altos/lisp: Evaluate macros once, then smash them into place
[fw/altos] / src / lisp / ao_lisp_eval.c
index 803f1e2ed11de17291b9725c9747f23d70fe0a65..3af567964deab8a4f87d13a26d13425e3508e901 100644 (file)
  * General Public License for more details.
  */
 
+#define DBG_EVAL 0
 #include "ao_lisp.h"
+#include <assert.h>
 
-#if 0
-#define DBG(...) printf(__VA_ARGS__)
-#define DBG_CONS(a)    ao_lisp_cons_print(ao_lisp_cons_poly(a))
-#define DBG_POLY(a)    ao_lisp_poly_print(a)
-#define OFFSET(a)      ((a) ? (int) ((uint8_t *) a - ao_lisp_pool) : -1)
-#else
-#define DBG(...)
-#define DBG_CONS(a)
-#define DBG_POLY(a)
-#endif
-
-struct ao_lisp_stack {
-       ao_poly                 next;
-       ao_poly                 actuals;
-       ao_poly                 formals;
-       ao_poly                 frame;
-       ao_poly                 cond;
-};
-
-static struct ao_lisp_stack *
-ao_lisp_poly_stack(ao_poly p)
-{
-       return ao_lisp_ref(p);
-}
-
-static ao_poly
-ao_lisp_stack_poly(struct ao_lisp_stack *stack)
-{
-       return ao_lisp_poly(stack, AO_LISP_OTHER);
-}
+const struct ao_lisp_type ao_lisp_stack_type;
 
 static int
 stack_size(void *addr)
@@ -57,12 +30,13 @@ stack_mark(void *addr)
 {
        struct ao_lisp_stack    *stack = addr;
        for (;;) {
-               ao_lisp_poly_mark(stack->actuals);
-               ao_lisp_poly_mark(stack->formals);
-               ao_lisp_poly_mark(stack->frame);
-               ao_lisp_poly_mark(stack->cond);
-               stack = ao_lisp_poly_stack(stack->next);
-               if (ao_lisp_mark_memory(stack, sizeof (struct ao_lisp_stack)))
+               ao_lisp_poly_mark(stack->sexprs, 0);
+               ao_lisp_poly_mark(stack->values, 0);
+               /* no need to mark values_tail */
+               ao_lisp_poly_mark(stack->frame, 0);
+               ao_lisp_poly_mark(stack->list, 0);
+               stack = ao_lisp_poly_stack(stack->prev);
+               if (ao_lisp_mark_memory(&ao_lisp_stack_type, stack))
                        break;
        }
 }
@@ -72,378 +46,579 @@ stack_move(void *addr)
 {
        struct ao_lisp_stack    *stack = addr;
 
-       for (;;) {
-               struct ao_lisp_stack *next;
-               stack->actuals = ao_lisp_poly_move(stack->actuals);
-               stack->formals = ao_lisp_poly_move(stack->formals);
-               stack->frame = ao_lisp_poly_move(stack->frame);
-               stack->cond = ao_lisp_poly_move(stack->cond);
-               next = ao_lisp_ref(stack->next);
-               next = ao_lisp_move_memory(next, sizeof (struct ao_lisp_stack));
-               stack->next = ao_lisp_stack_poly(next);
-               stack = next;
+       while (stack) {
+               struct ao_lisp_stack    *prev;
+               int                     ret;
+               (void) ao_lisp_poly_move(&stack->sexprs, 0);
+               (void) ao_lisp_poly_move(&stack->values, 0);
+               (void) ao_lisp_poly_move(&stack->values_tail, 0);
+               (void) ao_lisp_poly_move(&stack->frame, 0);
+               (void) ao_lisp_poly_move(&stack->list, 0);
+               prev = ao_lisp_poly_stack(stack->prev);
+               if (!prev)
+                       break;
+               ret = ao_lisp_move_memory(&ao_lisp_stack_type, (void **) &prev);
+               if (prev != ao_lisp_poly_stack(stack->prev))
+                       stack->prev = ao_lisp_stack_poly(prev);
+               if (ret)
+                       break;
+               stack = prev;
        }
 }
 
-static const struct ao_lisp_type ao_lisp_stack_type = {
+const struct ao_lisp_type ao_lisp_stack_type = {
        .size = stack_size,
        .mark = stack_mark,
-       .move = stack_move
+       .move = stack_move,
+       .name = "stack"
 };
 
+struct ao_lisp_stack           *ao_lisp_stack;
+ao_poly                                ao_lisp_v;
 
-static struct ao_lisp_stack    *stack;
-static struct ao_lisp_cons     *actuals;
-static struct ao_lisp_cons     *formals;
-static struct ao_lisp_cons     *formals_tail;
-static struct ao_lisp_cons     *cond;
-struct ao_lisp_frame           *next_frame;
-static uint8_t been_here;
+struct ao_lisp_stack           *ao_lisp_stack_free_list;
 
 ao_poly
 ao_lisp_set_cond(struct ao_lisp_cons *c)
 {
-       cond = c;
+       ao_lisp_stack->state = eval_cond;
+       ao_lisp_stack->sexprs = ao_lisp_cons_poly(c);
        return AO_LISP_NIL;
 }
 
+static void
+ao_lisp_stack_reset(struct ao_lisp_stack *stack)
+{
+       stack->state = eval_sexpr;
+       stack->sexprs = AO_LISP_NIL;
+       stack->values = AO_LISP_NIL;
+       stack->values_tail = AO_LISP_NIL;
+}
+
+
 static int
 ao_lisp_stack_push(void)
 {
-       struct ao_lisp_stack    *n = ao_lisp_alloc(sizeof (struct ao_lisp_stack));
-       if (!n)
-               return 0;
-       n->next = ao_lisp_stack_poly(stack);
-       n->actuals = ao_lisp_cons_poly(actuals);
-       n->formals = ao_lisp_cons_poly(formals);
-       n->cond = ao_lisp_cons_poly(cond);
-       n->frame = ao_lisp_frame_poly(ao_lisp_frame_current);
-       DBG("push frame %d\n", OFFSET(ao_lisp_frame_current));
-       stack = n;
+       struct ao_lisp_stack    *stack;
+       if (ao_lisp_stack_free_list) {
+               stack = ao_lisp_stack_free_list;
+               ao_lisp_stack_free_list = ao_lisp_poly_stack(stack->prev);
+       } else {
+               stack = ao_lisp_alloc(sizeof (struct ao_lisp_stack));
+               if (!stack)
+                       return 0;
+       }
+       stack->prev = ao_lisp_stack_poly(ao_lisp_stack);
+       stack->frame = ao_lisp_frame_poly(ao_lisp_frame_current);
+       stack->list = AO_LISP_NIL;
+       ao_lisp_stack = stack;
+       ao_lisp_stack_reset(stack);
+       DBGI("stack push\n");
+       DBG_FRAMES();
+       DBG_IN();
        return 1;
 }
 
 static void
 ao_lisp_stack_pop(void)
 {
-       actuals = ao_lisp_poly_cons(stack->actuals);
-       formals = ao_lisp_poly_cons(stack->formals);
-       cond = ao_lisp_poly_cons(stack->cond);
-       ao_lisp_frame_current = ao_lisp_poly_frame(stack->frame);
-       DBG("pop frame %d\n", OFFSET(ao_lisp_frame_current));
-       formals_tail = 0;
-
-       /* Recompute the tail of the formals list */
-       if (formals) {
-               struct ao_lisp_cons *formal;
-               for (formal = formals; formal->cdr != AO_LISP_NIL; formal = ao_lisp_poly_cons(formal->cdr));
-               formals_tail = formal;
-       }
-       stack = ao_lisp_poly_stack(stack->next);
+       ao_poly prev;
+
+       if (!ao_lisp_stack)
+               return;
+       prev = ao_lisp_stack->prev;
+       ao_lisp_stack->prev = ao_lisp_stack_poly(ao_lisp_stack_free_list);
+       ao_lisp_stack_free_list = ao_lisp_stack;
+
+       ao_lisp_stack = ao_lisp_poly_stack(prev);
+       if (ao_lisp_stack)
+               ao_lisp_frame_current = ao_lisp_poly_frame(ao_lisp_stack->frame);
+       else
+               ao_lisp_frame_current = NULL;
+       DBG_OUT();
+       DBGI("stack pop\n");
+       DBG_FRAMES();
 }
 
 static void
 ao_lisp_stack_clear(void)
 {
-       stack = 0;
-       actuals = formals = formals_tail = 0;
-       cond = 0;
-       ao_lisp_frame_current = 0;
+       ao_lisp_stack = NULL;
+       ao_lisp_frame_current = NULL;
+       ao_lisp_v = AO_LISP_NIL;
 }
 
-
-static ao_poly
+static int
 func_type(ao_poly func)
 {
-       struct ao_lisp_cons     *cons;
-       struct ao_lisp_cons     *args;
-       int                     f;
-
-       DBG("func type "); DBG_POLY(func); DBG("\n");
        if (func == AO_LISP_NIL)
                return ao_lisp_error(AO_LISP_INVALID, "func is nil");
-       if (ao_lisp_poly_type(func) != AO_LISP_CONS)
-               return ao_lisp_error(AO_LISP_INVALID, "func is not list");
-       cons = ao_lisp_poly_cons(func);
-       if (!ao_lisp_check_argc(_ao_lisp_atom_lambda, cons, 3, 3))
-               return AO_LISP_NIL;
-       if (!ao_lisp_check_argt(_ao_lisp_atom_lambda, cons, 0, AO_LISP_ATOM, 0))
-               return AO_LISP_NIL;
-       if (!ao_lisp_check_argt(_ao_lisp_atom_lambda, cons, 1, AO_LISP_CONS, 1))
-               return AO_LISP_NIL;
-       args = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_arg(cons, 1));
-       f = 0;
-       while (args) {
-               if (ao_lisp_poly_type(args->car) != AO_LISP_ATOM) {
-                       return ao_lisp_error(ao_lisp_arg(cons, 0), "formal %d is not an atom", f);
-               }
-               args = ao_lisp_poly_cons(args->cdr);
-               f++;
+       switch (ao_lisp_poly_type(func)) {
+       case AO_LISP_BUILTIN:
+               return ao_lisp_poly_builtin(func)->args & AO_LISP_FUNC_MASK;
+       case AO_LISP_LAMBDA:
+               return ao_lisp_poly_lambda(func)->args;
+       default:
+               ao_lisp_error(AO_LISP_INVALID, "not a func");
+               return -1;
        }
-       return ao_lisp_arg(cons, 0);
 }
 
+/*
+ * Flattened eval to avoid stack issues
+ */
+
+/*
+ * Evaluate an s-expression
+ *
+ * For a list, evaluate all of the elements and
+ * then execute the resulting function call.
+ *
+ * Each element of the list is evaluated in
+ * a clean stack context.
+ *
+ * The current stack state is set to 'formal' so that
+ * when the evaluation is complete, the value
+ * will get appended to the values list.
+ *
+ * For other types, compute the value directly.
+ */
+
 static int
-ao_lisp_cons_length(struct ao_lisp_cons *cons)
+ao_lisp_eval_sexpr(void)
 {
-       int     len = 0;
-       while (cons) {
-               len++;
-               cons = ao_lisp_poly_cons(cons->cdr);
+       DBGI("sexpr: "); DBG_POLY(ao_lisp_v); DBG("\n");
+       switch (ao_lisp_poly_type(ao_lisp_v)) {
+       case AO_LISP_CONS:
+               if (ao_lisp_v == AO_LISP_NIL) {
+                       if (!ao_lisp_stack->values) {
+                               /*
+                                * empty list evaluates to empty list
+                                */
+                               ao_lisp_v = AO_LISP_NIL;
+                               ao_lisp_stack->state = eval_val;
+                       } else {
+                               /*
+                                * done with arguments, go execute it
+                                */
+                               ao_lisp_v = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->values)->car;
+                               ao_lisp_stack->state = eval_exec;
+                       }
+               } else {
+                       if (!ao_lisp_stack->values)
+                               ao_lisp_stack->list = ao_lisp_v;
+                       /*
+                        * Evaluate another argument and then switch
+                        * to 'formal' to add the value to the values
+                        * list
+                        */
+                       ao_lisp_stack->sexprs = ao_lisp_v;
+                       ao_lisp_stack->state = eval_formal;
+                       if (!ao_lisp_stack_push())
+                               return 0;
+                       /*
+                        * push will reset the state to 'sexpr', which
+                        * will evaluate the expression
+                        */
+                       ao_lisp_v = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_v)->car;
+               }
+               break;
+       case AO_LISP_ATOM:
+               DBGI("..frame "); DBG_POLY(ao_lisp_frame_poly(ao_lisp_frame_current)); DBG("\n");
+               ao_lisp_v = ao_lisp_atom_get(ao_lisp_v);
+               /* fall through */
+       case AO_LISP_INT:
+       case AO_LISP_STRING:
+       case AO_LISP_BUILTIN:
+       case AO_LISP_LAMBDA:
+               ao_lisp_stack->state = eval_val;
+               break;
        }
-       return len;
+       DBGI(".. result "); DBG_POLY(ao_lisp_v); DBG("\n");
+       return 1;
 }
 
-static ao_poly
-ao_lisp_lambda(struct ao_lisp_cons *cons)
+/*
+ * A value has been computed.
+ *
+ * If the value was computed from a macro,
+ * then we want to reset the current context
+ * to evaluate the macro result again.
+ *
+ * If not a macro, then pop the stack.
+ * If the stack is empty, we're done.
+ * Otherwise, the stack will contain
+ * the next state.
+ */
+
+static int
+ao_lisp_eval_val(void)
 {
-       ao_poly                 type;
-       struct ao_lisp_cons     *lambda;
-       struct ao_lisp_cons     *args;
-       int                     args_wanted;
-       int                     args_provided;
+       DBGI("val: "); DBG_POLY(ao_lisp_v); DBG("\n");
+       /*
+        * Value computed, pop the stack
+        * to figure out what to do with the value
+        */
+       ao_lisp_stack_pop();
+       DBGI("..state %d\n", ao_lisp_stack ? ao_lisp_stack->state : -1);
+       return 1;
+}
 
-       lambda = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_arg(cons, 0));
-       DBG("lambda "); DBG_CONS(lambda); DBG("\n");
-       type = ao_lisp_arg(lambda, 0);
-       args = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_arg(lambda, 1));
+/*
+ * A formal has been computed.
+ *
+ * If this is the first formal, then check to see if we've got a
+ * lamda/lexpr or macro/nlambda.
+ *
+ * For lambda/lexpr, go compute another formal.  This will terminate
+ * when the sexpr state sees nil.
+ *
+ * For macro/nlambda, we're done, so move the sexprs into the values
+ * and go execute it.
+ *
+ * Macros have an additional step of saving a stack frame holding the
+ * macro value execution context, which then gets the result of the
+ * macro to run
+ */
 
-       args_wanted = ao_lisp_cons_length(args);
+static int
+ao_lisp_eval_formal(void)
+{
+       ao_poly                 formal;
+       struct ao_lisp_stack    *prev;
 
-       /* Create a frame to hold the variables
-        */
-       if (type == _ao_lisp_atom_lambda)
-               args_provided = ao_lisp_cons_length(cons) - 1;
-       else
-               args_provided = 1;
-       if (args_wanted != args_provided)
-               return ao_lisp_error(AO_LISP_INVALID, "need %d args, not %d", args_wanted, args_provided);
-       next_frame = ao_lisp_frame_new(args_wanted, 0);
-       DBG("new frame %d\n", OFFSET(next_frame));
-       switch (type) {
-       case _ao_lisp_atom_lambda: {
-               int                     f;
-               struct ao_lisp_cons     *vals = ao_lisp_poly_cons(cons->cdr);
-
-               for (f = 0; f < args_wanted; f++) {
-                       next_frame->vals[f].atom = args->car;
-                       next_frame->vals[f].val = vals->car;
-                       args = ao_lisp_poly_cons(args->cdr);
-                       vals = ao_lisp_poly_cons(vals->cdr);
+       DBGI("formal: "); DBG_POLY(ao_lisp_v); DBG("\n");
+
+       /* Check what kind of function we've got */
+       if (!ao_lisp_stack->values) {
+               switch (func_type(ao_lisp_v)) {
+               case AO_LISP_FUNC_LAMBDA:
+               case AO_LISP_FUNC_LEXPR:
+                       DBGI(".. lambda or lexpr\n");
+                       break;
+               case AO_LISP_FUNC_MACRO:
+                       /* Evaluate the result once more */
+                       ao_lisp_stack->state = eval_macro;
+                       if (!ao_lisp_stack_push())
+                               return 0;
+
+                       /* After the function returns, take that
+                        * value and re-evaluate it
+                        */
+                       prev = ao_lisp_poly_stack(ao_lisp_stack->prev);
+                       ao_lisp_stack->state = eval_sexpr;
+                       ao_lisp_stack->sexprs = prev->sexprs;
+
+                       DBGI(".. start macro\n");
+                       DBGI(".. sexprs       "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->sexprs); DBG("\n");
+                       DBGI(".. values       "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->values); DBG("\n");
+                       DBG_FRAMES();
+
+                       /* fall through ... */
+               case AO_LISP_FUNC_NLAMBDA:
+                       DBGI(".. nlambda or macro\n");
+
+                       /* use the raw sexprs as values */
+                       ao_lisp_stack->values = ao_lisp_stack->sexprs;
+                       ao_lisp_stack->values_tail = AO_LISP_NIL;
+                       ao_lisp_stack->state = eval_exec;
+
+                       /* ready to execute now */
+                       return 1;
+               case -1:
+                       return 0;
                }
-               break;
        }
-       case _ao_lisp_atom_lexpr:
-       case _ao_lisp_atom_nlambda:
-               next_frame->vals[0].atom = args->car;
-               next_frame->vals[0].val = cons->cdr;
-               break;
-       case _ao_lisp_atom_macro:
-               next_frame->vals[0].atom = args->car;
-               next_frame->vals[0].val = ao_lisp_cons_poly(cons);
-               break;
-       }
-       return ao_lisp_arg(lambda, 2);
-}
 
-ao_poly
-ao_lisp_eval(ao_poly v)
-{
-       struct ao_lisp_cons     *formal;
-       int                     cons = 0;
-
-       if (!been_here) {
-               been_here = 1;
-               ao_lisp_root_add(&ao_lisp_stack_type, &stack);
-               ao_lisp_root_add(&ao_lisp_cons_type, &actuals);
-               ao_lisp_root_add(&ao_lisp_cons_type, &formals);
-               ao_lisp_root_add(&ao_lisp_cons_type, &formals_tail);
-       }
-       stack = 0;
-       actuals = 0;
-       formals = 0;
-       formals_tail = 0;
-       cond = 0;
-       for (;;) {
+       /* Append formal to list of values */
+       formal = ao_lisp_cons_poly(ao_lisp_cons_cons(ao_lisp_v, NULL));
+       if (!formal)
+               return 0;
 
-       restart:
-               if (cond) {
-                       if (cond->car == AO_LISP_NIL) {
-                               cond = AO_LISP_NIL;
-                               v = AO_LISP_NIL;
-                       } else {
-                               if (ao_lisp_poly_type(cond->car) != AO_LISP_CONS) {
-                                       ao_lisp_error(AO_LISP_INVALID, "malformed cond");
-                                       goto bail;
-                               }
-                               v = ao_lisp_poly_cons(cond->car)->car;
-                       }
-               }
+       if (ao_lisp_stack->values_tail)
+               ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->values_tail)->cdr = formal;
+       else
+               ao_lisp_stack->values = formal;
+       ao_lisp_stack->values_tail = formal;
 
-               /* Build stack frames for each list */
-               while (ao_lisp_poly_type(v) == AO_LISP_CONS) {
-                       if (v == AO_LISP_NIL)
-                               break;
+       DBGI(".. values "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->values); DBG("\n");
 
-                       /* Push existing bits on the stack */
-                       if (cons++)
-                               if (!ao_lisp_stack_push())
-                                       goto bail;
+       /*
+        * Step to the next argument, if this is last, then
+        * 'sexpr' will end up switching to 'exec'
+        */
+       ao_lisp_v = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->sexprs)->cdr;
 
-                       actuals = ao_lisp_poly_cons(v);
-                       formals = NULL;
-                       formals_tail = NULL;
-                       cond = NULL;
+       ao_lisp_stack->state = eval_sexpr;
 
-                       v = actuals->car;
+       DBGI(".. "); DBG_POLY(ao_lisp_v); DBG("\n");
+       return 1;
+}
 
-//                     DBG("start: stack"); DBG_CONS(stack); DBG("\n");
-//                     DBG("start: actuals"); DBG_CONS(actuals); DBG("\n");
-//                     DBG("start: formals"); DBG_CONS(formals); DBG("\n");
-               }
+/*
+ * Start executing a function call
+ *
+ * Most builtins are easy, just call the function.
+ * 'cond' is magic; it sticks the list of clauses
+ * in 'sexprs' and switches to 'cond' state. That
+ * bit of magic is done in ao_lisp_set_cond.
+ *
+ * Lambdas build a new frame to hold the locals and
+ * then re-use the current stack context to evaluate
+ * the s-expression from the lambda.
+ */
 
-               /* Evaluate primitive types */
+static int
+ao_lisp_eval_exec(void)
+{
+       ao_poly v;
+       struct ao_lisp_builtin  *builtin;
+
+       DBGI("exec: "); DBG_POLY(ao_lisp_v); DBG(" values "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->values); DBG ("\n");
+       ao_lisp_stack->sexprs = AO_LISP_NIL;
+       switch (ao_lisp_poly_type(ao_lisp_v)) {
+       case AO_LISP_BUILTIN:
+               ao_lisp_stack->state = eval_val;
+               builtin = ao_lisp_poly_builtin(ao_lisp_v);
+               v = ao_lisp_func(builtin) (
+                       ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->values)->cdr));
+               DBG_DO(if (!ao_lisp_exception && ao_lisp_poly_builtin(ao_lisp_v)->func == builtin_set) {
+                               struct ao_lisp_cons *cons = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->values);
+                               ao_poly atom = ao_lisp_arg(cons, 1);
+                               ao_poly val = ao_lisp_arg(cons, 2);
+                               DBGI("set "); DBG_POLY(atom); DBG(" = "); DBG_POLY(val); DBG("\n");
+                       });
+               builtin = ao_lisp_poly_builtin(ao_lisp_v);
+               if (builtin->args & AO_LISP_FUNC_FREE_ARGS)
+                       ao_lisp_cons_free(ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->values));
+
+               ao_lisp_v = v;
+               DBGI(".. result "); DBG_POLY(ao_lisp_v); DBG ("\n");
+               DBGI(".. frame "); DBG_POLY(ao_lisp_frame_poly(ao_lisp_frame_current)); DBG("\n");
+               break;
+       case AO_LISP_LAMBDA:
+               ao_lisp_stack->state = eval_sexpr;
+               DBGI(".. frame "); DBG_POLY(ao_lisp_frame_poly(ao_lisp_frame_current)); DBG("\n");
+               ao_lisp_v = ao_lisp_lambda_eval();
+               DBGI(".. sexpr "); DBG_POLY(ao_lisp_v); DBG("\n");
+               DBGI(".. frame "); DBG_POLY(ao_lisp_frame_poly(ao_lisp_frame_current)); DBG("\n");
+               break;
+       }
+       ao_lisp_stack->values = AO_LISP_NIL;
+       ao_lisp_stack->values_tail = AO_LISP_NIL;
+       return 1;
+}
 
-               DBG ("actual: "); DBG_POLY(v); DBG("\n");
+/*
+ * Start evaluating the next cond clause
+ *
+ * If the list of clauses is empty, then
+ * the result of the cond is nil.
+ *
+ * Otherwise, set the current stack state to 'cond_test' and create a
+ * new stack context to evaluate the test s-expression. Once that's
+ * complete, we'll land in 'cond_test' to finish the clause.
+ */
+static int
+ao_lisp_eval_cond(void)
+{
+       DBGI("cond: "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->sexprs); DBG("\n");
+       DBGI(".. frame "); DBG_POLY(ao_lisp_frame_poly(ao_lisp_frame_current)); DBG("\n");
+       DBGI(".. saved frame "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->frame); DBG("\n");
+       if (!ao_lisp_stack->sexprs) {
+               ao_lisp_v = AO_LISP_NIL;
+               ao_lisp_stack->state = eval_val;
+       } else {
+               ao_lisp_v = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->sexprs)->car;
+               if (!ao_lisp_v || ao_lisp_poly_type(ao_lisp_v) != AO_LISP_CONS) {
+                       ao_lisp_error(AO_LISP_INVALID, "invalid cond clause");
+                       return 0;
+               }
+               ao_lisp_v = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_v)->car;
+               ao_lisp_stack->state = eval_cond_test;
+               if (!ao_lisp_stack_push())
+                       return 0;
+               ao_lisp_stack->state = eval_sexpr;
+       }
+       return 1;
+}
 
-               switch (ao_lisp_poly_type(v)) {
-               case AO_LISP_INT:
-               case AO_LISP_STRING:
-                       break;
-               case AO_LISP_ATOM:
-                       v = ao_lisp_atom_get(v);
-                       break;
+/*
+ * Finish a cond clause.
+ *
+ * Check the value from the test expression, if
+ * non-nil, then set up to evaluate the value expression.
+ *
+ * Otherwise, step to the next clause and go back to the 'cond'
+ * state
+ */
+static int
+ao_lisp_eval_cond_test(void)
+{
+       DBGI("cond_test: "); DBG_POLY(ao_lisp_v); DBG(" sexprs "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->sexprs); DBG("\n");
+       DBGI(".. frame "); DBG_POLY(ao_lisp_frame_poly(ao_lisp_frame_current)); DBG("\n");
+       DBGI(".. saved frame "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->frame); DBG("\n");
+       if (ao_lisp_v) {
+               struct ao_lisp_cons *car = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->sexprs)->car);
+               struct ao_lisp_cons *c = ao_lisp_poly_cons(car->cdr);
+
+               if (c) {
+                       ao_lisp_stack->state = eval_sexpr;
+                       ao_lisp_v = c->car;
+               } else
+                       ao_lisp_stack->state = eval_val;
+       } else {
+               ao_lisp_stack->sexprs = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->sexprs)->cdr;
+               DBGI("next cond: "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->sexprs); DBG("\n");
+               ao_lisp_stack->state = eval_cond;
+       }
+       return 1;
+}
+
+/*
+ * Evaluate a list of sexprs, returning the value from the last one.
+ *
+ * ao_lisp_progn records the list in stack->sexprs, so we just need to
+ * walk that list. Set ao_lisp_v to the car of the list and jump to
+ * eval_sexpr. When that's done, it will land in eval_val. For all but
+ * the last, leave a stack frame with eval_progn set so that we come
+ * back here. For the last, don't add a stack frame so that we can
+ * just continue on.
+ */
+static int
+ao_lisp_eval_progn(void)
+{
+       DBGI("progn: "); DBG_POLY(ao_lisp_v); DBG(" sexprs "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->sexprs); DBG("\n");
+       DBGI(".. frame "); DBG_POLY(ao_lisp_frame_poly(ao_lisp_frame_current)); DBG("\n");
+       DBGI(".. saved frame "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->frame); DBG("\n");
+
+       if (!ao_lisp_stack->sexprs) {
+               ao_lisp_v = AO_LISP_NIL;
+               ao_lisp_stack->state = eval_val;
+       } else {
+               ao_lisp_v = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->sexprs)->car;
+               ao_lisp_stack->sexprs = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->sexprs)->cdr;
+               if (ao_lisp_stack->sexprs) {
+                       ao_lisp_stack->state = eval_progn;
+                       if (!ao_lisp_stack_push())
+                               return 0;
                }
+               ao_lisp_stack->state = eval_sexpr;
+       }
+       return 1;
+}
 
-               while (cons) {
-                       DBG("add formal: "); DBG_POLY(v); DBG("\n");
+/*
+ * Conditionally execute a list of sexprs while the first is true
+ */
+static int
+ao_lisp_eval_while(void)
+{
+       DBGI("while: "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->sexprs); DBG("\n");
+       DBGI(".. frame "); DBG_POLY(ao_lisp_frame_poly(ao_lisp_frame_current)); DBG("\n");
+       DBGI(".. saved frame "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->frame); DBG("\n");
+
+       if (!ao_lisp_stack->sexprs) {
+               ao_lisp_v = AO_LISP_NIL;
+               ao_lisp_stack->state = eval_val;
+       } else {
+               ao_lisp_v = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->sexprs)->car;
+               ao_lisp_stack->state = eval_while_test;
+               if (!ao_lisp_stack_push())
+                       return 0;
+               ao_lisp_stack->state = eval_sexpr;
+       }
+       return 1;
+}
 
-                       /* We've processed the first element of the list, go check
-                        * what kind of function we've got
-                        */
-                       if (formals == NULL) {
-                               if (ao_lisp_poly_type(v) == AO_LISP_BUILTIN) {
-                                       struct ao_lisp_builtin *b = ao_lisp_poly_builtin(v);
-                                       switch (b->args) {
-                                       case AO_LISP_NLAMBDA:
-                                               formals = actuals;
-                                               goto eval;
-
-                                       case AO_LISP_MACRO:
-                                               v = ao_lisp_func(b)(ao_lisp_poly_cons(actuals->cdr));
-                                               DBG("macro "); DBG_POLY(ao_lisp_cons_poly(actuals));
-                                               DBG(" -> "); DBG_POLY(v);
-                                               DBG("\n");
-                                               if (ao_lisp_poly_type(v) != AO_LISP_CONS) {
-                                                       ao_lisp_error(AO_LISP_INVALID, "macro didn't return list");
-                                                       goto bail;
-                                               }
-                                               /* Reset frame to the new list */
-                                               actuals = ao_lisp_poly_cons(v);
-                                               v = actuals->car;
-                                               goto restart;
-                                       }
-                               } else {
-                                       switch (func_type(v)) {
-                                       case _ao_lisp_atom_lambda:
-                                       case _ao_lisp_atom_lexpr:
-                                               break;
-                                       case _ao_lisp_atom_nlambda:
-                                               formals = actuals;
-                                               goto eval;
-                                       case _ao_lisp_atom_macro:
-                                               break;
-                                       default:
-                                               ao_lisp_error(AO_LISP_INVALID, "operator is not a function");
-                                               goto bail;
-                                       }
-                               }
-                       }
+/*
+ * Check the while condition, terminate the loop if nil. Otherwise keep going
+ */
+static int
+ao_lisp_eval_while_test(void)
+{
+       DBGI("while_test: "); DBG_POLY(ao_lisp_v); DBG(" sexprs "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->sexprs); DBG("\n");
+       DBGI(".. frame "); DBG_POLY(ao_lisp_frame_poly(ao_lisp_frame_current)); DBG("\n");
+       DBGI(".. saved frame "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->frame); DBG("\n");
+
+       if (ao_lisp_v) {
+               ao_lisp_v = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->sexprs)->cdr;
+               if (ao_lisp_v)
+                       ao_lisp_v = ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_v)->car;
+               ao_lisp_stack->state = eval_while;
+               if (!ao_lisp_stack_push())
+                       return 0;
+       }
+       else
+               ao_lisp_stack->state = eval_val;
+       return 1;
+}
 
-                       formal = ao_lisp_cons_cons(v, NULL);
-                       if (formals_tail)
-                               formals_tail->cdr = ao_lisp_cons_poly(formal);
-                       else
-                               formals = formal;
-                       formals_tail = formal;
-                       actuals = ao_lisp_poly_cons(actuals->cdr);
-
-                       DBG("formals: ");
-                       DBG_CONS(formals);
-                       DBG("\n");
-                       DBG("actuals: ");
-                       DBG_CONS(actuals);
-                       DBG("\n");
-
-                       /* Process all of the arguments */
-                       if (actuals) {
-                               v = actuals->car;
-                               break;
-                       }
+/*
+ * Replace the original sexpr with the macro expansion, then
+ * execute that
+ */
+static int
+ao_lisp_eval_macro(void)
+{
+       DBGI("macro: "); DBG_POLY(ao_lisp_v); DBG(" sexprs "); DBG_POLY(ao_lisp_stack->sexprs); DBG("\n");
+
+       if (ao_lisp_poly_type(ao_lisp_v) == AO_LISP_CONS) {
+               *ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_stack->sexprs) = *ao_lisp_poly_cons(ao_lisp_v);
+               ao_lisp_v = ao_lisp_stack->sexprs;
+               DBGI("sexprs rewritten to: "); DBG_POLY(ao_lisp_v); DBG("\n");
+       }
+       ao_lisp_stack->sexprs = AO_LISP_NIL;
+       ao_lisp_stack->state = eval_sexpr;
+       return 1;
+}
 
-                       v = formals->car;
+static int (*const evals[])(void) = {
+       [eval_sexpr] = ao_lisp_eval_sexpr,
+       [eval_val] = ao_lisp_eval_val,
+       [eval_formal] = ao_lisp_eval_formal,
+       [eval_exec] = ao_lisp_eval_exec,
+       [eval_cond] = ao_lisp_eval_cond,
+       [eval_cond_test] = ao_lisp_eval_cond_test,
+       [eval_progn] = ao_lisp_eval_progn,
+       [eval_while] = ao_lisp_eval_while,
+       [eval_while_test] = ao_lisp_eval_while_test,
+       [eval_macro] = ao_lisp_eval_macro,
+};
 
-               eval:
+/*
+ * Called at restore time to reset all execution state
+ */
 
-                       /* Evaluate the resulting list */
-                       if (ao_lisp_poly_type(v) == AO_LISP_BUILTIN) {
-                               struct ao_lisp_builtin *b = ao_lisp_poly_builtin(v);
+void
+ao_lisp_eval_clear_globals(void)
+{
+       ao_lisp_stack = NULL;
+       ao_lisp_frame_current = NULL;
+       ao_lisp_v = AO_LISP_NIL;
+}
 
-                               v = ao_lisp_func(b) (ao_lisp_poly_cons(formals->cdr));
+int
+ao_lisp_eval_restart(void)
+{
+       return ao_lisp_stack_push();
+}
 
-                               DBG ("eval: ");
-                               DBG_CONS(formals);
-                               DBG(" -> ");
-                               DBG_POLY(v);
-                               DBG ("\n");
-                               if (ao_lisp_exception)
-                                       goto bail;
+ao_poly
+ao_lisp_eval(ao_poly _v)
+{
+       ao_lisp_v = _v;
 
-                               if (cond)
-                                       goto restart;
-                       } else {
-                               v = ao_lisp_lambda(formals);
-                               if (ao_lisp_exception)
-                                       goto bail;
-                       }
+       if (!ao_lisp_stack_push())
+               return AO_LISP_NIL;
 
-                       --cons;
-                       if (cons) {
-                               ao_lisp_stack_pop();
-//                             DBG("stack pop: stack"); DBG_CONS(stack); DBG("\n");
-//                             DBG("stack pop: actuals"); DBG_CONS(actuals); DBG("\n");
-//                             DBG("stack pop: formals"); DBG_CONS(formals); DBG("\n");
-                       } else {
-                               actuals = 0;
-                               formals = 0;
-                               formals_tail = 0;
-                               ao_lisp_frame_current = 0;
-                       }
-                       if (next_frame) {
-                               ao_lisp_frame_current = next_frame;
-                               DBG("next frame %d\n", OFFSET(next_frame));
-                               next_frame = 0;
-                               goto restart;
-                       }
-                       if (cond) {
-                               if (v) {
-                                       v = ao_lisp_poly_cons(cond->car)->cdr;
-                                       if (v != AO_LISP_NIL) {
-                                               v = ao_lisp_poly_cons(v)->car;
-                                               goto restart;
-                                       }
-                               } else {
-                                       cond = ao_lisp_poly_cons(cond->cdr);
-                                       goto restart;
-                               }
-                       }
+       while (ao_lisp_stack) {
+               if (!(*evals[ao_lisp_stack->state])() || ao_lisp_exception) {
+                       ao_lisp_stack_clear();
+                       return AO_LISP_NIL;
                }
-               if (!cons)
-                       break;
        }
-       DBG("leaving frame at %d\n", OFFSET(ao_lisp_frame_current));
-       return v;
-bail:
-       ao_lisp_stack_clear();
-       return AO_LISP_NIL;
+       DBG_DO(if (ao_lisp_frame_current) {DBGI("frame left as "); DBG_POLY(ao_lisp_frame_poly(ao_lisp_frame_current)); DBG("\n");});
+       ao_lisp_frame_current = NULL;
+       return ao_lisp_v;
 }