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_display = {SYMBOL, "display"};
 105
 106 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
 107 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
 108 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
 109 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
 110 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
 111
 112 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
 113 scm *g_cells;
 114 scm *g_news = 0;
 115
 116 #include "mes.symbols.h"
 117
 118 SCM tmp;
 119 SCM tmp_num;
 120 SCM tmp_num2;
 121 SCM tmp_num3;
 122 SCM tmp_num4;
 123
 124 function functions[200];
 125 int g_function = 0;
 126
 127 SCM g_symbols = 0;
 128 SCM stack = 0;
 129 SCM r0 = 0; // a/env
 130 SCM r1 = 0; // param 1
 131 SCM r2 = 0; // param 2
 132 SCM r3 = 0; // param 3
 133
 134 #include "lib.h"
 135 #include "math.h"
 136 #include "mes.h"
 137 #include "posix.h"
 138 #include "reader.h"
 139
 140 #define CAR(x) g_cells[x].car
 141 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
 142 #define HITS(x) g_cells[x].hits
 143 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
 144 #define NAME(x) g_cells[x].name
 145 #define STRING(x) g_cells[x].string
 146 #define TYPE(x) g_cells[x].type
 147 #define CLOSURE(x) g_cells[x].closure
 148 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
 149 #define REF(x) g_cells[x].ref
 150 #define VALUE(x) g_cells[x].value
 151 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
 152 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
 153 #define NCAR(x) g_news[x].car
 154 #define NTYPE(x) g_news[x].type
 155
 156 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 157 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
 158 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 159 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
 160 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
 161 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
 162 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
 163
 164 #define MAKE_CHAR(n) make_cell (tmp_num_ (CHAR), 0, tmp_num2_ (n))
 165 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
 166 #define MAKE_REF(n) make_cell (tmp_num_ (REF), n, 0);
 167 #define MAKE_STRING(x) make_cell (tmp_num_ (STRING), x, 0);
 168
 169 int error (char const* msg, SCM x);
 170 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
 171
 172 SCM
 173 tmp_num_ (int x)
 174 {
 175   g_cells[tmp_num].value = x;
 176   return tmp_num;
 177 }
 178
 179 SCM
 180 tmp_num2_ (int x)
 181 {
 182   g_cells[tmp_num2].value = x;
 183   return tmp_num2;
 184 }
 185
 186 SCM
 187 alloc (int n)
 188 {
 189   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
 190   SCM x = g_free.value;
 191   g_free.value += n;
 192   return x;
 193 }
 194
 195 SCM
 196 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
 197 {
 198   SCM x = alloc (1);
 199   assert (TYPE (type) == NUMBER);
 200   TYPE (x) = VALUE (type);
 201   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
 202     if (car) CAR (x) = CAR (car);
 203     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 204   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
 205     if (car) CAR (x) = car;
 206     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 207   } else {
 208     CAR (x) = car;
 209     CDR (x) = cdr;
 210   }
 211   return x;
 212 }
 213
 214 SCM
 215 cons (SCM x, SCM y)
 216 {
 217   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
 218   return make_cell (tmp_num, x, y);
 219 }
 220
 221 SCM
 222 car (SCM x)
 223 {
 224   if (TYPE (x) != PAIR) error ("car: not pair: ", x);
 225   return CAR (x);
 226 }
 227
 228 SCM
 229 cdr (SCM x)
 230 {
 231   if (TYPE (x) != PAIR) error ("cdr: not pair: ", x);
 232   return CDR (x);
 233 }
 234
 235 SCM
 236 type_ (SCM x)
 237 {
 238   return MAKE_NUMBER (TYPE (x));
 239 }
 240
 241 SCM
 242 car_ (SCM x)
 243 {
 244   return (TYPE (CAR (x)) == PAIR
 245           || TYPE (CAR (x)) == REF
 246           || TYPE (CAR (x)) == SYMBOL
 247           || TYPE (CAR (x)) == STRING) ? CAR (x) : MAKE_NUMBER (CAR (x));
 248 }
 249
 250 SCM
 251 cdr_ (SCM x)
 252 {
 253   return (TYPE (CDR (x)) == PAIR
 254           || TYPE (CDR (x)) == REF
 255           || TYPE (CDR (x)) == SYMBOL
 256           || TYPE (CDR (x)) == STRING) ? CDR (x) : MAKE_NUMBER (CDR (x));
 257 }
 258
 259 SCM
 260 eq_p (SCM x, SCM y)
 261 {
 262   return (x == y
 263           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
 264                && STRING (x) == STRING (y)))
 265           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
 266               && VALUE (x) == VALUE (y))
 267           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
 268               && VALUE (x) == VALUE (y)))
 269     ? cell_t : cell_f;
 270 }
 271
 272 SCM
 273 set_car_x (SCM x, SCM e)
 274 {
 275   assert (TYPE (x) == PAIR);
 276   CAR (x) = e;
 277   return cell_unspecified;
 278 }
 279
 280 SCM
 281 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
 282 {
 283   if (TYPE (x) != PAIR) error ("set-cdr!: not pair: ", x);
 284   CDR (x) = e;
 285   return cell_unspecified;
 286 }
 287
 288 SCM
 289 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
 290 {
 291   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
 292   if (TYPE (p) != PAIR) error ("set-env!: not pair: ", x);
 293   return set_cdr_x (p, e);
 294 }
 295
 296 SCM
 297 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
 298 {
 299   if (x == cell_nil)
 300     return a;
 301   if (TYPE (x) != PAIR)
 302     return cons (cons (x, y), a);
 303   return cons (cons (car (x), car (y)),
 304                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
 305 }
 306
 307 SCM
 308 assq (SCM x, SCM a)
 309 {
 310   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
 311     {
 312       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
 313         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
 314       a = CDR (a);
 315     }
 316   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
 317 }
 318
 319 SCM
 320 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
 321 {
 322   x = assq (x, a);
 323   if (x == cell_f) return cell_undefined;
 324   return cdr (x);
 325 }
 326
 327 enum eval_apply_t {EVLIS, APPLY, EVAL, MACRO_EXPAND, BEGIN, IF, CALL_WITH_VALUES};
 328 enum eval_apply_t g_target;
 329
 330 SCM
 331 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
 332 {
 333   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
 334   r1 = e;
 335   r0 = cl;
 336   r2 = a;
 337   r3 = aa;
 338   return cell_unspecified;
 339 }
 340
 341 SCM
 342 eval_apply ()
 343 {
 344   switch (g_target)
 345     {
 346     case EVLIS: goto evlis;
 347     case APPLY: goto apply;
 348     case EVAL: goto eval;
 349     case MACRO_EXPAND: goto macro_expand;
 350     case BEGIN: goto begin;
 351     case IF: goto label_if;
 352     case CALL_WITH_VALUES: goto call_with_values;
 353     }
 354
 355  evlis:
 356   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
 357   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
 358   r2 = eval_env (car (r1), r0);
 359   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
 360   return cons (r2, r1);
 361
 362  apply:
 363   switch (TYPE (r1))
 364     {
 365     case FUNCTION: {
 366       check_formals (r1, MAKE_NUMBER (FUNCTION (r1).arity), r2);
 367       return call (r1, r2);
 368     }
 369     case CLOSURE:
 370       {
 371         SCM cl = CLOSURE (r1);
 372         SCM formals = cadr (cl);
 373         SCM body = cddr (cl);
 374         SCM aa = cdar (cl);
 375         aa = cdr (aa);
 376         check_formals (r1, formals, r2);
 377         SCM p = pairlis (formals, r2, aa);
 378         call_lambda (body, p, aa, r0);
 379         goto begin;
 380       }
 381     case SYMBOL:
 382       {
 383         if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
 384           {
 385             r1 = car (r2);
 386             r2 = cadr (r2);
 387             goto call_with_values;
 388           }
 389         if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
 390         break;
 391       }
 392     case PAIR:
 393       {
 394         switch (car (r1))
 395           {
 396           case cell_symbol_lambda:
 397             {
 398               SCM formals = cadr (r1);
 399               SCM body = cddr (r1);
 400               SCM p = pairlis (formals, r2, r0);
 401               check_formals (r1, formals, r2);
 402               call_lambda (body, p, p, r0);
 403               goto begin;
 404             }
 405 #if BOOT
 406           case cell_symbol_label:
 407             {
 408               r0 = cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0);
 409               r1 = caddr (r1);
 410               goto apply;
 411             }
 412 #endif
 413           }
 414       }
 415     }
 416   SCM e = eval_env (r1, r0);
 417   check_apply (e, r1);
 418   r1 = e;
 419   goto apply;
 420
 421  eval:
 422   switch (TYPE (r1))
 423     {
 424     case PAIR:
 425       {
 426         switch (car (r1))
 427           {
 428 #if FIXED_PRIMITIVES
 429           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
 430           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
 431           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 432               return cons (CAR (m), CADR (m));}
 433           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
 434 #endif // FIXED_PRIMITIVES
 435           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
 436           case cell_symbol_begin: goto begin;
 437           case cell_symbol_lambda:
 438             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
 439           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto label_if;}
 440           case cell_symbol_set_x: {
 441             SCM x = eval_env (caddr (r1), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
 442           }
 443           default: {
 444             SCM x = macro_expand_env (r1, r0);
 445             if (x != r1)
 446               {
 447                 if (TYPE (x) == PAIR)
 448                   {
 449                     set_cdr_x (r1, cdr (x));
 450                     set_car_x (r1, car (x));
 451                   }
 452                 r1 = x;
 453                 goto eval;
 454               }
 455             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 456             r1 = car (r1);
 457             r2 = m;
 458             goto apply;
 459           }
 460           }
 461       }
 462     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
 463     default: return r1;
 464     }
 465
 466   SCM macro;
 467   SCM expanders;
 468  macro_expand:
 469   if (TYPE (r1) == PAIR
 470       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
 471     {
 472       r2 = CDR (r1);
 473       r1 = macro;
 474       goto apply;
 475     }
 476   else if (TYPE (r1) == PAIR
 477            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
 478            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
 479            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
 480     {
 481       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
 482       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
 483         {
 484           r2 = cons (r1, cell_nil);
 485           r1 = sc_expand;
 486           goto apply;
 487         }
 488     }
 489   return r1;
 490
 491   SCM r;
 492  begin:
 493   r = cell_unspecified;
 494   while (r1 != cell_nil) {
 495     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
 496       {
 497         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
 498           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
 499         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
 500           {
 501             SCM f = read_input_file_env (r0);
 502             r1 = append2 (f, cdr (r1));
 503           }
 504       }
 505     if (CDR (r1) == cell_nil)
 506       {
 507         r1 = car (r1);
 508         goto eval;
 509       }
 510     r = eval_env (car (r1), r0);
 511     r1 = CDR (r1);
 512   }
 513   return r;
 514
 515   SCM x;
 516  label_if:
 517   x = eval_env (car (r1), r0);
 518   if (x != cell_f)
 519     {
 520       r1 = cadr (r1);
 521       goto eval;
 522     }
 523   if (cddr (r1) != cell_nil)
 524     {
 525       r1 = caddr (r1);
 526       goto eval;
 527     }
 528   return cell_unspecified;
 529
 530   SCM v;
 531  call_with_values:
 532   v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
 533   if (TYPE (v) == VALUES)
 534     v = CDR (v);
 535   r1 = r2;
 536   r2 = v;
 537   goto apply;
 538 }
 539
 540 SCM
 541 call (SCM fn, SCM x)
 542 {
 543   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 544       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
 545     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
 546   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 547       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
 548     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
 549   switch (FUNCTION (fn).arity)
 550     {
 551     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
 552     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
 553     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
 554     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
 555     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
 556     }
 557
 558   return cell_unspecified;
 559 }
 560
 561 SCM
 562 gc_frame (SCM stack)
 563 {
 564   SCM frame = car (stack);
 565   r1 = car (frame);
 566   r2 = cadr (frame);
 567   r3 = caddr (frame);
 568   r0 = cadddr (frame);
 569   return frame;
 570 }
 571
 572 SCM
 573 gc_stack (SCM a)
 574 {
 575   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 576   stack = cons (frame, stack);
 577   stack = gc (stack);
 578   gc_frame (stack);
 579   stack = cdr (stack);
 580   return stack;
 581 }
 582
 583 SCM
 584 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
 585 {
 586   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 587   stack = cons (frame, stack);
 588   r1 = p1;
 589   r2 = p2;
 590   r0 = a;
 591   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
 592     gc_stack (stack);
 593
 594   SCM r = f ();
 595   frame = gc_frame (stack);
 596   stack = cdr (stack);
 597   return r;
 598 }
 599
 600 SCM
 601 evlis_env (SCM m, SCM a)
 602 {
 603   g_target = EVLIS;
 604   return vm_call (eval_apply, m, cell_undefined, a);
 605 }
 606
 607 SCM
 608 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
 609 {
 610   g_target = APPLY;
 611   return vm_call (eval_apply, fn, x, a);
 612 }
 613
 614 SCM
 615 eval_env (SCM e, SCM a)
 616 {
 617   g_target = EVAL;
 618   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 619 }
 620
 621 SCM
 622 macro_expand_env (SCM e, SCM a)
 623 {
 624   g_target = MACRO_EXPAND;
 625   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 626 }
 627
 628 SCM
 629 begin_env (SCM e, SCM a)
 630 {
 631   g_target = BEGIN;
 632   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 633 }
 634
 635 SCM
 636 if_env (SCM e, SCM a)
 637 {
 638   g_target = IF;
 639   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
 640 }
 641
 642 SCM
 643 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
 644 {
 645   g_target = CALL_WITH_VALUES;
 646   return vm_call (eval_apply, producer, consumer, a);
 647 }
 648
 649 SCM
 650 append2 (SCM x, SCM y)
 651 {
 652   if (x == cell_nil) return y;
 653   assert (TYPE (x) == PAIR);
 654   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
 655 }
 656
 657 SCM
 658 append (SCM x) ///((arity . n))
 659  {
 660   if (x == cell_nil) return cell_nil;
 661   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
 662   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
 663  }
 664
 665 SCM
 666 cstring_to_list (char const* s)
 667 {
 668   SCM p = cell_nil;
 669   int i = strlen (s);
 670   while (i--)
 671     p = cons (MAKE_CHAR (s[i]), p);
 672   return p;
 673 }
 674
 675 SCM
 676 null_p (SCM x)
 677 {
 678   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
 679 }
 680
 681 SCM
 682 make_symbol_ (SCM s)
 683 {
 684   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
 685   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
 686   g_symbols = cons (x, g_symbols);
 687   return x;
 688 }
 689
 690 SCM
 691 make_symbol (SCM s)
 692 {
 693   SCM x = lookup_symbol_ (s);
 694   return x ? x : make_symbol_ (s);
 695 }
 696
 697 SCM
 698 make_vector (SCM n)
 699 {
 700   int k = VALUE (n);
 701   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
 702   SCM v = alloc (k);
 703   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
 704   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
 705   return x;
 706 }
 707
 708 SCM
 709 arity_ (SCM x)
 710 {
 711   assert (TYPE (x) == FUNCTION);
 712   return MAKE_NUMBER (FUNCTION (x).arity);
 713 }
 714
 715 SCM
 716 values (SCM x) ///((arity . n))
 717 {
 718   SCM v = cons (0, x);
 719   TYPE (v) = VALUES;
 720   return v;
 721 }
 722
 723 SCM
 724 vector_length (SCM x)
 725 {
 726   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 727   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
 728 }
 729
 730 SCM
 731 vector_ref (SCM x, SCM i)
 732 {
 733   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 734   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 735   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
 736   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 737   if (TYPE (e) == CHAR) e = MAKE_CHAR (VALUE (e));
 738   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
 739   return e;
 740 }
 741
 742 SCM
 743 vector_entry (SCM x) {
 744   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = MAKE_REF (x);
 745   return x;
 746 }
 747
 748 SCM
 749 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
 750 {
 751   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 752   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 753   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
 754   return cell_unspecified;
 755 }
 756
 757 SCM
 758 list_to_vector (SCM x)
 759 {
 760   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
 761   SCM v = make_vector (tmp_num);
 762   SCM p = VECTOR (v);
 763   while (x != cell_nil)
 764     {
 765       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
 766       x = cdr (x);
 767     }
 768   return v;
 769 }
 770
 771 SCM
 772 vector_to_list (SCM v)
 773 {
 774   SCM x = cell_nil;
 775   for (int i = 0; i < LENGTH (v); i++) {
 776     SCM e = VECTOR (v)+i;
 777     if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 778     x = append2 (x, cons (e, cell_nil));
 779   }
 780   return x;
 781 }
 782
 783 void
 784 make_tmps (scm* cells)
 785 {
 786   tmp = g_free.value++;
 787   cells[tmp].type = CHAR;
 788   tmp_num = g_free.value++;
 789   cells[tmp_num].type = NUMBER;
 790   tmp_num2 = g_free.value++;
 791   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
 792   tmp_num3 = g_free.value++;
 793   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
 794   tmp_num4 = g_free.value++;
 795   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
 796 }
 797
 798 //\f Jam Collector
 799 SCM g_symbol_max;
 800 bool g_debug = false;
 801
 802 SCM
 803 gc_up_arena ()
 804 {
 805   ARENA_SIZE *= 2;
 806   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 807   if (!p) error (strerror (errno), MAKE_NUMBER (g_free.value));
 808   g_cells = (scm*)p;
 809   g_cells++;
 810   gc_init_news ();
 811 }
 812
 813 SCM
 814 gc ()
 815 {
 816   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
 817   g_free.value = 1;
 818   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
 819   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
 820     gc_copy (i);
 821   make_tmps (g_news);
 822   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
 823   SCM new = gc_copy (stack);
 824   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
 825   stack = new;
 826   return gc_loop (1);
 827 }
 828
 829 SCM
 830 gc_loop (SCM scan)
 831 {
 832   while (scan < g_free.value)
 833     {
 834       if (NTYPE (scan) == CLOSURE
 835           || NTYPE (scan) == FUNCTION
 836           || NTYPE (scan) == KEYWORD
 837           || NTYPE (scan) == MACRO
 838           || NTYPE (scan) == PAIR
 839           || NTYPE (scan) == REF
 840           || scan == 1 // null
 841           || NTYPE (scan) == SPECIAL
 842           || NTYPE (scan) == STRING
 843           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
 844         {
 845           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
 846           gc_relocate_car (scan, car);
 847         }
 848       if ((NTYPE (scan) == CLOSURE
 849            || NTYPE (scan) == MACRO
 850            || NTYPE (scan) == PAIR
 851            || NTYPE (scan) == VALUES)
 852           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
 853         {
 854           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
 855           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
 856         }
 857       scan++;
 858     }
 859   return gc_flip ();
 860 }
 861
 862 SCM
 863 gc_copy (SCM old)
 864 {
 865   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
 866   SCM new = g_free.value++;
 867   g_news[new] = g_cells[old];
 868   if (NTYPE (new) == VECTOR)
 869     {
 870       g_news[new].vector = g_free.value;
 871       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
 872         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
 873     }
 874   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
 875   g_cells[old].car = new;
 876   return new;
 877 }
 878
 879 SCM
 880 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
 881 {
 882   g_news[new].car = car;
 883   return cell_unspecified;
 884 }
 885
 886 SCM
 887 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
 888 {
 889   g_news[new].cdr = cdr;
 890   return cell_unspecified;
 891 }
 892
 893 SCM
 894 gc_flip ()
 895 {
 896   scm *cells = g_cells;
 897   g_cells = g_news;
 898   g_news = cells;
 899   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
 900   return stack;
 901 }
 902
 903 //\f Environment setup
 904 SCM
 905 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
 906 {
 907   return cons (cons (key, value), alist);
 908 }
 909
 910 SCM
 911 gc_init_cells ()
 912 {
 913   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 914   g_cells[0].type = VECTOR;
 915   g_cells[0].length = 1000;
 916   g_cells[0].vector = 0;
 917   g_cells++;
 918   g_cells[0].type = CHAR;
 919   g_cells[0].value = 'c';
 920 }
 921
 922 SCM
 923 gc_init_news ()
 924 {
 925   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
 926   g_news[0].type = VECTOR;
 927   g_news[0].length = 1000;
 928   g_news[0].vector = 0;
 929   g_news++;
 930   g_news[0].type = CHAR;
 931   g_news[0].value = 'n';
 932 }
 933
 934 SCM
 935 mes_symbols () ///((internal))
 936 {
 937   gc_init_cells ();
 938   gc_init_news ();
 939
 940 #include "mes.symbols.i"
 941
 942   g_symbol_max = g_free.value;
 943   make_tmps (g_cells);
 944
 945   g_symbols = 0;
 946   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
 947     g_symbols = cons (i, g_symbols);
 948
 949   SCM a = cell_nil;
 950
 951 #include "mes.symbol-names.i"
 952
 953 #if BOOT
 954   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
 955 #endif
 956   a = acons (cell_symbol_dot, cell_dot, a);
 957   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
 958   a = acons (cell_symbol_sc_expand, cell_f, a);
 959   a = acons (cell_closure, a, a);
 960
 961   return a;
 962 }
 963
 964 SCM
 965 mes_builtins (SCM a)
 966 {
 967 #include "mes.i"
 968
 969 #include "lib.i"
 970 #include "math.i"
 971 #include "posix.i"
 972 #include "reader.i"
 973
 974 #include "lib.environment.i"
 975 #include "math.environment.i"
 976 #include "mes.environment.i"
 977 #include "posix.environment.i"
 978 #include "reader.environment.i"
 979
 980   return a;
 981 }
 982
 983 SCM
 984 mes_stack (SCM a) ///((internal))
 985 {
 986   r0 = a;
 987   r1 = MAKE_CHAR (0);
 988   r2 = MAKE_CHAR (0);
 989   r3 = MAKE_CHAR (0);
 990   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
 991   return r0;
 992 }
 993
 994 SCM
 995 mes_environment () ///((internal))
 996 {
 997   SCM a = mes_symbols ();
 998   return mes_stack (a);
 999 }
1000
1001 SCM
1002 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1003 {
1004   return make_cell (tmp_num_ (CLOSURE), cell_f, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1005 }
1006
1007 SCM
1008 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1009 {
1010   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1011   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1012   if (TYPE (m) == MACRO) return MACRO (m);
1013   return cell_f;
1014 }
1015
1016 FILE *g_stdin;
1017 SCM
1018 load_env (SCM a) ///((internal))
1019 {
1020   r0 =a;
1021   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mes", "r");
1022   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mes", "r");
1023   if (!g_function) r0 = mes_builtins (r0);
1024   r3 = read_input_file_env (r0);
1025   g_stdin = stdin;
1026   return r3;
1027 }
1028
1029 SCM
1030 bload_env (SCM a) ///((internal))
1031 {
1032   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mo", "r");
1033   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mo", "r");
1034   char *p = (char*)g_cells;
1035   assert (getchar () == 'M');
1036   assert (getchar () == 'E');
1037   assert (getchar () == 'S');
1038   stack = getchar () << 8;
1039   stack += getchar ();
1040   int c = getchar ();
1041   while (c != EOF)
1042     {
1043       *p++ = c;
1044       c = getchar ();
1045     }
1046   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1047   gc_frame (stack);
1048   g_symbols = r1;
1049   g_stdin = stdin;
1050
1051   r0 = mes_builtins (r0);
1052   return r3;
1053 }
1054
1055 int
1056 dump ()
1057 {
1058   r1 = g_symbols;
1059   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1060   stack = cons (frame, stack);
1061   stack = gc (stack);
1062   gc_frame (stack);
1063   char *p = (char*)g_cells;
1064   fputc ('M', stdout);
1065   fputc ('E', stdout);
1066   fputc ('S', stdout);
1067   fputc (stack >> 8, stdout);
1068   fputc (stack % 256, stdout);
1069   for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1070     fputc (*p++, stdout);
1071   return 0;
1072 }
1073
1074 #include "lib.c"
1075 #include "math.c"
1076 #include "posix.c"
1077 #include "reader.c"
1078
1079 int
1080 main (int argc, char *argv[])
1081 {
1082   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1083   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1084   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1085   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.3\n");
1086   g_stdin = stdin;
1087   r0 = mes_environment ();
1088   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1089     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1090   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1091   stderr_ (begin_env (program, r0));
1092   fputs ("", stderr);
1093   gc (stack);
1094   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1095   return 0;
1096 }