core: Remove display.
[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_define = {SYMBOL, "define"};
93 scm scm_symbol_define_macro = {SYMBOL, "define-macro"};
94 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
95
96 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
97 scm scm_symbol_quasiquote = {SYMBOL, "quasiquote"};
98 scm scm_symbol_unquote = {SYMBOL, "unquote"};
99 scm scm_symbol_unquote_splicing = {SYMBOL, "unquote-splicing"};
100
101 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
102 scm scm_symbol_macro_expand = {SYMBOL, "macro-expand"};
103 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
104 scm scm_symbol_noexpand = {SYMBOL, "noexpand"};
105 scm scm_symbol_syntax = {SYMBOL, "syntax"};
106 scm scm_symbol_quasisyntax = {SYMBOL, "quasisyntax"};
107 scm scm_symbol_unsyntax = {SYMBOL, "unsyntax"};
108 scm scm_symbol_unsyntax_splicing = {SYMBOL, "unsyntax-splicing"};
109
110 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
111 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
112 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
113 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
114 scm scm_symbol_display = {SYMBOL, "display"};
115
116 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
117 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
118 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
119 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
120 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
121
122 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
123 scm *g_cells;
124 scm *g_news = 0;
125
126 #include "mes.symbols.h"
127
128 SCM tmp;
129 SCM tmp_num;
130 SCM tmp_num2;
131 SCM tmp_num3;
132 SCM tmp_num4;
133
134 function functions[200];
135 int g_function = 0;
136
137 SCM g_symbols = 0;
138 SCM stack = 0;
139 SCM r0 = 0; // a/env
140 SCM r1 = 0; // param 1
141 SCM r2 = 0; // param 2
142 SCM r3 = 0; // param 3
143
144 #include "lib.h"
145 #include "math.h"
146 #include "mes.h"
147 #include "posix.h"
148 #include "reader.h"
149
150 #define CAR(x) g_cells[x].car
151 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
152 #define HITS(x) g_cells[x].hits
153 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
154 #define NAME(x) g_cells[x].name
155 #define STRING(x) g_cells[x].string
156 #define TYPE(x) g_cells[x].type
157 #define CLOSURE(x) g_cells[x].closure
158 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
159 #define REF(x) g_cells[x].ref
160 #define VALUE(x) g_cells[x].value
161 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
162 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
163 #define NCAR(x) g_news[x].car
164 #define NTYPE(x) g_news[x].type
165
166 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
167 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
168 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
169 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
170 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
171 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
172 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
173
174 #define MAKE_CHAR(n) make_cell (tmp_num_ (CHAR), 0, tmp_num2_ (n))
175 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
176 #define MAKE_REF(n) make_cell (tmp_num_ (REF), n, 0);
177 #define MAKE_STRING(x) make_cell (tmp_num_ (STRING), x, 0);
178
179 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
180
181 SCM
182 tmp_num_ (int x)
183 {
184   g_cells[tmp_num].value = x;
185   return tmp_num;
186 }
187
188 SCM
189 tmp_num2_ (int x)
190 {
191   g_cells[tmp_num2].value = x;
192   return tmp_num2;
193 }
194
195 SCM
196 alloc (int n)
197 {
198   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
199   SCM x = g_free.value;
200   g_free.value += n;
201   return x;
202 }
203
204 SCM
205 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
206 {
207   SCM x = alloc (1);
208   assert (TYPE (type) == NUMBER);
209   TYPE (x) = VALUE (type);
210   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
211     if (car) CAR (x) = CAR (car);
212     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
213   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
214     if (car) CAR (x) = car;
215     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
216   } else {
217     CAR (x) = car;
218     CDR (x) = cdr;
219   }
220   return x;
221 }
222
223 SCM
224 cons (SCM x, SCM y)
225 {
226   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
227   return make_cell (tmp_num, x, y);
228 }
229
230 SCM
231 car (SCM x)
232 {
233   assert (TYPE (x) == PAIR);
234   return CAR (x);
235 }
236
237 SCM
238 cdr (SCM x)
239 {
240   assert (TYPE (x) == PAIR);
241   return CDR (x);
242 }
243
244 SCM
245 type_ (SCM x)
246 {
247   return MAKE_NUMBER (TYPE (x));
248 }
249
250 SCM
251 car_ (SCM x)
252 {
253   return (TYPE (CAR (x)) == PAIR
254           || TYPE (CAR (x)) == REF
255           || TYPE (CAR (x)) == SYMBOL
256           || TYPE (CAR (x)) == STRING) ? CAR (x) : MAKE_NUMBER (CAR (x));
257 }
258
259 SCM
260 cdr_ (SCM x)
261 {
262   return (TYPE (CDR (x)) == PAIR
263           || TYPE (CDR (x)) == REF
264           || TYPE (CDR (x)) == SYMBOL
265           || TYPE (CDR (x)) == STRING) ? CDR (x) : MAKE_NUMBER (CDR (x));
266 }
267
268 SCM
269 eq_p (SCM x, SCM y)
270 {
271   return (x == y
272           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
273                && STRING (x) == STRING (y)))
274           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
275               && VALUE (x) == VALUE (y))
276           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
277               && VALUE (x) == VALUE (y)))
278     ? cell_t : cell_f;
279 }
280
281 SCM
282 set_car_x (SCM x, SCM e)
283 {
284   assert (TYPE (x) == PAIR);
285   CAR (x) = e;
286   return cell_unspecified;
287 }
288
289 SCM
290 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
291 {
292   assert (TYPE (x) == PAIR);
293   CDR (x) = e;
294   return cell_unspecified;
295 }
296
297 SCM
298 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
299 {
300   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
301   return set_cdr_x (p, e);
302 }
303
304 SCM
305 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
306 {
307   if (x == cell_nil)
308     return a;
309   if (TYPE (x) != PAIR)
310     return cons (cons (x, y), a);
311   return cons (cons (car (x), car (y)),
312                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
313 }
314
315 SCM
316 assq (SCM x, SCM a)
317 {
318   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
319     {
320       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
321         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
322       a = CDR (a);
323     }
324   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
325 }
326
327 SCM
328 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
329 {
330   x = assq (x, a);
331   if (x == cell_f) return cell_undefined;
332   return cdr (x);
333 }
334
335 enum eval_apply_t {EVLIS, APPLY, EVAL, MACRO_EXPAND, BEGIN, IF, CALL_WITH_VALUES};
336 enum eval_apply_t g_target;
337
338 SCM
339 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
340 {
341   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
342   r1 = e;
343   r0 = cl;
344   r2 = a;
345   r3 = aa;
346   return cell_unspecified;
347 }
348
349 SCM
350 eval_apply ()
351 {
352   switch (g_target)
353     {
354     case EVLIS: goto evlis;
355     case APPLY: goto apply;
356     case EVAL: goto eval;
357     case MACRO_EXPAND: goto macro_expand;
358     case BEGIN: goto begin;
359     case IF: goto label_if;
360     case CALL_WITH_VALUES: goto call_with_values;
361     }
362
363  evlis:
364   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
365   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
366   r2 = eval_env (car (r1), r0);
367   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
368   return cons (r2, r1);
369
370  apply:
371   switch (TYPE (r1))
372     {
373     case FUNCTION: return call (r1, r2);
374     case CLOSURE:
375       {
376         SCM cl = CLOSURE (r1);
377         SCM args = cadr (cl);
378         SCM body = cddr (cl);
379         SCM aa = cdar (cl);
380         aa = cdr (aa);
381         SCM p = pairlis (args, r2, aa);
382         call_lambda (body, p, aa, r0);
383         goto begin;
384       }
385     case SYMBOL:
386       {
387         if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
388           {
389             r1 = car (r2);
390             r2 = cadr (r2);
391             goto call_with_values;
392           }
393         if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
394         break;
395       }
396     case PAIR:
397       {
398         switch (car (r1))
399           {
400           case cell_symbol_lambda:
401             {
402               SCM args = cadr (r1);
403               SCM body = cddr (r1);
404               SCM p = pairlis (args, r2, r0);
405               call_lambda (body, p, p, r0);
406               goto begin;
407             }
408 #if BOOT
409           case cell_symbol_label:
410             {
411               r0 = cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0);
412               r1 = caddr (r1);
413               goto apply;
414             }
415 #endif
416           }
417       }
418     }
419   SCM e = eval_env (r1, r0);
420   char const* type = 0;
421   if (e == cell_f || e == cell_t) type = "bool";
422   if (TYPE (e) == CHAR) type = "char";
423   if (TYPE (e) == NUMBER) type = "number";
424   if (TYPE (e) == STRING) type = "string";
425   if (e == cell_unspecified) type = "*unspecified*";
426   if (e == cell_undefined) type =  "*undefined*";
427   if (type)
428     {
429       fprintf (stderr, "cannot apply: %s: ", type);
430       stderr_ (e);
431       fprintf (stderr, " [");
432       stderr_ (r1);
433       fprintf (stderr, "]\n");
434       assert (!"cannot apply");
435     }
436   r1 = e;
437   goto apply;
438
439  eval:
440   switch (TYPE (r1))
441     {
442     case PAIR:
443       {
444         switch (car (r1))
445           {
446 #if FIXED_PRIMITIVES
447           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
448           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
449           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
450               return cons (CAR (m), CADR (m));}
451           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
452 #endif // FIXED_PRIMITIVES
453           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
454           case cell_symbol_begin: goto begin;
455           case cell_symbol_lambda:
456             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
457           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto label_if;}
458           case cell_symbol_set_x: {
459             SCM x = eval_env (caddr (r1), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
460           }
461           default: {
462             SCM x = macro_expand_env (r1, r0);
463             if (x != r1)
464               {
465                 if (TYPE (x) == PAIR)
466                   {
467                     set_cdr_x (r1, cdr (x));
468                     set_car_x (r1, car (x));
469                   }
470                 r1 = x;
471                 goto eval;
472               }
473             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
474             r1 = car (r1);
475             r2 = m;
476             goto apply;
477           }
478           }
479       }
480     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
481     default: return r1;
482     }
483
484   SCM macro;
485   SCM expanders;
486  macro_expand:
487   if (TYPE (r1) == PAIR
488       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
489     {
490       r2 = CDR (r1);
491       r1 = macro;
492       goto apply;
493     }
494   else if (TYPE (r1) == PAIR
495            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
496            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
497            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
498     {
499       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
500       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
501         {
502           r2 = cons (r1, cell_nil);
503           r1 = sc_expand;
504           goto apply;
505         }
506     }
507   return r1;
508
509   SCM r;
510  begin:
511   r = cell_unspecified;
512   while (r1 != cell_nil) {
513     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
514       {
515         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
516           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
517         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
518           {
519             SCM f = read_input_file_env (r0);
520             r1 = append2 (f, cdr (r1));
521           }
522       }
523     if (CDR (r1) == cell_nil)
524       {
525         r1 = car (r1);
526         goto eval;
527       }
528     r = eval_env (car (r1), r0);
529     r1 = CDR (r1);
530   }
531   return r;
532
533   SCM x;
534  label_if:
535   x = eval_env (car (r1), r0);
536   if (x != cell_f)
537     {
538       r1 = cadr (r1);
539       goto eval;
540     }
541   if (cddr (r1) != cell_nil)
542     {
543       r1 = caddr (r1);
544       goto eval;
545     }
546   return cell_unspecified;
547
548   SCM v;
549  call_with_values:
550   v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
551   if (TYPE (v) == VALUES)
552     v = CDR (v);
553   r1 = r2;
554   r2 = v;
555   goto apply;
556 }
557
558 SCM
559 call (SCM fn, SCM x)
560 {
561   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
562       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
563     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
564   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
565       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
566     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
567   switch (FUNCTION (fn).arity)
568     {
569     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
570     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
571     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
572     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
573     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
574     }
575   return cell_unspecified;
576 }
577
578 SCM
579 gc_frame (SCM stack)
580 {
581   SCM frame = car (stack);
582   r1 = car (frame);
583   r2 = cadr (frame);
584   r3 = caddr (frame);
585   r0 = cadddr (frame);
586   return frame;
587 }
588
589 SCM
590 gc_stack (SCM a)
591 {
592   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
593   stack = cons (frame, stack);
594   stack = gc (stack);
595   gc_frame (stack);
596   stack = cdr (stack);
597   return stack;
598 }
599
600 SCM
601 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
602 {
603   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
604   stack = cons (frame, stack);
605   r1 = p1;
606   r2 = p2;
607   r0 = a;
608   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
609     gc_stack (stack);
610
611   SCM r = f ();
612   frame = gc_frame (stack);
613   stack = cdr (stack);
614   return r;
615 }
616
617 SCM
618 evlis_env (SCM m, SCM a)
619 {
620   g_target = EVLIS;
621   return vm_call (eval_apply, m, cell_undefined, a);
622 }
623
624 SCM
625 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
626 {
627   g_target = APPLY;
628   return vm_call (eval_apply, fn, x, a);
629 }
630
631 SCM
632 eval_env (SCM e, SCM a)
633 {
634   g_target = EVAL;
635   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
636 }
637
638 SCM
639 macro_expand_env (SCM e, SCM a)
640 {
641   g_target = MACRO_EXPAND;
642   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
643 }
644
645 SCM
646 begin_env (SCM e, SCM a)
647 {
648   g_target = BEGIN;
649   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
650 }
651
652 SCM
653 if_env (SCM e, SCM a)
654 {
655   g_target = IF;
656   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
657 }
658
659 SCM
660 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
661 {
662   g_target = CALL_WITH_VALUES;
663   return vm_call (eval_apply, producer, consumer, a);
664 }
665
666 SCM
667 append2 (SCM x, SCM y)
668 {
669   if (x == cell_nil) return y;
670   assert (TYPE (x) == PAIR);
671   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
672 }
673
674 SCM
675 append (SCM x) ///((arity . n))
676  {
677   if (x == cell_nil) return cell_nil;
678   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
679   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
680  }
681
682 SCM
683 cstring_to_list (char const* s)
684 {
685   SCM p = cell_nil;
686   int i = strlen (s);
687   while (i--)
688     p = cons (MAKE_CHAR (s[i]), p);
689   return p;
690 }
691
692 SCM
693 null_p (SCM x)
694 {
695   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
696 }
697
698 SCM
699 make_symbol_ (SCM s)
700 {
701   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
702   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
703   g_symbols = cons (x, g_symbols);
704   return x;
705 }
706
707 SCM
708 make_symbol (SCM s)
709 {
710   SCM x = lookup_symbol_ (s);
711   return x ? x : make_symbol_ (s);
712 }
713
714 SCM
715 make_vector (SCM n)
716 {
717   int k = VALUE (n);
718   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
719   SCM v = alloc (k);
720   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
721   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
722   return x;
723 }
724
725 SCM
726 arity_ (SCM x)
727 {
728   assert (TYPE (x) == FUNCTION);
729   return MAKE_NUMBER (FUNCTION (x).arity);
730 }
731
732 SCM
733 values (SCM x) ///((arity . n))
734 {
735   SCM v = cons (0, x);
736   TYPE (v) = VALUES;
737   return v;
738 }
739
740 SCM
741 vector_length (SCM x)
742 {
743   assert (TYPE (x) == VECTOR);
744   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
745 }
746
747 SCM
748 vector_ref (SCM x, SCM i)
749 {
750   assert (TYPE (x) == VECTOR);
751   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
752   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
753   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
754   if (TYPE (e) == CHAR) e = MAKE_CHAR (VALUE (e));
755   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
756   return e;
757 }
758
759 SCM
760 vector_entry (SCM x) {
761   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = MAKE_REF (x);
762   return x;
763 }
764
765 SCM
766 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
767 {
768   assert (TYPE (x) == VECTOR);
769   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
770   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
771   return cell_unspecified;
772 }
773
774 SCM
775 list_to_vector (SCM x)
776 {
777   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
778   SCM v = make_vector (tmp_num);
779   SCM p = VECTOR (v);
780   while (x != cell_nil)
781     {
782       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
783       x = cdr (x);
784     }
785   return v;
786 }
787
788 SCM
789 vector_to_list (SCM v)
790 {
791   SCM x = cell_nil;
792   for (int i = 0; i < LENGTH (v); i++) {
793     SCM e = VECTOR (v)+i;
794     if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
795     x = append2 (x, cons (e, cell_nil));
796   }
797   return x;
798 }
799
800 FILE *g_stdin;
801 int
802 getchar ()
803 {
804   return getc (g_stdin);
805 }
806
807 int
808 ungetchar (int c)
809 {
810   return ungetc (c, g_stdin);
811 }
812
813 int
814 peekchar ()
815 {
816   int c = getchar ();
817   ungetchar (c);
818   return c;
819 }
820
821 SCM
822 peek_byte ()
823 {
824   return MAKE_NUMBER (peekchar ());
825 }
826
827 SCM
828 read_byte ()
829 {
830   return MAKE_NUMBER (getchar ());
831 }
832
833 SCM
834 unread_byte (SCM i)
835 {
836   ungetchar (VALUE (i));
837   return i;
838 }
839
840 SCM
841 write_char (SCM x) ///((arity . n))
842 {
843   SCM c = car (x);
844   SCM p = cdr (x);
845   int fd = 1;
846   if (TYPE (p) == PAIR && TYPE (car (p)) == NUMBER) fd = VALUE (car (p));
847   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
848   assert (TYPE (c) == NUMBER || TYPE (c) == CHAR);
849   fputc (VALUE (c), f);
850   return c;
851 }
852
853 void
854 make_tmps (scm* cells)
855 {
856   tmp = g_free.value++;
857   cells[tmp].type = CHAR;
858   tmp_num = g_free.value++;
859   cells[tmp_num].type = NUMBER;
860   tmp_num2 = g_free.value++;
861   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
862   tmp_num3 = g_free.value++;
863   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
864   tmp_num4 = g_free.value++;
865   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
866 }
867
868 //\f Jam Collector
869 SCM g_symbol_max;
870 bool g_debug = false;
871
872 SCM
873 gc_up_arena ()
874 {
875   ARENA_SIZE *= 2;
876   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
877   if (!p)
878     {
879       if (g_debug) fprintf (stderr, "cannot up arena: %s: arena=%d\n", strerror (errno), 2*ARENA_SIZE);
880       return cell_unspecified;
881     }
882   g_cells = (scm*)p;
883   g_cells++;
884   gc_init_news ();
885 }
886
887 SCM
888 gc ()
889 {
890   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
891   g_free.value = 1;
892   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
893   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
894     gc_copy (i);
895   make_tmps (g_news);
896   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
897   SCM new = gc_copy (stack);
898   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
899   stack = new;
900   return gc_loop (1);
901 }
902
903 SCM
904 gc_loop (SCM scan)
905 {
906   while (scan < g_free.value)
907     {
908       if (NTYPE (scan) == CLOSURE
909           || NTYPE (scan) == FUNCTION
910           || NTYPE (scan) == KEYWORD
911           || NTYPE (scan) == MACRO
912           || NTYPE (scan) == PAIR
913           || NTYPE (scan) == REF
914           || scan == 1 // null
915           || NTYPE (scan) == SPECIAL
916           || NTYPE (scan) == STRING
917           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
918         {
919           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
920           gc_relocate_car (scan, car);
921         }
922       if ((NTYPE (scan) == CLOSURE
923            || NTYPE (scan) == MACRO
924            || NTYPE (scan) == PAIR
925            || NTYPE (scan) == VALUES)
926           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
927         {
928           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
929           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
930         }
931       scan++;
932     }
933   return gc_flip ();
934 }
935
936 SCM
937 gc_copy (SCM old)
938 {
939   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
940   SCM new = g_free.value++;
941   g_news[new] = g_cells[old];
942   if (NTYPE (new) == VECTOR)
943     {
944       g_news[new].vector = g_free.value;
945       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
946         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
947     }
948   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
949   g_cells[old].car = new;
950   return new;
951 }
952
953 SCM
954 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
955 {
956   g_news[new].car = car;
957   return cell_unspecified;
958 }
959
960 SCM
961 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
962 {
963   g_news[new].cdr = cdr;
964   return cell_unspecified;
965 }
966
967 SCM
968 gc_flip ()
969 {
970   scm *cells = g_cells;
971   g_cells = g_news;
972   g_news = cells;
973   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
974   return stack;
975 }
976
977 //\f Environment setup
978 SCM
979 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
980 {
981   return cons (cons (key, value), alist);
982 }
983
984 SCM
985 gc_init_cells ()
986 {
987   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
988   g_cells[0].type = VECTOR;
989   g_cells[0].length = 1000;
990   g_cells[0].vector = 0;
991   g_cells++;
992   g_cells[0].type = CHAR;
993   g_cells[0].value = 'c';
994 }
995
996 SCM
997 gc_init_news ()
998 {
999   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1000   g_news[0].type = VECTOR;
1001   g_news[0].length = 1000;
1002   g_news[0].vector = 0;
1003   g_news++;
1004   g_news[0].type = CHAR;
1005   g_news[0].value = 'n';
1006 }
1007
1008 SCM
1009 mes_symbols () ///((internal))
1010 {
1011   gc_init_cells ();
1012   gc_init_news ();
1013
1014 #include "mes.symbols.i"
1015
1016   g_symbol_max = g_free.value;
1017   make_tmps (g_cells);
1018
1019   g_symbols = 0;
1020   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1021     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1022
1023   SCM a = cell_nil;
1024
1025 #include "mes.symbol-names.i"
1026
1027 #if BOOT
1028   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1029 #endif
1030   a = acons (cell_symbol_dot, cell_dot, a);
1031   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1032   a = acons (cell_symbol_sc_expand, cell_f, a);
1033   a = acons (cell_closure, a, a);
1034
1035   return a;
1036 }
1037
1038 SCM
1039 mes_builtins (SCM a)
1040 {
1041 #include "mes.i"
1042
1043 #include "lib.i"
1044 #include "math.i"
1045 #include "posix.i"
1046 #include "reader.i"
1047
1048 #include "lib.environment.i"
1049 #include "math.environment.i"
1050 #include "mes.environment.i"
1051 #include "posix.environment.i"
1052 #include "reader.environment.i"
1053
1054   return a;
1055 }
1056
1057 SCM
1058 mes_stack (SCM a) ///((internal))
1059 {
1060   r0 = a;
1061   r1 = MAKE_CHAR (0);
1062   r2 = MAKE_CHAR (0);
1063   r3 = MAKE_CHAR (0);
1064   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1065   return r0;
1066 }
1067
1068 SCM
1069 mes_environment () ///((internal))
1070 {
1071   SCM a = mes_symbols ();
1072   return mes_stack (a);
1073 }
1074
1075 SCM
1076 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1077 {
1078   return make_cell (tmp_num_ (CLOSURE), cell_f, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1079 }
1080
1081 SCM
1082 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1083 {
1084   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1085   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1086   if (TYPE (m) == MACRO) return MACRO (m);
1087   return cell_f;
1088 }
1089
1090 SCM
1091 read_input_file_env_ (SCM e, SCM a)
1092 {
1093   if (e == cell_nil) return e;
1094   return cons (e, read_input_file_env_ (read_env (a), a));
1095 }
1096
1097 SCM
1098 read_input_file_env (SCM a)
1099 {
1100   r0 = a;
1101   if (assq_ref_cache (cell_symbol_read_input_file, r0) != cell_undefined)
1102     return apply_env (cell_symbol_read_input_file, cell_nil, r0);
1103   return read_input_file_env_ (read_env (r0), r0);
1104 }
1105
1106 SCM
1107 load_env (SCM a) ///((internal))
1108 {
1109   r0 =a;
1110   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mes", "r");
1111   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mes", "r");
1112   if (!g_function) r0 = mes_builtins (r0);
1113   r3 = read_input_file_env (r0);
1114   g_stdin = stdin;
1115   return r3;
1116 }
1117
1118 SCM
1119 bload_env (SCM a) ///((internal))
1120 {
1121   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mo", "r");
1122   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mo", "r");
1123   char *p = (char*)g_cells;
1124   assert (getchar () == 'M');
1125   assert (getchar () == 'E');
1126   assert (getchar () == 'S');
1127   stack = getchar () << 8;
1128   stack += getchar ();
1129   int c = getchar ();
1130   while (c != EOF)
1131     {
1132       *p++ = c;
1133       c = getchar ();
1134     }
1135   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1136   gc_frame (stack);
1137   g_symbols = r1;
1138   g_stdin = stdin;
1139
1140   r0 = mes_builtins (r0);
1141   return r3;
1142 }
1143
1144 int
1145 dump ()
1146 {
1147   r1 = g_symbols;
1148   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1149   stack = cons (frame, stack);
1150   stack = gc (stack);
1151   gc_frame (stack);
1152   char *p = (char*)g_cells;
1153   fputc ('M', stdout);
1154   fputc ('E', stdout);
1155   fputc ('S', stdout);
1156   fputc (stack >> 8, stdout);
1157   fputc (stack % 256, stdout);
1158   for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1159     fputc (*p++, stdout);
1160   return 0;
1161 }
1162
1163 #include "lib.c"
1164 #include "math.c"
1165 #include "posix.c"
1166 #include "reader.c"
1167
1168 int
1169 main (int argc, char *argv[])
1170 {
1171   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1172   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1173   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1174   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.3\n");
1175   g_stdin = stdin;
1176   r0 = mes_environment ();
1177   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1178     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1179   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1180   stderr_ (begin_env (program, r0));
1181   fputs ("", stderr);
1182   gc (stack);
1183   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1184   return 0;
1185 }