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