aaa3a6b73ac0bb37b6c1c2b974e65601a65497c8
[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 #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 }