Implemented lambda (and λ)!
[scheme.forth.jl.git] / scheme.4th
index 120edd2..9a2a3ca 100644 (file)
@@ -6,17 +6,19 @@ include defer-is.4th
 
 \ ------ Types ------
 
-0 constant number-type
+0 constant fixnum-type
 1 constant boolean-type
 2 constant character-type
 3 constant string-type
 4 constant nil-type
 5 constant pair-type
 6 constant symbol-type
+7 constant primitive-proc-type
+8 constant compound-proc-type
 : istype? ( obj type -- obj bool )
     over = ;
 
-\ ------ Memory ------
+\ ------ Cons cell memory ------ {{{
 
 1000 constant N
 create car-cells N allot
@@ -50,22 +52,117 @@ variable nextfree
     cdr-type-cells + @
 ;
 
+: set-car! ( obj pair-obj -- )
+    drop dup
+    rot swap  car-type-cells + !
+    car-cells + !
+;
+
+: set-cdr! ( obj pair-obj -- )
+    drop dup
+    rot swap  cdr-type-cells + !
+    cdr-cells + !
+;
+
+: caar car car ;
+: cadr cdr car ;
+: cdar car cdr ;
+: cddr cdr cdr ;
+
 : nil 0 nil-type ;
 : nil? nil-type istype? ;
 
-: objvar create 0 , 0 , ;
+: objvar create nil swap , , ;
 
 : value@ ( objvar -- val ) @ ;
 : type@ ( objvar -- type ) 1+ @ ;
 : value! ( newval objvar -- ) ! ;
 : type! ( newtype objvar -- ) 1+ ! ;
-: setobj ( newobj objvar -- ) dup rot swap 1+ ! ! ; 
-: fetchobj ( objvar -- obj ) dup @ swap 1+ @ ; 
+: obj! ( newobj objvar -- ) dup rot swap 1+ ! ! ; 
+: obj@ ( objvar -- obj ) dup @ swap 1+ @ ; 
+
+: objeq? ( obj obj -- bool )
+    rot = -rot = and ;
+
+: 2rot ( a1 a2 b1 b2 c1 c2 -- b1 b2 c1 c2 a1 a2 )
+    >R >R ( a1 a2 b1 b2 )
+    2swap ( b1 b2 a1 a2 )
+    R> R> ( b1 b2 a1 a2 c1 c2 )
+    2swap
+;
+
+: -2rot ( a1 a2 b1 b2 c1 c2 -- c1 c2 a1 a2 b1 b2 )
+    2swap ( a1 a2 c1 c2 b1 b2 )
+    >R >R ( a1 a2 c1 c2 )
+    2swap ( c1 c2 a1 a2 )
+    R> R>
+;
+
+\ }}}
+
+\ ---- Pre-defined symbols ---- {{{
 
 objvar symbol-table
-nil symbol-table setobj
 
-\ ---- Pre-defined symbols ----
+: duplicate-charlist ( charlist -- copy )
+    2dup nil objeq? false = if
+        2dup car 2swap cdr recurse cons
+    then ;
+
+: charlist-equiv ( charlist charlist -- bool )
+
+    2over 2over
+
+    \ One or both nil
+    nil? -rot 2drop
+    if
+        nil? -rot 2drop
+        if
+            2drop 2drop true exit
+        else
+            2drop 2drop false exit
+        then
+    else
+        nil? -rot 2drop
+        if
+            2drop 2drop false exit
+        then
+    then
+
+    2over 2over
+
+    \ Neither nil
+    car drop -rot car drop = if
+            cdr 2swap cdr recurse
+        else
+            2drop 2drop false
+    then
+;
+
+: charlist>symbol ( charlist -- symbol-obj )
+
+    symbol-table obj@
+
+    begin
+        nil? false =
+    while
+        2over 2over
+        car drop pair-type
+        charlist-equiv if
+            2swap 2drop
+            car
+            exit
+        else
+            cdr
+        then
+    repeat
+
+    2drop
+    drop symbol-type 2dup
+    symbol-table obj@ cons
+    symbol-table obj!
+;
+
 
 : (create-symbol) ( addr n -- symbol-obj )
     dup 0= if
@@ -82,17 +179,204 @@ nil symbol-table setobj
 : create-symbol ( -- )
     bl word
     count
+
+    (create-symbol)
+    drop symbol-type
+
+    2dup
+
+    symbol-table obj@
+    cons
+    symbol-table obj!
+
+    create swap , ,
+    does> dup @ swap 1+ @
+;
+
+create-symbol quote     quote-symbol
+create-symbol define    define-symbol
+create-symbol set!      set!-symbol
+create-symbol ok        ok-symbol
+create-symbol if        if-symbol
+create-symbol lambda    lambda-symbol
+create-symbol λ         λ-symbol
+
+\ }}}
+
+\ ---- Environments ---- {{{
+
+: enclosing-env ( env -- env )
+    cdr ;
+
+: first-frame ( env -- frame )
+    car ;
+
+: make-frame ( vars vals -- frame )
+    cons ;
+
+: frame-vars ( frame -- vars )
+    car ;
+
+: frame-vals ( frame -- vals )
+    cdr ;
+
+: add-binding ( var val frame -- )
+    2swap 2over frame-vals cons
+    2over set-cdr!
+    2swap 2over frame-vars cons
+    2swap set-car!
+;
+
+: extend-env ( vars vals env -- env )
+    >R >R
+    make-frame
+    R> R>
+    cons
+;
+
+objvar vars
+objvar vals
+
+: get-vars-vals-frame ( var frame -- bool )
+    2dup frame-vars vars obj!
+    frame-vals vals obj!
+
+    begin
+        vars obj@ nil objeq? false =
+    while
+        2dup vars obj@ car objeq? if
+            2drop true
+            exit
+        then
+
+        vars obj@ cdr vars obj!
+        vals obj@ cdr vals obj!
+    repeat
+
+    2drop false
+;
+
+: get-vars-vals ( var env -- vars? vals? bool )
+
+    begin
+        2dup nil objeq? false =
+    while
+        2over 2over first-frame
+        get-vars-vals-frame if
+            2drop 2drop
+            vars obj@ vals obj@ true
+            exit
+        then
+
+        enclosing-env
+    repeat
+
+    2drop 2drop
+    false
+;
+
+hide vars
+hide vals
+
+: lookup-var ( var env -- val )
+    get-vars-vals if
+        2swap 2drop car
+    else
+        bold fg red ." Tried to read unbound variable." reset-term cr abort
+    then
+;
+
+: set-var ( var val env -- )
+    >R >R 2swap R> R> ( val var env )
+    get-vars-vals if
+        2swap 2drop ( val vals )
+        set-car!
+    else
+        bold fg red ." Tried to set unbound variable." reset-term cr abort
+    then
+;
+
+objvar env
+
+: define-var ( var val env -- )
+    env obj! 
+
+    2over env obj@ ( var val var env )
+    get-vars-vals if
+        2swap 2drop ( var val vals )
+        set-car!
+        2drop
+    else
+        env obj@
+        first-frame ( var val frame )
+        add-binding
+    then
+;
+
+hide env
+
+objvar global-env
+nil nil nil extend-env
+global-env obj!
+
+\ }}}
+
+\ ---- Primitives ---- {{{
+
+: make-primitive ( cfa -- )
+    bl word
+    count
+
     (create-symbol)
     drop symbol-type
+    
+    2dup
 
-    symbol-table fetchobj
+    symbol-table obj@
     cons
-    symbol-table setobj
+    symbol-table obj!
+
+    rot primitive-proc-type ( var prim )
+    global-env obj@ define-var
+;
+
+: arg-count-error
+            bold fg red ." Incorrect argument count." reset-term cr
+            abort
+;
+
+: ensure-arg-count ( args n -- )
+    dup 0= if
+        drop nil objeq? false = if
+            arg-count-error
+        then
+    else
+        -rot 2dup nil objeq? if
+            arg-count-error
+        then
+        
+        cdr rot 1- recurse
+    then
+;
+
+: arg-type-error
+            bold fg red ." Incorrect argument type." reset-term cr
+            abort
+;
+
+: ensure-arg-type ( arg type -- arg )
+    istype? false = if
+        arg-type-error
+    then
 ;
 
-create-symbol quote
+include scheme-primitives.4th
+
+\ }}}
 
-\ ---- Read ----
+\ ---- Read ---- {{{
+
+defer read
 
 variable parse-idx
 variable stored-parse-idx
@@ -156,12 +440,27 @@ parse-idx-stack parse-idx-sp !
     nextchar [char] ) = or
 ;
 
+: commentstart? ( -- bool )
+    nextchar [char] ; = ;
+
 : eatspaces
+
+    false \ Indicates whether or not we're eating a comment
+
     begin
-        whitespace?
+        dup whitespace? or commentstart? or
     while
+        dup nextchar '\n' = and if
+            invert \ Stop eating comment
+        else
+            dup false = commentstart? and if   
+                invert \ Begin eating comment
+            then
+        then
+
         inc-parse-idx
     repeat
+    drop
 ;
 
 : digit? ( -- bool )
@@ -172,10 +471,23 @@ parse-idx-stack parse-idx-sp !
 : minus? ( -- bool )
     nextchar [char] - = ;
 
-: number? ( -- bool )
-    digit? minus? or false = if
-        false
-        exit
+: plus? ( -- bool )
+    nextchar [char] + = ;
+
+: fixnum? ( -- bool )
+    minus? plus? or if
+        inc-parse-idx
+
+        delim? if
+            dec-parse-idx
+            false exit
+        else
+            dec-parse-idx
+        then
+    else
+        digit? false = if
+            false exit
+        then
     then
 
     push-parse-idx
@@ -261,33 +573,12 @@ parse-idx-stack parse-idx-sp !
 : string? ( -- bool )
     nextchar [char] " = ;
 
-: initial? ( -- bool )
-    nextchar [char] A >= nextchar [char] Z <= and if true exit then
-    nextchar [char] a >= nextchar [char] z <= and if true exit then
-    nextchar [char] * = if true exit then
-    nextchar [char] / = if true exit then
-    nextchar [char] > = if true exit then
-    nextchar [char] < = if true exit then
-    nextchar [char] = = if true exit then
-    nextchar [char] ? = if true exit then
-    nextchar [char] ! = if true exit then
-    false
-;
-
-: symbol? ( -- bool )
-    initial? if true exit then
-    nextchar [char] + =
-    nextchar [char] - = or if
-        inc-parse-idx
-        delim? if dec-parse-idx true exit then
-        dec-parse-idx
-    then
-    false
-;
-
 : readnum ( -- num-atom )
-    minus? dup if
+    plus? minus? or if
+        minus?
         inc-parse-idx
+    else
+        false
     then
 
     0
@@ -299,7 +590,7 @@ parse-idx-stack parse-idx-sp !
 
     swap if negate then
 
-    number-type
+    fixnum-type
 ;
 
 : readbool ( -- bool-atom )
@@ -371,62 +662,6 @@ parse-idx-stack parse-idx-sp !
     cons
 ;
 
-: charlist-equiv ( charlist charlist -- bool )
-
-    2over 2over
-
-    \ One or both nil
-    nil? -rot 2drop
-    if
-        nil? -rot 2drop
-        if
-            2drop 2drop true exit
-        else
-            2drop 2drop false exit
-        then
-    else
-        nil? -rot 2drop
-        if
-            2drop 2drop false exit
-        then
-    then
-
-    2over 2over
-
-    \ Neither nil
-    car drop -rot car drop = if
-            cdr 2swap cdr recurse
-        else
-            2drop 2drop false
-    then
-;
-
-: charlist>symbol ( charlist -- symbol-obj )
-
-    symbol-table fetchobj
-
-    begin
-        nil? false =
-    while
-        2over 2over
-        car drop pair-type
-        charlist-equiv if
-            2swap 2drop
-            car
-            exit
-        else
-            cdr
-        then
-    repeat
-
-    2drop
-    drop symbol-type 2dup
-    symbol-table fetchobj cons
-    symbol-table setobj
-;
-
-defer read
-
 : readpair ( -- pairobj )
     eatspaces
 
@@ -474,7 +709,7 @@ defer read
 
     eatspaces
 
-    number? if
+    fixnum? if
         readnum
         exit
     then
@@ -491,6 +726,7 @@ defer read
 
     string? if
         inc-parse-idx
+
         readstring
         drop string-type
 
@@ -500,11 +736,7 @@ defer read
         then
 
         inc-parse-idx
-        exit
-    then
 
-    symbol? if
-        readsymbol charlist>symbol
         exit
     then
 
@@ -527,34 +759,264 @@ defer read
         exit
     then
 
+    nextchar [char] ' = if
+        inc-parse-idx
+        quote-symbol recurse nil cons cons exit
+    then
+
     eof? if
+        inc-parse-idx
         bold fg blue ." Moriturus te saluto." reset-term ."  ok" cr
         quit
     then
 
-    bold fg red ." Error parsing string starting at character '"
-    nextchar emit
-    ." '. Aborting." reset-term cr
-    abort
+    \ Anything else is parsed as a symbol
+    readsymbol charlist>symbol
+
+    \ Replace λ with lambda
+    2dup λ-symbol objeq? if
+        2drop lambda-symbol
+    then
+    
 
 ; is read
 
-\ ---- Eval ----
+\ }}}
+
+\ ---- Eval ---- {{{
+
+defer eval
 
 : self-evaluating? ( obj -- obj bool )
-    true \ everything self-evaluating for now
+    boolean-type istype? if true exit then
+    fixnum-type istype? if true exit then
+    character-type istype? if true exit then
+    string-type istype? if true exit then
+    nil-type istype? if true exit then
+
+    false
 ;
 
-: eval
+: tagged-list? ( obj tag-obj -- obj bool )
+    2over 
+    pair-type istype? false = if
+        2drop 2drop false
+    else
+        car objeq?
+    then ;
+
+: quote? ( obj -- obj bool )
+    quote-symbol tagged-list?  ;
+
+: quote-body ( quote-obj -- quote-body-obj )
+    cadr ;
+
+: variable? ( obj -- obj bool )
+    symbol-type istype? ;
+
+: definition? ( obj -- obj bool )
+    define-symbol tagged-list? ;
+
+: definition-var ( obj -- var )
+    cdr car ;
+
+: definition-val ( obj -- val )
+    cdr cdr car ;
+
+: assignment? ( obj -- obj bool )
+    set!-symbol tagged-list? ;
+
+: assignment-var ( obj -- var )
+    cdr car ;
+    
+: assignment-val ( obj -- val )
+    cdr cdr car ;
+
+: eval-definition ( obj env -- res )
+    2swap 
+    2over 2over ( env obj env obj )
+    definition-val 2swap ( env obj valexp env )
+    eval  ( env obj val )
+    
+    2swap definition-var 2swap ( env var val )
+
+    2rot ( var val env )
+    define-var
+
+    ok-symbol
+;
+    
+: eval-assignment ( obj env -- res )
+    2swap 
+    2over 2over ( env obj env obj )
+    assignment-val 2swap ( env obj valexp env )
+    eval  ( env obj val )
+    
+    2swap assignment-var 2swap ( env var val )
+
+    2rot ( var val env )
+    set-var
+
+    ok-symbol
+;
+
+: if? ( obj -- obj bool )
+    if-symbol tagged-list? ;
+
+: if-predicate ( ifobj -- pred )
+    cdr car ;
+
+: if-consequent ( ifobj -- conseq )
+    cdr cdr car ;
+
+: if-alternative ( ifobj -- alt|false )
+    cdr cdr cdr
+    2dup nil objeq? if
+        2drop false
+    else
+        car
+    then ;
+
+: false? ( boolobj -- boolean )
+    boolean-type istype? if
+        false boolean-type objeq?
+    else
+        2drop false
+    then
+;
+
+: true? ( boolobj -- bool )
+    false? invert ;
+
+: lambda? ( obj -- obj bool )
+    lambda-symbol tagged-list? ;
+
+: lambda-parameters ( obj -- params )
+    cdr car ;
+
+: lambda-body ( obj -- body )
+    cdr cdr ;
+
+: make-procedure ( params body env -- proc )
+    nil
+    cons cons cons
+    drop compound-proc-type
+;
+
+: application? ( obj -- obj bool)
+    pair-type istype? ;
+
+: operator ( obj -- operator )
+    car ;
+
+: operands ( obj -- operands )
+    cdr ;
+
+: nooperands? ( operands -- bool )
+    nil objeq? ;
+
+: first-operand ( operands -- operand )
+    car ;
+
+: rest-operands ( operands -- other-operands )
+    cdr ;
+
+: list-of-vals ( args env -- vals )
+    2swap
+
+    2dup nooperands? if
+        2swap 2drop
+    else
+        2over 2over first-operand 2swap eval
+        -2rot rest-operands 2swap recurse
+        cons
+    then
+;
+
+: apply ( proc args )
+        2swap dup case
+            primitive-proc-type of
+                drop execute
+            endof
+
+            compound-proc-type of
+                ." Compound procedures not yet implemented."
+            endof
+
+            bold fg red ." Object not applicable. Aboring." reset-term cr
+            abort
+        endcase
+;
+
+:noname ( obj env -- result )
+    2swap
+
     self-evaluating? if
+        2swap 2drop
+        exit
+    then
+
+    quote? if
+        quote-body
+        2swap 2drop
+        exit
+    then
+
+    variable? if
+        2swap lookup-var
+        exit
+    then
+
+    definition? if
+        2swap eval-definition
+        exit
+    then
+
+    assignment? if
+        2swap eval-assignment
+        exit
+    then
+
+    if? if
+        2over 2over
+        if-predicate
+        2swap eval 
+
+        true? if
+            if-consequent
+        else
+            if-alternative
+        then
+
+        2swap ['] eval goto
+    then
+
+    lambda? if
+        2dup lambda-body
+        2swap lambda-parameters
+        2rot make-procedure
+        exit
+    then
+
+    application? if
+        2over 2over
+        operator 2swap eval
+        -2rot
+        operands 2swap list-of-vals
+
+        apply
         exit
     then
 
     bold fg red ." Error evaluating expression - unrecognized type. Aborting." reset-term cr
     abort
-;
+; is eval
+
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+defer print
 
 : printnum ( numobj -- ) drop 0 .R ;
 
@@ -605,7 +1067,6 @@ defer read
 : printnil ( nilobj -- )
     2drop ." ()" ;
 
-defer print
 : printpair ( pairobj -- )
     2dup
     car print
@@ -615,19 +1076,29 @@ defer print
     ."  . " print
 ;
 
+: printprim ( primobj -- )
+    2drop ." <primitive procedure>" ;
+
+: printcomp ( primobj -- )
+    2drop ." <compound procedure>" ;
+
 :noname ( obj -- )
-    number-type istype? if printnum exit then
+    fixnum-type istype? if printnum exit then
     boolean-type istype? if printbool exit then
     character-type istype? if printchar exit then
     string-type istype? if printstring exit then
     symbol-type istype? if printsymbol exit then
     nil-type istype? if printnil exit then
     pair-type istype? if ." (" printpair ." )" exit then
+    primitive-proc-type istype? if printprim exit then
+    compound-proc-type istype? if printcomp exit then
 
     bold fg red ." Error printing expression - unrecognized type. Aborting" reset-term cr
     abort
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 : repl
@@ -639,9 +1110,11 @@ defer print
     begin
         cr bold fg green ." > " reset-term
         read
-        eval
+        global-env obj@ eval
         fg cyan ." ; " print reset-term
     again
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 forth definitions
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+\ vim:fdm=marker