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
 118 scm scm_symbol_throw = {SYMBOL, "throw"};
 119 scm scm_symbol_not_a_pair = {SYMBOL, "not-a-pair"};
 120 scm scm_symbol_system_error = {SYMBOL, "system-error"};
 121 scm scm_symbol_wrong_number_of_args = {SYMBOL, "wrong-number-of-args"};
 122 scm scm_symbol_wrong_type_arg = {SYMBOL, "wrong-type-arg"};
 123 scm scm_symbol_unbound_variable = {SYMBOL, "unbound-variable"};
 124
 125 scm scm_symbol_argv = {SYMBOL, "%argv"};
 126 scm scm_symbol_mes_prefix = {SYMBOL, "%prefix"};
 127 scm scm_symbol_mes_version = {SYMBOL, "%version"};
 128
 129 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
 130 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
 131 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
 132 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
 133 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
 134
 135 scm scm_vm_evlis = {SPECIAL, "*vm-evlis*"};
 136 scm scm_vm_evlis2 = {SPECIAL, "*vm-evlis2*"};
 137 scm scm_vm_evlis3 = {SPECIAL, "*vm-evlis3*"};
 138 scm scm_vm_apply = {SPECIAL, "core:apply"};
 139 scm scm_vm_apply2 = {SPECIAL, "*vm-apply2*"};
 140 scm scm_vm_eval = {SPECIAL, "core:eval"};
 141
 142 #if FIXED_PRIMITIVES
 143 scm scm_vm_eval_car = {SPECIAL, "*vm-eval-car*"};
 144 scm scm_vm_eval_cdr = {SPECIAL, "*vm-eval-cdr*"};
 145 scm scm_vm_eval_cons = {SPECIAL, "*vm-eval-cons*"};
 146 scm scm_vm_eval_null_p = {SPECIAL, "*vm-eval-null-p*"};
 147 #endif
 148
 149 scm scm_vm_eval_set_x = {SPECIAL, "*vm-eval-set!*"};
 150 scm scm_vm_eval_macro = {SPECIAL, "*vm-eval-macro*"};
 151 scm scm_vm_eval2 = {SPECIAL, "*vm-eval2*"};
 152 scm scm_vm_macro_expand = {SPECIAL, "core:macro-expand"};
 153 scm scm_vm_begin = {SPECIAL, "*vm-begin*"};
 154 scm scm_vm_begin_read_input_file = {SPECIAL, "*vm-begin-read-input-file*"};
 155 scm scm_vm_begin2 = {SPECIAL, "*vm-begin2*"};
 156 scm scm_vm_if = {SPECIAL, "*vm-if*"};
 157 scm scm_vm_if_expr = {SPECIAL, "*vm-if-expr*"};
 158 scm scm_vm_call_with_values2 = {SPECIAL, "*vm-call-with-values2*"};
 159 scm scm_vm_call_with_current_continuation2 = {SPECIAL, "*vm-call-with-current-continuation2*"};
 160 scm scm_vm_return = {SPECIAL, "*vm-return*"};
 161
 162 scm scm_test = {SYMBOL, "test"};
 163
 164 int g_free = 0;
 165 scm *g_cells;
 166 scm *g_news = 0;
 167
 168 #include "mes.symbols.h"
 169
 170 SCM tmp;
 171 SCM tmp_num;
 172 SCM tmp_num2;
 173
 174 function_t functions[200];
 175 int g_function = 0;
 176
 177 SCM g_continuations = 0;
 178 SCM g_symbols = 0;
 179 SCM g_stack = 0;
 180 SCM r0 = 0; // a/env
 181 SCM r1 = 0; // param 1
 182 SCM r2 = 0; // save 2+load/dump
 183 SCM r3 = 0; // continuation
 184
 185 #include "lib.h"
 186 #include "math.h"
 187 #include "mes.h"
 188 #include "posix.h"
 189 #include "reader.h"
 190
 191 #define CAR(x) g_cells[x].car
 192 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
 193 #define CONTINUATION(x) g_cells[x].cdr
 194 #define HITS(x) g_cells[x].hits
 195 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
 196 #define NAME(x) g_cells[x].name
 197 #define STRING(x) g_cells[x].string
 198 #define TYPE(x) g_cells[x].type
 199 #define CLOSURE(x) g_cells[x].closure
 200 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
 201 #define REF(x) g_cells[x].ref
 202 #define VALUE(x) g_cells[x].value
 203 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
 204 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
 205 #define NCAR(x) g_news[x].car
 206 #define NTYPE(x) g_news[x].type
 207
 208 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 209 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
 210 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 211 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
 212 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
 213 #define CDDDR(x) CDR (CDR (CDR (x)))
 214 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
 215 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
 216
 217 #define MAKE_CHAR(n) make_cell (tmp_num_ (CHAR), 0, tmp_num2_ (n))
 218 #define MAKE_CONTINUATION(n) make_cell (tmp_num_ (CONTINUATION), n, g_stack)
 219 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
 220 #define MAKE_REF(n) make_cell (tmp_num_ (REF), n, 0)
 221 #define MAKE_STRING(x) make_cell (tmp_num_ (STRING), x, 0)
 222
 223 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM a);
 224
 225 SCM
 226 tmp_num_ (int x)
 227 {
 228   g_cells[tmp_num].value = x;
 229   return tmp_num;
 230 }
 231
 232 SCM
 233 tmp_num2_ (int x)
 234 {
 235   g_cells[tmp_num2].value = x;
 236   return tmp_num2;
 237 }
 238
 239 SCM
 240 alloc (int n)
 241 {
 242   assert (g_free + n < ARENA_SIZE);
 243   SCM x = g_free;
 244   g_free += n;
 245   return x;
 246 }
 247
 248 SCM
 249 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
 250 {
 251   SCM x = alloc (1);
 252   assert (TYPE (type) == NUMBER);
 253   TYPE (x) = VALUE (type);
 254   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
 255     if (car) CAR (x) = CAR (car);
 256     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 257   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
 258     if (car) CAR (x) = car;
 259     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 260   } else {
 261     CAR (x) = car;
 262     CDR (x) = cdr;
 263   }
 264   return x;
 265 }
 266
 267 SCM
 268 cons (SCM x, SCM y)
 269 {
 270   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
 271   return make_cell (tmp_num, x, y);
 272 }
 273
 274 SCM
 275 car (SCM x)
 276 {
 277   if (TYPE (x) != PAIR) error (cell_symbol_not_a_pair, cons (x, cell_symbol_car));
 278   return CAR (x);
 279 }
 280
 281 SCM
 282 cdr (SCM x)
 283 {
 284   if (TYPE (x) != PAIR) error (cell_symbol_not_a_pair, cons (x, cell_symbol_cdr));
 285   return CDR (x);
 286 }
 287 SCM
 288 eq_p (SCM x, SCM y)
 289 {
 290   return (x == y
 291           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
 292                && STRING (x) == STRING (y)))
 293           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
 294               && VALUE (x) == VALUE (y))
 295           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
 296               && VALUE (x) == VALUE (y)))
 297     ? cell_t : cell_f;
 298 }
 299
 300 SCM
 301 type_ (SCM x)
 302 {
 303   return MAKE_NUMBER (TYPE (x));
 304 }
 305
 306 SCM
 307 car_ (SCM x)
 308 {
 309   return (TYPE (x) != CONTINUATION
 310           && (TYPE (CAR (x)) == PAIR // FIXME: this is weird
 311               || TYPE (CAR (x)) == REF
 312               || TYPE (CAR (x)) == SPECIAL
 313               || TYPE (CAR (x)) == SYMBOL
 314               || TYPE (CAR (x)) == STRING)) ? CAR (x) : MAKE_NUMBER (CAR (x));
 315 }
 316
 317 SCM
 318 cdr_ (SCM x)
 319 {
 320   return (TYPE (CDR (x)) == PAIR
 321           || TYPE (CDR (x)) == REF
 322           || TYPE (CAR (x)) == SPECIAL
 323           || TYPE (CDR (x)) == SYMBOL
 324           || TYPE (CDR (x)) == STRING) ? CDR (x) : MAKE_NUMBER (CDR (x));
 325 }
 326
 327 SCM
 328 set_car_x (SCM x, SCM e)
 329 {
 330   assert (TYPE (x) == PAIR);
 331   CAR (x) = e;
 332   return cell_unspecified;
 333 }
 334
 335 SCM
 336 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
 337 {
 338   if (TYPE (x) != PAIR) error (cell_symbol_not_a_pair, cons (x, cell_set_cdr_x));
 339   CDR (x) = e;
 340   return cell_unspecified;
 341 }
 342
 343 SCM
 344 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
 345 {
 346   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
 347   if (TYPE (p) != PAIR)  error (cell_symbol_not_a_pair, cons (p, x));
 348   return set_cdr_x (p, e);
 349 }
 350
 351 SCM
 352 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
 353 {
 354   if (x == cell_nil)
 355     return a;
 356   if (TYPE (x) != PAIR)
 357     return cons (cons (x, y), a);
 358   return cons (cons (car (x), car (y)),
 359                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
 360 }
 361
 362 SCM
 363 assq (SCM x, SCM a)
 364 {
 365   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f) a = CDR (a);
 366   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
 367 }
 368
 369 SCM
 370 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
 371 {
 372   x = assq (x, a);
 373   if (x == cell_f) return cell_undefined;
 374   return cdr (x);
 375 }
 376
 377 SCM
 378 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
 379 {
 380   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
 381   r1 = e;
 382   r0 = cl;
 383   return cell_unspecified;
 384 }
 385
 386 SCM
 387 push_cc (SCM p1, SCM p2, SCM a, SCM c) ///((internal))
 388 {
 389   SCM x = r3;
 390   r3 = c;
 391   r2 = p2;
 392   gc_push_frame ();
 393   r1 = p1;
 394   r0 = a;
 395   r3 = x;
 396   return cell_unspecified;
 397 }
 398
 399 SCM
 400 eval_apply ()
 401 {
 402  eval_apply:
 403   if (g_free + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
 404     gc_pop_frame (gc (gc_push_frame ()));
 405
 406   switch (r3)
 407     {
 408     case cell_vm_evlis: goto evlis;
 409     case cell_vm_evlis2: goto evlis2;
 410     case cell_vm_evlis3: goto evlis3;
 411     case cell_vm_apply: goto apply;
 412     case cell_vm_apply2: goto apply2;
 413     case cell_vm_eval: goto eval;
 414 #if FIXED_PRIMITIVES
 415     case cell_vm_eval_car: goto eval_car;
 416     case cell_vm_eval_cdr: goto eval_cdr;
 417     case cell_vm_eval_cons: goto eval_cons;
 418     case cell_vm_eval_null_p: goto eval_null_p;
 419 #endif
 420     case cell_vm_eval_set_x: goto eval_set_x;
 421     case cell_vm_eval_macro: goto eval_macro;
 422     case cell_vm_eval2: goto eval2;
 423     case cell_vm_macro_expand: goto macro_expand;
 424     case cell_vm_begin: goto begin;
 425     case cell_vm_begin_read_input_file: goto begin_read_input_file;
 426     case cell_vm_begin2: goto begin2;
 427     case cell_vm_if: goto vm_if;
 428     case cell_vm_if_expr: goto if_expr;
 429     case cell_vm_call_with_current_continuation2: goto call_with_current_continuation2;
 430     case cell_vm_call_with_values2: goto call_with_values2;
 431     case cell_vm_return: goto vm_return;
 432     case cell_unspecified: return r1;
 433     default:
 434       assert (0);
 435     }
 436
 437   SCM x = cell_nil;
 438   SCM y = cell_nil;
 439  evlis:
 440   if (r1 == cell_nil) goto vm_return;
 441   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
 442   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_evlis2);
 443   goto eval;
 444  evlis2:
 445   push_cc (cdr (r2), r1, r0, cell_vm_evlis3);
 446   goto evlis;
 447  evlis3:
 448   r1 = cons (r2, r1);
 449   goto vm_return;
 450
 451  apply:
 452   switch (TYPE (car (r1)))
 453     {
 454     case FUNCTION: {
 455       check_formals (car (r1), MAKE_NUMBER (FUNCTION (car (r1)).arity), cdr (r1));
 456       r1 = call (car (r1), cdr (r1)); /// FIXME: move into eval_apply
 457       goto vm_return;
 458     }
 459     case CLOSURE:
 460       {
 461         SCM cl = CLOSURE (car (r1));
 462         SCM formals = cadr (cl);
 463         SCM body = cddr (cl);
 464         SCM aa = cdar (cl);
 465         aa = cdr (aa);
 466         check_formals (car (r1), formals, cdr (r1));
 467         SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), aa);
 468         call_lambda (body, p, aa, r0);
 469         goto begin;
 470       }
 471       case CONTINUATION:
 472         {
 473           x = r1;
 474           g_stack = CONTINUATION (CAR (r1));
 475           gc_pop_frame ();
 476           r1 = cadr (x);
 477           goto eval_apply;
 478         }
 479     case SPECIAL:
 480       {
 481         switch (car (r1))
 482           {
 483           case cell_vm_apply:
 484             {
 485               push_cc (cons (CADR (r1), CADDR (r1)), r1, r0, cell_vm_return);
 486               goto apply;
 487             }
 488           case cell_vm_eval:
 489             {
 490               push_cc (CADR (r1), r1, CADDR (r1), cell_vm_return);
 491               goto eval;
 492             }
 493           case cell_call_with_current_continuation:
 494             {
 495               r1 = cdr (r1);
 496               goto call_with_current_continuation;
 497             }
 498           default: check_apply (cell_f, car (r1));
 499           }
 500       }
 501     case SYMBOL:
 502       {
 503         if (car (r1) == cell_symbol_call_with_values)
 504           {
 505             r1 = cdr (r1);
 506             goto call_with_values;
 507           }
 508         if (car (r1) == cell_symbol_current_module)
 509           {
 510             r1 = r0;
 511             goto vm_return;
 512           }
 513         break;
 514       }
 515     case PAIR:
 516       {
 517         switch (caar (r1))
 518           {
 519           case cell_symbol_lambda:
 520             {
 521               SCM formals = cadr (car (r1));
 522               SCM body = cddr (car (r1));
 523               SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), r0);
 524               check_formals (r1, formals, cdr (r1));
 525               call_lambda (body, p, p, r0);
 526               goto begin;
 527             }
 528           }
 529       }
 530     }
 531   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_apply2);
 532   goto eval;
 533  apply2:
 534   check_apply (r1, car (r2));
 535   r1 = cons (r1, cdr (r2));
 536   goto apply;
 537
 538  eval:
 539   switch (TYPE (r1))
 540     {
 541     case PAIR:
 542       {
 543         switch (car (r1))
 544           {
 545 #if FIXED_PRIMITIVES
 546           case cell_symbol_car:
 547             {
 548               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_car); goto eval;
 549             eval_car:
 550               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = car (x); goto eval_apply;
 551             }
 552           case cell_symbol_cdr:
 553             {
 554               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_cdr); goto eval;
 555             eval_cdr:
 556               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = cdr (x); goto eval_apply;
 557             }
 558           case cell_symbol_cons: {
 559             push_cc (CDR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_cons); goto evlis;
 560             eval_cons:
 561             x = r1;
 562             gc_pop_frame ();
 563             r1 = cons (CAR (x), CADR (x));
 564             goto eval_apply;
 565           }
 566           case cell_symbol_null_p:
 567             {
 568               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_null_p);
 569               goto eval;
 570             eval_null_p:
 571               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = null_p (x); goto eval_apply;
 572             }
 573 #endif // FIXED_PRIMITIVES
 574           case cell_symbol_quote:
 575             {
 576               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = cadr (x); goto eval_apply;
 577             }
 578           case cell_symbol_begin: goto begin;
 579           case cell_symbol_lambda:
 580             {
 581               r1 = make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
 582               goto vm_return;
 583             }
 584           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto vm_if;}
 585           case cell_symbol_set_x:
 586             {
 587               push_cc (car (cddr (r1)), r1, r0, cell_vm_eval_set_x);
 588               goto eval;
 589             eval_set_x:
 590               x = r2;
 591               r1 = set_env_x (cadr (x), r1, r0);
 592               goto vm_return;
 593             }
 594           case cell_vm_macro_expand:
 595             {
 596               push_cc (cadr (r1), r1, r0, cell_vm_return);
 597               goto macro_expand;
 598             }
 599           default: {
 600             push_cc (r1, r1, r0, cell_vm_eval_macro);
 601             goto macro_expand;
 602             eval_macro:
 603             x = r2;
 604             if (r1 != r2)
 605               {
 606                 if (TYPE (r1) == PAIR)
 607                   {
 608                     set_cdr_x (r2, cdr (r1));
 609                     set_car_x (r2, car (r1));
 610                   }
 611                 goto eval;
 612               }
 613             push_cc (CDR (r1), r1, r0, cell_vm_eval2); goto evlis;
 614             eval2:
 615             r1 = cons (car (r2), r1);
 616             goto apply;
 617           }
 618           }
 619       }
 620     case SYMBOL:
 621       {
 622         r1 = assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
 623         goto vm_return;
 624       }
 625     default: goto vm_return;
 626     }
 627
 628   SCM macro;
 629   SCM expanders;
 630  macro_expand:
 631   if (TYPE (r1) == PAIR
 632       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
 633     {
 634       r1 = cons (macro, CDR (r1));
 635       goto apply;
 636     }
 637   else if (TYPE (r1) == PAIR
 638            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
 639            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
 640            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
 641     {
 642       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
 643       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
 644         {
 645           r1 = cons (sc_expand, cons (r1, cell_nil));
 646           goto apply;
 647         }
 648     }
 649   goto vm_return;
 650
 651  begin:
 652   x = cell_unspecified;
 653   while (r1 != cell_nil) {
 654     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
 655       {
 656         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
 657           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
 658         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
 659           {
 660             push_cc (cons (cell_symbol_read_input_file, cell_nil), r1, r0, cell_vm_begin_read_input_file);
 661             goto apply;
 662           begin_read_input_file:
 663             r1 = append2 (r1, cdr (r2));
 664           }
 665       }
 666     if (CDR (r1) == cell_nil)
 667       {
 668         r1 = car (r1);
 669         goto eval;
 670       }
 671     push_cc (CAR (r1), r1, r0, cell_vm_begin2);
 672     goto eval;
 673   begin2:
 674     x = r1;
 675     r1 = CDR (r2);
 676   }
 677   r1 = x;
 678   goto vm_return;
 679
 680  vm_if:
 681   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_if_expr);
 682   goto eval;
 683  if_expr:
 684   x = r1;
 685   r1 = r2;
 686   if (x != cell_f)
 687     {
 688       r1 = cadr (r1);
 689       goto eval;
 690     }
 691   if (cddr (r1) != cell_nil)
 692     {
 693       r1 = car (cddr (r1));
 694       goto eval;
 695     }
 696   r1 = cell_unspecified;
 697   goto vm_return;
 698
 699  call_with_current_continuation:
 700   gc_push_frame ();
 701   x = MAKE_CONTINUATION (g_continuations++);
 702   gc_pop_frame ();
 703   push_cc (cons (car (r1), cons (x, cell_nil)), x, r0, cell_vm_call_with_current_continuation2);
 704   goto apply;
 705  call_with_current_continuation2:
 706   CONTINUATION (r2) = g_stack;
 707   goto vm_return;
 708
 709  call_with_values:
 710   push_cc (cons (car (r1), cell_nil), r1, r0, cell_vm_call_with_values2);
 711   goto apply;
 712  call_with_values2:
 713   if (TYPE (r1) == VALUES)
 714     r1 = CDR (r1);
 715   r1 = cons (cadr (r2), r1);
 716   goto apply;
 717
 718  vm_return:
 719   x = r1;
 720   gc_pop_frame ();
 721   r1 = x;
 722   goto eval_apply;
 723 }
 724
 725 SCM
 726 call (SCM fn, SCM x)
 727 {
 728   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 729       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
 730     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
 731   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 732       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
 733     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
 734   switch (FUNCTION (fn).arity)
 735     {
 736     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
 737     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
 738     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
 739     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), car (cddr (x)));
 740     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
 741     }
 742
 743   return cell_unspecified;
 744 }
 745
 746 SCM
 747 gc_peek_frame ()
 748 {
 749   SCM frame = car (g_stack);
 750   r1 = car (frame);
 751   r2 = cadr (frame);
 752   r3 = car (cddr (frame));
 753   r0 = cadr (cddr (frame));
 754   return frame;
 755 }
 756
 757 SCM
 758 gc_pop_frame ()
 759 {
 760   SCM frame = gc_peek_frame (g_stack);
 761   g_stack = cdr (g_stack);
 762   return frame;
 763 }
 764
 765 SCM
 766 gc_push_frame ()
 767 {
 768   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 769   return g_stack = cons (frame, g_stack);
 770 }
 771
 772 SCM
 773 apply (SCM f, SCM x, SCM a) ///((internal))
 774 {
 775   push_cc (cons (f, x), cell_unspecified, r0, cell_unspecified);
 776   r3 = cell_vm_apply;
 777   return eval_apply ();
 778 }
 779
 780 SCM
 781 append2 (SCM x, SCM y)
 782 {
 783   if (x == cell_nil) return y;
 784   assert (TYPE (x) == PAIR);
 785   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
 786 }
 787
 788 SCM
 789 append (SCM x) ///((arity . n))
 790  {
 791   if (x == cell_nil) return cell_nil;
 792   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
 793   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
 794  }
 795
 796 SCM
 797 cstring_to_list (char const* s)
 798 {
 799   SCM p = cell_nil;
 800   int i = strlen (s);
 801   while (i--)
 802     p = cons (MAKE_CHAR (s[i]), p);
 803   return p;
 804 }
 805
 806 SCM
 807 null_p (SCM x)
 808 {
 809   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
 810 }
 811
 812 SCM
 813 make_symbol_ (SCM s)
 814 {
 815   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
 816   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
 817   g_symbols = cons (x, g_symbols);
 818   return x;
 819 }
 820
 821 SCM
 822 make_symbol (SCM s)
 823 {
 824   SCM x = lookup_symbol_ (s);
 825   return x ? x : make_symbol_ (s);
 826 }
 827
 828 SCM
 829 make_vector (SCM n)
 830 {
 831   int k = VALUE (n);
 832   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
 833   SCM v = alloc (k);
 834   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
 835   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
 836   return x;
 837 }
 838
 839 SCM
 840 arity_ (SCM x)
 841 {
 842   assert (TYPE (x) == FUNCTION);
 843   return MAKE_NUMBER (FUNCTION (x).arity);
 844 }
 845
 846 SCM
 847 values (SCM x) ///((arity . n))
 848 {
 849   SCM v = cons (0, x);
 850   TYPE (v) = VALUES;
 851   return v;
 852 }
 853
 854 SCM
 855 vector_length (SCM x)
 856 {
 857   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 858   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
 859 }
 860
 861 SCM
 862 vector_ref (SCM x, SCM i)
 863 {
 864   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 865   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 866   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
 867   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 868   if (TYPE (e) == CHAR) e = MAKE_CHAR (VALUE (e));
 869   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
 870   return e;
 871 }
 872
 873 SCM
 874 vector_entry (SCM x) {
 875   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = MAKE_REF (x);
 876   return x;
 877 }
 878
 879 SCM
 880 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
 881 {
 882   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 883   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 884   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
 885   return cell_unspecified;
 886 }
 887
 888 SCM
 889 list_to_vector (SCM x)
 890 {
 891   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
 892   SCM v = make_vector (tmp_num);
 893   SCM p = VECTOR (v);
 894   while (x != cell_nil)
 895     {
 896       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
 897       x = cdr (x);
 898     }
 899   return v;
 900 }
 901
 902 SCM
 903 vector_to_list (SCM v)
 904 {
 905   SCM x = cell_nil;
 906   for (int i = 0; i < LENGTH (v); i++) {
 907     SCM e = VECTOR (v)+i;
 908     if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 909     x = append2 (x, cons (e, cell_nil));
 910   }
 911   return x;
 912 }
 913
 914 void
 915 make_tmps (scm* cells)
 916 {
 917   tmp = g_free++;
 918   cells[tmp].type = CHAR;
 919   tmp_num = g_free++;
 920   cells[tmp_num].type = NUMBER;
 921   tmp_num2 = g_free++;
 922   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
 923 }
 924
 925 //\f Jam Collector
 926 SCM g_symbol_max;
 927 bool g_debug = false;
 928
 929 SCM
 930 gc_up_arena ()
 931 {
 932   ARENA_SIZE *= 2;
 933   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 934   if (!p) error (cell_symbol_system_error, cons (MAKE_STRING (cstring_to_list (strerror (errno))), MAKE_NUMBER (g_free)));
 935   g_cells = (scm*)p;
 936   g_cells++;
 937   gc_init_news ();
 938 }
 939
 940 SCM
 941 gc ()
 942 {
 943   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free);
 944   g_free = 1;
 945   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
 946   for (int i=g_free; i<g_symbol_max; i++)
 947     gc_copy (i);
 948   make_tmps (g_news);
 949   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
 950   SCM new = gc_copy (g_stack);
 951   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, g_stack);
 952   g_stack = new;
 953   return gc_loop (1);
 954 }
 955
 956 SCM
 957 gc_loop (SCM scan)
 958 {
 959   while (scan < g_free)
 960     {
 961       if (NTYPE (scan) == CLOSURE
 962           || NTYPE (scan) == CONTINUATION
 963           || NTYPE (scan) == FUNCTION
 964           || NTYPE (scan) == KEYWORD
 965           || NTYPE (scan) == MACRO
 966           || NTYPE (scan) == PAIR
 967           || NTYPE (scan) == REF
 968           || scan == 1 // null
 969           || NTYPE (scan) == SPECIAL
 970           || NTYPE (scan) == STRING
 971           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
 972         {
 973           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
 974           gc_relocate_car (scan, car);
 975         }
 976       if ((NTYPE (scan) == CLOSURE
 977            || NTYPE (scan) == CONTINUATION
 978            || NTYPE (scan) == MACRO
 979            || NTYPE (scan) == PAIR
 980            || NTYPE (scan) == VALUES)
 981           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
 982         {
 983           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
 984           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
 985         }
 986       scan++;
 987     }
 988   return gc_flip ();
 989 }
 990
 991 SCM
 992 gc_copy (SCM old)
 993 {
 994   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
 995   SCM new = g_free++;
 996   g_news[new] = g_cells[old];
 997   if (NTYPE (new) == VECTOR)
 998     {
 999       g_news[new].vector = g_free;
1000       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
1001         g_news[g_free++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
1002     }
1003   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
1004   g_cells[old].car = new;
1005   return new;
1006 }
1007
1008 SCM
1009 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
1010 {
1011   g_news[new].car = car;
1012   return cell_unspecified;
1013 }
1014
1015 SCM
1016 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
1017 {
1018   g_news[new].cdr = cdr;
1019   return cell_unspecified;
1020 }
1021
1022 SCM
1023 gc_flip ()
1024 {
1025   scm *cells = g_cells;
1026   g_cells = g_news;
1027   g_news = cells;
1028   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free);
1029   return g_stack;
1030 }
1031
1032 //\f Environment setup
1033 SCM
1034 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1035 {
1036   return cons (cons (key, value), alist);
1037 }
1038
1039 SCM
1040 gc_init_cells ()
1041 {
1042   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1043   g_cells[0].type = VECTOR;
1044   g_cells[0].length = 1000;
1045   g_cells[0].vector = 0;
1046   g_cells++;
1047   g_cells[0].type = CHAR;
1048   g_cells[0].value = 'c';
1049 }
1050
1051 SCM
1052 gc_init_news ()
1053 {
1054   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1055   g_news[0].type = VECTOR;
1056   g_news[0].length = 1000;
1057   g_news[0].vector = 0;
1058   g_news++;
1059   g_news[0].type = CHAR;
1060   g_news[0].value = 'n';
1061 }
1062
1063 SCM
1064 mes_symbols () ///((internal))
1065 {
1066   gc_init_cells ();
1067   gc_init_news ();
1068
1069 #include "mes.symbols.i"
1070
1071   g_symbol_max = g_free;
1072   make_tmps (g_cells);
1073
1074   g_symbols = 0;
1075   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1076     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1077
1078   SCM a = cell_nil;
1079
1080 #include "mes.symbol-names.i"
1081
1082   a = acons (cell_symbol_mes_version, MAKE_STRING (cstring_to_list (VERSION)), a);
1083   a = acons (cell_symbol_mes_prefix, MAKE_STRING (cstring_to_list (PREFIX)), a);
1084
1085 #if BOOT
1086   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1087 #endif
1088   a = acons (cell_symbol_dot, cell_dot, a);
1089   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1090   a = acons (cell_symbol_call_with_current_continuation, cell_call_with_current_continuation, a);
1091   a = acons (cell_symbol_sc_expand, cell_f, a);
1092   a = acons (cell_closure, a, a);
1093
1094   return a;
1095 }
1096
1097 SCM
1098 mes_builtins (SCM a)
1099 {
1100 #include "mes.i"
1101
1102 #include "lib.i"
1103 #include "math.i"
1104 #include "posix.i"
1105 #include "reader.i"
1106
1107 #include "lib.environment.i"
1108 #include "math.environment.i"
1109 #include "mes.environment.i"
1110 #include "posix.environment.i"
1111 #include "reader.environment.i"
1112
1113   return a;
1114 }
1115
1116 SCM
1117 mes_g_stack (SCM a) ///((internal))
1118 {
1119   r0 = a;
1120   r1 = MAKE_CHAR (0);
1121   r2 = MAKE_CHAR (0);
1122   r3 = MAKE_CHAR (0);
1123   g_stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1124   return r0;
1125 }
1126
1127 SCM
1128 mes_environment () ///((internal))
1129 {
1130   SCM a = mes_symbols ();
1131   return mes_g_stack (a);
1132 }
1133
1134 SCM
1135 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1136 {
1137   return make_cell (tmp_num_ (CLOSURE), cell_f, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1138 }
1139
1140 SCM
1141 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1142 {
1143   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1144   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1145   if (TYPE (m) == MACRO) return MACRO (m);
1146   return cell_f;
1147 }
1148
1149 FILE *g_stdin;
1150 #include "lib.c"
1151 #include "math.c"
1152 #include "posix.c"
1153 #include "reader.c"
1154
1155 int
1156 main (int argc, char *argv[])
1157 {
1158 #if __GNUC__
1159   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1160 #else
1161 #endif
1162   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1163   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes [--dump|--load] < FILE");
1164   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) {puts ("Mes ");puts (VERSION);return 0;};
1165   g_stdin = stdin;
1166   r0 = mes_environment ();
1167
1168   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1169     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1170   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1171
1172   SCM lst = cell_nil;
1173   for (int i=argc; i; i--) lst = cons (MAKE_STRING (cstring_to_list (argv[i-1])), lst);
1174   r0 = acons (cell_symbol_argv, lst, r0);
1175
1176   push_cc (r2, cell_unspecified, r0, cell_unspecified);
1177   r3 = cell_vm_begin;
1178   r1 = eval_apply ();
1179   stderr_ (r1);
1180   fputs ("", stderr);
1181   gc (g_stack);
1182 #if __GNUC__
1183   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free);
1184 #else
1185 #endif
1186   return 0;
1187 }