ast.scm

   1 (load "utils.scm")
   2
   3 (define (ast-type x)
   4   (define (builtin? x)
   5     (case x
   6       ('+ #t)
   7       ('- #t)
   8       ('* #t)
   9       ('! #t)
  10       ('= #t)
  11       ('bool->int #t)
  12       ('print #t)
  13       (else #f)))
  14   (cond
  15    ((list? x)
  16     (case (car x)
  17       ('if 'if)
  18       ('let 'let)
  19       ('lambda 'lambda)
  20       ('case 'case)
  21       ('closure 'closure) ; only available in codegen
  22       ('static-string 'static-string) ; only available in codegen
  23       ('stack 'stack) ; only available in codegen (tag that value is passed via stack)
  24       (else 'app)))
  25    ((builtin? x) 'builtin)
  26    ((symbol? x) 'var)
  27    ((integer? x) 'int-literal)
  28    ((boolean? x) 'bool-literal)
  29    ((string? x) 'string-literal)))
  30
  31 (define (ast-traverse f x)
  32   (case (ast-type x)
  33     ('let `(let ,(map (lambda (x) (list (car x) (f (cadr x))))
  34                       (let-bindings x))
  35              ,@(map f (let-body x))))
  36     ('app (map f x))
  37     ('lambda `(lambda ,(lambda-args x) ,(f (lambda-body x))))
  38     ('if `(if ,@(map f (cdr x))))
  39     ('case `(case ,(f (case-expr x))
  40               ,@(map (lambda (x)
  41                        (list (car x) (f (cadr x))))
  42                      (case-cases x))))
  43     ('stack `(stack ,(cadr x) ,(f (caddr x))))
  44     (else x)))
  45
  46 (define (ast-collect f x)
  47   (define (inner y) (ast-collect f y))
  48   (case (ast-type x)
  49     ['let (append (f x)
  50                   (flat-map inner (let-bindings x))
  51                   (flat-map inner (let-body x)))]
  52     ['app (append (f x)
  53                   (flat-map inner x))]
  54     ['lambda (append (f x)
  55                      (inner (lambda-body x)))]
  56     ['if (append (f x)
  57                  (flat-map inner (cdr x)))]
  58     ['case (append (f x)
  59                    (inner (case-expr x))
  60                    (flat-map inner (map cadr (case-cases x))))]
  61     ['stack (append (f x)
  62                     (inner (caddr x)))]
  63     [else (f x)]))
  64
  65 (define (ast-find p x)
  66   (define (inner y) (ast-find p y))
  67   (define (any p x) (fold-left
  68                      (lambda (acc y) (if acc #t (p y)))
  69                      #f
  70                      x))
  71   (define (either . fs)
  72     (if (null? fs) #f
  73         (if (car fs) (car fs)
  74             (apply either (cdr fs)))))
  75
  76   (case (ast-type x)
  77     ['let (either (p x)
  78                   (any inner (let-bindings x))
  79                   (any inner (let-body x)))]
  80     ['app (either (p x)
  81                   (any inner x))]
  82     ['lambda (either (p x)
  83                      (inner (lambda-body x)))]
  84     ['if (either (p x) (any inner (cdr x)))]
  85     ['stack (either (p x) (inner (caddr x)))]
  86     [else (p x)]))
  87
  88 (define let-bindings cadr)
  89 (define let-body cddr)
  90
  91 (define case-expr cadr)
  92 (define case-cases cddr)
  93
  94                                         ; (let ([(foo a b) (foo 123 345)]) a)
  95                                         ;   |
  96                                         ;   v
  97                                         ; (let ([a (foo~0 (foo 123 345)]
  98                                         ;       [b (foo~1 (foo 123 345)]) a)
  99 (define (expand-pattern-matches program)
 100   (define (go x)
 101     (define (pattern-match binding)
 102       (let ([binding-name (car binding)]
 103             [body (cadr binding)])
 104         (if (eqv? (ast-type binding-name) 'var)
 105             (list (list binding-name body))
 106
 107             (let* ([sum-name (car binding-name)]
 108                    [destructor (lambda (i) (dtor-name sum-name i))]
 109                    [products (cdr binding-name)]
 110
 111                    [data-layouts (program-data-layouts program)]
 112
 113                    [type (data-tor-type data-layouts sum-name)]
 114
 115                    [sums (cdr (assoc type data-layouts))]
 116                    [sum (assoc sum-name sums)]
 117
 118                    [expected-number (length (cdr sum))])
 119
 120                                         ; assert that we only do a let pattern match on an ADT with exactly one sum
 121               (when (not (= 1 (length sums)))
 122                 (error #f (format "Cannot pattern match a ~a in a let since it has ~a possible constructors"
 123                                   type
 124                                   (length sums))))
 125
 126                                         ; assert that there is the correct number of bindings
 127               (when (not (= (length products)
 128                             expected-number))
 129                 (error #f (format "Got ~a bindings: expected ~a for ~a"
 130                                (length products)
 131                                expected-number
 132                                binding)))
 133
 134               (flat-map (lambda (y i)
 135                           (pattern-match (list y `(,(destructor i) ,body))))
 136                         products
 137                         (range 0 (length products)))))))
 138     (case (ast-type x)
 139       ['let `(let ,(flat-map pattern-match (let-bindings x))
 140                ,@(map go (let-body x)))]
 141       [else (ast-traverse go x)]))
 142   (program-map-exprs go program))
 143
 144 (define (lambda? x)
 145   (and (list? x) (eq? (car x) 'lambda)))
 146
 147 (define (statement-type x)
 148   (cond
 149    [(and (list? x)
 150          (eqv? (car x) 'data)) 'data]
 151    [(and (list? x)
 152          (eqv? (car x) 'define)) 'define]
 153    [else 'expr]))
 154
 155
 156                                         ; (A ((foo (Int Bool))
 157                                         ;     (bar (Bool)))
 158 (define (program-data-layouts program)
 159   (map (lambda (x) (cons (car x) (cdr x))) ; convert to assoc list
 160        (map cdr (filter (lambda (x) (eqv? (statement-type x) 'data))
 161                         program))))
 162
 163 (define (program-defines program)
 164   (filter (lambda (x) (eqv? (statement-type x) 'defines))
 165           program))
 166
 167 (define (program-map-exprs f program)
 168   (map (lambda (x)
 169          (case (statement-type x)
 170            ['expr (f x)]
 171            [else x]))
 172        program))
 173
 174 (define (program-body program)
 175   ; hack to have multi-expression bodies
 176   `(let ()
 177      ,@(filter (lambda (x) (eqv? (statement-type x) 'expr))
 178                program)))
 179
 180 (define (data-tor-type data-layouts tor)
 181   (let* ([tors (flat-map data-tors data-layouts)]
 182          [info (cadr (assoc tor tors))])
 183     (car info)))
 184
 185                                         ; a data tor is either a constructor or destructor for an ADT
 186                                         ; data-tors returns constructors and destructors for a data-layout
 187                                         ; (data A (foo Int Bool)
 188                                         ;         (bar Bool))
 189                                         ;        |
 190                                         ;        v
 191                                         ; (foo   . ((A foo constructor) . (abs Int (abs Bool A))))
 192                                         ; (foo~0 . ((A foo 0 Int)       . (abs A Int)))
 193                                         ; (foo~1 . ((A foo 1 Bool)      . (abs A Bool)))
 194                                         ; (bar   . ((A bar constructor) . (abs Bool A)))
 195                                         ; (bar~0 . ((A bar 0 Bool)      . (abs A Bool)))
 196                                         ;  ------+-------------------------------------
 197                                         ;  tor   | info                 | type
 198
 199 (define (data-tors data-layout)
 200   (define (constructor-type t products)
 201     (fold-right (lambda (x acc) `(abs ,x ,acc)) t products))
 202
 203   (define (destructor ctor-name prod-type part-type index)
 204     (let* ([name (dtor-name ctor-name index)]
 205            [info (list prod-type ctor-name index part-type)])
 206       (cons name (cons info `(abs ,prod-type ,part-type)))))
 207
 208   (let ([type-name (car data-layout)]
 209         [ctors (cdr data-layout)])
 210     (fold-right
 211      (lambda (ctor acc)
 212        (let* ([ctor-name (car ctor)]
 213               [products (cdr ctor)]
 214
 215               [maker (cons ctor-name (cons (list type-name ctor-name 'constructor) (constructor-type type-name products)))]
 216
 217               [dtors (map (lambda (t i) (destructor ctor-name type-name t i))
 218                           products
 219                           (range 0 (length products)))])
 220          (cons maker (append dtors acc))))
 221      '()
 222      ctors)))
 223
 224                                         ; creates a type environment for a given adt definition
 225 (define (data-tors-type-env data-layout)
 226   (map (lambda (x) (cons (car x) (cddr x))) (data-tors data-layout)))
 227
 228 (define (dtor-name ctor-name index)
 229   (string->symbol
 230    (string-append (symbol->string ctor-name)
 231                   "~"
 232                   (number->string index))))
 233
 234 ; for use in normalized form
 235 (define lambda-arg caadr)
 236 ; for use elsewhere
 237 (define lambda-args cadr)
 238 (define lambda-body caddr)
 239
 240 (define (references prog)
 241   (ast-collect
 242    (lambda (x)
 243      (case (ast-type x)
 244        ['var (list x)]
 245        [else '()]))
 246    prog))
 247
 248 (define (graph bs)
 249   (define (go bs orig-bs)
 250     (if (null? bs)
 251         '(() . ())
 252         (let* [(bind (car bs))
 253
 254                (vert (car bind))
 255                (refs (filter ; only count a reference if its a binding
 256                       (lambda (x) (assoc x orig-bs))
 257                       (references (cdr bind))))
 258                (edges (map (lambda (x) (cons vert x))
 259                            refs))
 260
 261                (rest (if (null? (cdr bs))
 262                          (cons '() '())
 263                          (go (cdr bs) orig-bs)))
 264                (total-verts (cons vert (car rest)))
 265                (total-edges (append edges (cdr rest)))]
 266           (cons total-verts total-edges))))
 267   (go bs bs))
 268
 269 (define (successors graph v)
 270   (define (go v E)
 271     (if (null? E)
 272         '()
 273         (if (eqv? v (caar E))
 274             (cons (cdar E) (go v (cdr E)))
 275             (go v (cdr E)))))
 276   (go v (cdr graph)))
 277
 278                                         ; takes in a graph (pair of vertices, edges)
 279                                         ; returns a list of strongly connected components
 280
 281                                         ; ((x y w) . ((x . y) (x . w) (w . x))
 282
 283                                         ; =>
 284                                         ; .->x->y
 285                                         ; |  |
 286                                         ; |  v
 287                                         ; .--w
 288
 289                                         ; ((x w) (y))
 290
 291                                         ; this uses tarjan's algorithm, to get reverse
 292                                         ; topological sorting for free
 293 (define (sccs graph)
 294
 295   (let* ([indices (make-hash-table)]
 296          [lowlinks (make-hash-table)]
 297          [on-stack (make-hash-table)]
 298          [current 0]
 299          [stack '()]
 300          [result '()])
 301
 302     (define (index v)
 303       (get-hash-table indices v #f))
 304     (define (lowlink v)
 305       (get-hash-table lowlinks v #f))
 306
 307     (letrec
 308         ([strong-connect
 309           (lambda (v)
 310             (begin
 311               (put-hash-table! indices v current)
 312               (put-hash-table! lowlinks v current)
 313               (set! current (+ current 1))
 314               (push! stack v)
 315               (put-hash-table! on-stack v #t)
 316
 317               (for-each
 318                (lambda (w)
 319                  (if (not (hashtable-contains? indices w))
 320                                         ; successor w has not been visited, recurse
 321                      (begin
 322                        (strong-connect w)
 323                        (put-hash-table! lowlinks
 324                                         v
 325                                         (min (lowlink v) (lowlink w))))
 326                                         ; successor w has been visited
 327                      (when (get-hash-table on-stack w #f)
 328                        (put-hash-table! lowlinks v (min (lowlink v) (index w))))))
 329                (successors graph v))
 330
 331               (when (= (index v) (lowlink v))
 332                 (let ([scc
 333                        (let new-scc ()
 334                          (let ([w (pop! stack)])
 335                            (put-hash-table! on-stack w #f)
 336                            (if (eqv? w v)
 337                                (list w)
 338                                (cons w (new-scc)))))])
 339                   (set! result (cons scc result))))))])
 340       (for-each
 341        (lambda (v)
 342          (when (not (hashtable-contains? indices v)) ; v.index == -1
 343            (strong-connect v)))
 344        (car graph)))
 345     result))