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