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