core: Remove define.
[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 QUASIQUOTE 1
33 #define QUASISYNTAX 0
34 #define ENV_CACHE 0
35 #define FIXED_PRIMITIVES 1
36 #define READER 1
37
38 #if READER
39 int ARENA_SIZE = 1000000;
40 #else
41 int ARENA_SIZE = 100000;
42 #endif
43 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
44 int GC_SAFETY = 100;
45
46 typedef int SCM;
47 enum type_t {CHAR, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, SPECIAL, STRING, SYMBOL, REF, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
48 typedef SCM (*function0_t) (void);
49 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
50 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
51 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
52 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
53 typedef struct function_t {
54   union {
55     function0_t function0;
56     function1_t function1;
57     function2_t function2;
58     function3_t function3;
59     functionn_t functionn;
60   };
61   int arity;
62 } function;
63 struct scm_t;
64 typedef struct scm_t {
65   enum type_t type;
66   union {
67     char const *name;
68     SCM string;
69     SCM car;
70     SCM ref;
71     int length;
72   };
73   union {
74     int value;
75     int function;
76     SCM cdr;
77     SCM macro;
78     SCM vector;
79     int hits;
80   };
81 } scm;
82
83 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
84 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
85 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
86 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
87 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
88 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
89 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
90 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
91 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
92 #if BOOT
93 scm scm_label = {
94   SPECIAL, "label"};
95 #endif
96 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
97
98 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
99 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
100 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
101 scm scm_symbol_define = {SYMBOL, "define"};
102 scm scm_symbol_define_macro = {SYMBOL, "define-macro"};
103 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
104
105 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
106 scm scm_symbol_quasiquote = {SYMBOL, "quasiquote"};
107 scm scm_symbol_unquote = {SYMBOL, "unquote"};
108 scm scm_symbol_unquote_splicing = {SYMBOL, "unquote-splicing"};
109
110 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
111 scm scm_symbol_expand_macro = {SYMBOL, "expand-macro"};
112 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
113 scm scm_symbol_noexpand = {SYMBOL, "noexpand"};
114 scm scm_symbol_syntax = {SYMBOL, "syntax"};
115 scm scm_symbol_quasisyntax = {SYMBOL, "quasisyntax"};
116 scm scm_symbol_unsyntax = {SYMBOL, "unsyntax"};
117 scm scm_symbol_unsyntax_splicing = {SYMBOL, "unsyntax-splicing"};
118
119 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
120 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
121 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
122 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
123
124 scm scm_symbol_the_unquoters = {SYMBOL, "*the-unquoters*"};
125 scm scm_symbol_the_unsyntaxers = {SYMBOL, "*the-unsyntaxers*"};
126
127 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
128 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
129 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
130 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
131 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
132
133 scm char_eof = {CHAR, .name="*eof*", .value=-1};
134 scm char_nul = {CHAR, .name="nul", .value=0};
135 scm char_alarm = {CHAR, .name="alarm", .value=8};
136 scm char_backspace = {CHAR, .name="backspace", .value=8};
137 scm char_tab = {CHAR, .name="tab", .value=9};
138 scm char_newline = {CHAR, .name="newline", .value=10};
139 scm char_vtab = {CHAR, .name="vtab", .value=11};
140 scm char_page = {CHAR, .name="page", .value=12};
141 scm char_return = {CHAR, .name="return", .value=13};
142 scm char_space = {CHAR, .name="space", .value=32};
143
144 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
145 scm *g_cells;
146 scm *g_news = 0;
147
148 #include "mes.symbols.h"
149
150 SCM tmp;
151 SCM tmp_num;
152 SCM tmp_num2;
153 SCM tmp_num3;
154 SCM tmp_num4;
155
156 function functions[200];
157 int g_function = 0;
158
159 SCM g_symbols = 0;
160 SCM stack = 0;
161 SCM r0 = 0; // a/env
162 SCM r1 = 0; // param 1
163 SCM r2 = 0; // param 2
164 SCM r3 = 0; // param 3
165
166 #include "display.h"
167 #include "lib.h"
168 #include "math.h"
169 #include "mes.h"
170 #include "posix.h"
171 #include "quasiquote.h"
172 #include "reader.h"
173 #include "string.h"
174 #include "type.h"
175
176 #define CAR(x) g_cells[x].car
177 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
178 #define HITS(x) g_cells[x].hits
179 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
180 #define NAME(x) g_cells[x].name
181 #define STRING(x) g_cells[x].string
182 #define TYPE(x) g_cells[x].type
183 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
184 #define REF(x) g_cells[x].ref
185 #define VALUE(x) g_cells[x].value
186 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
187 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
188 #define NCAR(x) g_news[x].car
189 #define NTYPE(x) g_news[x].type
190
191 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
192 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
193 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
194 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
195 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
196 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
197 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
198
199 SCM display_ (FILE* f, SCM x);
200 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
201
202 SCM
203 alloc (int n)
204 {
205   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
206   SCM x = g_free.value;
207   g_free.value += n;
208   return x;
209 }
210
211 SCM
212 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
213 {
214   SCM x = alloc (1);
215   assert (TYPE (type) == NUMBER);
216   TYPE (x) = VALUE (type);
217   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
218     if (car) CAR (x) = CAR (car);
219     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
220   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
221     if (car) CAR (x) = car;
222     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
223   } else {
224     CAR (x) = car;
225     CDR (x) = cdr;
226   }
227   return x;
228 }
229
230 SCM
231 cons (SCM x, SCM y)
232 {
233   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
234   return make_cell (tmp_num, x, y);
235 }
236
237 SCM
238 car (SCM x)
239 {
240   assert (TYPE (x) == PAIR);
241   return CAR (x);
242 }
243
244 SCM
245 cdr (SCM x)
246 {
247   assert (TYPE (x) == PAIR);
248   return CDR (x);
249 }
250
251 SCM
252 eq_p (SCM x, SCM y)
253 {
254   return (x == y
255           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
256                && STRING (x) == STRING (y)))
257           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
258               && VALUE (x) == VALUE (y))
259           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
260               && VALUE (x) == VALUE (y)))
261     ? cell_t : cell_f;
262 }
263
264 SCM
265 set_car_x (SCM x, SCM e)
266 {
267   assert (TYPE (x) == PAIR);
268   CAR (x) = e;
269   return cell_unspecified;
270 }
271
272 SCM
273 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
274 {
275   assert (TYPE (x) == PAIR);
276   CDR (x) = e;
277   return cell_unspecified;
278 }
279
280 SCM
281 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
282 {
283   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
284   return set_cdr_x (p, e);
285 }
286
287 SCM
288 quote (SCM x)
289 {
290   return cons (cell_symbol_quote, x);
291 }
292
293 SCM
294 quasiquote (SCM x)
295 {
296   return cons (cell_symbol_quasiquote, x);
297 }
298
299 SCM
300 quasisyntax (SCM x)
301 {
302   return cons (cell_symbol_quasisyntax, x);
303 }
304
305 SCM
306 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
307 {
308   if (x == cell_nil)
309     return a;
310   if (pair_p (x) == cell_f)
311     return cons (cons (x, y), a);
312   return cons (cons (car (x), car (y)),
313                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
314 }
315
316 SCM
317 assq (SCM x, SCM a)
318 {
319   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
320     {
321       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
322         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
323       a = CDR (a);
324     }
325   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
326 }
327
328 SCM
329 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
330 {
331   x = assq (x, a);
332   if (x == cell_f) return cell_undefined;
333   return cdr (x);
334 }
335
336 SCM
337 assert_defined (SCM x, SCM e)
338 {
339   if (e == cell_undefined)
340     {
341       fprintf (stderr, "eval: unbound variable:");
342       display_ (stderr, x);
343       fprintf (stderr, "\n");
344       assert (!"unbound variable");
345     }
346   return e;
347 }
348
349 SCM
350 vm_evlis_env ()
351 {
352   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
353   if (TYPE (r1) != PAIR) return eval_env (r1, r0);
354   r2 = eval_env (car (r1), r0);
355   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
356   return cons (r2, r1);
357 }
358
359 SCM
360 vm_call_lambda ()
361 {
362   return vm_call (vm_begin_env, r1, cell_undefined, r0);
363 }
364
365 SCM
366 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
367 {
368   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
369   r1 = e;
370   r0 = cl;
371   r2 = a;
372   r3 = aa;
373   return vm_call_lambda ();
374 }
375
376 SCM
377 vm_apply_env ()
378 {
379   if (TYPE (r1) != PAIR)
380     {
381       if (TYPE (r1) == FUNCTION) return call (r1, r2);
382       if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
383         return call_with_values_env (car (r2), cadr (r2), r0);
384       if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
385     }
386   else
387     switch (car (r1))
388       {
389       case cell_symbol_lambda:
390         {
391           SCM args = cadr (r1);
392           SCM body = cddr (r1);
393           SCM p = pairlis (args, r2, r0);
394           return call_lambda (body, p, p, r0);
395         }
396       case cell_closure:
397         {
398           SCM args = caddr (r1);
399           SCM body = cdddr (r1);
400           SCM aa = cdadr (r1);
401           aa = cdr (aa);
402           SCM p = pairlis (args, r2, aa);
403           return call_lambda (body, p, aa, r0);
404         }
405 #if BOOT
406       case cell_symbol_label:
407         return apply_env (caddr (r1), r2, cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0));
408 #endif
409       }
410   SCM e = eval_env (r1, r0);
411   char const* type = 0;
412   if (e == cell_f || e == cell_t) type = "bool";
413   if (TYPE (e) == CHAR) type = "char";
414   if (TYPE (e) == NUMBER) type = "number";
415   if (TYPE (e) == STRING) type = "string";
416   if (e == cell_unspecified) type = "*unspecified*";
417   if (e == cell_undefined) type =  "*undefined*";
418   if (type)
419     {
420       fprintf (stderr, "cannot apply: %s: ", type);
421       display_ (stderr, e);
422       fprintf (stderr, " [");
423       display_ (stderr, r1);
424       fprintf (stderr, "]\n");
425       assert (!"cannot apply");
426     }
427   return apply_env (e, r2, r0);
428 }
429
430 SCM
431 vm_eval_env ()
432 {
433   switch (TYPE (r1))
434     {
435     case PAIR:
436       {
437         switch (car (r1))
438           {
439 #if FIXED_PRIMITIVES
440           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
441           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
442           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
443               return cons (CAR (m), CADR (m));}
444           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
445 #endif // FIXED_PRIMITIVES
446           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
447 #if QUASISYNTAX
448           case cell_symbol_syntax: return cadr (r1);
449 #endif
450           case cell_symbol_begin: return begin_env (r1, r0);
451           case cell_symbol_lambda:
452             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
453           case cell_closure: return r1;
454           case cell_symbol_if: return if_env (cdr (r1), r0);
455 #if 1 //!BOOT
456           case cell_symbol_set_x: {
457             SCM x = eval_env (caddr (r1), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
458           }
459 #endif
460 #if QUASIQUOTE
461           case cell_symbol_unquote: return eval_env (cadr (r1), r0);
462           case cell_symbol_quasiquote: return eval_quasiquote (cadr (r1), add_unquoters (r0));
463 #endif //QUASIQUOTE
464 #if QUASISYNTAX
465           case cell_symbol_unsyntax: return eval_env (cadr (r1), r0);
466           case cell_symbol_quasisyntax: return eval_quasisyntax (cadr (r1), add_unsyntaxers (r0));
467 #endif //QUASISYNTAX
468           default: {
469             SCM x = expand_macro_env (r1, r0);
470             if (x != r1) return eval_env (x, r0);
471             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
472             return apply_env (car (r1), m, r0);
473           }
474           }
475       }
476     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
477     default: return r1;
478     }
479 }
480
481 SCM
482 vm_expand_macro_env ()
483 {
484   if (TYPE (CAR (r1)) == STRING && string_to_symbol (CAR (r1)) == cell_symbol_noexpand)
485     return cadr (r1);
486
487   SCM macro;
488   SCM expanders;
489   if (TYPE (r1) == PAIR
490       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
491     return apply_env (macro, CDR (r1), r0);
492   else if (TYPE (r1) == PAIR
493            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
494            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
495            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
496     {
497       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_expand_macro, r0);
498       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
499         r1 = apply_env (sc_expand, cons (r1, cell_nil), r0);
500     }
501   return r1;
502 }
503
504 SCM
505 vm_begin_env ()
506 {
507   SCM r = cell_unspecified;
508   while (r1 != cell_nil) {
509     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
510       {
511         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
512           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
513         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
514           {
515             SCM f = read_input_file_env (r0);
516             r1 = append2 (f, cdr (r1));
517           }
518       }
519     r = eval_env (car (r1), r0);
520     r1 = CDR (r1);
521   }
522   return r;
523 }
524
525 SCM
526 vm_if_env ()
527 {
528   SCM x = eval_env (car (r1), r0);
529   if (x != cell_f)
530     return eval_env (cadr (r1), r0);
531   if (cddr (r1) != cell_nil)
532     return eval_env (caddr (r1), r0);
533   return cell_unspecified;
534 }
535
536 SCM
537 vm_call_with_values_env ()
538 {
539   SCM v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
540   if (TYPE (v) == VALUES)
541     v = CDR (v);
542   return apply_env (r2, v, r0);
543 }
544
545 SCM
546 call (SCM fn, SCM x)
547 {
548   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
549       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
550     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
551   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
552       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
553     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
554   switch (FUNCTION (fn).arity)
555     {
556     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
557     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
558     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
559     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
560     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
561     }
562   return cell_unspecified;
563 }
564
565 SCM
566 gc_frame (SCM stack)
567 {
568   SCM frame = car (stack);
569   r1 = car (frame);
570   r2 = cadr (frame);
571   r3 = caddr (frame);
572   r0 = cadddr (frame);
573   return frame;
574 }
575
576 SCM
577 gc_stack (SCM a)
578 {
579   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
580   stack = cons (frame, stack);
581   stack = gc (stack);
582   gc_frame (stack);
583   stack = cdr (stack);
584   return stack;
585 }
586
587 SCM
588 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
589 {
590   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
591   stack = cons (frame, stack);
592   r1 = p1;
593   r2 = p2;
594   r0 = a;
595   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
596     gc_stack (stack);
597
598   SCM r = f ();
599   frame = gc_frame (stack);
600   stack = cdr (stack);
601   return r;
602 }
603
604 SCM
605 evlis_env (SCM m, SCM a)
606 {
607   return vm_call (vm_evlis_env, m, cell_undefined, a);
608 }
609
610 SCM
611 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
612 {
613   return vm_call (vm_apply_env, fn, x, a);
614 }
615
616 SCM
617 eval_env (SCM e, SCM a)
618 {
619   return vm_call (vm_eval_env, e, cell_undefined, a);
620 }
621
622 SCM
623 expand_macro_env (SCM e, SCM a)
624 {
625   return vm_call (vm_expand_macro_env, e, cell_undefined, a);
626 }
627
628 SCM
629 begin_env (SCM e, SCM a)
630 {
631   return vm_call (vm_begin_env, e, cell_undefined, a);
632 }
633
634 SCM
635 if_env (SCM e, SCM a)
636 {
637   return vm_call (vm_if_env, e, cell_undefined, a);
638 }
639
640 SCM
641 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
642 {
643   return vm_call (vm_call_with_values_env, producer, consumer, a);
644 }
645
646 SCM
647 append2 (SCM x, SCM y)
648 {
649   if (x == cell_nil) return y;
650   assert (TYPE (x) == PAIR);
651   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
652 }
653
654 SCM
655 append (SCM x) ///((arity . n))
656  {
657   if (x == cell_nil) return cell_nil;
658   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
659  }
660
661 SCM
662 make_char (int x)
663 {
664   g_cells[tmp_num].value = CHAR;
665   g_cells[tmp_num2].value = x;
666   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
667 }
668
669 SCM
670 make_function (SCM name, SCM id, SCM arity)
671 {
672   g_cells[tmp_num3].value = FUNCTION;
673   function *f = (function*)malloc (sizeof (function));
674   f->arity = VALUE (arity);
675   g_cells[tmp_num4].value = (long)f;
676   return make_cell (tmp_num3, name, tmp_num4);
677 }
678
679 SCM
680 make_keyword (SCM s)
681 {
682   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
683   x = x ? x : internal_make_symbol (s);
684   g_cells[tmp_num].value = KEYWORD;
685   return make_cell (tmp_num, STRING (x), 0);
686 }
687
688 SCM
689 make_macro (SCM name, SCM x)
690 {
691   g_cells[tmp_num].value = MACRO;
692   return make_cell (tmp_num, STRING (name), x);
693 }
694
695 SCM
696 make_number (int x)
697 {
698   g_cells[tmp_num].value = NUMBER;
699   g_cells[tmp_num2].value = x;
700   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
701 }
702
703 SCM
704 make_ref (SCM x)
705 {
706   g_cells[tmp_num].value = REF;
707   return make_cell (tmp_num, x, x);
708 }
709
710 SCM
711 make_string (SCM x)
712 {
713   g_cells[tmp_num].value = STRING;
714   return make_cell (tmp_num, x, 0);
715 }
716
717 SCM
718 cstring_to_list (char const* s)
719 {
720   SCM p = cell_nil;
721   int i = strlen (s);
722   while (i--)
723     p = cons (make_char (s[i]), p);
724   return p;
725 }
726
727 SCM
728 null_p (SCM x)
729 {
730   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
731 }
732
733 SCM
734 internal_make_symbol (SCM s)
735 {
736   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
737   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
738   g_symbols = cons (x, g_symbols);
739   return x;
740 }
741
742 SCM
743 make_symbol (SCM s)
744 {
745   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
746   return x ? x : internal_make_symbol (s);
747 }
748
749 SCM
750 make_vector (SCM n)
751 {
752   int k = VALUE (n);
753   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
754   SCM v = alloc (k);
755   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
756   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
757   return x;
758 }
759
760 SCM
761 values (SCM x) ///((arity . n))
762 {
763   SCM v = cons (0, x);
764   TYPE (v) = VALUES;
765   return v;
766 }
767
768 SCM
769 vector_length (SCM x)
770 {
771   assert (TYPE (x) == VECTOR);
772   return make_number (LENGTH (x));
773 }
774
775 SCM
776 vector_ref (SCM x, SCM i)
777 {
778   assert (TYPE (x) == VECTOR);
779   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
780   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
781   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
782   if (TYPE (e) == CHAR) e = make_char (VALUE (e));
783   if (TYPE (e) == NUMBER) e = make_number (VALUE (e));
784   return e;
785 }
786
787 SCM
788 vector_entry (SCM x) {
789   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = make_ref (x);
790   return x;
791 }
792
793 SCM
794 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
795 {
796   assert (TYPE (x) == VECTOR);
797   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
798   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
799   return cell_unspecified;
800 }
801
802 SCM
803 list_to_vector (SCM x)
804 {
805   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
806   SCM v = make_vector (tmp_num);
807   SCM p = VECTOR (v);
808   while (x != cell_nil)
809     {
810       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
811       x = cdr (x);
812     }
813   return v;
814 }
815
816 FILE *g_stdin;
817 int
818 getchar ()
819 {
820   return getc (g_stdin);
821 }
822
823 int
824 ungetchar (int c)
825 {
826   return ungetc (c, g_stdin);
827 }
828
829 int
830 peekchar ()
831 {
832   int c = getchar ();
833   ungetchar (c);
834   return c;
835 }
836
837 SCM
838 peek_byte ()
839 {
840   return make_number (peekchar ());
841 }
842
843 SCM
844 read_byte ()
845 {
846   return make_number (getchar ());
847 }
848
849 SCM
850 unread_byte (SCM i)
851 {
852   ungetchar (VALUE (i));
853   return i;
854 }
855
856 SCM
857 write_char (SCM x) ///((arity . n))
858 {
859   SCM c = car (x);
860   SCM p = cdr (x);
861   int fd = 1;
862   if (TYPE (p) == PAIR && TYPE (car (p)) == NUMBER) fd = VALUE (car (p));
863   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
864   assert (TYPE (c) == NUMBER || TYPE (c) == CHAR);
865   fputc (VALUE (c), f);
866   return c;
867 }
868
869 SCM
870 symbol_to_list (SCM x)
871 {
872   assert (TYPE (x) == SYMBOL);
873   return STRING (x);
874 }
875
876 SCM
877 char_to_integer (SCM x)
878 {
879   assert (TYPE (x) == CHAR);
880   return make_number (VALUE (x));
881 }
882
883 SCM
884 integer_to_char (SCM x)
885 {
886   assert (TYPE (x) == NUMBER);
887   return make_char (VALUE (x));
888 }
889
890 void
891 make_tmps (scm* cells)
892 {
893   tmp = g_free.value++;
894   cells[tmp].type = CHAR;
895   tmp_num = g_free.value++;
896   cells[tmp_num].type = NUMBER;
897   tmp_num2 = g_free.value++;
898   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
899   tmp_num3 = g_free.value++;
900   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
901   tmp_num4 = g_free.value++;
902   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
903 }
904
905 //\f Jam Collector
906 SCM g_symbol_max;
907 bool g_debug = false;
908
909 SCM
910 gc_up_arena ()
911 {
912   ARENA_SIZE *= 2;
913   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
914   if (!p)
915     {
916       if (g_debug) fprintf (stderr, "cannot up arena: %s: arena=%d\n", strerror (errno), 2*ARENA_SIZE);
917       return cell_unspecified;
918     }
919   g_cells = (scm*)p;
920   g_cells++;
921   gc_init_news ();
922 }
923
924 SCM
925 gc ()
926 {
927   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
928   g_free.value = 1;
929   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
930   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
931     gc_copy (i);
932   make_tmps (g_news);
933   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
934   SCM new = gc_copy (stack);
935   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
936   stack = new;
937   return gc_loop (1);
938 }
939
940 SCM
941 gc_loop (SCM scan)
942 {
943   while (scan < g_free.value)
944     {
945       if (NTYPE (scan) == KEYWORD
946           || NTYPE (scan) == MACRO
947           || NTYPE (scan) == PAIR
948           || NTYPE (scan) == REF
949           || scan == 1 // null
950           || NTYPE (scan) == SPECIAL
951           || NTYPE (scan) == STRING
952           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
953         {
954           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
955           gc_relocate_car (scan, car);
956         }
957       if ((NTYPE (scan) == MACRO
958            || NTYPE (scan) == PAIR
959            || NTYPE (scan) == VALUES)
960           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
961         {
962           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
963           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
964         }
965       scan++;
966     }
967   return gc_flip ();
968 }
969
970 SCM
971 gc_copy (SCM old)
972 {
973   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
974   SCM new = g_free.value++;
975   g_news[new] = g_cells[old];
976   if (NTYPE (new) == VECTOR)
977     {
978       g_news[new].vector = g_free.value;
979       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
980         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
981     }
982   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
983   g_cells[old].car = new;
984   return new;
985 }
986
987 SCM
988 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
989 {
990   g_news[new].car = car;
991   return cell_unspecified;
992 }
993
994 SCM
995 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
996 {
997   g_news[new].cdr = cdr;
998   return cell_unspecified;
999 }
1000
1001 SCM
1002 gc_flip ()
1003 {
1004   scm *cells = g_cells;
1005   g_cells = g_news;
1006   g_news = cells;
1007   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
1008   return stack;
1009 }
1010
1011 SCM
1012 gc_show ()
1013 {
1014   fprintf (stderr, "cells: ");
1015   scm *t = g_cells;
1016   display_ (stderr, -1);
1017   fprintf (stderr, "\n");
1018   if (g_news)
1019     {
1020       fprintf (stderr, "news: ");
1021       g_cells = g_news;
1022       display_ (stderr, -1);
1023       fprintf (stderr, "\n");
1024     }
1025   g_cells = t;
1026   return cell_unspecified;
1027 }
1028
1029 //\f Environment setup
1030 SCM
1031 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1032 {
1033   return cons (cons (key, value), alist);
1034 }
1035
1036 SCM
1037 add_environment (SCM a, char const *name, SCM x)
1038 {
1039   return acons (make_symbol (cstring_to_list (name)), x, a);
1040 }
1041
1042 SCM
1043 gc_init_cells ()
1044 {
1045   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1046   g_cells[0].type = VECTOR;
1047   g_cells[0].length = 1000;
1048   g_cells[0].vector = 0;
1049   g_cells++;
1050   g_cells[0].type = CHAR;
1051   g_cells[0].value = 'c';
1052 }
1053
1054 SCM
1055 gc_init_news ()
1056 {
1057   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1058   g_news[0].type = VECTOR;
1059   g_news[0].length = 1000;
1060   g_news[0].vector = 0;
1061   g_news++;
1062   g_news[0].type = CHAR;
1063   g_news[0].value = 'n';
1064 }
1065
1066 SCM
1067 mes_symbols () ///((internal))
1068 {
1069   gc_init_cells ();
1070   gc_init_news ();
1071
1072 #include "mes.symbols.i"
1073
1074   g_symbol_max = g_free.value;
1075   make_tmps (g_cells);
1076
1077   g_symbols = 0;
1078   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1079     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1080
1081   SCM a = cell_nil;
1082
1083 #if BOOT
1084   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1085 #endif
1086   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1087   a = add_environment (a, "sc-expand", cell_f);
1088   a = acons (cell_closure, a, a);
1089
1090   internal_lookup_symbol (cell_nil);
1091
1092   return a;
1093 }
1094
1095 SCM
1096 mes_builtins (SCM a)
1097 {
1098 #include "mes.i"
1099
1100 #include "display.i"
1101 #include "lib.i"
1102 #include "math.i"
1103 #include "posix.i"
1104 #include "quasiquote.i"
1105 #include "reader.i"
1106 #include "string.i"
1107 #include "type.i"
1108
1109 #include "display.environment.i"
1110 #include "lib.environment.i"
1111 #include "math.environment.i"
1112 #include "mes.environment.i"
1113 #include "posix.environment.i"
1114   //#include "quasiquote.environment.i"
1115 #include "reader.environment.i"
1116 #include "string.environment.i"
1117 #include "type.environment.i"
1118
1119 #if QUASIQUOTE
1120   SCM cell_unquote = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote, a);
1121   SCM cell_unquote_splicing = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote_splicing, a);
1122   SCM the_unquoters = cons (cons (cell_symbol_unquote, cell_unquote),
1123                             cons (cons (cell_symbol_unquote_splicing, cell_unquote_splicing),
1124                                   cell_nil));
1125   a = acons (cell_symbol_the_unquoters, the_unquoters, a);
1126 #endif
1127 #if QUASISYNTAX
1128   SCM cell_unsyntax = assq_ref_cache (cell_symbol_unsyntax, a);
1129   SCM cell_unsyntax_splicing = assq_ref_cache (cell_symbol_unsyntax_splicing, a);
1130   SCM the_unsyntaxers = cons (cons (cell_symbol_unsyntax, cell_unsyntax),
1131                               cons (cons (cell_symbol_unsyntax_splicing, cell_unsyntax_splicing),
1132                                   cell_nil));
1133   a = acons (cell_symbol_the_unsyntaxers, the_unsyntaxers, a);
1134 #endif
1135
1136   a = add_environment (a, "*dot*", cell_dot);
1137   a = add_environment (a, "*foo-bar-baz*", cell_nil); // FIXME: some off-by one?
1138
1139   return a;
1140 }
1141
1142 SCM
1143 mes_stack (SCM a) ///((internal))
1144 {
1145   r0 = a;
1146   r1 = make_char (0);
1147   r2 = make_char (0);
1148   r3 = make_char (0);
1149   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1150   return r0;
1151 }
1152
1153 SCM
1154 mes_environment () ///((internal))
1155 {
1156   SCM a = mes_symbols ();
1157   return mes_stack (a);
1158 }
1159
1160 SCM
1161 make_lambda (SCM args, SCM body)
1162 {
1163   return cons (cell_symbol_lambda, cons (args, body));
1164 }
1165
1166 SCM
1167 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1168 {
1169   return cons (cell_closure, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1170 }
1171
1172 SCM
1173 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1174 {
1175   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1176   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1177   if (macro_p (m) == cell_t) return MACRO (m);
1178   return cell_f;
1179 }
1180
1181 SCM
1182 read_input_file_env_ (SCM e, SCM a)
1183 {
1184   if (e == cell_nil) return e;
1185   return cons (e, read_input_file_env_ (read_env (a), a));
1186 }
1187
1188 SCM
1189 read_input_file_env (SCM a)
1190 {
1191   r0 = a;
1192 #if READER
1193   return read_input_file_env_ (read_env (r0), r0);
1194 #endif
1195   return apply_env (cell_symbol_read_input_file, cell_nil, r0);
1196 }
1197
1198 SCM
1199 load_env (SCM a) ///((internal))
1200 {
1201   r0 =a;
1202 #if 1 //!READER
1203   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mes", "r");
1204   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mes", "r");
1205 #endif
1206   if (!g_function) r0 = mes_builtins (r0);
1207   r3 = read_input_file_env (r0);
1208   g_stdin = stdin;
1209   return r3;
1210 }
1211
1212 SCM
1213 bload_env (SCM a) ///((internal))
1214 {
1215   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mo", "r");
1216   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mo", "r");
1217   char *p = (char*)g_cells;
1218   assert (getchar () == 'M');
1219   assert (getchar () == 'E');
1220   assert (getchar () == 'S');
1221   stack = getchar () << 8;
1222   stack += getchar ();
1223   int c = getchar ();
1224   while (c != EOF)
1225     {
1226       *p++ = c;
1227       c = getchar ();
1228     }
1229   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1230   gc_frame (stack);
1231   g_symbols = r1;
1232   g_stdin = stdin;
1233
1234   r0 = mes_builtins (r0);
1235   return r3;
1236 }
1237
1238 int
1239 dump ()
1240 {
1241   r1 = g_symbols;
1242   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1243   stack = cons (frame, stack);
1244   stack = gc (stack);
1245   gc_frame (stack);
1246   char *p = (char*)g_cells;
1247   fputc ('M', stdout);
1248   fputc ('E', stdout);
1249   fputc ('S', stdout);
1250   fputc (stack >> 8, stdout);
1251   fputc (stack % 256, stdout);
1252   for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1253     fputc (*p++, stdout);
1254   return 0;
1255 }
1256
1257 #include "type.c"
1258 #include "display.c"
1259 #include "lib.c"
1260 #include "math.c"
1261 #include "posix.c"
1262 #include "quasiquote.c"
1263 #include "reader.c"
1264 #include "string.c"
1265
1266 int
1267 main (int argc, char *argv[])
1268 {
1269   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1270   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1271   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1272   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.3\n");
1273   g_stdin = stdin;
1274   r0 = mes_environment ();
1275   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1276     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1277   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1278   display_ (stderr, begin_env (program, r0));
1279   fputs ("", stderr);
1280   gc (stack);
1281   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1282   return 0;
1283 }