core: Add getenv, verbose module loading on MES_DEBUG.
[mes.git] / mes.c
1 /* -*-comment-start: "//";comment-end:""-*-
2  * Mes --- Maxwell Equations of Software
3  * Copyright © 2016 Jan Nieuwenhuizen <janneke@gnu.org>
4  *
5  * This file is part of Mes.
6  *
7  * Mes is free software; you can redistribute it and/or modify it
8  * under the terms of the GNU General Public License as published by
9  * the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or (at
10  * your option) any later version.
11  *
12  * Mes is distributed in the hope that it will be useful, but
13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15  * GNU General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
18  * along with Mes.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19  */
20
21 #define _GNU_SOURCE
22 #include <assert.h>
23 #include <ctype.h>
24 #include <errno.h>
25 #include <limits.h>
26 #include <stdio.h>
27 #include <string.h>
28 #include <stdlib.h>
29 #include <stdbool.h>
30
31 #define DEBUG 0
32 #define FIXED_PRIMITIVES 1
33
34 int ARENA_SIZE = 100000;
35 int MAX_ARENA_SIZE = 20000000;
36 int GC_SAFETY = 100;
37
38 typedef int SCM;
39 enum type_t {CHAR, CLOSURE, FUNCTION, KEYWORD, MACRO, NUMBER, PAIR, REF, SPECIAL, STRING, SYMBOL, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
40 typedef SCM (*function0_t) (void);
41 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
42 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
43 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
44 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
45 typedef struct function_t {
46   union {
47     function0_t function0;
48     function1_t function1;
49     function2_t function2;
50     function3_t function3;
51     functionn_t functionn;
52   };
53   int arity;
54 } function;
55 struct scm_t;
56 typedef struct scm_t {
57   enum type_t type;
58   union {
59     char const *name;
60     SCM string;
61     SCM car;
62     SCM ref;
63     int length;
64   };
65   union {
66     int value;
67     int function;
68     SCM cdr;
69     SCM closure;
70     SCM macro;
71     SCM vector;
72     int hits;
73   };
74 } scm;
75
76 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
77 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
78 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
79 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
80 scm scm_arrow = {SPECIAL, "=>"};
81 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
82 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
83 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
84 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
85 scm scm_label = {SPECIAL, "label"};
86 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
87
88 scm scm_symbol_dot = {SYMBOL, "*dot*"};
89 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
90 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
91 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
92 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
93
94 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
95
96 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
97 scm scm_symbol_macro_expand = {SYMBOL, "macro-expand"};
98 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
99
100 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
101 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
102 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
103 scm scm_symbol_read_input_file = {SYMBOL, "read-input-file"};
104 scm scm_symbol_display = {SYMBOL, "display"};
105
106 scm scm_symbol_car = {SYMBOL, "car"};
107 scm scm_symbol_cdr = {SYMBOL, "cdr"};
108 scm scm_symbol_null_p = {SYMBOL, "null?"};
109 scm scm_symbol_eq_p = {SYMBOL, "eq?"};
110 scm scm_symbol_cons = {SYMBOL, "cons"};
111
112 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
113 scm *g_cells;
114 scm *g_news = 0;
115
116 #include "mes.symbols.h"
117
118 SCM tmp;
119 SCM tmp_num;
120 SCM tmp_num2;
121 SCM tmp_num3;
122 SCM tmp_num4;
123
124 function functions[200];
125 int g_function = 0;
126
127 SCM g_symbols = 0;
128 SCM stack = 0;
129 SCM r0 = 0; // a/env
130 SCM r1 = 0; // param 1
131 SCM r2 = 0; // param 2
132 SCM r3 = 0; // param 3
133
134 #include "lib.h"
135 #include "math.h"
136 #include "mes.h"
137 #include "posix.h"
138 #include "reader.h"
139
140 #define CAR(x) g_cells[x].car
141 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
142 #define HITS(x) g_cells[x].hits
143 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
144 #define NAME(x) g_cells[x].name
145 #define STRING(x) g_cells[x].string
146 #define TYPE(x) g_cells[x].type
147 #define CLOSURE(x) g_cells[x].closure
148 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
149 #define REF(x) g_cells[x].ref
150 #define VALUE(x) g_cells[x].value
151 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
152 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
153 #define NCAR(x) g_news[x].car
154 #define NTYPE(x) g_news[x].type
155
156 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
157 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
158 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
159 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
160 #define CADDR(x) CAR (CDR (CDR (x)))
161 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
162 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
163
164 #define MAKE_CHAR(n) make_cell (tmp_num_ (CHAR), 0, tmp_num2_ (n))
165 #define MAKE_NUMBER(n) make_cell (tmp_num_ (NUMBER), 0, tmp_num2_ (n))
166 #define MAKE_REF(n) make_cell (tmp_num_ (REF), n, 0)
167 #define MAKE_STRING(x) make_cell (tmp_num_ (STRING), x, 0)
168
169 int error (char const* msg, SCM x);
170 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
171
172 SCM
173 tmp_num_ (int x)
174 {
175   g_cells[tmp_num].value = x;
176   return tmp_num;
177 }
178
179 SCM
180 tmp_num2_ (int x)
181 {
182   g_cells[tmp_num2].value = x;
183   return tmp_num2;
184 }
185
186 SCM
187 alloc (int n)
188 {
189   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
190   SCM x = g_free.value;
191   g_free.value += n;
192   return x;
193 }
194
195 SCM
196 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
197 {
198   SCM x = alloc (1);
199   assert (TYPE (type) == NUMBER);
200   TYPE (x) = VALUE (type);
201   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
202     if (car) CAR (x) = CAR (car);
203     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
204   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
205     if (car) CAR (x) = car;
206     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
207   } else {
208     CAR (x) = car;
209     CDR (x) = cdr;
210   }
211   return x;
212 }
213
214 SCM
215 cons (SCM x, SCM y)
216 {
217   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
218   return make_cell (tmp_num, x, y);
219 }
220
221 SCM
222 car (SCM x)
223 {
224   if (TYPE (x) != PAIR) error ("car: not pair: ", x);
225   return CAR (x);
226 }
227
228 SCM
229 cdr (SCM x)
230 {
231   if (TYPE (x) != PAIR) error ("cdr: not pair: ", x);
232   return CDR (x);
233 }
234
235 SCM
236 type_ (SCM x)
237 {
238   return MAKE_NUMBER (TYPE (x));
239 }
240
241 SCM
242 car_ (SCM x)
243 {
244   return (TYPE (CAR (x)) == PAIR
245           || TYPE (CAR (x)) == REF
246           || TYPE (CAR (x)) == SYMBOL
247           || TYPE (CAR (x)) == STRING) ? CAR (x) : MAKE_NUMBER (CAR (x));
248 }
249
250 SCM
251 cdr_ (SCM x)
252 {
253   return (TYPE (CDR (x)) == PAIR
254           || TYPE (CDR (x)) == REF
255           || TYPE (CDR (x)) == SYMBOL
256           || TYPE (CDR (x)) == STRING) ? CDR (x) : MAKE_NUMBER (CDR (x));
257 }
258
259 SCM
260 eq_p (SCM x, SCM y)
261 {
262   return (x == y
263           || ((TYPE (x) == KEYWORD && TYPE (y) == KEYWORD
264                && STRING (x) == STRING (y)))
265           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
266               && VALUE (x) == VALUE (y))
267           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
268               && VALUE (x) == VALUE (y)))
269     ? cell_t : cell_f;
270 }
271
272 SCM
273 set_car_x (SCM x, SCM e)
274 {
275   assert (TYPE (x) == PAIR);
276   CAR (x) = e;
277   return cell_unspecified;
278 }
279
280 SCM
281 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
282 {
283   if (TYPE (x) != PAIR) error ("set-cdr!: not pair: ", x);
284   CDR (x) = e;
285   return cell_unspecified;
286 }
287
288 SCM
289 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
290 {
291   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
292   if (TYPE (p) != PAIR) error ("set-env!: not pair: ", x);
293   return set_cdr_x (p, e);
294 }
295
296 SCM
297 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
298 {
299   if (x == cell_nil)
300     return a;
301   if (TYPE (x) != PAIR)
302     return cons (cons (x, y), a);
303   return cons (cons (car (x), car (y)),
304                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
305 }
306
307 SCM
308 assq (SCM x, SCM a)
309 {
310   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
311     {
312       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
313         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
314       a = CDR (a);
315     }
316   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
317 }
318
319 SCM
320 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
321 {
322   x = assq (x, a);
323   if (x == cell_f) return cell_undefined;
324   return cdr (x);
325 }
326
327 enum eval_apply_t {EVLIS, APPLY, EVAL, MACRO_EXPAND, BEGIN, IF, CALL_WITH_VALUES};
328 enum eval_apply_t g_target;
329
330 SCM
331 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
332 {
333   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
334   r1 = e;
335   r0 = cl;
336   r2 = a;
337   r3 = aa;
338   return cell_unspecified;
339 }
340
341 SCM
342 eval_apply ()
343 {
344   switch (g_target)
345     {
346     case EVLIS: goto evlis;
347     case APPLY: goto apply;
348     case EVAL: goto eval;
349     case MACRO_EXPAND: goto macro_expand;
350     case BEGIN: goto begin;
351     case IF: goto label_if;
352     case CALL_WITH_VALUES: goto call_with_values;
353     }
354
355  evlis:
356   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
357   if (TYPE (r1) != PAIR) goto eval;
358   r2 = eval_env (car (r1), r0);
359   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
360   return cons (r2, r1);
361
362  apply:
363   switch (TYPE (r1))
364     {
365     case FUNCTION: {
366       check_formals (r1, MAKE_NUMBER (FUNCTION (r1).arity), r2);
367       return call (r1, r2);
368     }
369     case CLOSURE:
370       {
371         SCM cl = CLOSURE (r1);
372         SCM formals = cadr (cl);
373         SCM body = cddr (cl);
374         SCM aa = cdar (cl);
375         aa = cdr (aa);
376         check_formals (r1, formals, r2);
377         SCM p = pairlis (formals, r2, aa);
378         call_lambda (body, p, aa, r0);
379         goto begin;
380       }
381     case SYMBOL:
382       {
383         if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
384           {
385             r1 = car (r2);
386             r2 = cadr (r2);
387             goto call_with_values;
388           }
389         if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
390         break;
391       }
392     case PAIR:
393       {
394         switch (car (r1))
395           {
396           case cell_symbol_lambda:
397             {
398               SCM formals = cadr (r1);
399               SCM body = cddr (r1);
400               SCM p = pairlis (formals, r2, r0);
401               check_formals (r1, formals, r2);
402               call_lambda (body, p, p, r0);
403               goto begin;
404             }
405 #if BOOT
406           case cell_symbol_label:
407             {
408               r0 = cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0);
409               r1 = caddr (r1);
410               goto apply;
411             }
412 #endif
413           }
414       }
415     }
416   SCM e = eval_env (r1, r0);
417   check_apply (e, r1);
418   r1 = e;
419   goto apply;
420
421  eval:
422   switch (TYPE (r1))
423     {
424     case PAIR:
425       {
426         switch (car (r1))
427           {
428 #if FIXED_PRIMITIVES
429           case cell_symbol_car: return car (eval_env (CADR (r1), r0));
430           case cell_symbol_cdr: return cdr (eval_env (CADR (r1), r0));
431           case cell_symbol_cons: {SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
432               return cons (CAR (m), CADR (m));}
433           case cell_symbol_null_p: return null_p (eval_env (CADR (r1), r0));
434 #endif // FIXED_PRIMITIVES
435           case cell_symbol_quote: return cadr (r1);
436           case cell_symbol_begin: goto begin;
437           case cell_symbol_lambda:
438             return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
439           case cell_symbol_if: {r1=cdr (r1); goto label_if;}
440           case cell_symbol_set_x: {
441             SCM x = eval_env (caddr (r1), r0); return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
442           }
443           default: {
444             SCM x = macro_expand_env (r1, r0);
445             if (x != r1)
446               {
447                 if (TYPE (x) == PAIR)
448                   {
449                     set_cdr_x (r1, cdr (x));
450                     set_car_x (r1, car (x));
451                   }
452                 r1 = x;
453                 goto eval;
454               }
455             SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
456             r1 = car (r1);
457             r2 = m;
458             goto apply;
459           }
460           }
461       }
462     case SYMBOL: return assert_defined (r1, assq_ref_cache (r1, r0));
463     default: return r1;
464     }
465
466   SCM macro;
467   SCM expanders;
468  macro_expand:
469   if (TYPE (r1) == PAIR
470       && (macro = lookup_macro (car (r1), r0)) != cell_f)
471     {
472       r2 = CDR (r1);
473       r1 = macro;
474       goto apply;
475     }
476   else if (TYPE (r1) == PAIR
477            && TYPE (CAR (r1)) == SYMBOL
478            && ((expanders = assq_ref_cache (cell_symbol_sc_expander_alist, r0)) != cell_undefined)
479            && ((macro = assq (CAR (r1), expanders)) != cell_f))
480     {
481       SCM sc_expand = assq_ref_cache (cell_symbol_macro_expand, r0);
482       if (sc_expand != cell_undefined && sc_expand != cell_f)
483         {
484           r2 = cons (r1, cell_nil);
485           r1 = sc_expand;
486           goto apply;
487         }
488     }
489   return r1;
490
491   SCM r;
492  begin:
493   r = cell_unspecified;
494   while (r1 != cell_nil) {
495     if (TYPE (r1) == PAIR && TYPE (CAR (r1)) == PAIR)
496       {
497         if (caar (r1) == cell_symbol_begin)
498           r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
499         else if (caar (r1) == cell_symbol_primitive_load)
500           {
501             SCM f = read_input_file_env (r0);
502             r1 = append2 (f, cdr (r1));
503           }
504       }
505     if (CDR (r1) == cell_nil)
506       {
507         r1 = car (r1);
508         goto eval;
509       }
510     r = eval_env (car (r1), r0);
511     r1 = CDR (r1);
512   }
513   return r;
514
515   SCM x;
516  label_if:
517   x = eval_env (car (r1), r0);
518   if (x != cell_f)
519     {
520       r1 = cadr (r1);
521       goto eval;
522     }
523   if (cddr (r1) != cell_nil)
524     {
525       r1 = caddr (r1);
526       goto eval;
527     }
528   return cell_unspecified;
529
530   SCM v;
531  call_with_values:
532   v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
533   if (TYPE (v) == VALUES)
534     v = CDR (v);
535   r1 = r2;
536   r2 = v;
537   goto apply;
538 }
539
540 SCM
541 call (SCM fn, SCM x)
542 {
543   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
544       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
545     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
546   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
547       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
548     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
549   switch (FUNCTION (fn).arity)
550     {
551     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
552     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
553     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
554     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
555     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
556     }
557
558   return cell_unspecified;
559 }
560
561 SCM
562 gc_frame (SCM stack)
563 {
564   SCM frame = car (stack);
565   r1 = car (frame);
566   r2 = cadr (frame);
567   r3 = caddr (frame);
568   r0 = cadddr (frame);
569   return frame;
570 }
571
572 SCM
573 gc_stack (SCM a)
574 {
575   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
576   stack = cons (frame, stack);
577   stack = gc (stack);
578   gc_frame (stack);
579   stack = cdr (stack);
580   return stack;
581 }
582
583 SCM
584 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
585 {
586   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
587   stack = cons (frame, stack);
588   r1 = p1;
589   r2 = p2;
590   r0 = a;
591   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
592     gc_stack (stack);
593
594   SCM r = f ();
595   frame = gc_frame (stack);
596   stack = cdr (stack);
597   return r;
598 }
599
600 SCM
601 evlis_env (SCM m, SCM a)
602 {
603   g_target = EVLIS;
604   return vm_call (eval_apply, m, cell_undefined, a);
605 }
606
607 SCM
608 apply_env (SCM fn, SCM x, SCM a)
609 {
610   g_target = APPLY;
611   return vm_call (eval_apply, fn, x, a);
612 }
613
614 SCM
615 eval_env (SCM e, SCM a)
616 {
617   g_target = EVAL;
618   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
619 }
620
621 SCM
622 macro_expand_env (SCM e, SCM a)
623 {
624   g_target = MACRO_EXPAND;
625   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
626 }
627
628 SCM
629 begin_env (SCM e, SCM a)
630 {
631   g_target = BEGIN;
632   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
633 }
634
635 SCM
636 if_env (SCM e, SCM a)
637 {
638   g_target = IF;
639   return vm_call (eval_apply, e, cell_undefined, a);
640 }
641
642 SCM
643 call_with_values_env (SCM producer, SCM consumer, SCM a)
644 {
645   g_target = CALL_WITH_VALUES;
646   return vm_call (eval_apply, producer, consumer, a);
647 }
648
649 SCM
650 append2 (SCM x, SCM y)
651 {
652   if (x == cell_nil) return y;
653   assert (TYPE (x) == PAIR);
654   return cons (car (x), append2 (cdr (x), y));
655 }
656
657 SCM
658 append (SCM x) ///((arity . n))
659  {
660   if (x == cell_nil) return cell_nil;
661   if (cdr (x) == cell_nil) return car (x);
662   return append2 (car (x), append (cdr (x)));
663  }
664
665 SCM
666 cstring_to_list (char const* s)
667 {
668   SCM p = cell_nil;
669   int i = strlen (s);
670   while (i--)
671     p = cons (MAKE_CHAR (s[i]), p);
672   return p;
673 }
674
675 SCM
676 null_p (SCM x)
677 {
678   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
679 }
680
681 SCM
682 make_symbol_ (SCM s)
683 {
684   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
685   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
686   g_symbols = cons (x, g_symbols);
687   return x;
688 }
689
690 SCM
691 make_symbol (SCM s)
692 {
693   SCM x = lookup_symbol_ (s);
694   return x ? x : make_symbol_ (s);
695 }
696
697 SCM
698 make_vector (SCM n)
699 {
700   int k = VALUE (n);
701   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
702   SCM v = alloc (k);
703   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
704   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
705   return x;
706 }
707
708 SCM
709 arity_ (SCM x)
710 {
711   assert (TYPE (x) == FUNCTION);
712   return MAKE_NUMBER (FUNCTION (x).arity);
713 }
714
715 SCM
716 values (SCM x) ///((arity . n))
717 {
718   SCM v = cons (0, x);
719   TYPE (v) = VALUES;
720   return v;
721 }
722
723 SCM
724 vector_length (SCM x)
725 {
726   assert (TYPE (x) == VECTOR);
727   return MAKE_NUMBER (LENGTH (x));
728 }
729
730 SCM
731 vector_ref (SCM x, SCM i)
732 {
733   assert (TYPE (x) == VECTOR);
734   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
735   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
736   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
737   if (TYPE (e) == CHAR) e = MAKE_CHAR (VALUE (e));
738   if (TYPE (e) == NUMBER) e = MAKE_NUMBER (VALUE (e));
739   return e;
740 }
741
742 SCM
743 vector_entry (SCM x) {
744   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = MAKE_REF (x);
745   return x;
746 }
747
748 SCM
749 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
750 {
751   assert (TYPE (x) == VECTOR);
752   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
753   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
754   return cell_unspecified;
755 }
756
757 SCM
758 list_to_vector (SCM x)
759 {
760   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
761   SCM v = make_vector (tmp_num);
762   SCM p = VECTOR (v);
763   while (x != cell_nil)
764     {
765       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
766       x = cdr (x);
767     }
768   return v;
769 }
770
771 SCM
772 vector_to_list (SCM v)
773 {
774   SCM x = cell_nil;
775   for (int i = 0; i < LENGTH (v); i++) {
776     SCM e = VECTOR (v)+i;
777     if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
778     x = append2 (x, cons (e, cell_nil));
779   }
780   return x;
781 }
782
783 void
784 make_tmps (scm* cells)
785 {
786   tmp = g_free.value++;
787   cells[tmp].type = CHAR;
788   tmp_num = g_free.value++;
789   cells[tmp_num].type = NUMBER;
790   tmp_num2 = g_free.value++;
791   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
792   tmp_num3 = g_free.value++;
793   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
794   tmp_num4 = g_free.value++;
795   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
796 }
797
798 //\f Jam Collector
799 SCM g_symbol_max;
800 bool g_debug = false;
801
802 SCM
803 gc_up_arena ()
804 {
805   ARENA_SIZE *= 2;
806   void *p = realloc (g_cells-1, 2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
807   if (!p) error (strerror (errno), MAKE_NUMBER (g_free.value));
808   g_cells = (scm*)p;
809   g_cells++;
810   gc_init_news ();
811 }
812
813 SCM
814 gc ()
815 {
816   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
817   g_free.value = 1;
818   if (g_cells < g_news && ARENA_SIZE < MAX_ARENA_SIZE) gc_up_arena ();
819   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
820     gc_copy (i);
821   make_tmps (g_news);
822   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
823   SCM new = gc_copy (stack);
824   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
825   stack = new;
826   return gc_loop (1);
827 }
828
829 SCM
830 gc_loop (SCM scan)
831 {
832   while (scan < g_free.value)
833     {
834       if (NTYPE (scan) == CLOSURE
835           || NTYPE (scan) == FUNCTION
836           || NTYPE (scan) == KEYWORD
837           || NTYPE (scan) == MACRO
838           || NTYPE (scan) == PAIR
839           || NTYPE (scan) == REF
840           || scan == 1 // null
841           || NTYPE (scan) == SPECIAL
842           || NTYPE (scan) == STRING
843           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
844         {
845           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
846           gc_relocate_car (scan, car);
847         }
848       if ((NTYPE (scan) == CLOSURE
849            || NTYPE (scan) == MACRO
850            || NTYPE (scan) == PAIR
851            || NTYPE (scan) == VALUES)
852           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
853         {
854           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
855           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
856         }
857       scan++;
858     }
859   return gc_flip ();
860 }
861
862 SCM
863 gc_copy (SCM old)
864 {
865   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
866   SCM new = g_free.value++;
867   g_news[new] = g_cells[old];
868   if (NTYPE (new) == VECTOR)
869     {
870       g_news[new].vector = g_free.value;
871       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
872         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
873     }
874   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
875   g_cells[old].car = new;
876   return new;
877 }
878
879 SCM
880 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
881 {
882   g_news[new].car = car;
883   return cell_unspecified;
884 }
885
886 SCM
887 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
888 {
889   g_news[new].cdr = cdr;
890   return cell_unspecified;
891 }
892
893 SCM
894 gc_flip ()
895 {
896   scm *cells = g_cells;
897   g_cells = g_news;
898   g_news = cells;
899   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
900   return stack;
901 }
902
903 //\f Environment setup
904 SCM
905 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
906 {
907   return cons (cons (key, value), alist);
908 }
909
910 SCM
911 gc_init_cells ()
912 {
913   g_cells = (scm *)malloc (2*ARENA_SIZE*sizeof(scm));
914   g_cells[0].type = VECTOR;
915   g_cells[0].length = 1000;
916   g_cells[0].vector = 0;
917   g_cells++;
918   g_cells[0].type = CHAR;
919   g_cells[0].value = 'c';
920 }
921
922 SCM
923 gc_init_news ()
924 {
925   g_news = g_cells-1 + ARENA_SIZE;
926   g_news[0].type = VECTOR;
927   g_news[0].length = 1000;
928   g_news[0].vector = 0;
929   g_news++;
930   g_news[0].type = CHAR;
931   g_news[0].value = 'n';
932 }
933
934 SCM
935 mes_symbols () ///((internal))
936 {
937   gc_init_cells ();
938   gc_init_news ();
939
940 #include "mes.symbols.i"
941
942   g_symbol_max = g_free.value;
943   make_tmps (g_cells);
944
945   g_symbols = 0;
946   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
947     g_symbols = cons (i, g_symbols);
948
949   SCM a = cell_nil;
950
951 #include "mes.symbol-names.i"
952
953 #if BOOT
954   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
955 #endif
956   a = acons (cell_symbol_dot, cell_dot, a);
957   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
958   a = acons (cell_symbol_sc_expand, cell_f, a);
959   a = acons (cell_closure, a, a);
960
961   return a;
962 }
963
964 SCM
965 mes_builtins (SCM a)
966 {
967 #include "mes.i"
968
969 #include "lib.i"
970 #include "math.i"
971 #include "posix.i"
972 #include "reader.i"
973
974 #include "lib.environment.i"
975 #include "math.environment.i"
976 #include "mes.environment.i"
977 #include "posix.environment.i"
978 #include "reader.environment.i"
979
980   return a;
981 }
982
983 SCM
984 mes_stack (SCM a) ///((internal))
985 {
986   r0 = a;
987   r1 = MAKE_CHAR (0);
988   r2 = MAKE_CHAR (0);
989   r3 = MAKE_CHAR (0);
990   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
991   return r0;
992 }
993
994 SCM
995 mes_environment () ///((internal))
996 {
997   SCM a = mes_symbols ();
998   return mes_stack (a);
999 }
1000
1001 SCM
1002 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1003 {
1004   return make_cell (tmp_num_ (CLOSURE), cell_f, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1005 }
1006
1007 SCM
1008 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1009 {
1010   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1011   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1012   if (TYPE (m) == MACRO) return MACRO (m);
1013   return cell_f;
1014 }
1015
1016 FILE *g_stdin;
1017 SCM
1018 load_env (SCM a) ///((internal))
1019 {
1020   r0 =a;
1021   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mes", "r");
1022   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mes", "r");
1023   if (!g_function) r0 = mes_builtins (r0);
1024   r3 = read_input_file_env (r0);
1025   g_stdin = stdin;
1026   return r3;
1027 }
1028
1029 SCM
1030 bload_env (SCM a) ///((internal))
1031 {
1032   g_stdin = fopen ("module/mes/read-0.mo", "r");
1033   g_stdin = g_stdin ? g_stdin : fopen (PREFIX "module/mes/read-0.mo", "r");
1034   char *p = (char*)g_cells;
1035   assert (getchar () == 'M');
1036   assert (getchar () == 'E');
1037   assert (getchar () == 'S');
1038   stack = getchar () << 8;
1039   stack += getchar ();
1040   int c = getchar ();
1041   while (c != EOF)
1042     {
1043       *p++ = c;
1044       c = getchar ();
1045     }
1046   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1047   gc_frame (stack);
1048   g_symbols = r1;
1049   g_stdin = stdin;
1050
1051   r0 = mes_builtins (r0);
1052   return r3;
1053 }
1054
1055 int
1056 dump ()
1057 {
1058   r1 = g_symbols;
1059   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1060   stack = cons (frame, stack);
1061   stack = gc (stack);
1062   gc_frame (stack);
1063   char *p = (char*)g_cells;
1064   fputc ('M', stdout);
1065   fputc ('E', stdout);
1066   fputc ('S', stdout);
1067   fputc (stack >> 8, stdout);
1068   fputc (stack % 256, stdout);
1069   for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1070     fputc (*p++, stdout);
1071   return 0;
1072 }
1073
1074 #include "lib.c"
1075 #include "math.c"
1076 #include "posix.c"
1077 #include "reader.c"
1078
1079 int
1080 main (int argc, char *argv[])
1081 {
1082   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1083   if (getenv ("MES_ARENA")) ARENA_SIZE = atoi (getenv ("MES_ARENA"));
1084   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1085   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.3\n");
1086   g_stdin = stdin;
1087   r0 = mes_environment ();
1088   SCM program = (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1089     ? bload_env (r0) : load_env (r0);
1090   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) return dump ();
1091   stderr_ (begin_env (program, r0));
1092   fputs ("", stderr);
1093   gc (stack);
1094   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1095   return 0;
1096 }