ae616a1a5da2f1c582b83ff4c2c8280b8c13ba7b
[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 FIXED_PRIMITIVES 1
33
34 int ARENA_SIZE = 100000;
35 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
36 int GC_SAFETY = 100;
37
38 typedef int SCM;
39 enum type_t {CHAR, CLOSURE, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, REF, SPECIAL, STRING, SYMBOL, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
40 typedef SCM (*function0_t) (void);
41 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
42 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
43 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
44 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
45 typedef struct function_t {
46   union {
47     function0_t function0;
48     function1_t function1;
49     function2_t function2;
50     function3_t function3;
51     functionn_t functionn;
52   };
53   int arity;
54 } function;
55 struct scm_t;
56 typedef struct scm_t {
57   enum type_t type;
58   union {
59     char const *name;
60     SCM string;
61     SCM car;
62     SCM ref;
63     int length;
64   };
65   union {
66     int value;
67     int function;
68     SCM cdr;
69     SCM closure;
70     SCM macro;
71     SCM vector;
72     int hits;
73   };
74 } scm;
75
76 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
77 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
78 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
79 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
80 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
81 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
82 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
83 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
84 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
85 scm scm_label = {SPECIAL, "label"};
86 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
87
88 scm scm_symbol_dot = {SYMBOL, "*dot*"};
89 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
90 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
91 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
92 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
93
94 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
95
96 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
97 scm scm_symbol_macro_expand = {SYMBOL, "macro-expand"};
98 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
99
100 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
101 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
102 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
103 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
104 scm scm_symbol_write = {SYMBOL, "write"};
105 scm scm_symbol_display = {SYMBOL, "display"};
106
107 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
108 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
109 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
110 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
111 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
112
113 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
114 scm *g_cells;
115 scm *g_news = 0;
116
117 #include "mes.symbols.h"
118
119 SCM tmp;
120 SCM tmp_num;
121 SCM tmp_num2;
122 SCM tmp_num3;
123 SCM tmp_num4;
124
125 function functions[200];
126 int g_function = 0;
127
128 SCM g_symbols = 0;
129 SCM stack = 0;
130 SCM r0 = 0; // a/env
131 SCM r1 = 0; // param 1
132 SCM r2 = 0; // param 2
133 SCM r3 = 0; // param 3
134
135 #include "display.h"
136 #include "lib.h"
137 #include "math.h"
138 #include "mes.h"
139 #include "posix.h"
140 #include "reader.h"
141
142 #define CAR(x) g_cells[x].car
143 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
144 #define HITS(x) g_cells[x].hits
145 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
146 #define NAME(x) g_cells[x].name
147 #define STRING(x) g_cells[x].string
148 #define TYPE(x) g_cells[x].type
149 #define CLOSURE(x) g_cells[x].closure
150 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
151 #define REF(x) g_cells[x].ref
152 #define VALUE(x) g_cells[x].value
153 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
154 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
155 #define NCAR(x) g_news[x].car
156 #define NTYPE(x) g_news[x].type
157
158 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
159 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
160 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
161 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
162 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
163 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
164 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
165
166 #define MAKE_CHAR(n) make_cell (tmp_num_ (CHAR), 0, tmp_num2_ (n))
167 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
168 #define MAKE_REF(n) make_cell (tmp_num_ (REF), n, 0)
169 #define MAKE_STRING(x) make_cell (tmp_num_ (STRING), x, 0)
170
171 int error (char const* msg, SCM x);
172 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
173
174 SCM
175 tmp_num_ (int x)
176 {
177   g_cells[tmp_num].value = x;
178   return tmp_num;
179 }
180
181 SCM
182 tmp_num2_ (int x)
183 {
184   g_cells[tmp_num2].value = x;
185   return tmp_num2;
186 }
187
188 SCM
189 alloc (int n)
190 {
191   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
192   SCM x = g_free.value;
193   g_free.value += n;
194   return x;
195 }
196
197 SCM
198 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
199 {
200   SCM x = alloc (1);
201   assert (TYPE (type) == NUMBER);
202   TYPE (x) = VALUE (type);
203   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
204     if (car) CAR (x) = CAR (car);
205     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
206   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
207     if (car) CAR (x) = car;
208     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
209   } else {
210     CAR (x) = car;
211     CDR (x) = cdr;
212   }
213   return x;
214 }
215
216 SCM
217 cons (SCM x, SCM y)
218 {
219   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
220   return make_cell (tmp_num, x, y);
221 }
222
223 SCM
224 car (SCM x)
225 {
226   if (TYPE (x) != PAIR) error ("car: not pair: ", x);
227   return CAR (x);
228 }
229
230 SCM
231 cdr (SCM x)
232 {
233   if (TYPE (x) != PAIR) error ("cdr: not pair: ", x);
234   return CDR (x);
235 }
236
237 SCM
238 type_ (SCM x)
239 {
240   return MAKE_NUMBER (TYPE (x));
241 }
242
243 SCM
244 car_ (SCM x)
245 {
246   return (TYPE (CAR (x)) == PAIR
247           || TYPE (CAR (x)) == REF
248           || TYPE (CAR (x)) == SYMBOL
249           || TYPE (CAR (x)) == STRING) ? CAR (x) : MAKE_NUMBER (CAR (x));
250 }
251
252 SCM
253 cdr_ (SCM x)
254 {
255   return (TYPE (CDR (x)) == PAIR
256           || TYPE (CDR (x)) == REF
257           || TYPE (CDR (x)) == SYMBOL
258           || TYPE (CDR (x)) == STRING) ? CDR (x) : MAKE_NUMBER (CDR (x));
259 }
260
261 SCM
262 eq_p (SCM x, SCM y)
263 {
264   return (x == y
265           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
266                && STRING (x) == STRING (y)))
267           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
268               && VALUE (x) == VALUE (y))
269           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
270               && VALUE (x) == VALUE (y)))
271     ? cell_t : cell_f;
272 }
273
274 SCM
275 set_car_x (SCM x, SCM e)
276 {
277   assert (TYPE (x) == PAIR);
278   CAR (x) = e;
279   return cell_unspecified;
280 }
281
282 SCM
283 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
284 {
285   if (TYPE (x) != PAIR) error ("set-cdr!: not pair: ", x);
286   CDR (x) = e;
287   return cell_unspecified;
288 }
289
290 SCM
291 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
292 {
293   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
294   if (TYPE (p) != PAIR) error ("set-env!: not pair: ", x);
295   return set_cdr_x (p, e);
296 }
297
298 SCM
299 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
300 {
301   if (x == cell_nil)
302     return a;
303   if (TYPE (x) != PAIR)
304     return cons (cons (x, y), a);
305   return cons (cons (car (x), car (y)),
306                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
307 }
308
309 SCM
310 assq (SCM x, SCM a)
311 {
312   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
313     {
314       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
315         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
316       a = CDR (a);
317     }
318   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
319 }
320
321 SCM
322 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
323 {
324   x = assq (x, a);
325   if (x == cell_f) return cell_undefined;
326   return cdr (x);
327 }
328
329 enum eval_apply_t {EVLIS, APPLY, EVAL, MACRO_EXPAND, BEGIN, IF, CALL_WITH_VALUES};
330 enum eval_apply_t g_target;
331
332 SCM
333 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
334 {
335   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
336   r1 = e;
337   r0 = cl;
338   r2 = a;
339   r3 = aa;
340   return cell_unspecified;
341 }
342
343 SCM
344 eval_apply ()
345 {
346   switch (g_target)
347     {
348     case EVLIS: goto evlis;
349     case APPLY: goto apply;
350     case EVAL: goto eval;
351     case MACRO_EXPAND: goto macro_expand;
352     case BEGIN: goto begin;
353     case IF: goto label_if;
354     case CALL_WITH_VALUES: goto call_with_values;
355     }
356
357  evlis:
358   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
359   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
360   r2 = eval_env (car (r1), r0);
361   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
362   return cons (r2, r1);
363
364  apply:
365   switch (TYPE (r1))
366     {
367     case FUNCTION: {
368       check_formals (r1, MAKE_NUMBER (FUNCTION (r1).arity), r2);
369       return call (r1, r2);
370     }
371     case CLOSURE:
372       {
373         SCM cl = CLOSURE (r1);
374         SCM formals = cadr (cl);
375         SCM body = cddr (cl);
376         SCM aa = cdar (cl);
377         aa = cdr (aa);
378         check_formals (r1, formals, r2);
379         SCM p = pairlis (formals, r2, aa);
380         call_lambda (body, p, aa, r0);
381         goto begin;
382       }
383     case SYMBOL:
384       {
385         if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
386           {
387             r1 = car (r2);
388             r2 = cadr (r2);
389             goto call_with_values;
390           }
391         if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
392         break;
393       }
394     case PAIR:
395       {
396         switch (car (r1))
397           {
398           case cell_symbol_lambda:
399             {
400               SCM formals = cadr (r1);
401               SCM body = cddr (r1);
402               SCM p = pairlis (formals, r2, r0);
403               check_formals (r1, formals, r2);
404               call_lambda (body, p, p, r0);
405               goto begin;
406             }
407 #if BOOT
408           case cell_symbol_label:
409             {
410               r0 = cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0);
411               r1 = caddr (r1);
412               goto apply;
413             }
414 #endif
415           }
416       }
417     }
418   SCM e = eval_env (r1, r0);
419   check_apply (e, r1);
420   r1 = e;
421   goto apply;
422
423  eval:
424   switch (TYPE (r1))
425     {
426     case PAIR:
427       {
428         switch (car (r1))
429           {
430 #if FIXED_PRIMITIVES
431           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
432           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
433           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
434               return cons (CAR (m), CADR (m));}
435           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
436 #endif // FIXED_PRIMITIVES
437           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
438           case cell_symbol_begin: goto begin;
439           case cell_symbol_lambda:
440             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
441           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto label_if;}
442           case cell_symbol_set_x: {
443             SCM x = eval_env (car (cddr (r1)), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
444           }
445           default: {
446             SCM x = macro_expand_env (r1, r0);
447             if (x != r1)
448               {
449                 if (TYPE (x) == PAIR)
450                   {
451                     set_cdr_x (r1, cdr (x));
452                     set_car_x (r1, car (x));
453                   }
454                 r1 = x;
455                 goto eval;
456               }
457             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
458             r1 = car (r1);
459             r2 = m;
460             goto apply;
461           }
462           }
463       }
464     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
465     default: return r1;
466     }
467
468   SCM macro;
469   SCM expanders;
470  macro_expand:
471   if (TYPE (r1) == PAIR
472       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
473     {
474       r2 = CDR (r1);
475       r1 = macro;
476       goto apply;
477     }
478   else if (TYPE (r1) == PAIR
479            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
480            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
481            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
482     {
483       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
484       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
485         {
486           r2 = cons (r1, cell_nil);
487           r1 = sc_expand;
488           goto apply;
489         }
490     }
491   return r1;
492
493   SCM r;
494  begin:
495   r = cell_unspecified;
496   while (r1 != cell_nil) {
497     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
498       {
499         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
500           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
501         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
502           {
503             SCM f = read_input_file_env (r0);
504             r1 = append2 (f, cdr (r1));
505           }
506       }
507     if (CDR (r1) == cell_nil)
508       {
509         r1 = car (r1);
510         goto eval;
511       }
512     r = eval_env (car (r1), r0);
513     r1 = CDR (r1);
514   }
515   return r;
516
517   SCM x;
518  label_if:
519   x = eval_env (car (r1), r0);
520   if (x != cell_f)
521     {
522       r1 = cadr (r1);
523       goto eval;
524     }
525   if (cddr (r1) != cell_nil)
526     {
527       r1 = car (cddr (r1));
528       goto eval;
529     }
530   return cell_unspecified;
531
532   SCM v;
533  call_with_values:
534   v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
535   if (TYPE (v) == VALUES)
536     v = CDR (v);
537   r1 = r2;
538   r2 = v;
539   goto apply;
540 }
541
542 SCM
543 call (SCM fn, SCM x)
544 {
545   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
546       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
547     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
548   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
549       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
550     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
551   switch (FUNCTION (fn).arity)
552     {
553     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
554     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
555     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
556     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), car (cddr (x)));
557     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
558     }
559
560   return cell_unspecified;
561 }
562
563 SCM
564 gc_frame (SCM stack)
565 {
566   SCM frame = car (stack);
567   r1 = car (frame);
568   r2 = cadr (frame);
569   r3 = car (cddr (frame));
570   r0 = cadr (cddr (frame));
571   return frame;
572 }
573
574 SCM
575 gc_stack (SCM a)
576 {
577   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
578   stack = cons (frame, stack);
579   stack = gc (stack);
580   gc_frame (stack);
581   stack = cdr (stack);
582   return stack;
583 }
584
585 SCM
586 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
587 {
588   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
589   stack = cons (frame, stack);
590   r1 = p1;
591   r2 = p2;
592   r0 = a;
593   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
594     gc_stack (stack);
595
596   SCM r = f ();
597   frame = gc_frame (stack);
598   stack = cdr (stack);
599   return r;
600 }
601
602 SCM
603 evlis_env (SCM m, SCM a)
604 {
605   g_target = EVLIS;
606   return vm_call (eval_apply, m, cell_undefined, a);
607 }
608
609 SCM
610 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
611 {
612   g_target = APPLY;
613   return vm_call (eval_apply, fn, x, a);
614 }
615
616 SCM
617 eval_env (SCM e, SCM a)
618 {
619   g_target = EVAL;
620   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
621 }
622
623 SCM
624 macro_expand_env (SCM e, SCM a)
625 {
626   g_target = MACRO_EXPAND;
627   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
628 }
629
630 SCM
631 begin_env (SCM e, SCM a)
632 {
633   g_target = BEGIN;
634   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
635 }
636
637 SCM
638 if_env (SCM e, SCM a)
639 {
640   g_target = IF;
641   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
642 }
643
644 SCM
645 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
646 {
647   g_target = CALL_WITH_VALUES;
648   return vm_call (eval_apply, producer, consumer, a);
649 }
650
651 SCM
652 append2 (SCM x, SCM y)
653 {
654   if (x == cell_nil) return y;
655   assert (TYPE (x) == PAIR);
656   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
657 }
658
659 SCM
660 append (SCM x) ///((arity . n))
661  {
662   if (x == cell_nil) return cell_nil;
663   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
664   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
665  }
666
667 SCM
668 cstring_to_list (char const* s)
669 {
670   SCM p = cell_nil;
671   int i = strlen (s);
672   while (i--)
673     p = cons (MAKE_CHAR (s[i]), p);
674   return p;
675 }
676
677 SCM
678 null_p (SCM x)
679 {
680   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
681 }
682
683 SCM
684 make_symbol_ (SCM s)
685 {
686   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
687   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
688   g_symbols = cons (x, g_symbols);
689   return x;
690 }
691
692 SCM
693 make_symbol (SCM s)
694 {
695   SCM x = lookup_symbol_ (s);
696   return x ? x : make_symbol_ (s);
697 }
698
699 SCM
700 make_vector (SCM n)
701 {
702   int k = VALUE (n);
703   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
704   SCM v = alloc (k);
705   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
706   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
707   return x;
708 }
709
710 SCM
711 arity_ (SCM x)
712 {
713   assert (TYPE (x) == FUNCTION);
714   return MAKE_NUMBER (FUNCTION (x).arity);
715 }
716
717 SCM
718 values (SCM x) ///((arity . n))
719 {
720   SCM v = cons (0, x);
721   TYPE (v) = VALUES;
722   return v;
723 }
724
725 SCM
726 vector_length (SCM x)
727 {
728   assert (TYPE (x) == VECTOR);
729   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
730 }
731
732 SCM
733 vector_ref (SCM x, SCM i)
734 {
735   assert (TYPE (x) == VECTOR);
736   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
737   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
738   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
739   if (TYPE (e) == CHAR) e = MAKE_CHAR (VALUE (e));
740   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
741   return e;
742 }
743
744 SCM
745 vector_entry (SCM x) {
746   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = MAKE_REF (x);
747   return x;
748 }
749
750 SCM
751 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
752 {
753   assert (TYPE (x) == VECTOR);
754   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
755   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
756   return cell_unspecified;
757 }
758
759 SCM
760 list_to_vector (SCM x)
761 {
762   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
763   SCM v = make_vector (tmp_num);
764   SCM p = VECTOR (v);
765   while (x != cell_nil)
766     {
767       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
768       x = cdr (x);
769     }
770   return v;
771 }
772
773 SCM
774 vector_to_list (SCM v)
775 {
776   SCM x = cell_nil;
777   for (int i = 0; i < LENGTH (v); i++) {
778     SCM e = VECTOR (v)+i;
779     if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
780     x = append2 (x, cons (e, cell_nil));
781   }
782   return x;
783 }
784
785 void
786 make_tmps (scm* cells)
787 {
788   tmp = g_free.value++;
789   cells[tmp].type = CHAR;
790   tmp_num = g_free.value++;
791   cells[tmp_num].type = NUMBER;
792   tmp_num2 = g_free.value++;
793   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
794   tmp_num3 = g_free.value++;
795   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
796   tmp_num4 = g_free.value++;
797   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
798 }
799
800 //\f Jam Collector
801 SCM g_symbol_max;
802 bool g_debug = false;
803
804 SCM
805 gc_up_arena ()
806 {
807   ARENA_SIZE *= 2;
808   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
809   if (!p) error (strerror (errno), MAKE_NUMBER (g_free.value));
810   g_cells = (scm*)p;
811   g_cells++;
812   gc_init_news ();
813 }
814
815 SCM
816 gc ()
817 {
818   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
819   g_free.value = 1;
820   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
821   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
822     gc_copy (i);
823   make_tmps (g_news);
824   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
825   SCM new = gc_copy (stack);
826   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
827   stack = new;
828   return gc_loop (1);
829 }
830
831 SCM
832 gc_loop (SCM scan)
833 {
834   while (scan < g_free.value)
835     {
836       if (NTYPE (scan) == CLOSURE
837           || NTYPE (scan) == FUNCTION
838           || NTYPE (scan) == KEYWORD
839           || NTYPE (scan) == MACRO
840           || NTYPE (scan) == PAIR
841           || NTYPE (scan) == REF
842           || scan == 1 // null
843           || NTYPE (scan) == SPECIAL
844           || NTYPE (scan) == STRING
845           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
846         {
847           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
848           gc_relocate_car (scan, car);
849         }
850       if ((NTYPE (scan) == CLOSURE
851            || NTYPE (scan) == MACRO
852            || NTYPE (scan) == PAIR
853            || NTYPE (scan) == VALUES)
854           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
855         {
856           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
857           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
858         }
859       scan++;
860     }
861   return gc_flip ();
862 }
863
864 SCM
865 gc_copy (SCM old)
866 {
867   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
868   SCM new = g_free.value++;
869   g_news[new] = g_cells[old];
870   if (NTYPE (new) == VECTOR)
871     {
872       g_news[new].vector = g_free.value;
873       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
874         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
875     }
876   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
877   g_cells[old].car = new;
878   return new;
879 }
880
881 SCM
882 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
883 {
884   g_news[new].car = car;
885   return cell_unspecified;
886 }
887
888 SCM
889 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
890 {
891   g_news[new].cdr = cdr;
892   return cell_unspecified;
893 }
894
895 SCM
896 gc_flip ()
897 {
898   scm *cells = g_cells;
899   g_cells = g_news;
900   g_news = cells;
901   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
902   return stack;
903 }
904
905 //\f Environment setup
906 SCM
907 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
908 {
909   return cons (cons (key, value), alist);
910 }
911
912 SCM
913 gc_init_cells ()
914 {
915   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
916   g_cells[0].type = VECTOR;
917   g_cells[0].length = 1000;
918   g_cells[0].vector = 0;
919   g_cells++;
920   g_cells[0].type = CHAR;
921   g_cells[0].value = 'c';
922 }
923
924 SCM
925 gc_init_news ()
926 {
927   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
928   g_news[0].type = VECTOR;
929   g_news[0].length = 1000;
930   g_news[0].vector = 0;
931   g_news++;
932   g_news[0].type = CHAR;
933   g_news[0].value = 'n';
934 }
935
936 SCM
937 mes_symbols () ///((internal))
938 {
939   gc_init_cells ();
940   gc_init_news ();
941
942 #include "mes.symbols.i"
943
944   g_symbol_max = g_free.value;
945   make_tmps (g_cells);
946
947   g_symbols = 0;
948   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
949     g_symbols = cons (i, g_symbols);
950
951   SCM a = cell_nil;
952
953 #include "mes.symbol-names.i"
954
955 #if BOOT
956   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
957 #endif
958   a = acons (cell_symbol_dot, cell_dot, a);
959   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
960   a = acons (cell_symbol_sc_expand, cell_f, a);
961   a = acons (cell_closure, a, a);
962
963   return a;
964 }
965
966 SCM
967 mes_builtins (SCM a)
968 {
969 #include "mes.i"
970
971 #include "display.i"
972 #include "lib.i"
973 #include "math.i"
974 #include "posix.i"
975 #include "reader.i"
976
977 #include "display.environment.i"
978 #include "lib.environment.i"
979 #include "math.environment.i"
980 #include "mes.environment.i"
981 #include "posix.environment.i"
982 #include "reader.environment.i"
983
984   return a;
985 }
986
987 SCM
988 mes_stack (SCM a) ///((internal))
989 {
990   r0 = a;
991   r1 = MAKE_CHAR (0);
992   r2 = MAKE_CHAR (0);
993   r3 = MAKE_CHAR (0);
994   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
995   return r0;
996 }
997
998 SCM
999 mes_environment () ///((internal))
1000 {
1001   SCM a = mes_symbols ();
1002   return mes_stack (a);
1003 }
1004
1005 SCM
1006 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1007 {
1008   return make_cell (tmp_num_ (CLOSURE), cell_f, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1009 }
1010
1011 SCM
1012 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1013 {
1014   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1015   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1016   if (TYPE (m) == MACRO) return MACRO (m);
1017   return cell_f;
1018 }
1019
1020 FILE *g_stdin;
1021 #include "display.c"
1022 #include "lib.c"
1023 #include "math.c"
1024 #include "posix.c"
1025 #include "reader.c"
1026
1027 int
1028 main (int argc, char *argv[])
1029 {
1030   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1031   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1032   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1033   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.3\n");
1034   g_stdin = stdin;
1035   r0 = mes_environment ();
1036   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1037     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1038   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1039   stderr_ (begin_env (program, r0));
1040   fputs ("", stderr);
1041   gc (stack);
1042   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1043   return 0;
1044 }