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 <limits.h>
  25 #include <stdio.h>
  26 #include <string.h>
  27 #include <stdlib.h>
  28 #include <stdbool.h>
  29
  30 #define DEBUG 0
  31 #define QUASIQUOTE 1
  32 #define QUASISYNTAX 0
  33 #define ENV_CACHE 1
  34
  35 //int ARENA_SIZE = 200000000;
  36 //               30101417
  37 int ARENA_SIZE = 30000000;
  38 int GC_SAFETY = 10000;
  39 int GC_FREE = 20000;
  40
  41 typedef long SCM;
  42 enum type_t {CHAR, FUNCTION, MACRO, NUMBER, PAIR, SPECIAL, STRING, SYMBOL, REF, VALUES, VECTOR, BROKEN_HEART};
  43 typedef SCM (*function0_t) (void);
  44 typedef SCM (*function1_t) (SCM);
  45 typedef SCM (*function2_t) (SCM, SCM);
  46 typedef SCM (*function3_t) (SCM, SCM, SCM);
  47 typedef SCM (*functionn_t) (SCM);
  48 typedef struct function_t {
  49   union {
  50     function0_t function0;
  51     function1_t function1;
  52     function2_t function2;
  53     function3_t function3;
  54     functionn_t functionn;
  55   };
  56   int arity;
  57 } function;
  58 struct scm_t;
  59 typedef struct scm_t {
  60   enum type_t type;
  61   union {
  62     char const *name;
  63     SCM string;
  64     SCM car;
  65     SCM ref;
  66     int length;
  67   };
  68   union {
  69     int value;
  70     int function;
  71     SCM cdr;
  72     SCM macro;
  73     SCM vector;
  74     int hits;
  75   };
  76 } scm;
  77
  78 function functions[200];
  79 int g_function = 0;
  80
  81 #include "mes.symbols.h"
  82 #include "cache.h"
  83 #include "define.h"
  84 #include "display.h"
  85 #include "lib.h"
  86 #include "math.h"
  87 #include "mes.h"
  88 #include "posix.h"
  89 #include "quasiquote.h"
  90 #include "reader.h"
  91 #include "string.h"
  92 #include "type.h"
  93
  94 SCM g_symbols = 0;
  95 SCM stack = 0;
  96 SCM r0 = 0; // a/env
  97 SCM r1 = 0; // param 1
  98 SCM r2 = 0; // param 2
  99 SCM r3 = 0; // param 3
 100
 101 SCM tmp;
 102 SCM tmp_num;
 103 SCM tmp_num2;
 104 SCM tmp_num3;
 105 SCM tmp_num4;
 106
 107 scm scm_nil = {SPECIAL, "()"};
 108 scm scm_f = {SPECIAL, "#f"};
 109 scm scm_t = {SPECIAL, "#t"};
 110 scm scm_dot = {SPECIAL, "."};
 111 scm scm_undefined = {SPECIAL, "*undefined*"};
 112 scm scm_unspecified = {SPECIAL, "*unspecified*"};
 113 scm scm_closure = {SPECIAL, "*closure*"};
 114 scm scm_circular = {SPECIAL, "*circular*"};
 115 #if BOOT
 116 scm scm_label = {
 117   SPECIAL, "label"};
 118 #endif
 119 scm scm_begin = {SPECIAL, "*begin*"};
 120
 121 scm scm_symbol_lambda = {SYMBOL, "lambda"};
 122 scm scm_symbol_begin = {SYMBOL, "begin"};
 123 scm scm_symbol_if = {SYMBOL, "if"};
 124 scm scm_symbol_define = {SYMBOL, "define"};
 125 scm scm_symbol_define_macro = {SYMBOL, "define-macro"};
 126 scm scm_symbol_set_x = {SYMBOL, "set!"};
 127
 128 scm scm_symbol_quote = {SYMBOL, "quote"};
 129 scm scm_symbol_quasiquote = {SYMBOL, "quasiquote"};
 130 scm scm_symbol_unquote = {SYMBOL, "unquote"};
 131 scm scm_symbol_unquote_splicing = {SYMBOL, "unquote-splicing"};
 132
 133 scm scm_symbol_sc_expand = {SYMBOL, "sc-expand"};
 134 scm scm_symbol_expand_macro = {SYMBOL, "expand-macro"};
 135 scm scm_symbol_sc_expander_alist = {SYMBOL, "*sc-expander-alist*"};
 136 scm scm_symbol_noexpand = {SYMBOL, "noexpand"};
 137 scm scm_symbol_syntax = {SYMBOL, "syntax"};
 138 scm scm_symbol_quasisyntax = {SYMBOL, "quasisyntax"};
 139 scm scm_symbol_unsyntax = {SYMBOL, "unsyntax"};
 140 scm scm_symbol_unsyntax_splicing = {SYMBOL, "unsyntax-splicing"};
 141
 142 scm scm_symbol_call_with_values = {SYMBOL, "call-with-values"};
 143 scm scm_symbol_current_module = {SYMBOL, "current-module"};
 144 scm scm_symbol_primitive_load = {SYMBOL, "primitive-load"};
 145
 146 scm scm_symbol_the_unquoters = {SYMBOL, "*the-unquoters*"};
 147
 148 scm char_eof = {CHAR, .name="*eof*", .value=-1};
 149 scm char_nul = {CHAR, .name="nul", .value=0};
 150 scm char_backspace = {CHAR, .name="backspace", .value=8};
 151 scm char_tab = {CHAR, .name="tab", .value=9};
 152 scm char_newline = {CHAR, .name="newline", .value=10};
 153 scm char_vt = {CHAR, .name="vt", .value=11};
 154 scm char_page = {CHAR, .name="page", .value=12};
 155 scm char_return = {CHAR, .name="return", .value=13};
 156 scm char_space = {CHAR, .name="space", .value=32};
 157
 158 scm g_free = {NUMBER, .value=0};
 159 scm *g_cells;
 160 scm *g_news = 0;
 161
 162 #define CAR(x) g_cells[x].car
 163 #define CDR(x) g_cells[x].cdr
 164 #define HITS(x) g_cells[x].hits
 165 #define LENGTH(x) g_cells[x].length
 166 #define NAME(x) g_cells[x].name
 167 #define STRING(x) g_cells[x].string
 168 #define TYPE(x) g_cells[x].type
 169 #define MACRO(x) g_cells[x].macro
 170 #define REF(x) g_cells[x].ref
 171 #define VALUE(x) g_cells[x].value
 172 #define VECTOR(x) g_cells[x].vector
 173 #define FUNCTION(x) functions[g_cells[x].function]
 174 #define NCAR(x) g_news[x].car
 175 #define NTYPE(x) g_news[x].type
 176
 177 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 178 #define CDAR(x) CDR (CAR (x))
 179 #define CAAR(x) CAR (CAR (x))
 180 #define CADAR(x) CAR (CDR (CAR (x)))
 181 #define CDADAR(x) CAR (CDR (CAR (CDR (x))))
 182 #define CADR(x) CAR (CDR (x))
 183
 184 SCM display_ (FILE* f, SCM x);
 185 SCM vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a);
 186
 187 SCM
 188 alloc (int n)
 189 {
 190   assert (g_free.value + n < ARENA_SIZE);
 191   SCM x = g_free.value;
 192   g_free.value += n;
 193   return x;
 194 }
 195
 196 SCM
 197 make_cell (SCM type, SCM car, SCM cdr)
 198 {
 199   SCM x = alloc (1);
 200   assert (TYPE (type) == NUMBER);
 201   TYPE (x) = VALUE (type);
 202   if (VALUE (type) == CHAR || VALUE (type) == NUMBER) {
 203     if (car) CAR (x) = CAR (car);
 204     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 205   } else if (VALUE (type) == FUNCTION) {
 206     if (car) CAR (x) = car;
 207     if (cdr) CDR (x) = CDR (cdr);
 208   } else {
 209     CAR (x) = car;
 210     CDR (x) = cdr;
 211   }
 212   return x;
 213 }
 214
 215 SCM
 216 cons (SCM x, SCM y)
 217 {
 218   g_cells[tmp_num].value = PAIR;
 219   return make_cell (tmp_num, x, y);
 220 }
 221
 222 SCM
 223 car (SCM x)
 224 {
 225   assert (TYPE (x) == PAIR);
 226   return CAR (x);
 227 }
 228
 229 SCM
 230 cdr (SCM x)
 231 {
 232   assert (TYPE (x) == PAIR);
 233   return CDR (x);
 234 }
 235
 236 SCM
 237 eq_p (SCM x, SCM y)
 238 {
 239   return (x == y
 240           || (TYPE (x) == CHAR && TYPE (y) == CHAR
 241               && VALUE (x) == VALUE (y))
 242           || (TYPE (x) == NUMBER && TYPE (y) == NUMBER
 243               && VALUE (x) == VALUE (y)))
 244     ? cell_t : cell_f;
 245 }
 246
 247 SCM
 248 set_car_x (SCM x, SCM e)
 249 {
 250   assert (TYPE (x) == PAIR);
 251   CAR (x) = e;
 252   return cell_unspecified;
 253 }
 254
 255 SCM
 256 set_cdr_x (SCM x, SCM e)
 257 {
 258   assert (TYPE (x) == PAIR);
 259   cache_invalidate (cdr (x));
 260   CDR (x) = e;
 261   return cell_unspecified;
 262 }
 263
 264 SCM
 265 set_env_x (SCM x, SCM e, SCM a)
 266 {
 267   cache_invalidate (x);
 268   SCM p = assert_defined (x, assq (x, a));
 269   return set_cdr_x (p, e);
 270 }
 271
 272 SCM
 273 quote (SCM x)
 274 {
 275   return cons (cell_symbol_quote, x);
 276 }
 277
 278 SCM
 279 quasiquote (SCM x)
 280 {
 281   return cons (cell_symbol_quasiquote, x);
 282 }
 283
 284 SCM
 285 quasisyntax (SCM x)
 286 {
 287   return cons (cell_symbol_quasisyntax, x);
 288 }
 289
 290 SCM
 291 pairlis (SCM x, SCM y, SCM a)
 292 {
 293   if (x == cell_nil)
 294     return a;
 295   if (pair_p (x) == cell_f)
 296     return cons (cons (x, y), a);
 297   return cons (cons (car (x), car (y)),
 298                pairlis (cdr (x), cdr (y), a));
 299 }
 300
 301 SCM
 302 assq (SCM x, SCM a)
 303 {
 304   while (a != cell_nil && eq_p (x, CAAR (a)) == cell_f)
 305     {
 306       if (TYPE (a) == BROKEN_HEART || TYPE (CAR (a)) == BROKEN_HEART)
 307         fprintf (stderr, "oops, broken heart\n");
 308       a = CDR (a);
 309     }
 310   return a != cell_nil ? car (a) : cell_f;
 311 }
 312
 313 #if! ENV_CACHE
 314 SCM
 315 assq_ref_cache (SCM x, SCM a)
 316 {
 317   x = assq (x, a);
 318   if (x == cell_f) return cell_undefined;
 319   return cdr (x);
 320 }
 321 #endif // !ENV_CACHE
 322
 323 SCM
 324 assert_defined (SCM x, SCM e)
 325 {
 326   if (e == cell_undefined)
 327     {
 328       fprintf (stderr, "eval: unbound variable:");
 329       display_ (stderr, x);
 330       fprintf (stderr, "\n");
 331       assert (!"unbound variable");
 332     }
 333   return e;
 334 }
 335
 336 SCM
 337 vm_evlis_env ()
 338 {
 339   if (r1 == cell_nil) return cell_nil;
 340   if (TYPE (r1) != PAIR) return eval_env (r1, r0);
 341   r2 = eval_env (car (r1), r0);
 342   r1 = evlis_env (cdr (r1), r0);
 343   return cons (r2, r1);
 344 }
 345
 346 SCM
 347 vm_call_lambda ()
 348 {
 349   return vm_call (vm_begin_env, r1, cell_undefined, r0);
 350 }
 351
 352 SCM
 353 call_lambda (SCM e, SCM x, SCM aa, SCM a) ///((internal))
 354 {
 355   SCM cl = cons (cons (cell_closure, x), x);
 356   r1 = e;
 357   r0 = cl;
 358   r2 = a;
 359   r3 = aa;
 360   cache_invalidate_range (r0, CDR (r3));
 361   SCM r = vm_call_lambda ();
 362   cache_invalidate_range (r0, CDR (r3));
 363   return r;
 364 }
 365
 366 SCM
 367 vm_apply_env ()
 368 {
 369   if (TYPE (r1) != PAIR)
 370     {
 371       if (TYPE (r1) == FUNCTION) return call (r1, r2);
 372       if (r1 == cell_symbol_call_with_values)
 373         return call_with_values_env (car (r2), cadr (r2), r0);
 374       if (r1 == cell_symbol_current_module) return r0;
 375     }
 376   else if (car (r1) == cell_symbol_lambda) {
 377     SCM args = cadr (r1);
 378     SCM body = cddr (r1);
 379     SCM p = pairlis (args, r2, r0);
 380     return call_lambda (body, p, p, r0);
 381   }
 382   else if (car (r1) == cell_closure) {
 383     SCM args = caddr (r1);
 384     SCM body = cdddr (r1);
 385     SCM aa = cdadr (r1);
 386     aa = cdr (aa);
 387     SCM p = pairlis (args, r2, aa);
 388     return call_lambda (body, p, aa, r0);
 389   }
 390 #if BOOT
 391   else if (car (r1) == cell_symbol_label)
 392     return apply_env (caddr (r1), r2, cons (cons (cadr (r1), caddr (r1)), r0));
 393 #endif
 394   SCM e = eval_env (r1, r0);
 395   char const* type = 0;
 396   if (e == cell_f || e == cell_t) type = "bool";
 397   if (TYPE (e) == CHAR) type = "char";
 398   if (TYPE (e) == NUMBER) type = "number";
 399   if (TYPE (e) == STRING) type = "string";
 400   if (e == cell_unspecified) type = "*unspecified*";
 401   if (e == cell_undefined) type =  "*undefined*";
 402   if (type)
 403     {
 404       fprintf (stderr, "cannot apply: %s: ", type);
 405       display_ (stderr, e);
 406       fprintf (stderr, " [");
 407       display_ (stderr, r1);
 408       fprintf (stderr, "]\n");
 409       assert (!"cannot apply");
 410     }
 411   return apply_env (e, r2, r0);
 412 }
 413
 414 SCM
 415 vm_eval_env ()
 416 {
 417   switch (TYPE (r1))
 418     {
 419     case PAIR:
 420       {
 421         if (car (r1) == cell_symbol_quote)
 422           return cadr (r1);
 423 #if QUASISYNTAX
 424         if (car (r1) == cell_symbol_syntax)
 425           return r1;
 426 #endif
 427         if (car (r1) == cell_symbol_begin)
 428           return begin_env (r1, r0);
 429         if (car (r1) == cell_symbol_lambda)
 430           return make_closure (cadr (r1), cddr (r1), assq (cell_closure, r0));
 431         if (car (r1) == cell_closure)
 432           return r1;
 433         if (car (r1) == cell_symbol_if)
 434           return if_env (cdr (r1), r0);
 435 #if !BOOT
 436         if (car (r1) == cell_symbol_define)
 437           return define_env (r1, r0);
 438         if (car (r1) == cell_symbol_define_macro)
 439           return define_env (r1, r0);
 440         if (car (r1) == cell_symbol_primitive_load)
 441           return begin_env (read_input_file_env (r0), r0);
 442 #else
 443         if (car (r1) == cell_symbol_define) {
 444         fprintf (stderr, "C DEFINE: ");
 445         display_ (stderr,
 446                   TYPE (cadr (r1)) == SYMBOL
 447                   ? STRING (cadr (r1))
 448                   : STRING (caadr (r1)));
 449         fprintf (stderr, "\n");
 450       }
 451       assert (car (r1) != cell_symbol_define);
 452       assert (car (r1) != cell_symbol_define_macro);
 453 #endif
 454 #if 1 //!BOOT
 455       if (car (r1) == cell_symbol_set_x)
 456         {
 457           SCM x = eval_env (caddr (r1), r0);
 458           return set_env_x (cadr (r1), x, r0);
 459         }
 460 #else
 461       assert (car (r1) != cell_symbol_set_x);
 462 #endif
 463 #if QUASIQUOTE
 464       if (car (r1) == cell_symbol_unquote)
 465         return eval_env (cadr (r1), r0);
 466       if (car (r1) == cell_symbol_quasiquote)
 467         return eval_quasiquote (cadr (r1), add_unquoters (r0));
 468 #endif //QUASIQUOTE
 469 #if QUASISYNTAX
 470       if (car (r1) == cell_symbol_unsyntax)
 471         return eval_env (cadr (r1), r0);
 472       if (car (r1) == cell_symbol_quasisyntax)
 473         return eval_quasisyntax (cadr (r1), add_unsyntaxers (r0));
 474 #endif //QUASISYNTAX
 475       SCM x = expand_macro_env (r1, r0);
 476       if (x != r1)
 477           return eval_env (x, r0);
 478       SCM m = evlis_env (CDR (r1), r0);
 479       return apply_env (car (r1), m, r0);
 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 && caar (r1) == cell_symbol_begin)
 515       r1 = append2 (cdar (r1), cdr (r1));
 516     r = eval_env (car (r1), r0);
 517     r1 = CDR (r1);
 518   }
 519   return r;
 520 }
 521
 522 SCM
 523 vm_if_env ()
 524 {
 525   SCM x = eval_env (car (r1), r0);
 526   if (x != cell_f)
 527     return eval_env (cadr (r1), r0);
 528   if (cddr (r1) != cell_nil)
 529     return eval_env (caddr (r1), r0);
 530   return cell_unspecified;
 531 }
 532
 533 SCM
 534 vm_call_with_values_env ()
 535 {
 536   SCM v = apply_env (r1, cell_nil, r0);
 537   if (TYPE (v) == VALUES)
 538     v = CDR (v);
 539   return apply_env (r2, v, r0);
 540 }
 541
 542 SCM
 543 call (SCM fn, SCM x)
 544 {
 545   if ((FUNCTION (fn).arity > 0 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 546       && x != cell_nil && TYPE (CAR (x)) == VALUES)
 547     x = cons (CADAR (x), CDR (x));
 548   if ((FUNCTION (fn).arity > 1 || FUNCTION (fn).arity == -1)
 549       && x != cell_nil && TYPE (CDR (x)) == PAIR && TYPE (CADR (x)) == VALUES)
 550     x = cons (CAR (x), cons (CDADAR (x), CDR (x)));
 551   switch (FUNCTION (fn).arity)
 552     {
 553     case 0: return FUNCTION (fn).function0 ();
 554     case 1: return FUNCTION (fn).function1 (car (x));
 555     case 2: return FUNCTION (fn).function2 (car (x), cadr (x));
 556     case 3: return FUNCTION (fn).function3 (car (x), cadr (x), caddr (x));
 557     case -1: return FUNCTION (fn).functionn (x);
 558     }
 559   return cell_unspecified;
 560 }
 561
 562 SCM
 563 gc_frame (SCM stack)
 564 {
 565   SCM frame = car (stack);
 566   r1 = car (frame);
 567   r2 = cadr (frame);
 568   r3 = caddr (frame);
 569   r0 = cadddr (frame);
 570   return frame;
 571 }
 572
 573 SCM
 574 gc_stack (SCM a)
 575 {
 576   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 577   stack = cons (frame, stack);
 578   stack = gc (stack);
 579   gc_frame (stack);
 580   stack = cdr (stack);
 581   return stack;
 582 }
 583
 584 SCM
 585 vm_call (function0_t f, SCM p1, SCM p2, SCM a)
 586 {
 587   SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
 588   stack = cons (frame, stack);
 589   r1 = p1;
 590   r2 = p2;
 591   r0 = a;
 592   if (g_free.value + GC_SAFETY > ARENA_SIZE)
 593     {
 594       cache_invalidate_range (r0, cell_nil);
 595       gc_stack (stack);
 596     }
 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_macro (SCM name, SCM x)
 681 {
 682   g_cells[tmp_num].value = MACRO;
 683   return make_cell (tmp_num, STRING (name), x);
 684 }
 685
 686 SCM
 687 make_number (int x)
 688 {
 689   g_cells[tmp_num].value = NUMBER;
 690   g_cells[tmp_num2].value = x;
 691   return make_cell (tmp_num, tmp_num2, tmp_num2);
 692 }
 693
 694 SCM
 695 make_ref (SCM x)
 696 {
 697   g_cells[tmp_num].value = REF;
 698   return make_cell (tmp_num, x, x);
 699 }
 700
 701 SCM
 702 make_string (SCM x)
 703 {
 704   g_cells[tmp_num].value = STRING;
 705   return make_cell (tmp_num, x, 0);
 706 }
 707
 708 SCM
 709 cstring_to_list (char const* s)
 710 {
 711   SCM p = cell_nil;
 712   int i = strlen (s);
 713   while (i--)
 714     p = cons (make_char (s[i]), p);
 715   return p;
 716 }
 717
 718 SCM
 719 null_p (SCM x)
 720 {
 721   return x == cell_nil ? cell_t : cell_f;
 722 }
 723
 724 SCM
 725 internal_make_symbol (SCM s)
 726 {
 727   g_cells[tmp_num].value = SYMBOL;
 728   SCM x = make_cell (tmp_num, s, 0);
 729   g_symbols = cons (x, g_symbols);
 730   return x;
 731 }
 732
 733 SCM
 734 make_symbol (SCM s)
 735 {
 736   SCM x = internal_lookup_symbol (s);
 737   return x ? x : internal_make_symbol (s);
 738 }
 739
 740 SCM
 741 make_vector (SCM n)
 742 {
 743   int k = VALUE (n);
 744   g_cells[tmp_num].value = VECTOR;
 745   SCM v = alloc (k);
 746   SCM x = make_cell (tmp_num, k, v);
 747   for (int i=0; i<k; i++) g_cells[v+i] = g_cells[vector_entry (cell_unspecified)];
 748   return x;
 749 }
 750
 751 SCM
 752 values (SCM x) ///((arity . n))
 753 {
 754   SCM v = cons (0, x);
 755   TYPE (v) = VALUES;
 756   return v;
 757 }
 758
 759 SCM
 760 vector_length (SCM x)
 761 {
 762   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 763   return make_number (LENGTH (x));
 764 }
 765
 766 SCM
 767 vector_ref (SCM x, SCM i)
 768 {
 769   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 770   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 771   SCM e = VECTOR (x) + VALUE (i);
 772   if (TYPE (e) == REF) e = g_cells[e].ref;
 773   if (TYPE (e) == CHAR) e = make_char (VALUE (e));
 774   if (TYPE (e) == NUMBER) e = make_number (VALUE (e));
 775   return e;
 776 }
 777
 778 SCM
 779 vector_entry (SCM x) {
 780   if (TYPE (x) == PAIR || TYPE (x) == SPECIAL || TYPE (x) == STRING || TYPE (x) == SYMBOL || TYPE (x) == VECTOR) x = make_ref (x);
 781   return x;
 782 }
 783
 784 SCM
 785 vector_set_x (SCM x, SCM i, SCM e)
 786 {
 787   assert (TYPE (x) == VECTOR);
 788   assert (VALUE (i) < LENGTH (x));
 789   g_cells[VECTOR (x)+g_cells[i].value] = g_cells[vector_entry (e)];
 790   return cell_unspecified;
 791 }
 792
 793 SCM
 794 list_to_vector (SCM x)
 795 {
 796   VALUE (tmp_num) = VALUE (length (x));
 797   SCM v = make_vector (tmp_num);
 798   SCM p = VECTOR (v);
 799   while (x != cell_nil)
 800     {
 801       g_cells[p++] = g_cells[vector_entry (car (x))];
 802       x = cdr (x);
 803     }
 804   return v;
 805 }
 806
 807 FILE *g_stdin;
 808 int
 809 getchar ()
 810 {
 811   return getc (g_stdin);
 812 }
 813
 814 int
 815 ungetchar (int c)
 816 {
 817   return ungetc (c, g_stdin);
 818 }
 819
 820 int
 821 peekchar ()
 822 {
 823   int c = getchar ();
 824   ungetchar (c);
 825   return c;
 826 }
 827
 828 SCM
 829 peek_byte ()
 830 {
 831   return make_number (peekchar ());
 832 }
 833
 834 SCM
 835 read_byte ()
 836 {
 837   return make_number (getchar ());
 838 }
 839
 840 SCM
 841 unread_byte (SCM i)
 842 {
 843   return ungetchar (VALUE (i));
 844 }
 845
 846 SCM
 847 write_char (SCM x) ///((arity . n))
 848 {
 849   SCM c = car (x);
 850   SCM p = cdr (x);
 851   int fd = 1;
 852   if (TYPE (p) == PAIR && TYPE (car (p)) == NUMBER) fd = VALUE (car (p));
 853   FILE *f = fd == 1 ? stdout : stderr;
 854   assert (TYPE (c) == NUMBER || TYPE (c) == CHAR);
 855   fputc (VALUE (c), f);
 856   return c;
 857 }
 858
 859 SCM
 860 symbol_to_list (SCM x)
 861 {
 862   assert (TYPE (x) == SYMBOL);
 863   return STRING (x);
 864 }
 865
 866 SCM
 867 char_to_integer (SCM x)
 868 {
 869   assert (TYPE (x) == CHAR);
 870   return make_number (VALUE (x));
 871 }
 872
 873 SCM
 874 integer_to_char (SCM x)
 875 {
 876   assert (TYPE (x) == NUMBER);
 877   return make_char (VALUE (x));
 878 }
 879
 880 void
 881 make_tmps (scm* cells)
 882 {
 883   tmp = g_free.value++;
 884   cells[tmp].type = CHAR;
 885   tmp_num = g_free.value++;
 886   cells[tmp_num].type = NUMBER;
 887   tmp_num2 = g_free.value++;
 888   cells[tmp_num2].type = NUMBER;
 889   tmp_num3 = g_free.value++;
 890   cells[tmp_num3].type = NUMBER;
 891   tmp_num4 = g_free.value++;
 892   cells[tmp_num4].type = NUMBER;
 893 }
 894
 895 //\f Jam Collector
 896 SCM g_symbol_max;
 897 scm *
 898 gc_news ()
 899 {
 900   g_news = (scm *)malloc (ARENA_SIZE*sizeof(scm));
 901   g_news[0].type = VECTOR;
 902   g_news[0].length = 1000;
 903   g_news[0].vector = 0;
 904   g_news++;
 905   g_news[0].type = CHAR;
 906   g_news[0].value = 'n';
 907   return g_news;
 908 }
 909
 910 bool g_debug = false;
 911
 912 SCM
 913 gc ()
 914 {
 915   if (g_debug) fprintf (stderr, "***gc[%d]...", g_free.value);
 916   g_free.value = 1;
 917   if (!g_news)
 918     gc_news ();
 919   for (int i=g_free.value; i<g_symbol_max; i++)
 920     gc_copy (i);
 921   make_tmps (g_news);
 922   g_symbols = gc_copy (g_symbols);
 923   SCM new = gc_copy (stack);
 924   if (g_debug) fprintf (stderr, "new=%d\n", new, stack);
 925   stack = new;
 926   return gc_loop (1);
 927 }
 928
 929 SCM
 930 gc_loop (SCM scan)
 931 {
 932   while (scan < g_free.value)
 933     {
 934       if (NTYPE (scan) == MACRO
 935           || NTYPE (scan) == PAIR
 936           || NTYPE (scan) == REF
 937           || scan == 1 // null
 938           || NTYPE (scan) == SPECIAL
 939           || NTYPE (scan) == STRING
 940           || NTYPE (scan) == SYMBOL)
 941         {
 942           SCM car = gc_copy (g_news[scan].car);
 943           gc_relocate_car (scan, car);
 944         }
 945       if ((NTYPE (scan) == MACRO
 946            || NTYPE (scan) == PAIR
 947            || NTYPE (scan) == VALUES)
 948           && g_news[scan].cdr) // allow for 0 terminated list of symbols
 949         {
 950           SCM cdr = gc_copy (g_news[scan].cdr);
 951           gc_relocate_cdr (scan, cdr);
 952         }
 953       scan++;
 954     }
 955   return gc_flip ();
 956 }
 957
 958 SCM
 959 gc_copy (SCM old)
 960 {
 961   if (TYPE (old) == BROKEN_HEART) return g_cells[old].car;
 962   SCM new = g_free.value++;
 963   g_news[new] = g_cells[old];
 964   if (NTYPE (new) == VECTOR)
 965     {
 966       g_news[new].vector = g_free.value;
 967       for (int i=0; i<LENGTH (old); i++)
 968         g_news[g_free.value++] = g_cells[VECTOR (old)+i];
 969     }
 970   g_cells[old].type = BROKEN_HEART;
 971   g_cells[old].car = new;
 972   return new;
 973 }
 974
 975 SCM
 976 gc_relocate_car (SCM new, SCM car)
 977 {
 978   g_news[new].car = car;
 979   return cell_unspecified;
 980 }
 981
 982 SCM
 983 gc_relocate_cdr (SCM new, SCM cdr)
 984 {
 985   g_news[new].cdr = cdr;
 986   return cell_unspecified;
 987 }
 988
 989 SCM
 990 gc_flip ()
 991 {
 992   scm *cells = g_cells;
 993   g_cells = g_news;
 994   g_news = cells;
 995   if (g_debug) fprintf (stderr, " => jam[%d]\n", g_free.value);
 996   return stack;
 997 }
 998
 999 SCM
1000 gc_show ()
1001 {
1002   fprintf (stderr, "cells: ");
1003   scm *t = g_cells;
1004   display_ (stderr, -1);
1005   fprintf (stderr, "\n");
1006   if (g_news)
1007     {
1008       fprintf (stderr, "news: ");
1009       g_cells = g_news;
1010       display_ (stderr, -1);
1011       fprintf (stderr, "\n");
1012     }
1013   g_cells = t;
1014   return cell_unspecified;
1015 }
1016
1017 //\f Environment setup
1018 SCM
1019 acons (SCM key, SCM value, SCM alist)
1020 {
1021   return cons (cons (key, value), alist);
1022 }
1023
1024 SCM
1025 add_environment (SCM a, char const *name, SCM x)
1026 {
1027   return acons (make_symbol (cstring_to_list (name)), x, a);
1028 }
1029
1030 SCM
1031 mes_symbols () ///((internal))
1032 {
1033   g_cells = (scm *)malloc (ARENA_SIZE*sizeof(scm));
1034   g_cells[0].type = VECTOR;
1035   g_cells[0].length = 1000;
1036   g_cells[0].vector = 0;
1037   g_cells++;
1038
1039   g_cells[0].type = CHAR;
1040   g_cells[0].value = 'c';
1041   g_free.value = 1; // 0 is tricky
1042
1043 #include "mes.symbols.i"
1044
1045   g_symbol_max = g_free.value;
1046   make_tmps (g_cells);
1047
1048   g_symbols = 0;
1049   for (int i=1; i<g_symbol_max; i++)
1050     g_symbols = cons (i, g_symbols);
1051
1052   SCM a = cell_nil;
1053
1054 #if BOOT
1055   a = acons (cell_symbol_label, cell_t, a);
1056 #endif
1057   a = acons (cell_symbol_begin, cell_begin, a);
1058   a = add_environment (a, "sc-expand", cell_f);
1059   a = acons (cell_closure, a, a);
1060
1061   internal_lookup_symbol (cell_nil);
1062
1063   return a;
1064 }
1065
1066 SCM
1067 mes_builtins (SCM a)
1068 {
1069 #include "mes.i"
1070
1071 #include "cache.i"
1072 #include "define.i"
1073 #include "display.i"
1074 #include "lib.i"
1075 #include "math.i"
1076 #include "posix.i"
1077 #include "quasiquote.i"
1078 #include "reader.i"
1079 #include "string.i"
1080 #include "type.i"
1081
1082 #include "cache.environment.i"
1083 #include "define.environment.i"
1084 #include "display.environment.i"
1085 #include "lib.environment.i"
1086 #include "math.environment.i"
1087 #include "mes.environment.i"
1088 #include "posix.environment.i"
1089   //#include "quasiquote.environment.i"
1090 #include "reader.environment.i"
1091 #include "string.environment.i"
1092 #include "type.environment.i"
1093
1094   SCM cell_unquote = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote, a);
1095   SCM cell_unquote_splicing = assq_ref_cache (cell_symbol_unquote_splicing, a);
1096   SCM the_unquoters = cons (cons (cell_symbol_unquote, cell_unquote),
1097                             cons (cons (cell_symbol_unquote_splicing, cell_unquote_splicing),
1098                                   cell_nil));
1099   a = acons (cell_symbol_the_unquoters, the_unquoters, a);
1100
1101   a = add_environment (a, "*foo-bar-baz*", cell_nil); // FIXME: some off-by one?
1102
1103   return a;
1104 }
1105
1106 SCM
1107 mes_stack (SCM a) ///((internal))
1108 {
1109   r0 = a;
1110   r1 = make_char (0);
1111   r2 = make_char (0);
1112   r3 = make_char (0);
1113   stack = cons (cell_nil, cell_nil);
1114   return r0;
1115 }
1116
1117 SCM
1118 mes_environment () ///((internal))
1119 {
1120   SCM a = mes_symbols ();
1121   return mes_stack (a);
1122 }
1123
1124 SCM
1125 make_lambda (SCM args, SCM body)
1126 {
1127   return cons (cell_symbol_lambda, cons (args, body));
1128 }
1129
1130 SCM
1131 make_closure (SCM args, SCM body, SCM a)
1132 {
1133   return cons (cell_closure, cons (cons (cell_circular, a), cons (args, body)));
1134 }
1135
1136 SCM
1137 lookup_macro (SCM x, SCM a)
1138 {
1139   if (TYPE (x) != SYMBOL) return cell_f;
1140   SCM m = assq_ref_cache (x, a);
1141   if (macro_p (m) == cell_t) return MACRO (m);
1142   return cell_f;
1143 }
1144
1145 SCM
1146 read_input_file_env_ (SCM e, SCM a)
1147 {
1148   if (e == cell_nil) return e;
1149   return cons (e, read_input_file_env_ (read_env (a), a));
1150 }
1151
1152 SCM
1153 read_input_file_env (SCM a)
1154 {
1155   return read_input_file_env_ (read_env (r0), r0);
1156 }
1157
1158 bool g_dump_p = false;
1159
1160 SCM
1161 load_env (SCM a)
1162 {
1163   r3 = read_input_file_env (r0);
1164   if (g_dump_p && !g_function)
1165     {
1166       r1 = g_symbols;
1167       SCM frame = cons (r1, cons (r2, cons (r3, cons (r0, cell_nil))));
1168       stack = cons (frame, stack);
1169       stack = gc (stack);
1170       gc_frame (stack);
1171       char *p = (char*)g_cells;
1172       fputc ('M', stdout);
1173       fputc ('E', stdout);
1174       fputc ('S', stdout);
1175       fputc (stack >> 8, stdout);
1176       fputc (stack % 256, stdout);
1177       for (int i=0; i<g_free.value * sizeof(scm); i++)
1178         fputc (*p++, stdout);
1179       return 0;
1180     }
1181   if (!g_function)
1182     r0 = mes_builtins (r0);
1183   return begin_env (r3, r0);
1184 }
1185
1186 SCM
1187 bload_env (SCM a)
1188 {
1189   g_stdin = fopen ("read-0.mo", "r");
1190   char *p = (char*)g_cells;
1191   assert (getchar () == 'M');
1192   assert (getchar () == 'E');
1193   assert (getchar () == 'S');
1194   stack = getchar () << 8;
1195   stack += getchar ();
1196   int c = getchar ();
1197   while (c != EOF)
1198     {
1199       *p++ = c;
1200       c = getchar ();
1201     }
1202   g_free.value = (p-(char*)g_cells) / sizeof (scm);
1203   gc_frame (stack);
1204   g_symbols = r1;
1205   g_stdin = stdin;
1206
1207   r0 = mes_builtins (r0);
1208
1209   return begin_env (r3, r0);
1210 }
1211
1212 #include "type.c"
1213 #include "cache.c"
1214 #include "define.c"
1215 #include "display.c"
1216 #include "lib.c"
1217 #include "math.c"
1218 #include "posix.c"
1219 #include "quasiquote.c"
1220 #include "reader.c"
1221 #include "string.c"
1222
1223 int
1224 main (int argc, char *argv[])
1225 {
1226   g_debug = getenv ("MES_DEBUG");
1227   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--dump")) g_dump_p = true;
1228   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--help")) return puts ("Usage: mes < FILE\n");
1229   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--version")) return puts ("Mes 0.2\n");
1230   g_stdin = stdin;
1231   SCM a = mes_environment ();
1232   if (argc > 1 && !strcmp (argv[1], "--load"))
1233     display_ (stderr, bload_env (a));
1234   else
1235     display_ (stderr, load_env (a));
1236   fputs ("", stderr);
1237   gc (stack);
1238   if (g_debug) fprintf (stderr, "\nstats: [%d]\n", g_free.value);
1239   return 0;
1240 }