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 "define.h"
 167 #include "display.h"
 168 #include "lib.h"
 169 #include "math.h"
 170 #include "mes.h"
 171 #include "posix.h"
 172 #include "quasiquote.h"
 173 #include "reader.h"
 174 #include "string.h"
 175 #include "type.h"
 176
 177 #define CAR(x) g_cells[x].car
 178 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
 179 #define HITS(x) g_cells[x].hits
 180 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
 181 #define NAME(x) g_cells[x].name
 182 #define STRING(x) g_cells[x].string
 183 #define TYPE(x) g_cells[x].type
 184 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
 185 #define REF(x) g_cells[x].ref
 186 #define VALUE(x) g_cells[x].value
 187 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
 188 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
 189 #define NCAR(x) g_news[x].car
 190 #define NTYPE(x) g_news[x].type
 191
 192 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 193 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
 194 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 195 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
 196 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
 197 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
 198 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
 199
 200 SCM display_ (FILE* f, SCM x);
 201 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
 202
 203 SCM
 204 alloc (int n)
 205 {
 206   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
 207   SCM x = g_free.value;
 208   g_free.value += n;
 209   return x;
 210 }
 211
 212 SCM
 213 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
 214 {
 215   SCM x = alloc (1);
 216   assert (TYPE (type) == NUMBER);
 217   TYPE (x) = VALUE (type);
 218   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
 219     if (car) CAR (x) = CAR (car);
 220     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 221   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
 222     if (car) CAR (x) = car;
 223     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 224   } else {
 225     CAR (x) = car;
 226     CDR (x) = cdr;
 227   }
 228   return x;
 229 }
 230
 231 SCM
 232 cons (SCM x, SCM y)
 233 {
 234   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
 235   return make_cell (tmp_num, x, y);
 236 }
 237
 238 SCM
 239 car (SCM x)
 240 {
 241   assert (TYPE (x) == PAIR);
 242   return CAR (x);
 243 }
 244
 245 SCM
 246 cdr (SCM x)
 247 {
 248   assert (TYPE (x) == PAIR);
 249   return CDR (x);
 250 }
 251
 252 SCM
 253 eq_p (SCM x, SCM y)
 254 {
 255   return (x == y
 256           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
 257                && STRING (x) == STRING (y)))
 258           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
 259               && VALUE (x) == VALUE (y))
 260           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
 261               && VALUE (x) == VALUE (y)))
 262     ? cell_t : cell_f;
 263 }
 264
 265 SCM
 266 set_car_x (SCM x, SCM e)
 267 {
 268   assert (TYPE (x) == PAIR);
 269   CAR (x) = e;
 270   return cell_unspecified;
 271 }
 272
 273 SCM
 274 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
 275 {
 276   assert (TYPE (x) == PAIR);
 277   CDR (x) = e;
 278   return cell_unspecified;
 279 }
 280
 281 SCM
 282 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
 283 {
 284   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
 285   return set_cdr_x (p, e);
 286 }
 287
 288 SCM
 289 quote (SCM x)
 290 {
 291   return cons (cell_symbol_quote, x);
 292 }
 293
 294 SCM
 295 quasiquote (SCM x)
 296 {
 297   return cons (cell_symbol_quasiquote, x);
 298 }
 299
 300 SCM
 301 quasisyntax (SCM x)
 302 {
 303   return cons (cell_symbol_quasisyntax, x);
 304 }
 305
 306 SCM
 307 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
 308 {
 309   if (x == cell_nil)
 310     return a;
 311   if (pair_p (x) == cell_f)
 312     return cons (cons (x, y), a);
 313   return cons (cons (car (x), car (y)),
 314                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
 315 }
 316
 317 SCM
 318 assq (SCM x, SCM a)
 319 {
 320   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
 321     {
 322       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
 323         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
 324       a = CDR (a);
 325     }
 326   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
 327 }
 328
 329 SCM
 330 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
 331 {
 332   x = assq (x, a);
 333   if (x == cell_f) return cell_undefined;
 334   return cdr (x);
 335 }
 336
 337 SCM
 338 assert_defined (SCM x, SCM e)
 339 {
 340   if (e == cell_undefined)
 341     {
 342       fprintf (stderr, "eval: unbound variable:");
 343       display_ (stderr, x);
 344       fprintf (stderr, "\n");
 345       assert (!"unbound variable");
 346     }
 347   return e;
 348 }
 349
 350 SCM
 351 vm_evlis_env ()
 352 {
 353   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
 354   if (TYPE (r1) != PAIR) return eval_env (r1, r0);
 355   r2 = eval_env (car (r1), r0);
 356   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
 357   return cons (r2, r1);
 358 }
 359
 360 SCM
 361 vm_call_lambda ()
 362 {
 363   return vm_call (vm_begin_env, r1, cell_undefined, r0);
 364 }
 365
 366 SCM
 367 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
 368 {
 369   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
 370   r1 = e;
 371   r0 = cl;
 372   r2 = a;
 373   r3 = aa;
 374   return vm_call_lambda ();
 375 }
 376
 377 SCM
 378 vm_apply_env ()
 379 {
 380   if (TYPE (r1) != PAIR)
 381     {
 382       if (TYPE (r1) == FUNCTION) return call (r1, r2);
 383       if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
 384         return call_with_values_env (car (r2), cadr (r2), r0);
 385       if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
 386     }
 387   else
 388     switch (car (r1))
 389       {
 390       case cell_symbol_lambda:
 391         {
 392           SCM args = cadr (r1);
 393           SCM body = cddr (r1);
 394           SCM p = pairlis (args, r2, r0);
 395           return call_lambda (body, p, p, r0);
 396         }
 397       case cell_closure:
 398         {
 399           SCM args = caddr (r1);
 400           SCM body = cdddr (r1);
 401           SCM aa = cdadr (r1);
 402           aa = cdr (aa);
 403           SCM p = pairlis (args, r2, aa);
 404           return call_lambda (body, p, aa, r0);
 405         }
 406 #if BOOT
 407       case cell_symbol_label:
 408         return apply_env (caddr (r1), r2, cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0));
 409 #endif
 410       }
 411   SCM e = eval_env (r1, r0);
 412   char const* type = 0;
 413   if (e == cell_f || e == cell_t) type = "bool";
 414   if (TYPE (e) == CHAR) type = "char";
 415   if (TYPE (e) == NUMBER) type = "number";
 416   if (TYPE (e) == STRING) type = "string";
 417   if (e == cell_unspecified) type = "*unspecified*";
 418   if (e == cell_undefined) type =  "*undefined*";
 419   if (type)
 420     {
 421       fprintf (stderr, "cannot apply: %s: ", type);
 422       display_ (stderr, e);
 423       fprintf (stderr, " [");
 424       display_ (stderr, r1);
 425       fprintf (stderr, "]\n");
 426       assert (!"cannot apply");
 427     }
 428   return apply_env (e, r2, r0);
 429 }
 430
 431 SCM
 432 vm_eval_env ()
 433 {
 434   switch (TYPE (r1))
 435     {
 436     case PAIR:
 437       {
 438         switch (car (r1))
 439           {
 440 #if FIXED_PRIMITIVES
 441           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
 442           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
 443           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 444               return cons (CAR (m), CADR (m));}
 445           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
 446 #endif // FIXED_PRIMITIVES
 447           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
 448 #if QUASISYNTAX
 449           case cell_symbol_syntax: return cadr (r1);
 450 #endif
 451           case cell_symbol_begin: return begin_env (r1, r0);
 452           case cell_symbol_lambda:
 453             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
 454           case cell_closure: return r1;
 455           case cell_symbol_if: return if_env (cdr (r1), r0);
 456 #if !BOOT
 457           case cell_symbol_define: return define_env (r1, r0);
 458           case cell_symbol_define_macro: return define_env (r1, r0);
 459 #endif
 460 #if 1 //!BOOT
 461           case cell_symbol_set_x: {
 462             SCM x = eval_env (caddr (r1), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
 463           }
 464 #endif
 465 #if QUASIQUOTE
 466           case cell_symbol_unquote: return eval_env (cadr (r1), r0);
 467           case cell_symbol_quasiquote: return eval_quasiquote (cadr (r1), add_unquoters (r0));
 468 #endif //QUASIQUOTE
 469 #if QUASISYNTAX
 470           case cell_symbol_unsyntax: return eval_env (cadr (r1), r0);
 471           case cell_symbol_quasisyntax: return eval_quasisyntax (cadr (r1), add_unsyntaxers (r0));
 472 #endif //QUASISYNTAX
 473           default: {
 474             SCM x = expand_macro_env (r1, r0);
 475             if (x != r1) return eval_env (x, r0);
 476             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 477             return apply_env (car (r1), m, r0);
 478           }
 479           }
 480       }
 481     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
 482     default: return r1;
 483     }
 484 }
 485
 486 SCM
 487 vm_expand_macro_env ()
 488 {
 489   if (TYPE (CAR (r1)) == STRING && string_to_symbol (CAR (r1)) == cell_symbol_noexpand)
 490     return cadr (r1);
 491
 492   SCM macro;
 493   SCM expanders;
 494   if (TYPE (r1) == PAIR
 495       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
 496     return apply_env (macro, CDR (r1), r0);
 497   else if (TYPE (r1) == PAIR
 498            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
 499            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
 500            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
 501     {
 502       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_expand_macro, r0);
 503       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
 504         r1 = apply_env (sc_expand, cons (r1, cell_nil), r0);
 505     }
 506   return r1;
 507 }
 508
 509 SCM
 510 vm_begin_env ()
 511 {
 512   SCM r = cell_unspecified;
 513   while (r1 != cell_nil) {
 514     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
 515       {
 516         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
 517           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
 518         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
 519           {
 520             SCM f = read_input_file_env (r0);
 521             r1 = append2 (f, cdr (r1));
 522           }
 523       }
 524     r = eval_env (car (r1), r0);
 525     r1 = CDR (r1);
 526   }
 527   return r;
 528 }
 529
 530 SCM
 531 vm_if_env ()
 532 {
 533   SCM x = eval_env (car (r1), r0);
 534   if (x != cell_f)
 535     return eval_env (cadr (r1), r0);
 536   if (cddr (r1) != cell_nil)
 537     return eval_env (caddr (r1), r0);
 538   return cell_unspecified;
 539 }
 540
 541 SCM
 542 vm_call_with_values_env ()
 543 {
 544   SCM v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
 545   if (TYPE (v) == VALUES)
 546     v = CDR (v);
 547   return apply_env (r2, v, r0);
 548 }
 549
 550 SCM
 551 call (SCM fn, SCM x)
 552 {
 553   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 554       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
 555     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
 556   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 557       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
 558     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
 559   switch (FUNCTION (fn).arity)
 560     {
 561     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
 562     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
 563     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
 564     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
 565     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
 566     }
 567   return cell_unspecified;
 568 }
 569
 570 SCM
 571 gc_frame (SCM stack)
 572 {
 573   SCM frame = car (stack);
 574   r1 = car (frame);
 575   r2 = cadr (frame);
 576   r3 = caddr (frame);
 577   r0 = cadddr (frame);
 578   return frame;
 579 }
 580
 581 SCM
 582 gc_stack (SCM a)
 583 {
 584   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 585   stack = cons (frame, stack);
 586   stack = gc (stack);
 587   gc_frame (stack);
 588   stack = cdr (stack);
 589   return stack;
 590 }
 591
 592 SCM
 593 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
 594 {
 595   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 596   stack = cons (frame, stack);
 597   r1 = p1;
 598   r2 = p2;
 599   r0 = a;
 600   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
 601     gc_stack (stack);
 602
 603   SCM r = f ();
 604   frame = gc_frame (stack);
 605   stack = cdr (stack);
 606   return r;
 607 }
 608
 609 SCM
 610 evlis_env (SCM m, SCM a)
 611 {
 612   return vm_call (vm_evlis_env, m, cell_undefined, a);
 613 }
 614
 615 SCM
 616 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
 617 {
 618   return vm_call (vm_apply_env, fn, x, a);
 619 }
 620
 621 SCM
 622 eval_env (SCM e, SCM a)
 623 {
 624   return vm_call (vm_eval_env, e, cell_undefined, a);
 625 }
 626
 627 SCM
 628 expand_macro_env (SCM e, SCM a)
 629 {
 630   return vm_call (vm_expand_macro_env, e, cell_undefined, a);
 631 }
 632
 633 SCM
 634 begin_env (SCM e, SCM a)
 635 {
 636   return vm_call (vm_begin_env, e, cell_undefined, a);
 637 }
 638
 639 SCM
 640 if_env (SCM e, SCM a)
 641 {
 642   return vm_call (vm_if_env, e, cell_undefined, a);
 643 }
 644
 645 SCM
 646 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
 647 {
 648   return vm_call (vm_call_with_values_env, producer, consumer, a);
 649 }
 650
 651 SCM
 652 append2 (SCM x, SCM y)
 653 {
 654   if (x == cell_nil) return y;
 655   assert (TYPE (x) == PAIR);
 656   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
 657 }
 658
 659 SCM
 660 append (SCM x) ///((arity . n))
 661  {
 662   if (x == cell_nil) return cell_nil;
 663   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
 664  }
 665
 666 SCM
 667 make_char (int x)
 668 {
 669   g_cells[tmp_num].value = CHAR;
 670   g_cells[tmp_num2].value = x;
 671   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
 672 }
 673
 674 SCM
 675 make_function (SCM name, SCM id, SCM arity)
 676 {
 677   g_cells[tmp_num3].value = FUNCTION;
 678   function *f = (function*)malloc (sizeof (function));
 679   f->arity = VALUE (arity);
 680   g_cells[tmp_num4].value = (long)f;
 681   return make_cell (tmp_num3, name, tmp_num4);
 682 }
 683
 684 SCM
 685 make_keyword (SCM s)
 686 {
 687   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
 688   x = x ? x : internal_make_symbol (s);
 689   g_cells[tmp_num].value = KEYWORD;
 690   return make_cell (tmp_num, STRING (x), 0);
 691 }
 692
 693 SCM
 694 make_macro (SCM name, SCM x)
 695 {
 696   g_cells[tmp_num].value = MACRO;
 697   return make_cell (tmp_num, STRING (name), x);
 698 }
 699
 700 SCM
 701 make_number (int x)
 702 {
 703   g_cells[tmp_num].value = NUMBER;
 704   g_cells[tmp_num2].value = x;
 705   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
 706 }
 707
 708 SCM
 709 make_ref (SCM x)
 710 {
 711   g_cells[tmp_num].value = REF;
 712   return make_cell (tmp_num, x, x);
 713 }
 714
 715 SCM
 716 make_string (SCM x)
 717 {
 718   g_cells[tmp_num].value = STRING;
 719   return make_cell (tmp_num, x, 0);
 720 }
 721
 722 SCM
 723 cstring_to_list (char const* s)
 724 {
 725   SCM p = cell_nil;
 726   int i = strlen (s);
 727   while (i--)
 728     p = cons (make_char (s[i]), p);
 729   return p;
 730 }
 731
 732 SCM
 733 null_p (SCM x)
 734 {
 735   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
 736 }
 737
 738 SCM
 739 internal_make_symbol (SCM s)
 740 {
 741   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
 742   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
 743   g_symbols = cons (x, g_symbols);
 744   return x;
 745 }
 746
 747 SCM
 748 make_symbol (SCM s)
 749 {
 750   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
 751   return x ? x : internal_make_symbol (s);
 752 }
 753
 754 SCM
 755 make_vector (SCM n)
 756 {
 757   int k = VALUE (n);
 758   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
 759   SCM v = alloc (k);
 760   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
 761   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
 762   return x;
 763 }
 764
 765 SCM
 766 values (SCM x) ///((arity . n))
 767 {
 768   SCM v = cons (0, x);
 769   TYPE (v) = VALUES;
 770   return v;
 771 }
 772
 773 SCM
 774 vector_length (SCM x)
 775 {
 776   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 777   return make_number (LENGTH (x));
 778 }
 779
 780 SCM
 781 vector_ref (SCM x, SCM i)
 782 {
 783   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 784   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 785   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
 786   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 787   if (TYPE (e) == CHAR) e = make_char (VALUE (e));
 788   if (TYPE (e) == NUMBER) e = make_number (VALUE (e));
 789   return e;
 790 }
 791
 792 SCM
 793 vector_entry (SCM x) {
 794   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = make_ref (x);
 795   return x;
 796 }
 797
 798 SCM
 799 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
 800 {
 801   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 802   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 803   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
 804   return cell_unspecified;
 805 }
 806
 807 SCM
 808 list_to_vector (SCM x)
 809 {
 810   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
 811   SCM v = make_vector (tmp_num);
 812   SCM p = VECTOR (v);
 813   while (x != cell_nil)
 814     {
 815       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
 816       x = cdr (x);
 817     }
 818   return v;
 819 }
 820
 821 FILE *g_stdin;
 822 int
 823 getchar ()
 824 {
 825   return getc (g_stdin);
 826 }
 827
 828 int
 829 ungetchar (int c)
 830 {
 831   return ungetc (c, g_stdin);
 832 }
 833
 834 int
 835 peekchar ()
 836 {
 837   int c = getchar ();
 838   ungetchar (c);
 839   return c;
 840 }
 841
 842 SCM
 843 peek_byte ()
 844 {
 845   return make_number (peekchar ());
 846 }
 847
 848 SCM
 849 read_byte ()
 850 {
 851   return make_number (getchar ());
 852 }
 853
 854 SCM
 855 unread_byte (SCM i)
 856 {
 857   ungetchar (VALUE (i));
 858   return i;
 859 }
 860
 861 SCM
 862 write_char (SCM x) ///((arity . n))
 863 {
 864   SCM c = car (x);
 865   SCM p = cdr (x);
 866   int fd = 1;
 867   if (TYPE (p) == PAIR && TYPE (car (p)) == NUMBER) fd = VALUE (car (p));
 868   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
 869   assert (TYPE (c) == NUMBER || TYPE (c) == CHAR);
 870   fputc (VALUE (c), f);
 871   return c;
 872 }
 873
 874 SCM
 875 symbol_to_list (SCM x)
 876 {
 877   assert (TYPE (x) == SYMBOL);
 878   return STRING (x);
 879 }
 880
 881 SCM
 882 char_to_integer (SCM x)
 883 {
 884   assert (TYPE (x) == CHAR);
 885   return make_number (VALUE (x));
 886 }
 887
 888 SCM
 889 integer_to_char (SCM x)
 890 {
 891   assert (TYPE (x) == NUMBER);
 892   return make_char (VALUE (x));
 893 }
 894
 895 void
 896 make_tmps (scm* cells)
 897 {
 898   tmp = g_free.value++;
 899   cells[tmp].type = CHAR;
 900   tmp_num = g_free.value++;
 901   cells[tmp_num].type = NUMBER;
 902   tmp_num2 = g_free.value++;
 903   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
 904   tmp_num3 = g_free.value++;
 905   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
 906   tmp_num4 = g_free.value++;
 907   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
 908 }
 909
 910 //\f Jam Collector
 911 SCM g_symbol_max;
 912 bool g_debug = false;
 913
 914 SCM
 915 gc_up_arena ()
 916 {
 917   ARENA_SIZE *= 2;
 918   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 919   if (!p)
 920     {
 921       if (g_debug) fprintf (stderr, "cannot up arena: %s: arena=%d\n", strerror (errno), 2*ARENA_SIZE);
 922       return cell_unspecified;
 923     }
 924   g_cells = (scm*)p;
 925   g_cells++;
 926   gc_init_news ();
 927 }
 928
 929 SCM
 930 gc ()
 931 {
 932   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
 933   g_free.value = 1;
 934   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
 935   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
 936     gc_copy (i);
 937   make_tmps (g_news);
 938   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
 939   SCM new = gc_copy (stack);
 940   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
 941   stack = new;
 942   return gc_loop (1);
 943 }
 944
 945 SCM
 946 gc_loop (SCM scan)
 947 {
 948   while (scan < g_free.value)
 949     {
 950       if (NTYPE (scan) == KEYWORD
 951           || NTYPE (scan) == MACRO
 952           || NTYPE (scan) == PAIR
 953           || NTYPE (scan) == REF
 954           || scan == 1 // null
 955           || NTYPE (scan) == SPECIAL
 956           || NTYPE (scan) == STRING
 957           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
 958         {
 959           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
 960           gc_relocate_car (scan, car);
 961         }
 962       if ((NTYPE (scan) == MACRO
 963            || NTYPE (scan) == PAIR
 964            || NTYPE (scan) == VALUES)
 965           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
 966         {
 967           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
 968           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
 969         }
 970       scan++;
 971     }
 972   return gc_flip ();
 973 }
 974
 975 SCM
 976 gc_copy (SCM old)
 977 {
 978   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
 979   SCM new = g_free.value++;
 980   g_news[new] = g_cells[old];
 981   if (NTYPE (new) == VECTOR)
 982     {
 983       g_news[new].vector = g_free.value;
 984       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
 985         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
 986     }
 987   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
 988   g_cells[old].car = new;
 989   return new;
 990 }
 991
 992 SCM
 993 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
 994 {
 995   g_news[new].car = car;
 996   return cell_unspecified;
 997 }
 998
 999 SCM
1000 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
1001 {
1002   g_news[new].cdr = cdr;
1003   return cell_unspecified;
1004 }
1005
1006 SCM
1007 gc_flip ()
1008 {
1009   scm *cells = g_cells;
1010   g_cells = g_news;
1011   g_news = cells;
1012   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
1013   return stack;
1014 }
1015
1016 SCM
1017 gc_show ()
1018 {
1019   fprintf (stderr, "cells: ");
1020   scm *t = g_cells;
1021   display_ (stderr, -1);
1022   fprintf (stderr, "\n");
1023   if (g_news)
1024     {
1025       fprintf (stderr, "news: ");
1026       g_cells = g_news;
1027       display_ (stderr, -1);
1028       fprintf (stderr, "\n");
1029     }
1030   g_cells = t;
1031   return cell_unspecified;
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 add_environment (SCM a, char const *name, SCM x)
1043 {
1044   return acons (make_symbol (cstring_to_list (name)), x, a);
1045 }
1046
1047 SCM
1048 gc_init_cells ()
1049 {
1050   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1051   g_cells[0].type = VECTOR;
1052   g_cells[0].length = 1000;
1053   g_cells[0].vector = 0;
1054   g_cells++;
1055   g_cells[0].type = CHAR;
1056   g_cells[0].value = 'c';
1057 }
1058
1059 SCM
1060 gc_init_news ()
1061 {
1062   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
1063   g_news[0].type = VECTOR;
1064   g_news[0].length = 1000;
1065   g_news[0].vector = 0;
1066   g_news++;
1067   g_news[0].type = CHAR;
1068   g_news[0].value = 'n';
1069 }
1070
1071 SCM
1072 mes_symbols () ///((internal))
1073 {
1074   gc_init_cells ();
1075   gc_init_news ();
1076
1077 #include "mes.symbols.i"
1078
1079   g_symbol_max = g_free.value;
1080   make_tmps (g_cells);
1081
1082   g_symbols = 0;
1083   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1084     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1085
1086   SCM a = cell_nil;
1087
1088 #if BOOT
1089   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1090 #endif
1091   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1092   a = add_environment (a, "sc-expand", cell_f);
1093   a = acons (cell_closure, a, a);
1094
1095   internal_lookup_symbol (cell_nil);
1096
1097   return a;
1098 }
1099
1100 SCM
1101 mes_builtins (SCM a)
1102 {
1103 #include "mes.i"
1104
1105 #include "define.i"
1106 #include "display.i"
1107 #include "lib.i"
1108 #include "math.i"
1109 #include "posix.i"
1110 #include "quasiquote.i"
1111 #include "reader.i"
1112 #include "string.i"
1113 #include "type.i"
1114
1115 #include "define.environment.i"
1116 #include "display.environment.i"
1117 #include "lib.environment.i"
1118 #include "math.environment.i"
1119 #include "mes.environment.i"
1120 #include "posix.environment.i"
1121   //#include "quasiquote.environment.i"
1122 #include "reader.environment.i"
1123 #include "string.environment.i"
1124 #include "type.environment.i"
1125
1126 #if QUASIQUOTE
1127   SCM cell_unquote = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote, a);
1128   SCM cell_unquote_splicing = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote_splicing, a);
1129   SCM the_unquoters = cons (cons (cell_symbol_unquote, cell_unquote),
1130                             cons (cons (cell_symbol_unquote_splicing, cell_unquote_splicing),
1131                                   cell_nil));
1132   a = acons (cell_symbol_the_unquoters, the_unquoters, a);
1133 #endif
1134 #if QUASISYNTAX
1135   SCM cell_unsyntax = assq_ref_cache (cell_symbol_unsyntax, a);
1136   SCM cell_unsyntax_splicing = assq_ref_cache (cell_symbol_unsyntax_splicing, a);
1137   SCM the_unsyntaxers = cons (cons (cell_symbol_unsyntax, cell_unsyntax),
1138                               cons (cons (cell_symbol_unsyntax_splicing, cell_unsyntax_splicing),
1139                                   cell_nil));
1140   a = acons (cell_symbol_the_unsyntaxers, the_unsyntaxers, a);
1141 #endif
1142
1143   a = add_environment (a, "*dot*", cell_dot);
1144   a = add_environment (a, "*foo-bar-baz*", cell_nil); // FIXME: some off-by one?
1145
1146   return a;
1147 }
1148
1149 SCM
1150 mes_stack (SCM a) ///((internal))
1151 {
1152   r0 = a;
1153   r1 = make_char (0);
1154   r2 = make_char (0);
1155   r3 = make_char (0);
1156   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1157   return r0;
1158 }
1159
1160 SCM
1161 mes_environment () ///((internal))
1162 {
1163   SCM a = mes_symbols ();
1164   return mes_stack (a);
1165 }
1166
1167 SCM
1168 make_lambda (SCM args, SCM body)
1169 {
1170   return cons (cell_symbol_lambda, cons (args, body));
1171 }
1172
1173 SCM
1174 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1175 {
1176   return cons (cell_closure, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1177 }
1178
1179 SCM
1180 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1181 {
1182   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1183   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1184   if (macro_p (m) == cell_t) return MACRO (m);
1185   return cell_f;
1186 }
1187
1188 SCM
1189 read_input_file_env_ (SCM e, SCM a)
1190 {
1191   if (e == cell_nil) return e;
1192   return cons (e, read_input_file_env_ (read_env (a), a));
1193 }
1194
1195 SCM
1196 read_input_file_env (SCM a)
1197 {
1198   r0 = a;
1199 #if READER
1200   return read_input_file_env_ (read_env (r0), r0);
1201 #endif
1202   return apply_env (cell_symbol_read_input_file, cell_nil, r0);
1203 }
1204
1205 SCM
1206 load_env (SCM a) ///((internal))
1207 {
1208   r0 =a;
1209 #if !READER
1210   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mes", "r");
1211   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mes", "r");
1212 #endif
1213   if (!g_function) r0 = mes_builtins (r0);
1214   r3 = read_input_file_env (r0);
1215   g_stdin = stdin;
1216   return r3;
1217 }
1218
1219 SCM
1220 bload_env (SCM a) ///((internal))
1221 {
1222   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mo", "r");
1223   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mo", "r");
1224   char *p = (char*)g_cells;
1225   assert (getchar () == 'M');
1226   assert (getchar () == 'E');
1227   assert (getchar () == 'S');
1228   stack = getchar () << 8;
1229   stack += getchar ();
1230   int c = getchar ();
1231   while (c != EOF)
1232     {
1233       *p++ = c;
1234       c = getchar ();
1235     }
1236   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1237   gc_frame (stack);
1238   g_symbols = r1;
1239   g_stdin = stdin;
1240
1241   r0 = mes_builtins (r0);
1242   return r3;
1243 }
1244
1245 int
1246 dump ()
1247 {
1248   r1 = g_symbols;
1249   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1250   stack = cons (frame, stack);
1251   stack = gc (stack);
1252   gc_frame (stack);
1253   char *p = (char*)g_cells;
1254   fputc ('M', stdout);
1255   fputc ('E', stdout);
1256   fputc ('S', stdout);
1257   fputc (stack >> 8, stdout);
1258   fputc (stack % 256, stdout);
1259   for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1260     fputc (*p++, stdout);
1261   return 0;
1262 }
1263
1264 #include "type.c"
1265 #include "define.c"
1266 #include "display.c"
1267 #include "lib.c"
1268 #include "math.c"
1269 #include "posix.c"
1270 #include "quasiquote.c"
1271 #include "reader.c"
1272 #include "string.c"
1273
1274 int
1275 main (int argc, char *argv[])
1276 {
1277   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1278   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1279   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1280   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.3\n");
1281   g_stdin = stdin;
1282   r0 = mes_environment ();
1283   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1284     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1285   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1286   display_ (stderr, begin_env (program, r0));
1287   fputs ("", stderr);
1288   gc (stack);
1289   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1290   return 0;
1291 }