g_free.value += n;
 199   return x;
 200 }
 201
 202 SCM
 203 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
 204 {
 205   SCM x = alloc (1);
 206   assert (TYPE (type) == NUMBER);
 207   TYPE (x) = VALUE (type);
 208   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
 209     if (car) CAR (x) = CAR (car);
 210     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 211   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
 212     if (car) CAR (x) = car;
 213     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 214   } else {
 215     CAR (x) = car;
 216     CDR (x) = cdr;
 217   }
 218   return x;
 219 }
 220
 221 SCM
 222 cons (SCM x, SCM y)
 223 {
 224   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
 225   return make_cell (tmp_num, x, y);
 226 }
 227
 228 SCM
 229 car (SCM x)
 230 {
 231   assert (TYPE (x) == PAIR);
 232   return CAR (x);
 233 }
 234
 235 SCM
 236 cdr (SCM x)
 237 {
 238   assert (TYPE (x) == PAIR);
 239   return CDR (x);
 240 }
 241
 242 SCM
 243 eq_p (SCM x, SCM y)
 244 {
 245   return (x == y
 246           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
 247               && VALUE (x) == VALUE (y))
 248           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
 249               && VALUE (x) == VALUE (y)))
 250     ? cell_t : cell_f;
 251 }
 252
 253 SCM
 254 set_car_x (SCM x, SCM e)
 255 {
 256   assert (TYPE (x) == PAIR);
 257   CAR (x) = e;
 258   return cell_unspecified;
 259 }
 260
 261 SCM
 262 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
 263 {
 264   assert (TYPE (x) == PAIR);
 265   CDR (x) = e;
 266   return cell_unspecified;
 267 }
 268
 269 SCM
 270 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
 271 {
 272   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
 273   return set_cdr_x (p, e);
 274 }
 275
 276 SCM
 277 quote (SCM x)
 278 {
 279   return cons (cell_symbol_quote, x);
 280 }
 281
 282 SCM
 283 quasiquote (SCM x)
 284 {
 285   return cons (cell_symbol_quasiquote, x);
 286 }
 287
 288 SCM
 289 quasisyntax (SCM x)
 290 {
 291   return cons (cell_symbol_quasisyntax, x);
 292 }
 293
 294 SCM
 295 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
 296 {
 297   if (x == cell_nil)
 298     return a;
 299   if (pair_p (x) == cell_f)
 300     return cons (cons (x, y), a);
 301   return cons (cons (car (x), car (y)),
 302                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
 303 }
 304
 305 SCM
 306 assq (SCM x, SCM a)
 307 {
 308   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
 309     {
 310       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
 311         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
 312       a = CDR (a);
 313     }
 314   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
 315 }
 316
 317 SCM
 318 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
 319 {
 320   x = assq (x, a);
 321   if (x == cell_f) return cell_undefined;
 322   return cdr (x);
 323 }
 324
 325 SCM
 326 assert_defined (SCM x, SCM e)
 327 {
 328   if (e == cell_undefined)
 329     {
 330       fprintf (stderr, "eval: unbound variable:");
 331       display_ (stderr, x);
 332       fprintf (stderr, "\n");
 333       assert (!"unbound variable");
 334     }
 335   return e;
 336 }
 337
 338 SCM
 339 vm_evlis_env ()
 340 {
 341   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
 342   if (TYPE (r1) != PAIR) return eval_env (r1, r0);
 343   r2 = eval_env (car (r1), r0);
 344   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
 345   return cons (r2, r1);
 346 }
 347
 348 SCM
 349 vm_call_lambda ()
 350 {
 351   return vm_call (vm_begin_env, r1, cell_undefined, r0);
 352 }
 353
 354 SCM
 355 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
 356 {
 357   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
 358   r1 = e;
 359   r0 = cl;
 360   r2 = a;
 361   r3 = aa;
 362   return vm_call_lambda ();
 363 }
 364
 365 SCM
 366 vm_apply_env ()
 367 {
 368   if (TYPE (r1) != PAIR)
 369     {
 370       if (TYPE (r1) == FUNCTION) return call (r1, r2);
 371       if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
 372         return call_with_values_env (car (r2), cadr (r2), r0);
 373       if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
 374     }
 375   else if (car (r1) == cell_symbol_lambda) {
 376     SCM args = cadr (r1);
 377     SCM body = cddr (r1);
 378     SCM p = pairlis (args, r2, r0);
 379     return call_lambda (body, p, p, r0);
 380   }
 381   else if (car (r1) == cell_closure) {
 382     SCM args = caddr (r1);
 383     SCM body = cdddr (r1);
 384     SCM aa = cdadr (r1);
 385     aa = cdr (aa);
 386     SCM p = pairlis (args, r2, aa);
 387     return call_lambda (body, p, aa, r0);
 388   }
 389 #if BOOT
 390   else if (car (r1) == cell_symbol_label)
 391     return apply_env (caddr (r1), r2, cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0));
 392 #endif
 393   SCM e = eval_env (r1, r0);
 394   char const* type = 0;
 395   if (e == cell_f || e == cell_t) type = "bool";
 396   if (TYPE (e) == CHAR) type = "char";
 397   if (TYPE (e) == NUMBER) type = "number";
 398   if (TYPE (e) == STRING) type = "string";
 399   if (e == cell_unspecified) type = "*unspecified*";
 400   if (e == cell_undefined) type =  "*undefined*";
 401   if (type)
 402     {
 403       fprintf (stderr, "cannot apply: %s: ", type);
 404       display_ (stderr, e);
 405       fprintf (stderr, " [");
 406       display_ (stderr, r1);
 407       fprintf (stderr, "]\n");
 408       assert (!"cannot apply");
 409     }
 410   return apply_env (e, r2, r0);
 411 }
 412
 413 SCM
 414 vm_eval_env ()
 415 {
 416   switch (TYPE (r1))
 417     {
 418     case PAIR:
 419       {
 420 #if FIXED_PRIMITIVES
 421         if (car (r1) == cell_symbol_car)
 422           return car (eval_env (CADR (r1), r0));
 423         if (car (r1) == cell_symbol_cdr)
 424           return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
 425         if (car (r1) == cell_symbol_cons) {
 426           SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 427           return cons (CAR (m), CADR (m));
 428         }
 429         if (car (r1) == cell_symbol_null_p)
 430           return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
 431 #endif // FIXED_PRIMITIVES
 432         if (car (r1) == cell_symbol_quote)
 433           return cadr (r1);
 434 #if QUASISYNTAX
 435         if (car (r1) == cell_symbol_syntax)
 436           return r1;
 437 #endif
 438         if (car (r1) == cell_symbol_begin)
 439           return begin_env (r1, r0);
 440         if (car (r1) == cell_symbol_lambda)
 441           return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
 442         if (car (r1) == cell_closure)
 443           return r1;
 444         if (car (r1) == cell_symbol_if)
 445           return if_env (cdr (r1), r0);
 446 #if !BOOT
 447         if (car (r1) == cell_symbol_define)
 448           return define_env (r1, r0);
 449         if (car (r1) == cell_symbol_define_macro)
 450           return define_env (r1, r0);
 451         if (car (r1) == cell_symbol_primitive_load)
 452           return begin_env (read_input_file_env (r0), r0);
 453 #else
 454         if (car (r1) == cell_symbol_define) {
 455         fprintf (stderr, "C DEFINE: ");
 456         display_ (stderr,
 457                   TYPE (cadr (r1)) == SYMBOL
 458                   ? STRING (cadr (r1))
 459                   : STRING (caadr (r1)));
 460         fprintf (stderr, "\n");
 461       }
 462       assert (car (r1) != cell_symbol_define);
 463       assert (car (r1) != cell_symbol_define_macro);
 464 #endif
 465 #if 1 //!BOOT
 466       if (car (r1) == cell_symbol_set_x)
 467         {
 468           SCM x = eval_env (caddr (r1), r0);
 469           return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
 470         }
 471 #else
 472       assert (car (r1) != cell_symbol_set_x);
 473 #endif
 474 #if QUASIQUOTE
 475       if (car (r1) == cell_symbol_unquote)
 476         return eval_env (cadr (r1), r0);
 477       if (car (r1) == cell_symbol_quasiquote)
 478         return eval_quasiquote (cadr (r1), add_unquoters (r0));
 479 #endif //QUASIQUOTE
 480 #if QUASISYNTAX
 481       if (car (r1) == cell_symbol_unsyntax)
 482         return eval_env (cadr (r1), r0);
 483       if (car (r1) == cell_symbol_quasisyntax)
 484         return eval_quasisyntax (cadr (r1), add_unsyntaxers (r0));
 485 #endif //QUASISYNTAX
 486       SCM x = expand_macro_env (r1, r0);
 487       if (x != r1)
 488           return eval_env (x, r0);
 489       SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 490       return apply_env (car (r1), m, r0);
 491       }
 492     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
 493     default: return r1;
 494     }
 495 }
 496
 497 SCM
 498 vm_expand_macro_env ()
 499 {
 500   if (TYPE (CAR (r1)) == STRING && string_to_symbol (CAR (r1)) == cell_symbol_noexpand)
 501     return cadr (r1);
 502
 503   SCM macro;
 504   SCM expanders;
 505   if (TYPE (r1) == PAIR
 506       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
 507     return apply_env (macro, CDR (r1), r0);
 508   else if (TYPE (r1) == PAIR
 509            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
 510            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
 511            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
 512     {
 513       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_expand_macro, r0);
 514       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
 515         r1 = apply_env (sc_expand, cons (r1, cell_nil), r0);
 516     }
 517   return r1;
 518 }
 519
 520 SCM
 521 vm_begin_env ()
 522 {
 523   SCM r = cell_unspecified;
 524   while (r1 != cell_nil) {
 525     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
 526       {
 527         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
 528           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
 529         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
 530           r1 = append2 (read_input_file_env (r0), cdr (r1));
 531       }
 532     r = eval_env (car (r1), r0);
 533     r1 = CDR (r1);
 534   }
 535   return r;
 536 }
 537
 538 SCM
 539 vm_if_env ()
 540 {
 541   SCM x = eval_env (car (r1), r0);
 542   if (x != cell_f)
 543     return eval_env (cadr (r1), r0);
 544   if (cddr (r1) != cell_nil)
 545     return eval_env (caddr (r1), r0);
 546   return cell_unspecified;
 547 }
 548
 549 SCM
 550 vm_call_with_values_env ()
 551 {
 552   SCM v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
 553   if (TYPE (v) == VALUES)
 554     v = CDR (v);
 555   return apply_env (r2, v, r0);
 556 }
 557
 558 SCM
 559 call (SCM fn, SCM x)
 560 {
 561   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 562       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
 563     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
 564   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 565       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
 566     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
 567   switch (FUNCTION (fn).arity)
 568     {
 569     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
 570     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
 571     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
 572     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
 573     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
 574     }
 575   return cell_unspecified;
 576 }
 577
 578 SCM
 579 gc_frame (SCM stack)
 580 {
 581   SCM frame = car (stack);
 582   r1 = car (frame);
 583   r2 = cadr (frame);
 584   r3 = caddr (frame);
 585   r0 = cadddr (frame);
 586   return frame;
 587 }
 588
 589 SCM
 590 gc_stack (SCM a)
 591 {
 592   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 593   stack = cons (frame, stack);
 594   stack = gc (stack);
 595   gc_frame (stack);
 596   stack = cdr (stack);
 597   return stack;
 598 }
 599
 600 SCM
 601 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
 602 {
 603   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 604   stack = cons (frame, stack);
 605   r1 = p1;
 606   r2 = p2;
 607   r0 = a;
 608   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
 609     gc_stack (stack);
 610
 611   SCM r = f ();
 612   frame = gc_frame (stack);
 613   stack = cdr (stack);
 614   return r;
 615 }
 616
 617 SCM
 618 evlis_env (SCM m, SCM a)
 619 {
 620   return vm_call (vm_evlis_env, m, cell_undefined, a);
 621 }
 622
 623 SCM
 624 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
 625 {
 626   return vm_call (vm_apply_env, fn, x, a);
 627 }
 628
 629 SCM
 630 eval_env (SCM e, SCM a)
 631 {
 632   return vm_call (vm_eval_env, e, cell_undefined, a);
 633 }
 634
 635 SCM
 636 expand_macro_env (SCM e, SCM a)
 637 {
 638   return vm_call (vm_expand_macro_env, e, cell_undefined, a);
 639 }
 640
 641 SCM
 642 begin_env (SCM e, SCM a)
 643 {
 644   return vm_call (vm_begin_env, e, cell_undefined, a);
 645 }
 646
 647 SCM
 648 if_env (SCM e, SCM a)
 649 {
 650   return vm_call (vm_if_env, e, cell_undefined, a);
 651 }
 652
 653 SCM
 654 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
 655 {
 656   return vm_call (vm_call_with_values_env, producer, consumer, a);
 657 }
 658
 659 SCM
 660 append2 (SCM x, SCM y)
 661 {
 662   if (x == cell_nil) return y;
 663   assert (TYPE (x) == PAIR);
 664   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
 665 }
 666
 667 SCM
 668 append (SCM x) ///((arity . n))
 669  {
 670   if (x == cell_nil) return cell_nil;
 671   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
 672  }
 673
 674 SCM
 675 make_char (int x)
 676 {
 677   g_cells[tmp_num].value = CHAR;
 678   g_cells[tmp_num2].value = x;
 679   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
 680 }
 681
 682 SCM
 683 make_function (SCM name, SCM id, SCM arity)
 684 {
 685   g_cells[tmp_num3].value = FUNCTION;
 686   function *f = (function*)malloc (sizeof (function));
 687   f->arity = VALUE (arity);
 688   g_cells[tmp_num4].value = (long)f;
 689   return make_cell (tmp_num3, name, tmp_num4);
 690 }
 691
 692 SCM
 693 make_macro (SCM name, SCM x)
 694 {
 695   g_cells[tmp_num].value = MACRO;
 696   return make_cell (tmp_num, STRING (name), x);
 697 }
 698
 699 SCM
 700 make_number (int x)
 701 {
 702   g_cells[tmp_num].value = NUMBER;
 703   g_cells[tmp_num2].value = x;
 704   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
 705 }
 706
 707 SCM
 708 make_ref (SCM x)
 709 {
 710   g_cells[tmp_num].value = REF;
 711   return make_cell (tmp_num, x, x);
 712 }
 713
 714 SCM
 715 make_string (SCM x)
 716 {
 717   g_cells[tmp_num].value = STRING;
 718   return make_cell (tmp_num, x, 0);
 719 }
 720
 721 SCM
 722 cstring_to_list (char const* s)
 723 {
 724   SCM p = cell_nil;
 725   int i = strlen (s);
 726   while (i--)
 727     p = cons (make_char (s[i]), p);
 728   return p;
 729 }
 730
 731 SCM
 732 null_p (SCM x)
 733 {
 734   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
 735 }
 736
 737 SCM
 738 internal_make_symbol (SCM s)
 739 {
 740   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
 741   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
 742   g_symbols = cons (x, g_symbols);
 743   return x;
 744 }
 745
 746 SCM
 747 make_symbol (SCM s)
 748 {
 749   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
 750   return x ? x : internal_make_symbol (s);
 751 }
 752
 753 SCM
 754 make_vector (SCM n)
 755 {
 756   int k = VALUE (n);
 757   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
 758   SCM v = alloc (k);
 759   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
 760   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
 761   return x;
 762 }
 763
 764 SCM
 765 values (SCM x) ///((arity . n))
 766 {
 767   SCM v = cons (0, x);
 768   TYPE (v) = VALUES;
 769   return v;
 770 }
 771
 772 SCM
 773 vector_length (SCM x)
 774 {
 775   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 776   return make_number (LENGTH (x));
 777 }
 778
 779 SCM
 780 vector_ref (SCM x, SCM i)
 781 {
 782   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 783   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 784   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
 785   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 786   if (TYPE (e) == CHAR) e = make_char (VALUE (e));
 787   if (TYPE (e) == NUMBER) e = make_number (VALUE (e));
 788   return e;
 789 }
 790
 791 SCM
 792 vector_entry (SCM x) {
 793   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = make_ref (x);
 794   return x;
 795 }
 796
 797 SCM
 798 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
 799 {
 800   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 801   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 802   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
 803   return cell_unspecified;
 804 }
 805
 806 SCM
 807 list_to_vector (SCM x)
 808 {
 809   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
 810   SCM v = make_vector (tmp_num);
 811   SCM p = VECTOR (v);
 812   while (x != cell_nil)
 813     {
 814       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
 815       x = cdr (x);
 816     }
 817   return v;
 818 }
 819
 820 FILE *g_stdin;
 821 int
 822 getchar ()
 823 {
 824   return getc (g_stdin);
 825 }
 826
 827 int
 828 ungetchar (int c)
 829 {
 830   return ungetc (c, g_stdin);
 831 }
 832
 833 int
 834 peekchar ()
 835 {
 836   int c = getchar ();
 837   ungetchar (c);
 838   return c;
 839 }
 840
 841 SCM
 842 peek_byte ()
 843 {
 844   return make_number (peekchar ());
 845 }
 846
 847 SCM
 848 read_byte ()
 849 {
 850   return make_number (getchar ());
 851 }
 852
 853 SCM
 854 unread_byte (SCM i)
 855 {
 856   return ungetchar (VALUE (i));
 857 }
 858
 859 SCM
 860 write_char (SCM x) ///((arity . n))
 861 {
 862   SCM c = car (x);
 863   SCM p = cdr (x);
 864   int fd = 1;
 865   if (TYPE (p) == PAIR && TYPE (car (p)) == NUMBER) fd = VALUE (car (p));
 866   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
 867   assert (TYPE (c) == NUMBER || TYPE (c) == CHAR);
 868   fputc (VALUE (c), f);
 869   return c;
 870 }
 871
 872 SCM
 873 symbol_to_list (SCM x)
 874 {
 875   assert (TYPE (x) == SYMBOL);
 876   return STRING (x);
 877 }
 878
 879 SCM
 880 char_to_integer (SCM x)
 881 {
 882   assert (TYPE (x) == CHAR);
 883   return make_number (VALUE (x));
 884 }
 885
 886 SCM
 887 integer_to_char (SCM x)
 888 {
 889   assert (TYPE (x) == NUMBER);
 890   return make_char (VALUE (x));
 891 }
 892
 893 void
 894 make_tmps (scm* cells)
 895 {
 896   tmp = g_free.value++;
 897   cells[tmp].type = CHAR;
 898   tmp_num = g_free.value++;
 899   cells[tmp_num].type = NUMBER;
 900   tmp_num2 = g_free.value++;
 901   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
 902   tmp_num3 = g_free.value++;
 903   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
 904   tmp_num4 = g_free.value++;
 905   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
 906 }
 907
 908 //\f Jam Collector
 909 SCM g_symbol_max;
 910 bool g_debug = false;
 911
 912 SCM
 913 gc_up_arena ()
 914 {
 915   ARENA_SIZE *= 2;
 916   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 917   if (!p)
 918     {
 919       if (g_debug) fprintf (stderr, "cannot up arena: %s: arena=%d\n", strerror (errno), 2*ARENA_SIZE);
 920       return cell_unspecified;
 921     }
 922   g_cells = (scm*)p;
 923   g_cells++;
 924   gc_init_news ();
 925 }
 926
 927 SCM
 928 gc ()
 929 {
 930   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
 931   g_free.value = 1;
 932   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
 933   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
 934     gc_copy (i);
 935   make_tmps (g_news);
 936   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
 937   SCM new = gc_copy (stack);
 938   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
 939   stack = new;
 940   return gc_loop (1);
 941 }
 942
 943 SCM
 944 gc_loop (SCM scan)
 945 {
 946   while (scan < g_free.value)
 947     {
 948       if (NTYPE (scan) == MACRO
 949           || NTYPE (scan) == PAIR
 950           || NTYPE (scan) == REF
 951           || scan == 1 // null
 952           || NTYPE (scan) == SPECIAL
 953           || NTYPE (scan) == STRING
 954           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
 955         {
 956           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
 957           gc_relocate_car (scan, car);
 958         }
 959       if ((NTYPE (scan) == MACRO
 960            || NTYPE (scan) == PAIR
 961            || NTYPE (scan) == VALUES)
 962           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
 963         {
 964           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
 965           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
 966         }
 967       scan++;
 968     }
 969   return gc_flip ();
 970 }
 971
 972 SCM
 973 gc_copy (SCM old)
 974 {
 975   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
 976   SCM new = g_free.value++;
 977   g_news[new] = g_cells[old];
 978   if (NTYPE (new) == VECTOR)
 979     {
 980       g_news[new].vector = g_free.value;
 981       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
 982         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
 983     }
 984   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
 985   g_cells[old].car = new;
 986   return new;
 987 }
 988
 989 SCM
 990 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
 991 {
 992   g_news[new].car = car;
 993   return cell_unspecified;
 994 }
 995
 996 SCM
 997 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
 998 {
 999   g_news[new].cdr = cdr;
1000   return cell_unspecified;
1001 }
1002
1003 SCM
1004 gc_flip ()
1005 {
1006   scm *cells = g_cells;
1007   g_cells = g_news;
1008   g_news = cells;
1009   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
1010   return stack;
1011 }
1012
1013 SCM
1014 gc_show ()
1015 {
1016   fprintf (stderr, "cells: ");
1017   scm *t = g_cells;
1018   display_ (stderr, -1);
1019   fprintf (stderr, "\n");
1020   if (g_news)
1021     {
1022       fprintf (stderr, "news: ");
1023       g_cells = g_news;
1024       display_ (stderr, -1);
1025       fprintf (stderr, "\n");
1026     }
1027   g_cells = t;
1028   return cell_unspecified;
1029 }
1030
1031 //\f Environment setup
1032 SCM
1033 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1034 {
1035   return cons (cons (key, value), alist);
1036 }
1037
1038 SCM
1039 add_environment (SCM a, char const *name, SCM x)
1040 {
1041   return acons (make_symbol (cstring_to_list (name)), x, a);
1042 }
1043
1044 SCM
1045 gc_init_cells ()
1046 {
1047   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1048   g_cells[0].type = VECTOR;
1049   g_cells[0].length = 1000;
1050   g_cells[0].vector = 0;
1051   g_cells++;
1052   g_cells[0].type = CHAR;
1053   g_cells[0].value = 'c';
1054   g_free.value = 1; // 0 is tricky
1055 }
1056
1057 SCM
1058 gc_init_news ()
1059 {
1060   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1061   g_news[0].type = VECTOR;
1062   g_news[0].length = 1000;
1063   g_news[0].vector = 0;
1064   g_news++;
1065   g_news[0].type = CHAR;
1066   g_news[0].value = 'n';
1067 }
1068
1069 SCM
1070 mes_symbols () ///((internal))
1071 {
1072   gc_init_cells ();
1073   gc_init_news ();
1074
1075 #include "mes.symbols.i"
1076
1077   g_symbol_max = g_free.value;
1078   make_tmps (g_cells);
1079
1080   g_symbols = 0;
1081   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1082     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1083
1084   SCM a = cell_nil;
1085
1086 #if BOOT
1087   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1088 #endif
1089   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1090   a = add_environment (a, "sc-expand", cell_f);
1091   a = acons (cell_closure, a, a);
1092
1093   internal_lookup_symbol (cell_nil);
1094
1095   return a;
1096 }
1097
1098 SCM
1099 mes_builtins (SCM a)
1100 {
1101 #include "mes.i"
1102
1103 #include "define.i"
1104 #include "display.i"
1105 #include "lib.i"
1106 #include "math.i"
1107 #include "posix.i"
1108 #include "quasiquote.i"
1109 #include "reader.i"
1110 #include "string.i"
1111 #include "type.i"
1112
1113 #include "define.environment.i"
1114 #include "display.environment.i"
1115 #include "lib.environment.i"
1116 #include "math.environment.i"
1117 #include "mes.environment.i"
1118 #include "posix.environment.i"
1119   //#include "quasiquote.environment.i"
1120 #include "reader.environment.i"
1121 #include "string.environment.i"
1122 #include "type.environment.i"
1123
1124   SCM cell_unquote = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote, a);
1125   SCM cell_unquote_splicing = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote_splicing, a);
1126   SCM the_unquoters = cons (cons (cell_symbol_unquote, cell_unquote),
1127                             cons (cons (cell_symbol_unquote_splicing, cell_unquote_splicing),
1128                                   cell_nil));
1129   a = acons (cell_symbol_the_unquoters, the_unquoters, a);
1130
1131   a = add_environment (a, "*foo-bar-baz*", cell_nil); // FIXME: some off-by one?
1132
1133   return a;
1134 }
1135
1136 SCM
1137 mes_stack (SCM a) ///((internal))
1138 {
1139   r0 = a;
1140   r1 = make_char (0);
1141   r2 = make_char (0);
1142   r3 = make_char (0);
1143   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1144   return r0;
1145 }
1146
1147 SCM
1148 mes_environment () ///((internal))
1149 {
1150   SCM a = mes_symbols ();
1151   return mes_stack (a);
1152 }
1153
1154 SCM
1155 make_lambda (SCM args, SCM body)
1156 {
1157   return cons (cell_symbol_lambda, cons (args, body));
1158 }
1159
1160 SCM
1161 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1162 {
1163   return cons (cell_closure, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1164 }
1165
1166 SCM
1167 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1168 {
1169   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1170   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1171   if (macro_p (m) == cell_t) return MACRO (m);
1172   return cell_f;
1173 }
1174
1175 SCM
1176 read_input_file_env_ (SCM e, SCM a)
1177 {
1178   if (e == cell_nil) return e;
1179   return cons (e, read_input_file_env_ (read_env (a), a));
1180 }
1181
1182 SCM
1183 read_input_file_env (SCM a)
1184 {
1185   return read_input_file_env_ (read_env (r0), r0);
1186 }
1187
1188 bool g_dump_p = false;
1189
1190 SCM
1191 load_env (SCM a)
1192 {
1193   r3 = read_input_file_env (r0);
1194   if (g_dump_p && !g_function)
1195     {
1196       r1 = g_symbols;
1197       SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1198       stack = cons (frame, stack);
1199       stack = gc (stack);
1200       gc_frame (stack);
1201       char *p = (char*)g_cells;
1202       fputc ('M', stdout);
1203       fputc ('E', stdout);
1204       fputc ('S', stdout);
1205       fputc (stack >> 8, stdout);
1206       fputc (stack % 256, stdout);
1207       for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1208         fputc (*p++, stdout);
1209       return 0;
1210     }
1211   if (!g_function)
1212     r0 = mes_builtins (r0);
1213   return begin_env (r3, r0);
1214 }
1215
1216 SCM
1217 bload_env (SCM a)
1218 {
1219   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mo", "r");
1220   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mo", "r");
1221   char *p = (char*)g_cells;
1222   assert (getchar () == 'M');
1223   assert (getchar () == 'E');
1224   assert (getchar () == 'S');
1225   stack = getchar () << 8;
1226   stack += getchar ();
1227   int c = getchar ();
1228   while (c != EOF)
1229     {
1230       *p++ = c;
1231       c = getchar ();
1232     }
1233   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1234   gc_frame (stack);
1235   g_symbols = r1;
1236   g_stdin = stdin;
1237
1238   r0 = mes_builtins (r0);
1239
1240   return begin_env (r3, r0);
1241 }
1242
1243 #include "type.c"
1244 #include "define.c"
1245 #include "display.c"
1246 #include "lib.c"
1247 #include "math.c"
1248 #include "posix.c"
1249 #include "quasiquote.c"
1250 #include "reader.c"
1251 #include "string.c"
1252
1253 int
1254 main (int argc, char *argv[])
1255 {
1256   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1257   if (getenv ("MES_ARENA"))
1258     ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1259   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) g_dump_p = true;
1260   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1261   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.2\n");
1262   g_stdin = stdin;
1263   SCM a = mes_environment ();
1264   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1265     display_ (stderr, bload_env (a));
1266   else
1267     display_ (stderr, load_env (a));
1268   fputs ("", stderr);
1269   gc (stack);
1270   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1271   return 0;
1272 }