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