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    ((string? x) 'string-literal)))
  29
  30 (define (ast-traverse f x)
  31   (case (ast-type x)
  32     ('let `(let ,(map (lambda (x) (list (car x) (f (cadr x))))
  33                       (let-bindings x))
  34              ,@(map f (let-body x))))
  35     ('app (map f x))
  36     ('lambda `(lambda ,(lambda-args x) ,(f (lambda-body x))))
  37     ('if `(if ,@(map f (cdr x))))
  38     ('case `(case ,(f (case-switch x))
  39               ,@(map (lambda (x)
  40                        (list (car x) (f (cadr x))))
  41                      (case-cases x))))
  42     ('stack `(stack ,(cadr x) ,(f (caddr x))))
  43     (else x)))
  44
  45 (define (ast-collect f x)
  46   (define (inner y) (ast-collect f y))
  47   (case (ast-type x)
  48     ['let (append (f x)
  49                   (flat-map inner (let-bindings x))
  50                   (flat-map inner (let-body x)))]
  51     ['app (append (f x)
  52                   (flat-map inner x))]
  53     ['lambda (append (f x)
  54                      (inner (lambda-body x)))]
  55     ['if (append (f x)
  56                  (flat-map inner (cdr x)))]
  57     ['case (append (f x)
  58                    (inner (case-switch x))
  59                    (flat-map inner (map cadr (case-cases x))))]
  60     ['stack (append (f x)
  61                     (inner (caddr x)))]
  62     [else (f x)]))
  63
  64 (define (ast-find p x)
  65   (define (inner y) (ast-find p y))
  66
  67   (case (ast-type x)
  68     ['let (or (p x)
  69               (any inner (let-bindings x))
  70               (any inner (let-body x)))]
  71     ['app (or (p x)
  72               (any inner x))]
  73     ['lambda (or (p x)
  74                  (inner (lambda-body x)))]
  75     ['if (or (p x) (any inner (cdr x)))]
  76     ['case (or (p x)
  77                (any inner (map cadr (case-cases x)))
  78                (inner (case-switch x)))]
  79     ['stack (or (p x) (inner (caddr x)))]
  80     [else (p x)]))
  81
  82 (define let-bindings cadr)
  83 (define let-body cddr)
  84
  85 (define case-switch cadr)
  86 (define case-cases cddr)
  87
  88 (define (constructor? data-layouts x)
  89   (and (eqv? (ast-type x) 'var)
  90        (assoc x (flat-map cdr data-layouts))))
  91
  92 (define (all-cases data-layouts type)
  93   (let ([sums (assoc type data-layouts)])
  94     (if sums
  95         (flat-map (lambda (sum)
  96                     (let* ([sum-name (car sum)]
  97                            [products (cdr sum)]
  98                            [product-cases (map (lambda (y) (all-cases data-layouts y)) products)])
  99                       (if (null? product-cases)
 100                           (list sum-name) ; singletons aren't enclosed in a list [(foo x) 42] vs [foo 42]
 101                           (apply combinations (cons (list sum-name) product-cases)))))
 102                   (cdr sums))
 103         '(:binding))))
 104
 105                                         ; does a cover b
 106 (define (case-covers? data-layouts a b)
 107   (let ([a-binding? (and (eqv? (ast-type a) 'var) (not (constructor? data-layouts a)))])
 108     (cond
 109      [(eqv? ':binding b) a-binding?]
 110      [a-binding? #t]
 111                                         ; a literal/singleton
 112      [(eqv? (ast-type b) 'var) (eqv? b a)]
 113                                         ; two different constructors
 114      [(not (eqv? (car a) (car b))) #f]
 115                                         ; two same constructors
 116      [else
 117       (all (map (lambda (p q)
 118                   (case-covers? data-layouts p q))
 119                 (cdr a) (cdr b)))])))
 120
 121 (define (verify-cases data-layouts annotated-program)
 122
 123   ;; (define (check-pattern switch-type pat)
 124
 125   ;;   (define (impossible-match)
 126   ;;     (error "Can't pattern match ~a with ~a" switch-type (ann-expr pat)))
 127
 128   ;;   (if (assoc switch-type data-layouts)
 129   ;;    (begin
 130   ;;      (let ([sums (cdr (assoc switch-type data-layouts))])
 131   ;;        (unless (eqv? (ast-type (ann-expr pat)) 'var) (impossible-match))
 132   ;;        (unless (assoc (car (ann-expr pat)) sums) (impossible-match))
 133   ;;        (unless
 134   ;;      )
 135   ;;      (begin
 136   ;;     (unless (assoc switch-type allowed-match-ast-types)
 137   ;;       (error #f "Can't pattern match on ~a" switch-type))
 138
 139   ;;     (let ([allowed (cdr (assoc switch-type allowed-match-ast-types))])
 140   ;;       (unless (assoc (ast-type (ann-expr pat)) allowed) (impossible-match)))))))
 141
 142
 143   (let ([expr (ann-expr annotated-program)])
 144     (case (ast-type expr)
 145       ['case
 146           (let* ([switch-type (ann-type (case-switch expr))]
 147                  [cases (map car (case-cases expr))]
 148                  [case-covered?
 149                   (lambda (x) (any (lambda (y) (case-covers? data-layouts y x)) cases))])
 150             (unless (all (map case-covered? (all-cases data-layouts switch-type)))
 151               (error #f "not all cases covered")))]
 152       [else (ast-traverse (lambda (x) (verify-cases data-layouts x)) expr)])))
 153
 154
 155                                         ; (let ([(foo a b) (foo 123 345)]) a)
 156                                         ;   |
 157                                         ;   v
 158                                         ; (let ([a (foo~0 (foo 123 345)]
 159                                         ;       [b (foo~1 (foo 123 345)]) a)
 160 (define (expand-pattern-matches program)
 161   (define (go x)
 162     (define (let-pattern-match binding)
 163       (let ([binding-name (car binding)]
 164             [body (cadr binding)])
 165         (if (eqv? (ast-type binding-name) 'var)
 166             (list (list binding-name body))
 167
 168             (let* ([sum-name (car binding-name)]
 169                    [destructor (lambda (i) (dtor-name sum-name i))]
 170                    [products (cdr binding-name)]
 171
 172                    [data-layouts (program-data-layouts program)]
 173
 174                    [type (data-tor-type data-layouts sum-name)]
 175
 176                    [sums (cdr (assoc type data-layouts))]
 177                    [sum (assoc sum-name sums)]
 178
 179                    [expected-number (length (cdr sum))])
 180
 181                                         ; assert that we only do a let pattern match on an ADT with exactly one sum
 182               (when (not (= 1 (length sums)))
 183                 (error #f (format "Cannot pattern match a ~a in a let since it has ~a possible constructors"
 184                                   type
 185                                   (length sums))))
 186
 187                                         ; assert that there is the correct number of bindings
 188               (when (not (= (length products)
 189                             expected-number))
 190                 (error #f (format "Got ~a bindings: expected ~a for ~a"
 191                                (length products)
 192                                expected-number
 193                                binding)))
 194
 195               (flat-map (lambda (y i)
 196                           (let-pattern-match (list y `(,(destructor i) ,body))))
 197                         products
 198                         (range 0 (length products)))))))
 199
 200     (case (ast-type x)
 201       ['let `(let ,(flat-map let-pattern-match (let-bindings x))
 202                ,@(map go (let-body x)))]
 203       [else (ast-traverse go x)]))
 204   (program-map-exprs go program))
 205
 206 (define (lambda? x)
 207   (and (list? x) (eq? (car x) 'lambda)))
 208
 209 (define (statement-type x)
 210   (cond
 211    [(and (list? x)
 212          (eqv? (car x) 'data)) 'data]
 213    [(and (list? x)
 214          (eqv? (car x) 'define)) 'define]
 215    [else 'expr]))
 216
 217
 218                                         ; (A ((foo (Int Bool))
 219                                         ;     (bar (Bool)))
 220 (define (program-data-layouts program)
 221   (map (lambda (x) (cons (car x) (cdr x))) ; convert to assoc list
 222        (map cdr (filter (lambda (x) (eqv? (statement-type x) 'data))
 223                         program))))
 224
 225 (define (program-defines program)
 226   (filter (lambda (x) (eqv? (statement-type x) 'defines))
 227           program))
 228
 229 (define (program-map-exprs f program)
 230   (map (lambda (x)
 231          (case (statement-type x)
 232            ['expr (f x)]
 233            [else x]))
 234        program))
 235
 236 (define (program-body program)
 237   ; hack to have multi-expression bodies
 238   `(let ()
 239      ,@(filter (lambda (x) (eqv? (statement-type x) 'expr))
 240                program)))
 241
 242 (define (data-tor-type data-layouts tor)
 243   (let* ([tors (flat-map data-tors data-layouts)]
 244          [info (cadr (assoc tor tors))])
 245     (car info)))
 246
 247                                         ; a data tor is either a constructor or destructor for an ADT
 248                                         ; data-tors returns constructors and destructors for a data-layout
 249                                         ; (data A (foo Int Bool)
 250                                         ;         (bar Bool))
 251                                         ;        |
 252                                         ;        v
 253                                         ; (foo   . ((A foo constructor) . (abs Int (abs Bool A))))
 254                                         ; (foo~0 . ((A foo 0 Int)       . (abs A Int)))
 255                                         ; (foo~1 . ((A foo 1 Bool)      . (abs A Bool)))
 256                                         ; (bar   . ((A bar constructor) . (abs Bool A)))
 257                                         ; (bar~0 . ((A bar 0 Bool)      . (abs A Bool)))
 258                                         ;  ------+-------------------------------------
 259                                         ;  tor   | info                 | type
 260
 261 (define (data-tors data-layout)
 262   (define (constructor-type t products)
 263     (fold-right (lambda (x acc) `(abs ,x ,acc)) t products))
 264
 265   (define (destructor ctor-name prod-type part-type index)
 266     (let* ([name (dtor-name ctor-name index)]
 267            [info (list prod-type ctor-name index part-type)])
 268       (cons name (cons info `(abs ,prod-type ,part-type)))))
 269
 270   (let ([type-name (car data-layout)]
 271         [ctors (cdr data-layout)])
 272     (fold-right
 273      (lambda (ctor acc)
 274        (let* ([ctor-name (car ctor)]
 275               [products (cdr ctor)]
 276
 277               [maker (cons ctor-name (cons (list type-name ctor-name 'constructor) (constructor-type type-name products)))]
 278
 279               [dtors (map (lambda (t i) (destructor ctor-name type-name t i))
 280                           products
 281                           (range 0 (length products)))])
 282          (cons maker (append dtors acc))))
 283      '()
 284      ctors)))
 285
 286                                         ; creates a type environment for a given adt definition
 287 (define (data-tors-type-env data-layout)
 288   (map (lambda (x) (cons (car x) (cddr x))) (data-tors data-layout)))
 289
 290 (define (dtor-name ctor-name index)
 291   (string->symbol
 292    (string-append (symbol->string ctor-name)
 293                   "~"
 294                   (number->string index))))
 295
 296 ; for use in normalized form
 297 (define lambda-arg caadr)
 298 ; for use elsewhere
 299 (define lambda-args cadr)
 300 (define lambda-body caddr)
 301
 302 (define (references prog)
 303   (ast-collect
 304    (lambda (x)
 305      (case (ast-type x)
 306        ['var (list x)]
 307        [else '()]))
 308    prog))
 309
 310 (define (graph bs)
 311   (define (go bs orig-bs)
 312     (if (null? bs)
 313         '(() . ())
 314         (let* [(bind (car bs))
 315
 316                (vert (car bind))
 317                (refs (filter ; only count a reference if its a binding
 318                       (lambda (x) (assoc x orig-bs))
 319                       (references (cdr bind))))
 320                (edges (map (lambda (x) (cons vert x))
 321                            refs))
 322
 323                (rest (if (null? (cdr bs))
 324                          (cons '() '())
 325                          (go (cdr bs) orig-bs)))
 326                (total-verts (cons vert (car rest)))
 327                (total-edges (append edges (cdr rest)))]
 328           (cons total-verts total-edges))))
 329   (go bs bs))
 330
 331 (define (successors graph v)
 332   (define (go v E)
 333     (if (null? E)
 334         '()
 335         (if (eqv? v (caar E))
 336             (cons (cdar E) (go v (cdr E)))
 337             (go v (cdr E)))))
 338   (go v (cdr graph)))
 339
 340                                         ; takes in a graph (pair of vertices, edges)
 341                                         ; returns a list of strongly connected components
 342
 343                                         ; ((x y w) . ((x . y) (x . w) (w . x))
 344
 345                                         ; =>
 346                                         ; .->x->y
 347                                         ; |  |
 348                                         ; |  v
 349                                         ; .--w
 350
 351                                         ; ((x w) (y))
 352
 353                                         ; this uses tarjan's algorithm, to get reverse
 354                                         ; topological sorting for free
 355 (define (sccs graph)
 356
 357   (let* ([indices (make-hash-table)]
 358          [lowlinks (make-hash-table)]
 359          [on-stack (make-hash-table)]
 360          [current 0]
 361          [stack '()]
 362          [result '()])
 363
 364     (define (index v)
 365       (get-hash-table indices v #f))
 366     (define (lowlink v)
 367       (get-hash-table lowlinks v #f))
 368
 369     (letrec
 370         ([strong-connect
 371           (lambda (v)
 372             (begin
 373               (put-hash-table! indices v current)
 374               (put-hash-table! lowlinks v current)
 375               (set! current (+ current 1))
 376               (push! stack v)
 377               (put-hash-table! on-stack v #t)
 378
 379               (for-each
 380                (lambda (w)
 381                  (if (not (hashtable-contains? indices w))
 382                                         ; successor w has not been visited, recurse
 383                      (begin
 384                        (strong-connect w)
 385                        (put-hash-table! lowlinks
 386                                         v
 387                                         (min (lowlink v) (lowlink w))))
 388                                         ; successor w has been visited
 389                      (when (get-hash-table on-stack w #f)
 390                        (put-hash-table! lowlinks v (min (lowlink v) (index w))))))
 391                (successors graph v))
 392
 393               (when (= (index v) (lowlink v))
 394                 (let ([scc
 395                        (let new-scc ()
 396                          (let ([w (pop! stack)])
 397                            (put-hash-table! on-stack w #f)
 398                            (if (eqv? w v)
 399                                (list w)
 400                                (cons w (new-scc)))))])
 401                   (set! result (cons scc result))))))])
 402       (for-each
 403        (lambda (v)
 404          (when (not (hashtable-contains? indices v)) ; v.index == -1
 405            (strong-connect v)))
 406        (car graph)))
 407     result))