mes.c

   1 /* -*-comment-start: "//";comment-end:""-*-
   2  * Mes --- Maxwell Equations of Software
   3  * Copyright © 2016 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
   4  *
   5  * This file is part of Mes.
   6  *
   7  * Mes is free software; you can redistribute it and/or modify it
   8  * under the terms of the GNU General Public License as published by
   9  * the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or (at
  10  * your option) any later version.
  11  *
  12  * Mes is distributed in the hope that it will be useful, but
  13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15  * GNU General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  18  * along with Mes.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19  */
  20
  21 #define _GNU_SOURCE
  22 #include <assert.h>
  23 #include <ctype.h>
  24 #include <errno.h>
  25 #include <limits.h>
  26 #include <stdio.h>
  27 #include <string.h>
  28 #include <stdlib.h>
  29 #include <stdbool.h>
  30
  31 #define DEBUG 0
  32 #define QUASIQUOTE 1
  33 #define QUASISYNTAX 0
  34 #define ENV_CACHE 0
  35 #define FIXED_PRIMITIVES 1
  36 #define READER 1
  37
  38 #if READER
  39 int ARENA_SIZE = 1000000;
  40 #else
  41 int ARENA_SIZE = 100000;
  42 #endif
  43 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
  44 int GC_SAFETY = 100;
  45
  46 typedef int SCM;
  47 enum type_t {CHAR, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, SPECIAL, STRING, SYMBOL, REF, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
  48 typedef SCM (*function0_t) (void);
  49 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
  50 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
  51 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
  52 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
  53 typedef struct function_t {
  54   union {
  55     function0_t function0;
  56     function1_t function1;
  57     function2_t function2;
  58     function3_t function3;
  59     functionn_t functionn;
  60   };
  61   int arity;
  62 } function;
  63 struct scm_t;
  64 typedef struct scm_t {
  65   enum type_t type;
  66   union {
  67     char const *name;
  68     SCM string;
  69     SCM car;
  70     SCM ref;
  71     int length;
  72   };
  73   union {
  74     int value;
  75     int function;
  76     SCM cdr;
  77     SCM macro;
  78     SCM vector;
  79     int hits;
  80   };
  81 } scm;
  82
  83 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
  84 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
  85 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
  86 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
  87 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
  88 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
  89 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
  90 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
  91 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
  92 #if BOOT
  93 scm scm_label = {
  94   SPECIAL, "label"};
  95 #endif
  96 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
  97
  98 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
  99 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
 100 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
 101 scm scm_symbol_define = {SYMBOL, "define"};
 102 scm scm_symbol_define_macro = {SYMBOL, "define-macro"};
 103 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
 104
 105 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
 106 scm scm_symbol_quasiquote = {SYMBOL, "quasiquote"};
 107 scm scm_symbol_unquote = {SYMBOL, "unquote"};
 108 scm scm_symbol_unquote_splicing = {SYMBOL, "unquote-splicing"};
 109
 110 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
 111 scm scm_symbol_expand_macro = {SYMBOL, "expand-macro"};
 112 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
 113 scm scm_symbol_noexpand = {SYMBOL, "noexpand"};
 114 scm scm_symbol_syntax = {SYMBOL, "syntax"};
 115 scm scm_symbol_quasisyntax = {SYMBOL, "quasisyntax"};
 116 scm scm_symbol_unsyntax = {SYMBOL, "unsyntax"};
 117 scm scm_symbol_unsyntax_splicing = {SYMBOL, "unsyntax-splicing"};
 118
 119 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
 120 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
 121 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
 122 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
 123
 124 scm scm_symbol_the_unquoters = {SYMBOL, "*the-unquoters*"};
 125 scm scm_symbol_the_unsyntaxers = {SYMBOL, "*the-unsyntaxers*"};
 126
 127 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
 128 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
 129 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
 130 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
 131 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
 132
 133 scm char_eof = {CHAR, .name="*eof*", .value=-1};
 134 scm char_nul = {CHAR, .name="nul", .value=0};
 135 scm char_alarm = {CHAR, .name="alarm", .value=8};
 136 scm char_backspace = {CHAR, .name="backspace", .value=8};
 137 scm char_tab = {CHAR, .name="tab", .value=9};
 138 scm char_newline = {CHAR, .name="newline", .value=10};
 139 scm char_vtab = {CHAR, .name="vtab", .value=11};
 140 scm char_page = {CHAR, .name="page", .value=12};
 141 scm char_return = {CHAR, .name="return", .value=13};
 142 scm char_space = {CHAR, .name="space", .value=32};
 143
 144 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
 145 scm *g_cells;
 146 scm *g_news = 0;
 147
 148 #include "mes.symbols.h"
 149
 150 SCM tmp;
 151 SCM tmp_num;
 152 SCM tmp_num2;
 153 SCM tmp_num3;
 154 SCM tmp_num4;
 155
 156 function functions[200];
 157 int g_function = 0;
 158
 159 SCM g_symbols = 0;
 160 SCM stack = 0;
 161 SCM r0 = 0; // a/env
 162 SCM r1 = 0; // param 1
 163 SCM r2 = 0; // param 2
 164 SCM r3 = 0; // param 3
 165
 166 #include "display.h"
 167 #include "lib.h"
 168 #include "math.h"
 169 #include "mes.h"
 170 #include "posix.h"
 171 #include "quasiquote.h"
 172 #include "reader.h"
 173 #include "string.h"
 174 #include "type.h"
 175
 176 #define CAR(x) g_cells[x].car
 177 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
 178 #define HITS(x) g_cells[x].hits
 179 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
 180 #define NAME(x) g_cells[x].name
 181 #define STRING(x) g_cells[x].string
 182 #define TYPE(x) g_cells[x].type
 183 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
 184 #define REF(x) g_cells[x].ref
 185 #define VALUE(x) g_cells[x].value
 186 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
 187 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
 188 #define NCAR(x) g_news[x].car
 189 #define NTYPE(x) g_news[x].type
 190
 191 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 192 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
 193 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 194 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
 195 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
 196 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
 197 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
 198
 199 SCM display_ (FILE* f, SCM x);
 200 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
 201
 202 SCM
 203 alloc (int n)
 204 {
 205   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
 206   SCM x = g_free.value;
 207   g_free.value += n;
 208   return x;
 209 }
 210
 211 SCM
 212 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
 213 {
 214   SCM x = alloc (1);
 215   assert (TYPE (type) == NUMBER);
 216   TYPE (x) = VALUE (type);
 217   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
 218     if (car) CAR (x) = CAR (car);
 219     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 220   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
 221     if (car) CAR (x) = car;
 222     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 223   } else {
 224     CAR (x) = car;
 225     CDR (x) = cdr;
 226   }
 227   return x;
 228 }
 229
 230 SCM
 231 cons (SCM x, SCM y)
 232 {
 233   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
 234   return make_cell (tmp_num, x, y);
 235 }
 236
 237 SCM
 238 car (SCM x)
 239 {
 240   assert (TYPE (x) == PAIR);
 241   return CAR (x);
 242 }
 243
 244 SCM
 245 cdr (SCM x)
 246 {
 247   assert (TYPE (x) == PAIR);
 248   return CDR (x);
 249 }
 250
 251 SCM
 252 eq_p (SCM x, SCM y)
 253 {
 254   return (x == y
 255           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
 256                && STRING (x) == STRING (y)))
 257           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
 258               && VALUE (x) == VALUE (y))
 259           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
 260               && VALUE (x) == VALUE (y)))
 261     ? cell_t : cell_f;
 262 }
 263
 264 SCM
 265 set_car_x (SCM x, SCM e)
 266 {
 267   assert (TYPE (x) == PAIR);
 268   CAR (x) = e;
 269   return cell_unspecified;
 270 }
 271
 272 SCM
 273 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
 274 {
 275   assert (TYPE (x) == PAIR);
 276   CDR (x) = e;
 277   return cell_unspecified;
 278 }
 279
 280 SCM
 281 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
 282 {
 283   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
 284   return set_cdr_x (p, e);
 285 }
 286
 287 SCM
 288 quote (SCM x)
 289 {
 290   return cons (cell_symbol_quote, x);
 291 }
 292
 293 SCM
 294 quasiquote (SCM x)
 295 {
 296   return cons (cell_symbol_quasiquote, x);
 297 }
 298
 299 SCM
 300 quasisyntax (SCM x)
 301 {
 302   return cons (cell_symbol_quasisyntax, x);
 303 }
 304
 305 SCM
 306 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
 307 {
 308   if (x == cell_nil)
 309     return a;
 310   if (pair_p (x) == cell_f)
 311     return cons (cons (x, y), a);
 312   return cons (cons (car (x), car (y)),
 313                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
 314 }
 315
 316 SCM
 317 assq (SCM x, SCM a)
 318 {
 319   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
 320     {
 321       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
 322         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
 323       a = CDR (a);
 324     }
 325   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
 326 }
 327
 328 SCM
 329 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
 330 {
 331   x = assq (x, a);
 332   if (x == cell_f) return cell_undefined;
 333   return cdr (x);
 334 }
 335
 336 SCM
 337 assert_defined (SCM x, SCM e)
 338 {
 339   if (e == cell_undefined)
 340     {
 341       fprintf (stderr, "eval: unbound variable:");
 342       display_ (stderr, x);
 343       fprintf (stderr, "\n");
 344       assert (!"unbound variable");
 345     }
 346   return e;
 347 }
 348
 349 SCM
 350 vm_evlis_env ()
 351 {
 352   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
 353   if (TYPE (r1) != PAIR) return eval_env (r1, r0);
 354   r2 = eval_env (car (r1), r0);
 355   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
 356   return cons (r2, r1);
 357 }
 358
 359 SCM
 360 vm_call_lambda ()
 361 {
 362   return vm_call (vm_begin_env, r1, cell_undefined, r0);
 363 }
 364
 365 SCM
 366 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
 367 {
 368   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
 369   r1 = e;
 370   r0 = cl;
 371   r2 = a;
 372   r3 = aa;
 373   return vm_call_lambda ();
 374 }
 375
 376 SCM
 377 vm_apply_env ()
 378 {
 379   if (TYPE (r1) != PAIR)
 380     {
 381       if (TYPE (r1) == FUNCTION) return call (r1, r2);
 382       if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
 383         return call_with_values_env (car (r2), cadr (r2), r0);
 384       if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
 385     }
 386   else
 387     switch (car (r1))
 388       {
 389       case cell_symbol_lambda:
 390         {
 391           SCM args = cadr (r1);
 392           SCM body = cddr (r1);
 393           SCM p = pairlis (args, r2, r0);
 394           return call_lambda (body, p, p, r0);
 395         }
 396       case cell_closure:
 397         {
 398           SCM args = caddr (r1);
 399           SCM body = cdddr (r1);
 400           SCM aa = cdadr (r1);
 401           aa = cdr (aa);
 402           SCM p = pairlis (args, r2, aa);
 403           return call_lambda (body, p, aa, r0);
 404         }
 405 #if BOOT
 406       case cell_symbol_label:
 407         return apply_env (caddr (r1), r2, cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0));
 408 #endif
 409       }
 410   SCM e = eval_env (r1, r0);
 411   char const* type = 0;
 412   if (e == cell_f || e == cell_t) type = "bool";
 413   if (TYPE (e) == CHAR) type = "char";
 414   if (TYPE (e) == NUMBER) type = "number";
 415   if (TYPE (e) == STRING) type = "string";
 416   if (e == cell_unspecified) type = "*unspecified*";
 417   if (e == cell_undefined) type =  "*undefined*";
 418   if (type)
 419     {
 420       fprintf (stderr, "cannot apply: %s: ", type);
 421       display_ (stderr, e);
 422       fprintf (stderr, " [");
 423       display_ (stderr, r1);
 424       fprintf (stderr, "]\n");
 425       assert (!"cannot apply");
 426     }
 427   return apply_env (e, r2, r0);
 428 }
 429
 430 SCM
 431 vm_eval_env ()
 432 {
 433   switch (TYPE (r1))
 434     {
 435     case PAIR:
 436       {
 437         switch (car (r1))
 438           {
 439 #if FIXED_PRIMITIVES
 440           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
 441           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
 442           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 443               return cons (CAR (m), CADR (m));}
 444           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
 445 #endif // FIXED_PRIMITIVES
 446           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
 447 #if QUASISYNTAX
 448           case cell_symbol_syntax: return cadr (r1);
 449 #endif
 450           case cell_symbol_begin: return begin_env (r1, r0);
 451           case cell_symbol_lambda:
 452             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
 453           case cell_closure: return r1;
 454           case cell_symbol_if: return if_env (cdr (r1), r0);
 455 #if 1 //!BOOT
 456           case cell_symbol_set_x: {
 457             SCM x = eval_env (caddr (r1), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
 458           }
 459 #endif
 460 #if QUASIQUOTE
 461           case cell_symbol_unquote: return eval_env (cadr (r1), r0);
 462           case cell_symbol_quasiquote: return eval_quasiquote (cadr (r1), add_unquoters (r0));
 463 #endif //QUASIQUOTE
 464 #if QUASISYNTAX
 465           case cell_symbol_unsyntax: return eval_env (cadr (r1), r0);
 466           case cell_symbol_quasisyntax: return eval_quasisyntax (cadr (r1), add_unsyntaxers (r0));
 467 #endif //QUASISYNTAX
 468           default: {
 469             SCM x = expand_macro_env (r1, r0);
 470             if (x != r1)
 471               {
 472                 if (TYPE (x) == PAIR)
 473                   {
 474                     set_cdr_x (r1, cdr (x));
 475                     set_car_x (r1, car (x));
 476                   }
 477                 else
 478                   r1 = x;
 479                 return eval_env (x, r0);
 480               }
 481             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 482             return apply_env (car (r1), m, r0);
 483           }
 484           }
 485       }
 486     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
 487     default: return r1;
 488     }
 489 }
 490
 491 SCM
 492 vm_expand_macro_env ()
 493 {
 494   if (TYPE (CAR (r1)) == STRING && string_to_symbol (CAR (r1)) == cell_symbol_noexpand)
 495     return cadr (r1);
 496
 497   SCM macro;
 498   SCM expanders;
 499   if (TYPE (r1) == PAIR
 500       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
 501     return apply_env (macro, CDR (r1), r0);
 502   else if (TYPE (r1) == PAIR
 503            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
 504            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
 505            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
 506     {
 507       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_expand_macro, r0);
 508       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
 509         r1 = apply_env (sc_expand, cons (r1, cell_nil), r0);
 510     }
 511   return r1;
 512 }
 513
 514 SCM
 515 vm_begin_env ()
 516 {
 517   SCM r = cell_unspecified;
 518   while (r1 != cell_nil) {
 519     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
 520       {
 521         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
 522           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
 523         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
 524           {
 525             SCM f = read_input_file_env (r0);
 526             r1 = append2 (f, cdr (r1));
 527           }
 528       }
 529     r = eval_env (car (r1), r0);
 530     r1 = CDR (r1);
 531   }
 532   return r;
 533 }
 534
 535 SCM
 536 vm_if_env ()
 537 {
 538   SCM x = eval_env (car (r1), r0);
 539   if (x != cell_f)
 540     return eval_env (cadr (r1), r0);
 541   if (cddr (r1) != cell_nil)
 542     return eval_env (caddr (r1), r0);
 543   return cell_unspecified;
 544 }
 545
 546 SCM
 547 vm_call_with_values_env ()
 548 {
 549   SCM v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
 550   if (TYPE (v) == VALUES)
 551     v = CDR (v);
 552   return apply_env (r2, v, r0);
 553 }
 554
 555 SCM
 556 call (SCM fn, SCM x)
 557 {
 558   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 559       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
 560     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
 561   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 562       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
 563     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
 564   switch (FUNCTION (fn).arity)
 565     {
 566     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
 567     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
 568     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
 569     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
 570     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
 571     }
 572   return cell_unspecified;
 573 }
 574
 575 SCM
 576 gc_frame (SCM stack)
 577 {
 578   SCM frame = car (stack);
 579   r1 = car (frame);
 580   r2 = cadr (frame);
 581   r3 = caddr (frame);
 582   r0 = cadddr (frame);
 583   return frame;
 584 }
 585
 586 SCM
 587 gc_stack (SCM a)
 588 {
 589   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 590   stack = cons (frame, stack);
 591   stack = gc (stack);
 592   gc_frame (stack);
 593   stack = cdr (stack);
 594   return stack;
 595 }
 596
 597 SCM
 598 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
 599 {
 600   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 601   stack = cons (frame, stack);
 602   r1 = p1;
 603   r2 = p2;
 604   r0 = a;
 605   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
 606     gc_stack (stack);
 607
 608   SCM r = f ();
 609   frame = gc_frame (stack);
 610   stack = cdr (stack);
 611   return r;
 612 }
 613
 614 SCM
 615 evlis_env (SCM m, SCM a)
 616 {
 617   return vm_call (vm_evlis_env, m, cell_undefined, a);
 618 }
 619
 620 SCM
 621 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
 622 {
 623   return vm_call (vm_apply_env, fn, x, a);
 624 }
 625
 626 SCM
 627 eval_env (SCM e, SCM a)
 628 {
 629   return vm_call (vm_eval_env, e, cell_undefined, a);
 630 }
 631
 632 SCM
 633 expand_macro_env (SCM e, SCM a)
 634 {
 635   return vm_call (vm_expand_macro_env, e, cell_undefined, a);
 636 }
 637
 638 SCM
 639 begin_env (SCM e, SCM a)
 640 {
 641   return vm_call (vm_begin_env, e, cell_undefined, a);
 642 }
 643
 644 SCM
 645 if_env (SCM e, SCM a)
 646 {
 647   return vm_call (vm_if_env, e, cell_undefined, a);
 648 }
 649
 650 SCM
 651 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
 652 {
 653   return vm_call (vm_call_with_values_env, producer, consumer, a);
 654 }
 655
 656 SCM
 657 append2 (SCM x, SCM y)
 658 {
 659   if (x == cell_nil) return y;
 660   assert (TYPE (x) == PAIR);
 661   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
 662 }
 663
 664 SCM
 665 append (SCM x) ///((arity . n))
 666  {
 667   if (x == cell_nil) return cell_nil;
 668   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
 669  }
 670
 671 SCM
 672 make_char (int x)
 673 {
 674   g_cells[tmp_num].value = CHAR;
 675   g_cells[tmp_num2].value = x;
 676   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
 677 }
 678
 679 SCM
 680 make_function (SCM name, SCM id, SCM arity)
 681 {
 682   g_cells[tmp_num3].value = FUNCTION;
 683   function *f = (function*)malloc (sizeof (function));
 684   f->arity = VALUE (arity);
 685   g_cells[tmp_num4].value = (long)f;
 686   return make_cell (tmp_num3, name, tmp_num4);
 687 }
 688
 689 SCM
 690 make_keyword (SCM s)
 691 {
 692   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
 693   x = x ? x : internal_make_symbol (s);
 694   g_cells[tmp_num].value = KEYWORD;
 695   return make_cell (tmp_num, STRING (x), 0);
 696 }
 697
 698 SCM
 699 make_macro (SCM name, SCM x)
 700 {
 701   g_cells[tmp_num].value = MACRO;
 702   return make_cell (tmp_num, STRING (name), x);
 703 }
 704
 705 SCM
 706 make_number (int x)
 707 {
 708   g_cells[tmp_num].value = NUMBER;
 709   g_cells[tmp_num2].value = x;
 710   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
 711 }
 712
 713 SCM
 714 make_ref (SCM x)
 715 {
 716   g_cells[tmp_num].value = REF;
 717   return make_cell (tmp_num, x, x);
 718 }
 719
 720 SCM
 721 make_string (SCM x)
 722 {
 723   g_cells[tmp_num].value = STRING;
 724   return make_cell (tmp_num, x, 0);
 725 }
 726
 727 SCM
 728 cstring_to_list (char const* s)
 729 {
 730   SCM p = cell_nil;
 731   int i = strlen (s);
 732   while (i--)
 733     p = cons (make_char (s[i]), p);
 734   return p;
 735 }
 736
 737 SCM
 738 null_p (SCM x)
 739 {
 740   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
 741 }
 742
 743 SCM
 744 internal_make_symbol (SCM s)
 745 {
 746   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
 747   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
 748   g_symbols = cons (x, g_symbols);
 749   return x;
 750 }
 751
 752 SCM
 753 make_symbol (SCM s)
 754 {
 755   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
 756   return x ? x : internal_make_symbol (s);
 757 }
 758
 759 SCM
 760 make_vector (SCM n)
 761 {
 762   int k = VALUE (n);
 763   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
 764   SCM v = alloc (k);
 765   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
 766   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
 767   return x;
 768 }
 769
 770 SCM
 771 values (SCM x) ///((arity . n))
 772 {
 773   SCM v = cons (0, x);
 774   TYPE (v) = VALUES;
 775   return v;
 776 }
 777
 778 SCM
 779 vector_length (SCM x)
 780 {
 781   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 782   return make_number (LENGTH (x));
 783 }
 784
 785 SCM
 786 vector_ref (SCM x, SCM i)
 787 {
 788   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 789   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 790   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
 791   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 792   if (TYPE (e) == CHAR) e = make_char (VALUE (e));
 793   if (TYPE (e) == NUMBER) e = make_number (VALUE (e));
 794   return e;
 795 }
 796
 797 SCM
 798 vector_entry (SCM x) {
 799   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = make_ref (x);
 800   return x;
 801 }
 802
 803 SCM
 804 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
 805 {
 806   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 807   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 808   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
 809   return cell_unspecified;
 810 }
 811
 812 SCM
 813 list_to_vector (SCM x)
 814 {
 815   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
 816   SCM v = make_vector (tmp_num);
 817   SCM p = VECTOR (v);
 818   while (x != cell_nil)
 819     {
 820       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
 821       x = cdr (x);
 822     }
 823   return v;
 824 }
 825
 826 FILE *g_stdin;
 827 int
 828 getchar ()
 829 {
 830   return getc (g_stdin);
 831 }
 832
 833 int
 834 ungetchar (int c)
 835 {
 836   return ungetc (c, g_stdin);
 837 }
 838
 839 int
 840 peekchar ()
 841 {
 842   int c = getchar ();
 843   ungetchar (c);
 844   return c;
 845 }
 846
 847 SCM
 848 peek_byte ()
 849 {
 850   return make_number (peekchar ());
 851 }
 852
 853 SCM
 854 read_byte ()
 855 {
 856   return make_number (getchar ());
 857 }
 858
 859 SCM
 860 unread_byte (SCM i)
 861 {
 862   ungetchar (VALUE (i));
 863   return i;
 864 }
 865
 866 SCM
 867 write_char (SCM x) ///((arity . n))
 868 {
 869   SCM c = car (x);
 870   SCM p = cdr (x);
 871   int fd = 1;
 872   if (TYPE (p) == PAIR && TYPE (car (p)) == NUMBER) fd = VALUE (car (p));
 873   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
 874   assert (TYPE (c) == NUMBER || TYPE (c) == CHAR);
 875   fputc (VALUE (c), f);
 876   return c;
 877 }
 878
 879 SCM
 880 symbol_to_list (SCM x)
 881 {
 882   assert (TYPE (x) == SYMBOL);
 883   return STRING (x);
 884 }
 885
 886 SCM
 887 char_to_integer (SCM x)
 888 {
 889   assert (TYPE (x) == CHAR);
 890   return make_number (VALUE (x));
 891 }
 892
 893 SCM
 894 integer_to_char (SCM x)
 895 {
 896   assert (TYPE (x) == NUMBER);
 897   return make_char (VALUE (x));
 898 }
 899
 900 void
 901 make_tmps (scm* cells)
 902 {
 903   tmp = g_free.value++;
 904   cells[tmp].type = CHAR;
 905   tmp_num = g_free.value++;
 906   cells[tmp_num].type = NUMBER;
 907   tmp_num2 = g_free.value++;
 908   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
 909   tmp_num3 = g_free.value++;
 910   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
 911   tmp_num4 = g_free.value++;
 912   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
 913 }
 914
 915 //\f Jam Collector
 916 SCM g_symbol_max;
 917 bool g_debug = false;
 918
 919 SCM
 920 gc_up_arena ()
 921 {
 922   ARENA_SIZE *= 2;
 923   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 924   if (!p)
 925     {
 926       if (g_debug) fprintf (stderr, "cannot up arena: %s: arena=%d\n", strerror (errno), 2*ARENA_SIZE);
 927       return cell_unspecified;
 928     }
 929   g_cells = (scm*)p;
 930   g_cells++;
 931   gc_init_news ();
 932 }
 933
 934 SCM
 935 gc ()
 936 {
 937   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
 938   g_free.value = 1;
 939   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
 940   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
 941     gc_copy (i);
 942   make_tmps (g_news);
 943   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
 944   SCM new = gc_copy (stack);
 945   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
 946   stack = new;
 947   return gc_loop (1);
 948 }
 949
 950 SCM
 951 gc_loop (SCM scan)
 952 {
 953   while (scan < g_free.value)
 954     {
 955       if (NTYPE (scan) == KEYWORD
 956           || NTYPE (scan) == MACRO
 957           || NTYPE (scan) == PAIR
 958           || NTYPE (scan) == REF
 959           || scan == 1 // null
 960           || NTYPE (scan) == SPECIAL
 961           || NTYPE (scan) == STRING
 962           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
 963         {
 964           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
 965           gc_relocate_car (scan, car);
 966         }
 967       if ((NTYPE (scan) == MACRO
 968            || NTYPE (scan) == PAIR
 969            || NTYPE (scan) == VALUES)
 970           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
 971         {
 972           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
 973           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
 974         }
 975       scan++;
 976     }
 977   return gc_flip ();
 978 }
 979
 980 SCM
 981 gc_copy (SCM old)
 982 {
 983   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
 984   SCM new = g_free.value++;
 985   g_news[new] = g_cells[old];
 986   if (NTYPE (new) == VECTOR)
 987     {
 988       g_news[new].vector = g_free.value;
 989       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
 990         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
 991     }
 992   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
 993   g_cells[old].car = new;
 994   return new;
 995 }
 996
 997 SCM
 998 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
 999 {
1000   g_news[new].car = car;
1001   return cell_unspecified;
1002 }
1003
1004 SCM
1005 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
1006 {
1007   g_news[new].cdr = cdr;
1008   return cell_unspecified;
1009 }
1010
1011 SCM
1012 gc_flip ()
1013 {
1014   scm *cells = g_cells;
1015   g_cells = g_news;
1016   g_news = cells;
1017   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
1018   return stack;
1019 }
1020
1021 SCM
1022 gc_show ()
1023 {
1024   fprintf (stderr, "cells: ");
1025   scm *t = g_cells;
1026   display_ (stderr, -1);
1027   fprintf (stderr, "\n");
1028   if (g_news)
1029     {
1030       fprintf (stderr, "news: ");
1031       g_cells = g_news;
1032       display_ (stderr, -1);
1033       fprintf (stderr, "\n");
1034     }
1035   g_cells = t;
1036   return cell_unspecified;
1037 }
1038
1039 //\f Environment setup
1040 SCM
1041 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1042 {
1043   return cons (cons (key, value), alist);
1044 }
1045
1046 SCM
1047 add_environment (SCM a, char const *name, SCM x)
1048 {
1049   return acons (make_symbol (cstring_to_list (name)), x, a);
1050 }
1051
1052 SCM
1053 gc_init_cells ()
1054 {
1055   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1056   g_cells[0].type = VECTOR;
1057   g_cells[0].length = 1000;
1058   g_cells[0].vector = 0;
1059   g_cells++;
1060   g_cells[0].type = CHAR;
1061   g_cells[0].value = 'c';
1062 }
1063
1064 SCM
1065 gc_init_news ()
1066 {
1067   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1068   g_news[0].type = VECTOR;
1069   g_news[0].length = 1000;
1070   g_news[0].vector = 0;
1071   g_news++;
1072   g_news[0].type = CHAR;
1073   g_news[0].value = 'n';
1074 }
1075
1076 SCM
1077 mes_symbols () ///((internal))
1078 {
1079   gc_init_cells ();
1080   gc_init_news ();
1081
1082 #include "mes.symbols.i"
1083
1084   g_symbol_max = g_free.value;
1085   make_tmps (g_cells);
1086
1087   g_symbols = 0;
1088   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1089     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1090
1091   SCM a = cell_nil;
1092
1093 #if BOOT
1094   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1095 #endif
1096   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1097   a = add_environment (a, "sc-expand", cell_f);
1098   a = acons (cell_closure, a, a);
1099
1100   internal_lookup_symbol (cell_nil);
1101
1102   return a;
1103 }
1104
1105 SCM
1106 mes_builtins (SCM a)
1107 {
1108 #include "mes.i"
1109
1110 #include "display.i"
1111 #include "lib.i"
1112 #include "math.i"
1113 #include "posix.i"
1114 #include "quasiquote.i"
1115 #include "reader.i"
1116 #include "string.i"
1117 #include "type.i"
1118
1119 #include "display.environment.i"
1120 #include "lib.environment.i"
1121 #include "math.environment.i"
1122 #include "mes.environment.i"
1123 #include "posix.environment.i"
1124   //#include "quasiquote.environment.i"
1125 #include "reader.environment.i"
1126 #include "string.environment.i"
1127 #include "type.environment.i"
1128
1129 #if QUASIQUOTE
1130   SCM cell_unquote = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote, a);
1131   SCM cell_unquote_splicing = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote_splicing, a);
1132   SCM the_unquoters = cons (cons (cell_symbol_unquote, cell_unquote),
1133                             cons (cons (cell_symbol_unquote_splicing, cell_unquote_splicing),
1134                                   cell_nil));
1135   a = acons (cell_symbol_the_unquoters, the_unquoters, a);
1136 #endif
1137 #if QUASISYNTAX
1138   SCM cell_unsyntax = assq_ref_cache (cell_symbol_unsyntax, a);
1139   SCM cell_unsyntax_splicing = assq_ref_cache (cell_symbol_unsyntax_splicing, a);
1140   SCM the_unsyntaxers = cons (cons (cell_symbol_unsyntax, cell_unsyntax),
1141                               cons (cons (cell_symbol_unsyntax_splicing, cell_unsyntax_splicing),
1142                                   cell_nil));
1143   a = acons (cell_symbol_the_unsyntaxers, the_unsyntaxers, a);
1144 #endif
1145
1146   a = add_environment (a, "*dot*", cell_dot);
1147   a = add_environment (a, "*foo-bar-baz*", cell_nil); // FIXME: some off-by one?
1148
1149   return a;
1150 }
1151
1152 SCM
1153 mes_stack (SCM a) ///((internal))
1154 {
1155   r0 = a;
1156   r1 = make_char (0);
1157   r2 = make_char (0);
1158   r3 = make_char (0);
1159   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1160   return r0;
1161 }
1162
1163 SCM
1164 mes_environment () ///((internal))
1165 {
1166   SCM a = mes_symbols ();
1167   return mes_stack (a);
1168 }
1169
1170 SCM
1171 make_lambda (SCM args, SCM body)
1172 {
1173   return cons (cell_symbol_lambda, cons (args, body));
1174 }
1175
1176 SCM
1177 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1178 {
1179   return cons (cell_closure, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1180 }
1181
1182 SCM
1183 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1184 {
1185   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1186   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1187   if (macro_p (m) == cell_t) return MACRO (m);
1188   return cell_f;
1189 }
1190
1191 SCM
1192 read_input_file_env_ (SCM e, SCM a)
1193 {
1194   if (e == cell_nil) return e;
1195   return cons (e, read_input_file_env_ (read_env (a), a));
1196 }
1197
1198 SCM
1199 read_input_file_env (SCM a)
1200 {
1201   r0 = a;
1202 #if READER
1203   return read_input_file_env_ (read_env (r0), r0);
1204 #endif
1205   return apply_env (cell_symbol_read_input_file, cell_nil, r0);
1206 }
1207
1208 SCM
1209 load_env (SCM a) ///((internal))
1210 {
1211   r0 =a;
1212 #if 1 //!READER
1213   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mes", "r");
1214   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mes", "r");
1215 #endif
1216   if (!g_function) r0 = mes_builtins (r0);
1217   r3 = read_input_file_env (r0);
1218   g_stdin = stdin;
1219   return r3;
1220 }
1221
1222 SCM
1223 bload_env (SCM a) ///((internal))
1224 {
1225   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mo", "r");
1226   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mo", "r");
1227   char *p = (char*)g_cells;
1228   assert (getchar () == 'M');
1229   assert (getchar () == 'E');
1230   assert (getchar () == 'S');
1231   stack = getchar () << 8;
1232   stack += getchar ();
1233   int c = getchar ();
1234   while (c != EOF)
1235     {
1236       *p++ = c;
1237       c = getchar ();
1238     }
1239   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1240   gc_frame (stack);
1241   g_symbols = r1;
1242   g_stdin = stdin;
1243
1244   r0 = mes_builtins (r0);
1245   return r3;
1246 }
1247
1248 int
1249 dump ()
1250 {
1251   r1 = g_symbols;
1252   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1253   stack = cons (frame, stack);
1254   stack = gc (stack);
1255   gc_frame (stack);
1256   char *p = (char*)g_cells;
1257   fputc ('M', stdout);
1258   fputc ('E', stdout);
1259   fputc ('S', stdout);
1260   fputc (stack >> 8, stdout);
1261   fputc (stack % 256, stdout);
1262   for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1263     fputc (*p++, stdout);
1264   return 0;
1265 }
1266
1267 #include "type.c"
1268 #include "display.c"
1269 #include "lib.c"
1270 #include "math.c"
1271 #include "posix.c"
1272 #include "quasiquote.c"
1273 #include "reader.c"
1274 #include "string.c"
1275
1276 int
1277 main (int argc, char *argv[])
1278 {
1279   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1280   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1281   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1282   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.3\n");
1283   g_stdin = stdin;
1284   r0 = mes_environment ();
1285   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1286     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1287   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1288   display_ (stderr, begin_env (program, r0));
1289   fputs ("", stderr);
1290   gc (stack);
1291   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1292   return 0;
1293 }