src/forth.jl

   1 module forth
   2
   3 import REPL.REPLCompletions, Base.invokelatest, Pkg
   4
   5 # VM mem size
   6 size_mem = 1000000 # 1 mega-int
   7
   8 # Buffer sizes
   9 size_RS = 1000   # Return stack size
  10 size_PS = 1000   # Parameter stack size
  11 size_TIB = 1000  # Terminal input buffer size
  12 size_FIB = 1000  # File input buffer size
  13
  14 # Memory arrays
  15 mem = Array{Int64,1}(undef,size_mem)
  16 primitives = Array{Function,1}(undef, 0)
  17 primNames = Array{AbstractString,1}(undef, 0)
  18
  19 # Memory geography and built-in variables
  20
  21 nextVarAddr = 1
  22 H = nextVarAddr; nextVarAddr += 1              # Next free memory address
  23 FORTH_LATEST = nextVarAddr; nextVarAddr += 1   # FORTH dict latest
  24 CURRENT = nextVarAddr; nextVarAddr += 1        # Current compilation dict
  25
  26 RSP0 = nextVarAddr                  # bottom of RS
  27 PSP0 = RSP0 + size_RS               # bottom of PS
  28 TIB = PSP0 + size_PS                # address of terminal input buffer
  29 FIB = TIB + size_TIB                # address of terminal input buffer
  30 mem[H] = FIB + size_FIB             # location of bottom of dictionary
  31 mem[FORTH_LATEST] = 0               # zero FORTH dict latest (no previous def)
  32 mem[CURRENT] = FORTH_LATEST-1       # Compile words to system dict initially
  33
  34 DICT = mem[H] # Save bottom of dictionary as constant
  35
  36 # VM registers
  37 mutable struct Reg
  38     RSP::Int64  # Return stack pointer
  39     PSP::Int64  # Parameter/data stack pointer
  40     IP::Int64   # Instruction pointer
  41     W::Int64    # Working register
  42 end
  43 reg = Reg(RSP0, PSP0, 0, 0)
  44
  45 # Stack manipulation functions
  46
  47 function ensurePSDepth(depth::Int64)
  48     if reg.PSP - PSP0 < depth
  49         error("Parameter stack underflow.")
  50     end
  51 end
  52
  53 function ensurePSCapacity(toAdd::Int64)
  54     if reg.PSP + toAdd >= PSP0 + size_PS
  55         error("Parameter stack overflow.")
  56     end
  57 end
  58
  59 function ensureRSDepth(depth::Int64)
  60     if reg.RSP - RSP0 < depth
  61         error("Return stack underflow.")
  62     end
  63 end
  64
  65 function ensureRSCapacity(toAdd::Int64)
  66     if reg.RSP + toAdd >= RSP0 + size_RS
  67         error("Return stack overflow.")
  68     end
  69 end
  70
  71 function pushRS(val::Int64)
  72     ensureRSCapacity(1)
  73     mem[reg.RSP+=1] = val
  74 end
  75
  76 function popRS()
  77     ensureRSDepth(1)
  78
  79     val = mem[reg.RSP]
  80     reg.RSP -= 1
  81     return val
  82 end
  83
  84 function pushPS(val::Int64)
  85     ensurePSCapacity(1)
  86
  87     mem[reg.PSP += 1] = val
  88 end
  89
  90 function popPS()
  91     ensurePSDepth(1)
  92
  93     val = mem[reg.PSP]
  94     reg.PSP -= 1
  95     return val
  96 end
  97
  98 # Handy functions for adding/retrieving strings to/from memory.
  99
 100 getString(addr::Int64, len::Int64) = String([Char(c) for c in mem[addr:(addr+len-1)]])
 101
 102 function putString(str::AbstractString, addr::Int64)
 103     mem[addr:(addr+length(str)-1)] = [Int64(c) for c in str]
 104 end
 105
 106 function putString(str::AbstractString, addr::Int64, maxLen::Int64)
 107     len = min(length(str), maxLen)
 108     mem[addr:(addr+len-1)] = [Int64(c) for c in str]
 109 end
 110
 111 stringAsInts(str::AbstractString) = [Int(c) for c in collect(str)]
 112
 113 # Primitive creation and calling functions
 114
 115 function defPrim(f::Function; name="nameless")
 116     push!(primitives, f)
 117     push!(primNames, replace(name, "\004" => "EOF"))
 118
 119     return -length(primitives)
 120 end
 121
 122 function callPrim(addr::Int64)
 123     if addr >=0 || -addr>length(primitives)
 124         error("Attempted to execute non-existent primitive at address $addr.")
 125     else
 126                 invokelatest(primitives[-addr])
 127     end
 128 end
 129 getPrimName(addr::Int64) = primNames[-addr]
 130
 131 # Word creation functions
 132
 133 F_LENMASK = 31
 134 F_IMMED = 32
 135 F_HIDDEN = 64
 136 NFA_MARK = 128
 137
 138 function dictWrite(ints::Array{Int64,1})
 139     mem[mem[H]:(mem[H]+length(ints)-1)] = ints
 140     mem[H] += length(ints)
 141 end
 142 dictWrite(int::Int64) = dictWrite([int])
 143 dictWriteString(string::AbstractString) = dictWrite([Int64(c) for c in string])
 144
 145 function createHeader(name::AbstractString, flags::Int64)
 146     mem[mem[H]] = mem[mem[CURRENT]+1]
 147     mem[mem[CURRENT]+1] = mem[H]
 148     mem[H] += 1
 149
 150     dictWrite(length(name) | flags | NFA_MARK)
 151     dictWriteString(name)
 152 end
 153
 154 function defPrimWord(name::AbstractString, f::Function; flags::Int64=0)
 155     createHeader(name, flags)
 156
 157     codeWordAddr = mem[H]
 158     dictWrite(defPrim(f, name=name))
 159
 160     return codeWordAddr
 161 end
 162
 163 function defWord(name::AbstractString, wordAddrs::Array{Int64,1}; flags::Int64=0)
 164     createHeader(name, flags)
 165
 166     addr = mem[H]
 167     dictWrite(DOCOL)
 168
 169     dictWrite(wordAddrs)
 170
 171     return addr
 172 end
 173
 174 # Variable creation functions
 175
 176 function defExistingVar(name::AbstractString, varAddr::Int64; flags::Int64=0)
 177
 178     defPrimWord(name, eval(:(() -> begin
 179         pushPS($(varAddr))
 180         return NEXT
 181     end)))
 182 end
 183
 184 function defNewVar(name::AbstractString, initial::Array{Int64,1}; flags::Int64=0)
 185     createHeader(name, flags)
 186
 187     codeWordAddr = mem[H]
 188     varAddr = mem[H] + 1
 189
 190     dictWrite(DOVAR)
 191     dictWrite(initial)
 192
 193     return varAddr, codeWordAddr
 194 end
 195
 196 defNewVar(name::AbstractString, initial::Int64; flags::Int64=0) =
 197     defNewVar(name, [initial]; flags=flags)
 198
 199 function defConst(name::AbstractString, val::Int64; flags::Int64=0)
 200     createHeader(name, flags)
 201
 202     codeWordAddr = mem[H]
 203
 204     dictWrite(DOCON)
 205     dictWrite(val)
 206
 207     return codeWordAddr
 208 end
 209
 210 # Threading Primitives (inner interpreter)
 211
 212 NEXT = defPrim(() -> begin
 213     reg.W = mem[reg.IP]
 214     reg.IP += 1
 215     return mem[reg.W]
 216 end, name="NEXT")
 217
 218 DOCOL = defPrim(() -> begin
 219     pushRS(reg.IP)
 220     reg.IP = reg.W + 1
 221     return NEXT
 222 end, name="DOCOL")
 223
 224 DOVAR = defPrim(() -> begin
 225     pushPS(reg.W + 1)
 226     return NEXT
 227 end, name="DOVAR")
 228
 229 DOCON = defPrim(() -> begin
 230     pushPS(mem[reg.W + 1])
 231     return NEXT
 232 end, name="DOVAR")
 233
 234 EXIT_CFA = defPrimWord("EXIT", () -> begin
 235     reg.IP = popRS()
 236     return NEXT
 237 end)
 238
 239 # Dictionary entries for core built-in variables, constants
 240
 241 H_CFA = defExistingVar("H", H)
 242
 243 PSP0_CFA = defConst("PSP0", PSP0)
 244 RSP0_CFA = defConst("RSP0", RSP0)
 245
 246 defConst("DOCOL", DOCOL)
 247 defConst("DOCON", DOCON)
 248 defConst("DOVAR", DOVAR)
 249
 250 defConst("DICT", DICT)
 251 defConst("MEMSIZE", size_mem)
 252
 253 F_IMMED_CFA = defConst("F_IMMED", F_IMMED)
 254 F_HIDDEN_CFA = defConst("F_HIDDEN", F_HIDDEN)
 255 F_LENMASK_CFA = defConst("F_LENMASK", F_LENMASK)
 256 NFA_MARK_CFA = defConst("NFA_MARK", NFA_MARK)
 257
 258 # Basic forth primitives
 259
 260 DROP_CFA = defPrimWord("DROP", () -> begin
 261     popPS()
 262     return NEXT
 263 end)
 264
 265 SWAP_CFA = defPrimWord("SWAP", () -> begin
 266     a = popPS()
 267     b = popPS()
 268     pushPS(a)
 269     pushPS(b)
 270     return NEXT
 271 end)
 272
 273 DUP_CFA = defPrimWord("DUP", () -> begin
 274     ensurePSDepth(1)
 275     pushPS(mem[reg.PSP])
 276     return NEXT
 277 end)
 278
 279 OVER_CFA = defPrimWord("OVER", () -> begin
 280     ensurePSDepth(2)
 281     pushPS(mem[reg.PSP-1])
 282     return NEXT
 283 end)
 284
 285 ROT_CFA = defPrimWord("ROT", () -> begin
 286     a = popPS()
 287     b = popPS()
 288     c = popPS()
 289     pushPS(b)
 290     pushPS(a)
 291     pushPS(c)
 292     return NEXT
 293 end)
 294
 295 NROT_CFA = defPrimWord("-ROT", () -> begin
 296     a = popPS()
 297     b = popPS()
 298     c = popPS()
 299     pushPS(a)
 300     pushPS(c)
 301     pushPS(b)
 302     return NEXT
 303 end)
 304
 305
 306 TWODROP_CFA = defPrimWord("2DROP", () -> begin
 307     popPS()
 308     popPS()
 309     return NEXT
 310 end)
 311
 312 TWODUP_CFA = defPrimWord("2DUP", () -> begin
 313     ensurePSDepth(2)
 314     a = mem[reg.PSP-1]
 315     b = mem[reg.PSP]
 316     pushPS(a)
 317     pushPS(b)
 318     return NEXT
 319 end)
 320
 321 TWOSWAP_CFA = defPrimWord("2SWAP", () -> begin
 322     a = popPS()
 323     b = popPS()
 324     c = popPS()
 325     d = popPS()
 326     pushPS(b)
 327     pushPS(a)
 328     pushPS(d)
 329     pushPS(c)
 330     return NEXT
 331 end)
 332
 333 TWOOVER_CFA = defPrimWord("2OVER", () -> begin
 334     ensurePSDepth(4)
 335     a = mem[reg.PSP-3]
 336     b = mem[reg.PSP-2]
 337     pushPS(a)
 338     pushPS(b)
 339     return NEXT
 340 end)
 341
 342 QDUP_CFA = defPrimWord("?DUP", () -> begin
 343     ensurePSDepth(1)
 344     val = mem[reg.PSP]
 345     if val != 0
 346         pushPS(val)
 347     end
 348     return NEXT
 349 end)
 350
 351 INCR_CFA = defPrimWord("1+", () -> begin
 352     ensurePSDepth(1)
 353     mem[reg.PSP] += 1
 354     return NEXT
 355 end)
 356
 357 DECR_CFA = defPrimWord("1-", () -> begin
 358     ensurePSDepth(1)
 359     mem[reg.PSP] -= 1
 360     return NEXT
 361 end)
 362
 363 INCR2_CFA = defPrimWord("2+", () -> begin
 364     ensurePSDepth(1)
 365     mem[reg.PSP] += 2
 366     return NEXT
 367 end)
 368
 369 DECR2_CFA = defPrimWord("2-", () -> begin
 370     ensurePSDepth(1)
 371     mem[reg.PSP] -= 2
 372     return NEXT
 373 end)
 374
 375 ADD_CFA = defPrimWord("+", () -> begin
 376     b = popPS()
 377     a = popPS()
 378     pushPS(a+b)
 379     return NEXT
 380 end)
 381
 382 SUB_CFA = defPrimWord("-", () -> begin
 383     b = popPS()
 384     a = popPS()
 385     pushPS(a-b)
 386     return NEXT
 387 end)
 388
 389 MUL_CFA = defPrimWord("*", () -> begin
 390     b = popPS()
 391     a = popPS()
 392     pushPS(a*b)
 393     return NEXT
 394 end)
 395
 396 DIVMOD_CFA = defPrimWord("/MOD", () -> begin
 397     b = popPS()
 398     a = popPS()
 399     q,r = divrem(a,b)
 400     pushPS(r)
 401     pushPS(q)
 402     return NEXT
 403 end)
 404
 405 TWOMUL_CFA = defPrimWord("2*", () -> begin
 406     pushPS(popPS() << 1)
 407     return NEXT
 408 end)
 409
 410 TWODIV_CFA = defPrimWord("2/", () -> begin
 411     pushPS(popPS() >> 1)
 412     return NEXT
 413 end)
 414
 415 EQ_CFA = defPrimWord("=", () -> begin
 416     b = popPS()
 417     a = popPS()
 418     pushPS(a==b ? -1 : 0)
 419     return NEXT
 420 end)
 421
 422 NE_CFA = defPrimWord("<>", () -> begin
 423     b = popPS()
 424     a = popPS()
 425     pushPS(a!=b ? -1 : 0)
 426     return NEXT
 427 end)
 428
 429 LT_CFA = defPrimWord("<", () -> begin
 430     b = popPS()
 431     a = popPS()
 432     pushPS(a<b ? -1 : 0)
 433     return NEXT
 434 end)
 435
 436 GT_CFA = defPrimWord(">", () -> begin
 437     b = popPS()
 438     a = popPS()
 439     pushPS(a>b ? -1 : 0)
 440     return NEXT
 441 end)
 442
 443 LE_CFA = defPrimWord("<=", () -> begin
 444     b = popPS()
 445     a = popPS()
 446     pushPS(a<=b ? -1 : 0)
 447     return NEXT
 448 end)
 449
 450 GE_CFA = defPrimWord(">=", () -> begin
 451     b = popPS()
 452     a = popPS()
 453     pushPS(a>=b ? -1 : 0)
 454     return NEXT
 455 end)
 456
 457 ZE_CFA = defPrimWord("0=", () -> begin
 458     pushPS(popPS() == 0 ? -1 : 0)
 459     return NEXT
 460 end)
 461
 462 ZNE_CFA = defPrimWord("0<>", () -> begin
 463     pushPS(popPS() != 0 ? -1 : 0)
 464     return NEXT
 465 end)
 466
 467 ZLT_CFA = defPrimWord("0<", () -> begin
 468     pushPS(popPS() < 0 ? -1 : 0)
 469     return NEXT
 470 end)
 471
 472 ZGT_CFA = defPrimWord("0>", () -> begin
 473     pushPS(popPS() > 0 ? -1 : 0)
 474     return NEXT
 475 end)
 476
 477 ZLE_CFA = defPrimWord("0<=", () -> begin
 478     pushPS(popPS() <= 0 ? -1 : 0)
 479     return NEXT
 480 end)
 481
 482 ZGE_CFA = defPrimWord("0>=", () -> begin
 483     pushPS(popPS() >= 0 ? -1 : 0)
 484     return NEXT
 485 end)
 486
 487 AND_CFA = defPrimWord("AND", () -> begin
 488     b = popPS()
 489     a = popPS()
 490     pushPS(a & b)
 491     return NEXT
 492 end)
 493
 494 OR_CFA = defPrimWord("OR", () -> begin
 495     b = popPS()
 496     a = popPS()
 497     pushPS(a | b)
 498     return NEXT
 499 end)
 500
 501 XOR_CFA = defPrimWord("XOR", () -> begin
 502     b = popPS()
 503     a = popPS()
 504     pushPS(xor(a, b))
 505     return NEXT
 506 end)
 507
 508 INVERT_CFA = defPrimWord("INVERT", () -> begin
 509     pushPS(~popPS())
 510     return NEXT
 511 end)
 512
 513 # Literals
 514
 515 LIT_CFA = defPrimWord("LIT", () -> begin
 516     pushPS(mem[reg.IP])
 517     reg.IP += 1
 518     return NEXT
 519 end)
 520
 521 # Memory primitives
 522
 523 STORE_CFA = defPrimWord("!", () -> begin
 524     addr = popPS()
 525     dat = popPS()
 526     mem[addr] = dat
 527     return NEXT
 528 end)
 529
 530 FETCH_CFA = defPrimWord("@", () -> begin
 531     addr = popPS()
 532     pushPS(mem[addr])
 533     return NEXT
 534 end)
 535
 536 ADDSTORE_CFA = defPrimWord("+!", () -> begin
 537     addr = popPS()
 538     toAdd = popPS()
 539     mem[addr] += toAdd
 540     return NEXT
 541 end)
 542
 543 SUBSTORE_CFA = defPrimWord("-!", () -> begin
 544     addr = popPS()
 545     toSub = popPS()
 546     mem[addr] -= toSub
 547     return NEXT
 548 end)
 549
 550
 551 # Return Stack
 552
 553 TOR_CFA = defPrimWord(">R", () -> begin
 554     pushRS(popPS())
 555     return NEXT
 556 end)
 557
 558 FROMR_CFA = defPrimWord("R>", () -> begin
 559     pushPS(popRS())
 560     return NEXT
 561 end)
 562
 563 RFETCH_CFA = defPrimWord("R@", () -> begin
 564     pushPS(mem[reg.RSP])
 565     return NEXT
 566 end)
 567
 568 RSPFETCH_CFA = defPrimWord("RSP@", () -> begin
 569     pushPS(reg.RSP)
 570     return NEXT
 571 end)
 572
 573 RSPSTORE_CFA = defPrimWord("RSP!", () -> begin
 574     reg.RSP = popPS()
 575     return NEXT
 576 end)
 577
 578 RDROP_CFA = defPrimWord("RDROP", () -> begin
 579     popRS()
 580     return NEXT
 581 end)
 582
 583 # Parameter Stack
 584
 585 PSPFETCH_CFA = defPrimWord("PSP@", () -> begin
 586     pushPS(reg.PSP)
 587     return NEXT
 588 end)
 589
 590 PSPSTORE_CFA = defPrimWord("PSP!", () -> begin
 591     reg.PSP = popPS()
 592     return NEXT
 593 end)
 594
 595 # Working Register
 596
 597 WFETCH_CFA = defPrimWord("W@", () -> begin
 598     pushPS(reg.W)
 599     return NEXT
 600 end)
 601
 602 WSTORE_CFA = defPrimWord("W!", () -> begin
 603     reg.W = popPS()
 604     return NEXT
 605 end)
 606
 607 # I/O
 608
 609 openFiles = Dict{Int64,IOStream}()
 610 nextFileID = 1
 611
 612
 613 ## File access modes
 614 FAM_RO = 0
 615 FAM_WO = 1
 616 FAM_RO_CFA = defConst("R/O", FAM_RO)
 617 FAM_WO_CFA = defConst("W/O", FAM_WO)
 618
 619 function fileOpener(create::Bool)
 620     fam = popPS()
 621     fnameLen = popPS()
 622     fnameAddr = popPS()
 623
 624     fname = getString(fnameAddr, fnameLen)
 625
 626     if create && !isfile(fname)
 627         pushPS(0)
 628         pushPS(-1) # error
 629         return NEXT
 630     end
 631
 632     if (fam == FAM_RO)
 633         mode = "r"
 634     else
 635         mode = "w"
 636     end
 637
 638     global nextFileID
 639     openFiles[nextFileID] = open(fname, mode)
 640     pushPS(nextFileID)
 641     pushPS(0)
 642
 643     nextFileID += 1
 644 end
 645
 646 OPEN_FILE_CFA = defPrimWord("OPEN-FILE", () -> begin
 647     fileOpener(false)
 648     return NEXT
 649 end);
 650
 651 CREATE_FILE_CFA = defPrimWord("CREATE-FILE", () -> begin
 652     fileOpener(true)
 653     return NEXT
 654 end);
 655
 656 CLOSE_FILE_CFA = defPrimWord("CLOSE-FILE", () -> begin
 657     fid = popPS()
 658     close(openFiles[fid])
 659     delete!(openFiles, fid)
 660
 661     pushPS(0) # Result code 0
 662     return NEXT
 663 end)
 664
 665 CLOSE_FILES_CFA = defPrimWord("CLOSE-FILES", () -> begin
 666     for fh in values(openFiles)
 667         close(fh)
 668     end
 669     empty!(openFiles)
 670
 671     pushPS(0) # Result code 0
 672     return NEXT
 673 end)
 674
 675 READ_LINE_CFA = defPrimWord("READ-LINE", () -> begin
 676     fid = popPS()
 677     maxSize = popPS()
 678     addr = popPS()
 679
 680     if !(fid in keys(openFiles))
 681         error(string("Invalid FID ", fid, "."))
 682     end
 683
 684     fh = openFiles[fid]
 685     line = readline(fh, keep=true)
 686
 687     eofFlag = endswith(line, '\n') ? 0 : -1
 688     line = chomp(line)
 689
 690     putString(line, addr, maxSize)
 691
 692     pushPS(length(line))
 693     pushPS(eofFlag)
 694     pushPS(0)
 695
 696     return NEXT
 697 end)
 698
 699 READ_FILE_CFA = defPrimWord("READ-FILE", () -> begin
 700     fid = popPS()
 701     size = popPS()
 702     addr = popPS()
 703
 704     fh = openFiles[fid]
 705
 706     string = join(map(x -> Char(x), read(fh, size)), "")
 707
 708     eofFlag = length(string) == size ? 0 : -1 ;
 709
 710     putString(string, addr, length(string))
 711
 712     pushPS(length(string))
 713     pushPS(eofFlag)
 714
 715     return NEXT
 716 end)
 717
 718
 719 EMIT_CFA = defPrimWord("EMIT", () -> begin
 720     print(Char(popPS()))
 721     return NEXT
 722 end)
 723
 724 function raw_mode!(mode::Bool)
 725     if ccall(:jl_tty_set_mode, Int32, (Ptr{Nothing}, Int32), stdin.handle, mode) != 0
 726         throw("FATAL: Terminal unable to enter raw mode.")
 727     end
 728 end
 729
 730 function getKey()
 731     raw_mode!(true)
 732     byte = read(stdin, 1)[1]
 733     raw_mode!(false)
 734
 735     if byte == 0x0d
 736         return 0x0a
 737     elseif byte == 127
 738         return 0x08
 739     else
 740         return byte
 741     end
 742 end
 743
 744 KEY_CFA = defPrimWord("KEY", () -> begin
 745     pushPS(Int(getKey()))
 746     return NEXT
 747 end)
 748
 749 function getLineFromSTDIN()
 750
 751     function getFrag(s)
 752         chars = collect(s)
 753         slashIdx = findlast(isequal('\\'), chars)
 754
 755         if slashIdx != nothing
 756             return join(chars[slashIdx:length(chars)])
 757         else
 758             return nothing
 759         end
 760     end
 761
 762     function backspaceStr(s, bsCount)
 763         oldLen = length(s)
 764         newLen = max(0, oldLen - bsCount)
 765         return join(collect(s)[1:newLen])
 766     end
 767
 768     line = ""
 769     while true
 770         key = Char(getKey())
 771
 772         if key == '\n'
 773             print(" ")
 774             return String(line)
 775
 776         elseif key == '\x04'
 777             if isempty(line)
 778                 return string("\x04")
 779             end
 780
 781         elseif key == '\b'
 782             if !isempty(line)
 783                 print("\b\033[K")
 784                 line = backspaceStr(line, 1)
 785             end
 786
 787         elseif key == '\e'
 788             # Strip ANSI escape sequence
 789             nextKey = Char(getKey())
 790             if nextKey == '['
 791                 while true
 792                     nextKey = Char(getKey())
 793                     if nextKey >= '@' || nextKey <= '~'
 794                         break
 795                     end
 796                 end
 797             end
 798
 799         elseif key == '\t'
 800             # Currently do nothing
 801
 802             frag = getFrag(line)
 803             if frag != nothing
 804                 if haskey(REPLCompletions.latex_symbols, frag)
 805                     print(repeat("\b", length(frag)))
 806                     print("\033[K")
 807                     comp = REPLCompletions.latex_symbols[frag]
 808                     line = string(backspaceStr(line, length(frag)), comp)
 809                     print(comp)
 810                 end
 811             end
 812
 813         else
 814             print(key)
 815             line = string(line, key)
 816         end
 817     end
 818 end
 819
 820 SPAN, SPAN_CFA = defNewVar("SPAN", 0)
 821 EXPECT_CFA = defPrimWord("EXPECT", () -> begin
 822     maxLen = popPS()
 823     addr = popPS()
 824
 825     line = getLineFromSTDIN()
 826
 827     mem[SPAN] = min(length(line), maxLen)
 828     putString(line, addr, maxLen)
 829
 830     return NEXT
 831 end)
 832
 833 BASE, BASE_CFA = defNewVar("BASE", 10)
 834 NUMBER_CFA = defPrimWord("NUMBER", () -> begin
 835     wordAddr = popPS()+1
 836     wordLen = mem[wordAddr-1]
 837
 838     s = getString(wordAddr, wordLen)
 839
 840     pushPS(parse(Int64, s, base=mem[BASE]))
 841
 842     return NEXT
 843 end)
 844
 845 # Dictionary searches
 846
 847 FROMLINK_CFA = defPrimWord("LINK>", () -> begin
 848
 849     addr = popPS()
 850     lenAndFlags = mem[addr+1]
 851     len = lenAndFlags & F_LENMASK
 852
 853     pushPS(addr + 2 + len)
 854
 855     return NEXT
 856 end)
 857
 858 NUMCONTEXT, NUMCONTEXT_CFA = defNewVar("#CONTEXT", 1)
 859
 860 createHeader("FORTH", 0)
 861 FORTH_CFA = mem[H]
 862 dictWrite(defPrim(() -> begin
 863     mem[CONTEXT + mem[NUMCONTEXT] - 1] = reg.W
 864     return NEXT
 865 end, name="FORTH"))
 866 dictWrite(0) # cell for latest
 867
 868 CURRENT_CFA = defExistingVar("CURRENT", CURRENT)
 869
 870 # Switch to new FORTH vocabulary cfa
 871 mem[FORTH_CFA+1] = mem[mem[CURRENT]+1]
 872 mem[CURRENT] = FORTH_CFA
 873
 874 CONTEXT, CONTEXT_CFA = defNewVar("CONTEXT", zeros(Int64, 10))
 875 mem[CONTEXT] = FORTH_CFA
 876
 877 FINDVOCAB_CFA = defPrimWord("FINDVOCAB", () -> begin
 878     vocabCFA = popPS()
 879     countedAddr = popPS()
 880
 881     wordAddr = countedAddr + 1
 882     wordLen = mem[countedAddr]
 883     word = lowercase(getString(wordAddr, wordLen))
 884
 885     lfa = vocabCFA+1
 886     lenAndFlags = 0
 887
 888     while (lfa = mem[lfa]) > 0
 889
 890         lenAndFlags = mem[lfa+1]
 891         len = lenAndFlags & F_LENMASK
 892         hidden = (lenAndFlags & F_HIDDEN) == F_HIDDEN
 893
 894         if hidden || len != wordLen
 895             continue
 896         end
 897
 898         thisWord = lowercase(getString(lfa+2, len))
 899
 900         if thisWord == word
 901             break
 902         end
 903     end
 904
 905     if lfa > 0
 906         pushPS(lfa)
 907         callPrim(mem[FROMLINK_CFA])
 908         if (lenAndFlags & F_IMMED) == F_IMMED
 909             pushPS(1)
 910         else
 911             pushPS(-1)
 912         end
 913     else
 914         pushPS(countedAddr)
 915         pushPS(0)
 916     end
 917
 918     return NEXT
 919 end)
 920
 921 FIND_CFA = defPrimWord("FIND", () -> begin
 922
 923     countedAddr = popPS()
 924     context = mem[CONTEXT:(CONTEXT+mem[NUMCONTEXT]-1)]
 925
 926     for vocabCFA in reverse(context)
 927         pushPS(countedAddr)
 928         pushPS(vocabCFA)
 929         callPrim(mem[FINDVOCAB_CFA])
 930
 931         callPrim(mem[DUP_CFA])
 932         if popPS() != 0
 933             return NEXT
 934         else
 935             popPS()
 936             popPS()
 937         end
 938     end
 939
 940     pushPS(countedAddr)
 941     pushPS(0)
 942
 943     return NEXT
 944 end)
 945
 946
 947 # Branching
 948
 949 BRANCH_CFA = defPrimWord("BRANCH", () -> begin
 950     reg.IP += mem[reg.IP]
 951     return NEXT
 952 end)
 953
 954 ZBRANCH_CFA = defPrimWord("0BRANCH", () -> begin
 955     if (popPS() == 0)
 956         reg.IP += mem[reg.IP]
 957     else
 958         reg.IP += 1
 959     end
 960
 961     return NEXT
 962 end)
 963
 964 # Strings
 965
 966 LITSTRING_CFA = defPrimWord("LITSTRING", () -> begin
 967     len = mem[reg.IP]
 968     reg.IP += 1
 969     pushPS(reg.IP)
 970     pushPS(len)
 971     reg.IP += len
 972
 973     return NEXT
 974 end)
 975
 976 TYPE_CFA = defPrimWord("TYPE", () -> begin
 977     len = popPS()
 978     addr = popPS()
 979     str = getString(addr, len)
 980     print(str)
 981     return NEXT
 982 end)
 983
 984 # Interpreter/Compiler-specific I/O
 985
 986 TIB_CFA = defConst("TIB", TIB)
 987 NUMTIB, NUMTIB_CFA = defNewVar("#TIB", 0)
 988
 989 FIB_CFA = defConst("FIB", FIB)
 990 NUMFIB, NUMFIB_CFA = defNewVar("#FIB", 0)
 991
 992 IB_CFA = defPrimWord("IB", () -> begin
 993     pushPS(mem[SOURCE_ID_VAR] == 0 ? TIB : FIB)
 994     return NEXT
 995 end)
 996
 997 NUMIB_CFA = defPrimWord("#IB", () -> begin
 998     pushPS(mem[SOURCE_ID_VAR] == 0 ? NUMTIB : NUMFIB)
 999     return NEXT
1000 end)
1001
1002 TOIN, TOIN_CFA = defNewVar(">IN", 0)
1003
1004 SOURCE_ID_VAR, SOURCE_ID_VAR_CFA = defNewVar("SOURCE-ID-VAR", 0)
1005
1006 QUERY_CFA = defWord("QUERY",
1007     [TIB_CFA, LIT_CFA, 160, EXPECT_CFA,
1008     SPAN_CFA, FETCH_CFA, NUMTIB_CFA, STORE_CFA,
1009     LIT_CFA, 0, TOIN_CFA, STORE_CFA,
1010     EXIT_CFA])
1011
1012 EOF_FLAG, EOF_FLAG_CFA = defNewVar("EOF-FLAG", 0)
1013
1014 # ( fid -- )
1015 # EOF-FLAG set to true if EOF is reached
1016 QUERY_FILE_CFA = defWord("QUERY-FILE",
1017     [FIB_CFA, LIT_CFA, 160, ROT_CFA, READ_LINE_CFA,
1018     DROP_CFA, EOF_FLAG_CFA, STORE_CFA,
1019     NUMFIB_CFA, STORE_CFA,
1020     LIT_CFA, 0, TOIN_CFA, STORE_CFA,
1021     EXIT_CFA])
1022
1023 WORD_CFA = defPrimWord("WORD", () -> begin
1024     delim = popPS()
1025
1026     if mem[SOURCE_ID_VAR] == 0
1027         bufferAddr = TIB
1028         sizeAddr = NUMTIB
1029     else
1030         bufferAddr = FIB
1031         sizeAddr = NUMFIB
1032     end
1033
1034     # Chew up initial occurrences of delim
1035     while (mem[TOIN]<mem[sizeAddr] && mem[bufferAddr+mem[TOIN]] == delim)
1036         mem[TOIN] += 1
1037     end
1038
1039     countAddr = mem[H]
1040     addr = mem[H]+1
1041
1042     # Start reading in word
1043     count = 0
1044     while (mem[TOIN]<mem[sizeAddr])
1045         mem[addr] = mem[bufferAddr+mem[TOIN]]
1046         mem[TOIN] += 1
1047
1048         if (mem[addr] == delim)
1049             break
1050         end
1051
1052         count += 1
1053         addr += 1
1054     end
1055
1056     # Record count
1057     mem[countAddr] = count
1058     pushPS(countAddr)
1059
1060     #println("Processing word: '$(getString(countAddr+1,mem[countAddr]))' (state $(mem[STATE]))")
1061
1062     return NEXT
1063 end)
1064
1065 # Compilation
1066
1067 STATE, STATE_CFA = defNewVar("STATE", 0)
1068
1069 COMMA_CFA = defPrimWord(",", () -> begin
1070     mem[mem[H]] = popPS()
1071     mem[H] += 1
1072
1073     return NEXT
1074 end)
1075
1076 HERE_CFA = defWord("HERE",
1077     [H_CFA, FETCH_CFA, EXIT_CFA])
1078
1079 HEADER_CFA = defPrimWord("HEADER", () -> begin
1080     wordAddr = popPS()+1
1081     wordLen = mem[wordAddr-1]
1082     word = getString(wordAddr, wordLen)
1083
1084     createHeader(word, 0)
1085
1086     return NEXT
1087 end)
1088
1089 CREATE_CFA = defWord("CREATE",
1090     [LIT_CFA, 32, WORD_CFA, HEADER_CFA,
1091     LIT_CFA, DOVAR, COMMA_CFA,
1092     EXIT_CFA])
1093
1094 DODOES = defPrim(() -> begin
1095     pushRS(reg.IP)
1096     reg.IP = popPS()
1097     pushPS(reg.W + 1)
1098     return NEXT
1099 end, name="DODOES")
1100
1101 DOES_HELPER_CFA = defPrimWord("(DOES>)", () -> begin
1102
1103     pushPS(mem[mem[CURRENT]+1])
1104     callPrim(mem[FROMLINK_CFA])
1105     cfa = popPS()
1106
1107     runtimeAddr = popPS()
1108
1109     mem[cfa] = defPrim(eval(:(() -> begin
1110         pushPS($(runtimeAddr))
1111         return DODOES
1112     end)), name="doesPrim")
1113
1114     return NEXT
1115 end, flags=F_IMMED | F_HIDDEN)
1116
1117 DOES_CFA = defWord("DOES>",
1118     [LIT_CFA, LIT_CFA, COMMA_CFA, HERE_CFA, LIT_CFA, 3, ADD_CFA, COMMA_CFA,
1119     LIT_CFA, DOES_HELPER_CFA, COMMA_CFA, LIT_CFA, EXIT_CFA, COMMA_CFA, EXIT_CFA],
1120     flags=F_IMMED)
1121
1122 LBRAC_CFA = defPrimWord("[", () -> begin
1123     mem[STATE] = 0
1124     return NEXT
1125 end, flags=F_IMMED)
1126
1127 RBRAC_CFA = defPrimWord("]", () -> begin
1128     mem[STATE] = 1
1129     return NEXT
1130 end, flags=F_IMMED)
1131
1132 HIDDEN_CFA = defPrimWord("HIDDEN", () -> begin
1133     lenAndFlagsAddr = mem[mem[CURRENT]+1] + 1
1134     mem[lenAndFlagsAddr] = xor(mem[lenAndFlagsAddr], F_HIDDEN)
1135     return NEXT
1136 end)
1137
1138 COLON_CFA = defWord(":",
1139     [LIT_CFA, 32, WORD_CFA,
1140     HEADER_CFA,
1141     LIT_CFA, DOCOL, COMMA_CFA,
1142     HIDDEN_CFA,
1143     RBRAC_CFA,
1144     EXIT_CFA])
1145
1146 SEMICOLON_CFA = defWord(";",
1147     [LIT_CFA, EXIT_CFA, COMMA_CFA,
1148     HIDDEN_CFA,
1149     LBRAC_CFA,
1150     EXIT_CFA], flags=F_IMMED)
1151
1152 IMMEDIATE_CFA = defPrimWord("IMMEDIATE", () -> begin
1153     lenAndFlagsAddr = mem[mem[CURRENT]+1] + 1
1154     mem[lenAndFlagsAddr] = xor(mem[lenAndFlagsAddr],  F_IMMED)
1155     return NEXT
1156 end, flags=F_IMMED)
1157
1158 # ( addr n -- primAddr )
1159 CREATE_PRIM_CFA = defPrimWord("CREATE-PRIM", () -> begin
1160     len = popPS()
1161     addr = popPS()
1162
1163     exprString = string("() -> begin\n",
1164                         getString(addr, len), "\n",
1165                         "return NEXT\n",
1166                         "end")
1167     func = eval(Meta.parse(exprString))
1168
1169     pushPS(defPrim(func))
1170     return NEXT
1171 end)
1172
1173 # Outer Interpreter
1174
1175 EXECUTE_CFA = defPrimWord("EXECUTE", () -> begin
1176     reg.W = popPS()
1177     return mem[reg.W]
1178 end)
1179
1180 INTERPRET_CFA = defWord("INTERPRET",
1181     [LIT_CFA, 32, WORD_CFA, # Read next space-delimited word
1182
1183     DUP_CFA, FETCH_CFA, ZE_CFA, ZBRANCH_CFA, 3,
1184         DROP_CFA, EXIT_CFA, # Exit if input buffer is exhausted
1185
1186     STATE_CFA, FETCH_CFA, ZBRANCH_CFA, 24,
1187         # Compiling
1188         FIND_CFA, QDUP_CFA, ZBRANCH_CFA, 13,
1189
1190             # Found word.
1191             LIT_CFA, -1, EQ_CFA, INVERT_CFA, ZBRANCH_CFA, 4,
1192
1193                 # Immediate: Execute!
1194                 EXECUTE_CFA, BRANCH_CFA, -26,
1195
1196                 # Not immediate: Compile!
1197                 COMMA_CFA, BRANCH_CFA, -29,
1198
1199             # No word found, parse number
1200             NUMBER_CFA, LIT_CFA, LIT_CFA, COMMA_CFA, COMMA_CFA, BRANCH_CFA, -36,
1201
1202        # Interpreting
1203         FIND_CFA, QDUP_CFA, ZBRANCH_CFA, 5,
1204
1205             # Found word. Execute!
1206             DROP_CFA, EXECUTE_CFA, BRANCH_CFA, -44,
1207
1208             # No word found, parse number and leave on stack
1209             NUMBER_CFA, BRANCH_CFA, -47,
1210     EXIT_CFA])
1211
1212 PROMPT_CFA = defPrimWord("PROMPT", () -> begin
1213     if mem[STATE] == 0
1214         print(" ok")
1215     end
1216     println()
1217
1218     return NEXT
1219 end)
1220
1221 QUIT_CFA = defWord("QUIT",
1222     [LIT_CFA, 0, STATE_CFA, STORE_CFA,      # Set mode to interpret
1223     LIT_CFA, 0, SOURCE_ID_VAR_CFA, STORE_CFA,   # Set terminal as input stream
1224     LIT_CFA, 0, NUMTIB_CFA, STORE_CFA,      # Clear the input buffer
1225     RSP0_CFA, RSPSTORE_CFA,                 # Clear the return stack
1226     QUERY_CFA,                              # Read line of input
1227     INTERPRET_CFA, PROMPT_CFA,              # Interpret line
1228     BRANCH_CFA,-4])                         # Loop
1229
1230 INCLUDED_CFA = defWord("INCLUDED",
1231     [LIT_CFA, 0, STATE_CFA, STORE_CFA,          # Set mode to interpret
1232     FAM_RO_CFA, OPEN_FILE_CFA, DROP_CFA,        # Open the file
1233     SOURCE_ID_VAR_CFA, FETCH_CFA, SWAP_CFA,         # Store current source on stack
1234     SOURCE_ID_VAR_CFA, STORE_CFA,                   # Mark this as the current source
1235     SOURCE_ID_VAR_CFA, FETCH_CFA, QUERY_FILE_CFA,   # Read line from file
1236     EOF_FLAG_CFA, FETCH_CFA,
1237     NUMFIB_CFA, FETCH_CFA, ZE_CFA, AND_CFA,     # Test for EOF and empty line
1238     INVERT_CFA, ZBRANCH_CFA, 4,                 # Break out if EOF
1239     INTERPRET_CFA,                              # Interpret line
1240     BRANCH_CFA, -14,                            # Loop
1241     SOURCE_ID_VAR_CFA, FETCH_CFA,
1242     CLOSE_FILE_CFA, DROP_CFA,                   # Close file
1243     SOURCE_ID_VAR_CFA, STORE_CFA,               # Restore input source
1244     LIT_CFA, 0, NUMIB_CFA, STORE_CFA,           # Zero #IB
1245     LIT_CFA, 0, TOIN_CFA, STORE_CFA,            # Zero >IN
1246     EXIT_CFA])
1247
1248 INCLUDE_CFA = defWord("INCLUDE", [LIT_CFA, 32, WORD_CFA,
1249     DUP_CFA, INCR_CFA,
1250     SWAP_CFA, FETCH_CFA,
1251     INCLUDED_CFA, EXIT_CFA]);
1252
1253 ABORT_CFA = defWord("ABORT",
1254     [CLOSE_FILES_CFA, DROP_CFA, PSP0_CFA, PSPSTORE_CFA, QUIT_CFA])
1255
1256 BYE_CFA = defPrimWord("BYE", () -> begin
1257     if mem[SOURCE_ID_VAR] == 0
1258         println("\nBye!")
1259     end
1260     return 0
1261 end)
1262
1263 EOF_CFA = defPrimWord("\x04", () -> begin
1264     return 0
1265 end)
1266
1267 ### Library loading ###
1268
1269 oldCWD = ""
1270 SETLIBCWD_CFA = defPrimWord("SETLIBCWD", () -> begin
1271     global oldCWD = pwd()
1272     if !isfile("lib.4th") # Exception for debugging.
1273         cd(@__DIR__) # Macro expands to CWD at compile time
1274     end
1275     return NEXT
1276 end)
1277
1278 RESTORECWD_CFA = defPrimWord("RESTORECWD", () -> begin
1279     cd(oldCWD)
1280     return NEXT
1281 end)
1282
1283 INCLUDED_LIB_CFA = defWord("INCLUDED-LIB",
1284     [SETLIBCWD_CFA, INCLUDED_CFA, RESTORECWD_CFA, EXIT_CFA])
1285
1286 INCLUDE_LIB_CFA = defWord("INCLUDE-LIB", [LIT_CFA, 32, WORD_CFA,
1287     DUP_CFA, INCR_CFA,
1288     SWAP_CFA, FETCH_CFA,
1289     INCLUDED_LIB_CFA, EXIT_CFA]);
1290
1291 SKIP_WELCOME, SKIP_WELCOME_CFA = defNewVar("SKIP-WELCOME", 0)
1292
1293 #### VM loop ####
1294
1295 initialized = false
1296 libFileName = "lib.4th"
1297
1298 function run(fileName=nothing; initialize=true)
1299
1300     # Start with IP pointing to first instruction of outer interpreter
1301     pushRS(QUIT_CFA+1)
1302
1303     # Include optional file
1304     if fileName != nothing
1305         putString(fileName, mem[H])
1306         pushPS(mem[H])
1307         mem[H] += length(fileName)
1308         pushPS(length(fileName))
1309         pushRS(INCLUDED_CFA+1)
1310
1311         mem[SKIP_WELCOME] = -1
1312     end
1313
1314     # Load library files
1315     global initialized, libFileName
1316     if !initialized && initialize
1317         if libFileName != nothing
1318             #print("Including definitions from $libFileName...")
1319
1320             putString(libFileName, mem[H])
1321             pushPS(mem[H])
1322             pushPS(length(libFileName))
1323             pushRS(INCLUDED_LIB_CFA+1)
1324
1325             initialized = true
1326         else
1327             println("No library file found. Only primitive words available.")
1328         end
1329     end
1330
1331
1332     # Primitive processing loop.
1333     # Everyting else is simply a consequence of this loop!
1334     jmp = mem[EXIT_CFA]
1335     while jmp != 0
1336         try
1337             #print("Entering prim $(getPrimName(jmp)), PS: ")
1338             #printPS()
1339
1340             jmp = callPrim(jmp)
1341
1342         catch ex
1343             println(string("Error in primitive '", getPrimName(jmp), "' at address ", jmp))
1344             showerror(stdout, ex)
1345             println()
1346
1347             # QUIT
1348             reg.IP = ABORT_CFA + 1
1349             jmp = NEXT
1350         end
1351     end
1352 end
1353
1354 # Debugging tools
1355
1356 TRACE_CFA = defPrimWord("TRACE", () -> begin
1357     println("reg.W: $(reg.W) reg.IP: $(reg.IP)")
1358     print("PS: "); printPS()
1359     print("RS: "); printRS()
1360     print("[paused]")
1361     readline()
1362
1363     return NEXT
1364 end)
1365
1366 function dump(startAddr::Int64; count::Int64 = 100, cellsPerLine::Int64 = 10)
1367     chars = Array{Char,1}(undef, cellsPerLine)
1368
1369     lineStartAddr = cellsPerLine*div((startAddr-1),cellsPerLine) + 1
1370     endAddr = startAddr + count - 1
1371
1372     q, r = divrem((endAddr-lineStartAddr+1), cellsPerLine)
1373     numLines = q + (r > 0 ? 1 : 0)
1374
1375     i = lineStartAddr
1376     for l in 1:numLines
1377         print(i,":")
1378
1379         for c in 1:cellsPerLine
1380             if i >= startAddr && i <= endAddr
1381                 print("\t",mem[i])
1382                 if mem[i]>=32 && mem[i]<128
1383                     chars[c] = Char(mem[i])
1384                 else
1385                     chars[c] = '.'
1386                 end
1387             else
1388                 print("\t")
1389                 chars[c] = ' '
1390             end
1391
1392             i += 1
1393         end
1394
1395         println("\t", String(chars))
1396     end
1397 end
1398
1399 function printPS()
1400     count = reg.PSP - PSP0
1401
1402     if count > 0
1403         print("<$count>")
1404         for i in (PSP0+1):reg.PSP
1405             print(" $(mem[i])")
1406         end
1407         println()
1408     else
1409         println("Parameter stack empty")
1410     end
1411 end
1412
1413 function printRS()
1414     count = reg.RSP - RSP0
1415
1416     if count > 0
1417         print("<$count>")
1418         for i in (RSP0+1):reg.RSP
1419             print(" $(mem[i])")
1420         end
1421         println()
1422     else
1423         println("Return stack empty")
1424     end
1425 end
1426
1427 DUMP = defPrimWord("DUMP", () -> begin
1428     count = popPS()
1429     addr = popPS()
1430
1431     println()
1432     dump(addr, count=count)
1433
1434     return NEXT
1435 end)
1436
1437 end