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