f0bcc6c19ab5dda128d4f171121531025fd92cc4
[mes.git] / mes.c
1 /* -*-comment-start: "//";comment-end:""-*-
2  * Mes --- Maxwell Equations of Software
3  * Copyright © 2016,2017 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 #if __GNUC__
23 #define  __NYACC__ 0
24 #define NYACC
25 #define NYACC2
26 #include <assert.h>
27 #include <ctype.h>
28 #include <errno.h>
29 #include <limits.h>
30 #include <stdio.h>
31 #include <string.h>
32 #include <stdlib.h>
33 #include <stdbool.h>
34 #else
35 typedef int bool;
36 #define  __NYACC__ 1
37 #define NYACC nyacc
38 #define NYACC2 nyacc2
39 #endif
40
41 #define DEBUG 0
42 #define FIXED_PRIMITIVES 1
43
44 int ARENA_SIZE = 100000;
45 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
46 int GC_SAFETY = 100;
47
48 typedef int SCM;
49 enum type_t {CHAR, CLOSURE, CONTINUATION, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, REF, SPECIAL, STRING, SYMBOL, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
50 typedef SCM (*function0_t) (void);
51 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
52 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
53 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
54 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
55 typedef struct function_struct {
56   union {
57     function0_t function0;
58     function1_t function1;
59     function2_t function2;
60     function3_t function3;
61     functionn_t functionn;
62   } NYACC;
63   int arity;
64   char const *name;
65 } function_t;
66 struct scm;
67 typedef struct scm_struct {
68   enum type_t type;
69   union {
70     char const* name;
71     SCM string;
72     SCM car;
73     SCM ref;
74     int length;
75   } NYACC;
76   union {
77     int value;
78     int function;
79     SCM cdr;
80     SCM closure;
81     SCM continuation;
82     SCM macro;
83     SCM vector;
84     int hits;
85   } NYACC2;
86 } scm;
87
88 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
89 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
90 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
91 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
92 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
93 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
94 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
95 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
96 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
97 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
98
99 scm scm_symbol_dot = {SYMBOL, "*dot*"};
100 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
101 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
102 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
103 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
104 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
105
106 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
107 scm scm_symbol_macro_expand = {SYMBOL, "macro-expand"};
108 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
109
110 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
111 scm scm_call_with_current_continuation = {SPECIAL, "*call/cc*"};
112 scm scm_symbol_call_with_current_continuation = {SYMBOL, "call-with-current-continuation"};
113 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
114 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
115 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
116 scm scm_symbol_write = {SYMBOL, "write"};
117 scm scm_symbol_display = {SYMBOL, "display"};
118
119 scm scm_symbol_throw = {SYMBOL, "throw"};
120 scm scm_symbol_not_a_pair = {SYMBOL, "not-a-pair"};
121 scm scm_symbol_system_error = {SYMBOL, "system-error"};
122 scm scm_symbol_wrong_number_of_args = {SYMBOL, "wrong-number-of-args"};
123 scm scm_symbol_wrong_type_arg = {SYMBOL, "wrong-type-arg"};
124 scm scm_symbol_unbound_variable = {SYMBOL, "unbound-variable"};
125
126 scm scm_symbol_argv = {SYMBOL, "%argv"};
127 scm scm_symbol_mes_prefix = {SYMBOL, "%prefix"};
128 scm scm_symbol_mes_version = {SYMBOL, "%version"};
129
130 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
131 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
132 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
133 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
134 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
135
136 scm scm_vm_evlis = {SPECIAL, "*vm-evlis*"};
137 scm scm_vm_evlis2 = {SPECIAL, "*vm-evlis2*"};
138 scm scm_vm_evlis3 = {SPECIAL, "*vm-evlis3*"};
139 scm scm_vm_apply = {SPECIAL, "core:apply"};
140 scm scm_vm_apply2 = {SPECIAL, "*vm-apply2*"};
141 scm scm_vm_eval = {SPECIAL, "core:eval"};
142
143 #if 1 //FIXED_PRIMITIVES
144 scm scm_vm_eval_car = {SPECIAL, "*vm-eval-car*"};
145 scm scm_vm_eval_cdr = {SPECIAL, "*vm-eval-cdr*"};
146 scm scm_vm_eval_cons = {SPECIAL, "*vm-eval-cons*"};
147 scm scm_vm_eval_null_p = {SPECIAL, "*vm-eval-null-p*"};
148 #endif
149
150 scm scm_vm_eval_set_x = {SPECIAL, "*vm-eval-set!*"};
151 scm scm_vm_eval_macro = {SPECIAL, "*vm-eval-macro*"};
152 scm scm_vm_eval2 = {SPECIAL, "*vm-eval2*"};
153 scm scm_vm_macro_expand = {SPECIAL, "core:macro-expand"};
154 scm scm_vm_begin = {SPECIAL, "*vm-begin*"};
155 scm scm_vm_begin_read_input_file = {SPECIAL, "*vm-begin-read-input-file*"};
156 scm scm_vm_begin2 = {SPECIAL, "*vm-begin2*"};
157 scm scm_vm_if = {SPECIAL, "*vm-if*"};
158 scm scm_vm_if_expr = {SPECIAL, "*vm-if-expr*"};
159 scm scm_vm_call_with_values2 = {SPECIAL, "*vm-call-with-values2*"};
160 scm scm_vm_call_with_current_continuation2 = {SPECIAL, "*vm-call-with-current-continuation2*"};
161 scm scm_vm_return = {SPECIAL, "*vm-return*"};
162
163 scm scm_test = {SYMBOL, "test"};
164
165 int g_free = 0;
166 scm *g_cells;
167 scm *g_news = 0;
168
169 #include "mes.symbols.h"
170
171 SCM tmp;
172 SCM tmp_num;
173 SCM tmp_num2;
174
175 function_t g_functions[200];
176 int g_function = 0;
177
178 SCM g_continuations = 0;
179 SCM g_symbols = 0;
180 SCM g_stack = 0;
181 SCM r0 = 0; // a/env
182 SCM r1 = 0; // param 1
183 SCM r2 = 0; // save 2+load/dump
184 SCM r3 = 0; // continuation
185
186 #include "lib.h"
187 #include "math.h"
188 #include "mes.h"
189 #include "posix.h"
190 #include "reader.h"
191
192 #define CAR(x) g_cells[x].car
193 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
194 #define CONTINUATION(x) g_cells[x].cdr
195 #define HITS(x) g_cells[x].hits
196 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
197 #define NAME(x) g_cells[x].name
198 #define STRING(x) g_cells[x].string
199 #define TYPE(x) g_cells[x].type
200 #define CLOSURE(x) g_cells[x].closure
201 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
202 #define REF(x) g_cells[x].ref
203 #define VALUE(x) g_cells[x].value
204 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
205 #define FUNCTION(x) g_functions[g_cells[x].function]
206 #define NCAR(x) g_news[x].car
207 #define NTYPE(x) g_news[x].type
208
209 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
210 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
211 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
212 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
213 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
214 #define CDDDR(x) CDR (CDR (CDR (x)))
215 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
216 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
217
218 #define MAKE_CHAR(n) make_cell (tmp_num_ (CHAR), 0, tmp_num2_ (n))
219 #define MAKE_CONTINUATION(n) make_cell (tmp_num_ (CONTINUATION), n, g_stack)
220 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
221 #define MAKE_REF(n) make_cell (tmp_num_ (REF), n, 0)
222 #define MAKE_STRING(x) make_cell (tmp_num_ (STRING), x, 0)
223
224 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM a);
225
226 SCM
227 tmp_num_ (int x)
228 {
229   g_cells[tmp_num].value = x;
230   return tmp_num;
231 }
232
233 SCM
234 tmp_num2_ (int x)
235 {
236   g_cells[tmp_num2].value = x;
237   return tmp_num2;
238 }
239
240 SCM
241 alloc (int n)
242 {
243   assert (g_free + n < ARENA_SIZE);
244   SCM x = g_free;
245   g_free += n;
246   return x;
247 }
248
249 SCM
250 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
251 {
252   SCM x = alloc (1);
253   assert (TYPE (type) == NUMBER);
254   TYPE (x) = VALUE (type);
255   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
256     if (car) CAR (x) = CAR (car);
257     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
258   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
259     if (car) CAR (x) = car;
260     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
261   } else {
262     CAR (x) = car;
263     CDR (x) = cdr;
264   }
265   return x;
266 }
267
268 SCM
269 cons (SCM x, SCM y)
270 {
271   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
272   return make_cell (tmp_num, x, y);
273 }
274
275 SCM
276 car (SCM x)
277 {
278   if (TYPE (x) != PAIR) error (cell_symbol_not_a_pair, cons (x, cell_symbol_car));
279   return CAR (x);
280 }
281
282 SCM
283 cdr (SCM x)
284 {
285   if (TYPE (x) != PAIR) error (cell_symbol_not_a_pair, cons (x, cell_symbol_cdr));
286   return CDR (x);
287 }
288
289 SCM
290 eq_p (SCM x, SCM y)
291 {
292   return (x == y
293           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
294                && STRING (x) == STRING (y)))
295           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
296               && VALUE (x) == VALUE (y))
297           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
298               && VALUE (x) == VALUE (y)))
299     ? cell_t : cell_f;
300 }
301
302 SCM
303 type_ (SCM x)
304 {
305   return MAKE_NUMBER (TYPE (x));
306 }
307
308 SCM
309 car_ (SCM x)
310 {
311   return (TYPE (x) != CONTINUATION
312           && (TYPE (CAR (x)) == PAIR // FIXME: this is weird
313               || TYPE (CAR (x)) == REF
314               || TYPE (CAR (x)) == SPECIAL
315               || TYPE (CAR (x)) == SYMBOL
316               || TYPE (CAR (x)) == STRING)) ? CAR (x) : MAKE_NUMBER (CAR (x));
317 }
318
319 SCM
320 cdr_ (SCM x)
321 {
322   return (TYPE (CDR (x)) == PAIR
323           || TYPE (CDR (x)) == REF
324           || TYPE (CAR (x)) == SPECIAL
325           || TYPE (CDR (x)) == SYMBOL
326           || TYPE (CDR (x)) == STRING) ? CDR (x) : MAKE_NUMBER (CDR (x));
327 }
328
329 SCM
330 set_car_x (SCM x, SCM e)
331 {
332   assert (TYPE (x) == PAIR);
333   CAR (x) = e;
334   return cell_unspecified;
335 }
336
337 SCM
338 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
339 {
340   if (TYPE (x) != PAIR) error (cell_symbol_not_a_pair, cons (x, cell_set_cdr_x));
341   CDR (x) = e;
342   return cell_unspecified;
343 }
344
345 SCM
346 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
347 {
348   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
349   if (TYPE (p) != PAIR)  error (cell_symbol_not_a_pair, cons (p, x));
350   return set_cdr_x (p, e);
351 }
352
353 SCM
354 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
355 {
356   if (x == cell_nil)
357     return a;
358   if (TYPE (x) != PAIR)
359     return cons (cons (x, y), a);
360   return cons (cons (car (x), car (y)),
361                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
362 }
363
364 SCM
365 assq (SCM x, SCM a)
366 {
367   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f) a = CDR (a);
368   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
369 }
370
371 SCM
372 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
373 {
374   x = assq (x, a);
375   if (x == cell_f) return cell_undefined;
376   return cdr (x);
377 }
378
379 SCM
380 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
381 {
382   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
383   r1 = e;
384   r0 = cl;
385   return cell_unspecified;
386 }
387
388 SCM
389 push_cc (SCM p1, SCM p2, SCM a, SCM c) ///((internal))
390 {
391   SCM x = r3;
392   r3 = c;
393   r2 = p2;
394   gc_push_frame ();
395   r1 = p1;
396   r0 = a;
397   r3 = x;
398   return cell_unspecified;
399 }
400
401 SCM
402 eval_apply ()
403 {
404  eval_apply:
405   if (g_free + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
406     gc_pop_frame (gc (gc_push_frame ()));
407
408   switch (r3)
409     {
410     case cell_vm_evlis: goto evlis;
411     case cell_vm_evlis2: goto evlis2;
412     case cell_vm_evlis3: goto evlis3;
413     case cell_vm_apply: goto apply;
414     case cell_vm_apply2: goto apply2;
415     case cell_vm_eval: goto eval;
416 #if FIXED_PRIMITIVES
417     case cell_vm_eval_car: goto eval_car;
418     case cell_vm_eval_cdr: goto eval_cdr;
419     case cell_vm_eval_cons: goto eval_cons;
420     case cell_vm_eval_null_p: goto eval_null_p;
421 #endif
422     case cell_vm_eval_set_x: goto eval_set_x;
423     case cell_vm_eval_macro: goto eval_macro;
424     case cell_vm_eval2: goto eval2;
425     case cell_vm_macro_expand: goto macro_expand;
426     case cell_vm_begin: goto begin;
427     case cell_vm_begin_read_input_file: goto begin_read_input_file;
428     case cell_vm_begin2: goto begin2;
429     case cell_vm_if: goto vm_if;
430     case cell_vm_if_expr: goto if_expr;
431     case cell_vm_call_with_current_continuation2: goto call_with_current_continuation2;
432     case cell_vm_call_with_values2: goto call_with_values2;
433     case cell_vm_return: goto vm_return;
434     case cell_unspecified: return r1;
435     default:
436       assert (0);
437     }
438
439   SCM x = cell_nil;
440   SCM y = cell_nil;
441  evlis:
442   if (r1 == cell_nil) goto vm_return;
443   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
444   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_evlis2);
445   goto eval;
446  evlis2:
447   push_cc (cdr (r2), r1, r0, cell_vm_evlis3);
448   goto evlis;
449  evlis3:
450   r1 = cons (r2, r1);
451   goto vm_return;
452
453  apply:
454   switch (TYPE (car (r1)))
455     {
456     case FUNCTION: {
457       check_formals (car (r1), MAKE_NUMBER (FUNCTION (car (r1)).arity), cdr (r1));
458       r1 = call (car (r1), cdr (r1)); /// FIXME: move into eval_apply
459       goto vm_return;
460     }
461     case CLOSURE:
462       {
463         SCM cl = CLOSURE (car (r1));
464         SCM formals = cadr (cl);
465         SCM body = cddr (cl);
466         SCM aa = cdar (cl);
467         aa = cdr (aa);
468         check_formals (car (r1), formals, cdr (r1));
469         SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), aa);
470         call_lambda (body, p, aa, r0);
471         goto begin;
472       }
473       case CONTINUATION:
474         {
475           x = r1;
476           g_stack = CONTINUATION (CAR (r1));
477           gc_pop_frame ();
478           r1 = cadr (x);
479           goto eval_apply;
480         }
481     case SPECIAL:
482       {
483         switch (car (r1))
484           {
485           case cell_vm_apply:
486             {
487               push_cc (cons (CADR (r1), CADDR (r1)), r1, r0, cell_vm_return);
488               goto apply;
489             }
490           case cell_vm_eval:
491             {
492               push_cc (CADR (r1), r1, CADDR (r1), cell_vm_return);
493               goto eval;
494             }
495           case cell_call_with_current_continuation:
496             {
497               r1 = cdr (r1);
498               goto call_with_current_continuation;
499             }
500           default: check_apply (cell_f, car (r1));
501           }
502       }
503     case SYMBOL:
504       {
505         if (car (r1) == cell_symbol_call_with_values)
506           {
507             r1 = cdr (r1);
508             goto call_with_values;
509           }
510         if (car (r1) == cell_symbol_current_module)
511           {
512             r1 = r0;
513             goto vm_return;
514           }
515         break;
516       }
517     case PAIR:
518       {
519         switch (caar (r1))
520           {
521           case cell_symbol_lambda:
522             {
523               SCM formals = cadr (car (r1));
524               SCM body = cddr (car (r1));
525               SCM p = pairlis (formals, cdr (r1), r0);
526               check_formals (r1, formals, cdr (r1));
527               call_lambda (body, p, p, r0);
528               goto begin;
529             }
530           }
531       }
532     }
533   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_apply2);
534   goto eval;
535  apply2:
536   check_apply (r1, car (r2));
537   r1 = cons (r1, cdr (r2));
538   goto apply;
539
540  eval:
541   switch (TYPE (r1))
542     {
543     case PAIR:
544       {
545         switch (car (r1))
546           {
547 #if FIXED_PRIMITIVES
548           case cell_symbol_car:
549             {
550               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_car); goto eval;
551             eval_car:
552               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = car (x); goto eval_apply;
553             }
554           case cell_symbol_cdr:
555             {
556               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_cdr); goto eval;
557             eval_cdr:
558               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = cdr (x); goto eval_apply;
559             }
560           case cell_symbol_cons: {
561             push_cc (CDR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_cons); goto evlis;
562             eval_cons:
563             x = r1;
564             gc_pop_frame ();
565             r1 = cons (CAR (x), CADR (x));
566             goto eval_apply;
567           }
568           case cell_symbol_null_p:
569             {
570               push_cc (CADR (r1), r1, r0, cell_vm_eval_null_p);
571               goto eval;
572             eval_null_p:
573               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = null_p (x); goto eval_apply;
574             }
575 #endif // FIXED_PRIMITIVES
576           case cell_symbol_quote:
577             {
578               x = r1; gc_pop_frame (); r1 = cadr (x); goto eval_apply;
579             }
580           case cell_symbol_begin: goto begin;
581           case cell_symbol_lambda:
582             {
583               r1 = make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
584               goto vm_return;
585             }
586           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto vm_if;}
587           case cell_symbol_set_x:
588             {
589               push_cc (car (cddr (r1)), r1, r0, cell_vm_eval_set_x);
590               goto eval;
591             eval_set_x:
592               x = r2;
593               r1 = set_env_x (cadr (x), r1, r0);
594               goto vm_return;
595             }
596           case cell_vm_macro_expand:
597             {
598               push_cc (cadr (r1), r1, r0, cell_vm_return);
599               goto macro_expand;
600             }
601           default: {
602             push_cc (r1, r1, r0, cell_vm_eval_macro);
603             goto macro_expand;
604             eval_macro:
605             x = r2;
606             if (r1 != r2)
607               {
608                 if (TYPE (r1) == PAIR)
609                   {
610                     set_cdr_x (r2, cdr (r1));
611                     set_car_x (r2, car (r1));
612                   }
613                 goto eval;
614               }
615             push_cc (CDR (r1), r1, r0, cell_vm_eval2); goto evlis;
616             eval2:
617             r1 = cons (car (r2), r1);
618             goto apply;
619           }
620           }
621       }
622     case SYMBOL:
623       {
624         r1 = assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
625         goto vm_return;
626       }
627     default: goto vm_return;
628     }
629
630   SCM macro;
631   SCM expanders;
632  macro_expand:
633   if (TYPE (r1) == PAIR
634       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
635     {
636       r1 = cons (macro, CDR (r1));
637       goto apply;
638     }
639   else if (TYPE (r1) == PAIR
640            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
641            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
642            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
643     {
644       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
645       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
646         {
647           r1 = cons (sc_expand, cons (r1, cell_nil));
648           goto apply;
649         }
650     }
651   goto vm_return;
652
653  begin:
654   x = cell_unspecified;
655   while (r1 != cell_nil) {
656     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
657       {
658         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
659           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
660         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
661           {
662             push_cc (cons (cell_symbol_read_input_file, cell_nil), r1, r0, cell_vm_begin_read_input_file);
663             goto apply;
664           begin_read_input_file:
665             r1 = append2 (r1, cdr (r2));
666           }
667       }
668     if (CDR (r1) == cell_nil)
669       {
670         r1 = car (r1);
671         goto eval;
672       }
673     push_cc (CAR (r1), r1, r0, cell_vm_begin2);
674     goto eval;
675   begin2:
676     x = r1;
677     r1 = CDR (r2);
678   }
679   r1 = x;
680   goto vm_return;
681
682  vm_if:
683   push_cc (car (r1), r1, r0, cell_vm_if_expr);
684   goto eval;
685  if_expr:
686   x = r1;
687   r1 = r2;
688   if (x != cell_f)
689     {
690       r1 = cadr (r1);
691       goto eval;
692     }
693   if (cddr (r1) != cell_nil)
694     {
695       r1 = car (cddr (r1));
696       goto eval;
697     }
698   r1 = cell_unspecified;
699   goto vm_return;
700
701  call_with_current_continuation:
702   gc_push_frame ();
703   x = MAKE_CONTINUATION (g_continuations++);
704   gc_pop_frame ();
705   push_cc (cons (car (r1), cons (x, cell_nil)), x, r0, cell_vm_call_with_current_continuation2);
706   goto apply;
707  call_with_current_continuation2:
708   CONTINUATION (r2) = g_stack;
709   goto vm_return;
710
711  call_with_values:
712   push_cc (cons (car (r1), cell_nil), r1, r0, cell_vm_call_with_values2);
713   goto apply;
714  call_with_values2:
715   if (TYPE (r1) == VALUES)
716     r1 = CDR (r1);
717   r1 = cons (cadr (r2), r1);
718   goto apply;
719
720  vm_return:
721   x = r1;
722   gc_pop_frame ();
723   r1 = x;
724   goto eval_apply;
725 }
726
727 SCM
728 call (SCM fn, SCM x)
729 {
730   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
731       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
732     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
733   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
734       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
735     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
736   switch (FUNCTION (fn).arity)
737     {
738     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
739     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
740     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
741     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), car (cddr (x)));
742     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
743     }
744
745   return cell_unspecified;
746 }
747
748 SCM
749 gc_peek_frame ()
750 {
751   SCM frame = car (g_stack);
752   r1 = car (frame);
753   r2 = cadr (frame);
754   r3 = car (cddr (frame));
755   r0 = cadr (cddr (frame));
756   return frame;
757 }
758
759 SCM
760 gc_pop_frame ()
761 {
762   SCM frame = gc_peek_frame (g_stack);
763   g_stack = cdr (g_stack);
764   return frame;
765 }
766
767 SCM
768 gc_push_frame ()
769 {
770   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
771   return g_stack = cons (frame, g_stack);
772 }
773
774 SCM
775 apply (SCM f, SCM x, SCM a) ///((internal))
776 {
777   push_cc (cons (f, x), cell_unspecified, r0, cell_unspecified);
778   r3 = cell_vm_apply;
779   return eval_apply ();
780 }
781
782 SCM
783 append2 (SCM x, SCM y)
784 {
785   if (x == cell_nil) return y;
786   assert (TYPE (x) == PAIR);
787   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
788 }
789
790 SCM
791 append (SCM x) ///((arity . n))
792  {
793   if (x == cell_nil) return cell_nil;
794   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
795   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
796  }
797
798 SCM
799 cstring_to_list (char const* s)
800 {
801   SCM p = cell_nil;
802   int i = strlen (s);
803   while (i--)
804     p = cons (MAKE_CHAR (s[i]), p);
805   return p;
806 }
807
808 SCM
809 null_p (SCM x)
810 {
811   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
812 }
813
814 SCM
815 make_symbol_ (SCM s)
816 {
817   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
818   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
819   g_symbols = cons (x, g_symbols);
820   return x;
821 }
822
823 SCM
824 make_symbol (SCM s)
825 {
826   SCM x = lookup_symbol_ (s);
827   return x ? x : make_symbol_ (s);
828 }
829
830 SCM
831 make_vector (SCM n)
832 {
833   int k = VALUE (n);
834   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
835   SCM v = alloc (k);
836   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
837   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
838   return x;
839 }
840
841 SCM
842 arity_ (SCM x)
843 {
844   assert (TYPE (x) == FUNCTION);
845   return MAKE_NUMBER (FUNCTION (x).arity);
846 }
847
848 SCM
849 values (SCM x) ///((arity . n))
850 {
851   SCM v = cons (0, x);
852   TYPE (v) = VALUES;
853   return v;
854 }
855
856 SCM
857 vector_length (SCM x)
858 {
859   assert (TYPE (x) == VECTOR);
860   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
861 }
862
863 SCM
864 vector_ref (SCM x, SCM i)
865 {
866   assert (TYPE (x) == VECTOR);
867   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
868   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
869   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
870   if (TYPE (e) == CHAR) e = MAKE_CHAR (VALUE (e));
871   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
872   return e;
873 }
874
875 SCM
876 vector_entry (SCM x) {
877   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = MAKE_REF (x);
878   return x;
879 }
880
881 SCM
882 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
883 {
884   assert (TYPE (x) == VECTOR);
885   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
886   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
887   return cell_unspecified;
888 }
889
890 SCM
891 list_to_vector (SCM x)
892 {
893   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
894   SCM v = make_vector (tmp_num);
895   SCM p = VECTOR (v);
896   while (x != cell_nil)
897     {
898       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
899       x = cdr (x);
900     }
901   return v;
902 }
903
904 SCM
905 vector_to_list (SCM v)
906 {
907   SCM x = cell_nil;
908   for (int i = 0; i < LENGTH (v); i++) {
909     SCM e = VECTOR (v)+i;
910     if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
911     x = append2 (x, cons (e, cell_nil));
912   }
913   return x;
914 }
915
916 void
917 make_tmps (scm* cells)
918 {
919   tmp = g_free++;
920   cells[tmp].type = CHAR;
921   tmp_num = g_free++;
922   cells[tmp_num].type = NUMBER;
923   tmp_num2 = g_free++;
924   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
925 }
926
927 //\f Jam Collector
928 SCM g_symbol_max;
929 bool g_debug = false;
930
931 SCM
932 gc_up_arena ()
933 {
934   ARENA_SIZE *= 2;
935   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
936   if (!p) error (cell_symbol_system_error, cons (MAKE_STRING (cstring_to_list (strerror (errno))), MAKE_NUMBER (g_free)));
937   g_cells = (scm*)p;
938   g_cells++;
939   gc_init_news ();
940 }
941
942 SCM
943 gc ()
944 {
945   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free);
946   g_free = 1;
947   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
948   for (int i=g_free; i<g_symbol_max; i++)
949     gc_copy (i);
950   make_tmps (g_news);
951   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
952   SCM new = gc_copy (g_stack);
953   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, g_stack);
954   g_stack = new;
955   return gc_loop (1);
956 }
957
958 SCM
959 gc_loop (SCM scan)
960 {
961   while (scan < g_free)
962     {
963       if (NTYPE (scan) == CLOSURE
964           || NTYPE (scan) == CONTINUATION
965           || NTYPE (scan) == FUNCTION
966           || NTYPE (scan) == KEYWORD
967           || NTYPE (scan) == MACRO
968           || NTYPE (scan) == PAIR
969           || NTYPE (scan) == REF
970           || scan == 1 // null
971           || NTYPE (scan) == SPECIAL
972           || NTYPE (scan) == STRING
973           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
974         {
975           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
976           gc_relocate_car (scan, car);
977         }
978       if ((NTYPE (scan) == CLOSURE
979            || NTYPE (scan) == CONTINUATION
980            || NTYPE (scan) == MACRO
981            || NTYPE (scan) == PAIR
982            || NTYPE (scan) == VALUES)
983           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
984         {
985           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
986           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
987         }
988       scan++;
989     }
990   return gc_flip ();
991 }
992
993 SCM
994 gc_copy (SCM old)
995 {
996   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
997   SCM new = g_free++;
998   g_news[new] = g_cells[old];
999   if (NTYPE (new) == VECTOR)
1000     {
1001       g_news[new].vector = g_free;
1002       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
1003         g_news[g_free++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
1004     }
1005   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
1006   g_cells[old].car = new;
1007   return new;
1008 }
1009
1010 SCM
1011 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
1012 {
1013   g_news[new].car = car;
1014   return cell_unspecified;
1015 }
1016
1017 SCM
1018 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
1019 {
1020   g_news[new].cdr = cdr;
1021   return cell_unspecified;
1022 }
1023
1024 SCM
1025 gc_flip ()
1026 {
1027   scm *cells = g_cells;
1028   g_cells = g_news;
1029   g_news = cells;
1030   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free);
1031   return g_stack;
1032 }
1033
1034 //\f Environment setup
1035 SCM
1036 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1037 {
1038   return cons (cons (key, value), alist);
1039 }
1040
1041 SCM
1042 gc_init_cells ()
1043 {
1044   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1045   g_cells[0].type = VECTOR;
1046   g_cells[0].length = 1000;
1047   g_cells[0].vector = 0;
1048   g_cells++;
1049   g_cells[0].type = CHAR;
1050   g_cells[0].value = 'c';
1051 }
1052
1053 SCM
1054 gc_init_news ()
1055 {
1056   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1057   g_news[0].type = VECTOR;
1058   g_news[0].length = 1000;
1059   g_news[0].vector = 0;
1060   g_news++;
1061   g_news[0].type = CHAR;
1062   g_news[0].value = 'n';
1063 }
1064
1065 SCM
1066 mes_symbols () ///((internal))
1067 {
1068   gc_init_cells ();
1069   gc_init_news ();
1070
1071 #include "mes.symbols.i"
1072
1073   g_symbol_max = g_free;
1074   make_tmps (g_cells);
1075
1076   g_symbols = 0;
1077   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1078     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1079
1080   SCM a = cell_nil;
1081
1082 #include "mes.symbol-names.i"
1083
1084   a = acons (cell_symbol_mes_version, MAKE_STRING (cstring_to_list (VERSION)), a);
1085   a = acons (cell_symbol_mes_prefix, MAKE_STRING (cstring_to_list (PREFIX)), a);
1086
1087 #if BOOT
1088   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1089 #endif
1090   a = acons (cell_symbol_dot, cell_dot, a);
1091   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1092   a = acons (cell_symbol_call_with_current_continuation, cell_call_with_current_continuation, a);
1093   a = acons (cell_symbol_sc_expand, cell_f, a);
1094   a = acons (cell_closure, a, a);
1095
1096   return a;
1097 }
1098
1099 SCM
1100 mes_builtins (SCM a)
1101 {
1102 #include "mes.i"
1103
1104 #include "lib.i"
1105 #include "math.i"
1106 #include "posix.i"
1107 #include "reader.i"
1108
1109 #include "lib.environment.i"
1110 #include "math.environment.i"
1111 #include "mes.environment.i"
1112 #include "posix.environment.i"
1113 #include "reader.environment.i"
1114
1115   return a;
1116 }
1117
1118 SCM
1119 mes_g_stack (SCM a) ///((internal))
1120 {
1121   r0 = a;
1122   r1 = MAKE_CHAR (0);
1123   r2 = MAKE_CHAR (0);
1124   r3 = MAKE_CHAR (0);
1125   g_stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1126   return r0;
1127 }
1128
1129 SCM
1130 mes_environment () ///((internal))
1131 {
1132   SCM a = mes_symbols ();
1133   return mes_g_stack (a);
1134 }
1135
1136 SCM
1137 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1138 {
1139   return make_cell (tmp_num_ (CLOSURE), cell_f, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1140 }
1141
1142 SCM
1143 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1144 {
1145   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1146   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1147   if (TYPE (m) == MACRO) return MACRO (m);
1148   return cell_f;
1149 }
1150
1151 FILE *g_stdin;
1152 #include "lib.c"
1153 #include "math.c"
1154 #include "posix.c"
1155 #include "reader.c"
1156
1157 int
1158 main (int argc, char *argv[])
1159 {
1160 #if __GNUC__
1161   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1162 #else
1163 #endif
1164   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1165   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes [--dump|--load] < FILE");
1166   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) {puts ("Mes ");puts (VERSION);return 0;};
1167   g_stdin = stdin;
1168   r0 = mes_environment ();
1169
1170   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1171     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1172   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1173
1174   SCM lst = cell_nil;
1175   for (int i=argc; i; i--) lst = cons (MAKE_STRING (cstring_to_list (argv[i-1])), lst);
1176   r0 = acons (cell_symbol_argv, lst, r0);
1177
1178   push_cc (r2, cell_unspecified, r0, cell_unspecified);
1179   r3 = cell_vm_begin;
1180   r1 = eval_apply ();
1181   stderr_ (r1);
1182   fputs ("", stderr);
1183   gc (g_stack);
1184 #if __GNUC__
1185   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free);
1186 #else
1187 #endif
1188   return 0;
1189 }