Add loadable modules.
[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
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 }