pscm cc

pscm cc 是 PikachuHy's Scheme 的 C++ 实现版本，代码规模约 11000+ 行。该版本参考 Guile 1.8，基于 setjmp/longjmp 实现了 continuation 支持。

WARNING

pscm 依然处于非常简陋的状态

设计目标

利用有限的 C++ 特性实现一个精简版本的 Guile 1.8，保留驱动 TeXmacs 所需的必要特性。

📋 详细功能列表和开发规划：请参考 pscm_cc 功能现状与开发规划

核心架构

类型系统

• 统一类型：所有值都是 struct SCM（内部为 void*）
• 类型转换：通过 cast<Type>(scm) 转换为具体类型，通过 wrap(type) 包装为 SCM
• 支持类型：17 种数据类型（NIL, LIST, NUM, FLOAT, RATIO, CHAR, STR, SYM, BOOL, PROC, FUNC, CONT, MACRO, HASH_TABLE, VECTOR, PORT）
• 源位置跟踪：每个 AST 节点携带可选的源位置信息（文件名、行号、列号），用于错误报告

数据结构

• 列表：使用 SCM_List 链表实现，支持 dotted pair
• 环境：链表结构，通过 parent 指针实现词法作用域链
• 哈希表：链式哈希表，支持 eq?、eqv?、equal? 三种比较方式
• 向量：固定长度数组，支持随机访问

求值器

• 尾递归优化：使用 goto 减少栈深度
• 模块化设计：每个特殊形式独立文件，统一接口在 eval.h 声明
• 支持的特殊形式：define, lambda, if, cond, case, and, or, begin, let/let*/letrec, do, for-each, map, quote, quasiquote, apply, call/cc, call-with-values, dynamic-wind 等

Continuation 实现

• 机制：基于 setjmp/longjmp，通过栈复制保存和恢复执行上下文
• 动态 wind：支持 dynamic-wind，在 continuation 跳转时执行 before/after thunk
• 打印格式：#<continuation@地址>

解析器

• 实现：从零实现的递归下降解析器
• 语法支持：完整的 Scheme 语法（数字、符号、字符串、布尔值、列表、引号、准引用、点对、注释）
• 特殊处理：支持 1+ 和 1- 作为符号（避免被解析为数字和运算符）
• 错误报告：包含文件名、行号、列号的清晰错误信息

C/C++ 函数注册

兼容 Guile 1.8 接口，支持三种注册方式：

• 固定参数：scm_define_function(name, req, opt, rst, func_ptr)
• 泛型函数：scm_define_generic_function(name, func_ptr, init_val)（如 +、*）
• 可变参数：scm_define_vararg_function(name, func_ptr)（如 list、apply）

内置函数

支持丰富的内置函数，包括：

• 类型检查：procedure?, boolean?, null?, pair?, char?, number? 等
• 列表操作：car, cdr, cons, list, append, set-car!, set-cdr! 等
• 数字运算：+, -, *, /, expt, abs 等（支持整数、浮点数、分数混合运算）
• 字符串操作：string-length, make-string, string-ref, string-set!, string=?, string<?, string<=?, substring, string-append, string->list, list->string, display, write 等
• 字符操作：char=?, char<?, char>?, char<=?, char>=?, char-upcase, char-downcase, char->integer, integer->char 等
• 向量操作：make-vector, vector-length, vector-ref, vector-set!, vector->list, list->vector 等
• 哈希表：完整的哈希表操作集（创建、设置、获取、删除、遍历）
• 端口操作：open-input-file, open-output-file, open-input-string, open-output-string, read, read-char, peek-char, write-char, eof-object?, char-ready?, call-with-input-file, call-with-output-file 等
• 系统操作：exit 等
• 其他：gensym, not, eval, equal?, eq?, eqv? 等

代码组织

模块划分

• 核心：pscm.h（类型定义）、eval.h（求值接口）、eval.cc（主求值器）
• 特殊形式：do.cc, cond.cc, case.cc, map.cc, apply.cc, quasiquote.cc, macro.cc, let.cc, for_each.cc, values.cc（and 和 or 在 eval.cc 中实现）
• 内置函数：predicate.cc, number.cc, list.cc, string.cc, char.cc, eq.cc, alist.cc, hash_table.cc, vector.cc, port.cc, exit.cc
• 基础设施：parse.cc（解析器）、print.cc（打印）、continuation.cc（continuation）、environment.cc（环境）、source_location.cc（源位置）

错误处理

• 统一使用 eval_error 函数
• 错误信息包含完整源位置
• 宏展开时自动传播源位置
• 调用栈追踪：自动追踪表达式求值路径，错误时显示完整调用栈（最多 20 层）
• 增强的错误报告：包含表达式类型、值、源位置和完整求值上下文

已知限制

1. 内存管理：未实现垃圾回收（GC），所有分配的内存不会释放，存在内存泄漏风险
2. 错误处理：多数情况下直接 exit(1)，缺少优雅的错误恢复机制（已有调用栈追踪）
3. 性能：环境查找使用线性搜索（O(n)），符号比较使用 memcmp
4. 缺失功能：模块系统、文件加载函数（load）、Guile API 兼容层等

下一步计划

高优先级

• 实现垃圾回收机制
• 文件加载函数（load、primitive-load）
• Guile API 兼容层（C API 接口）

中优先级

• 模块系统（代码组织）
• 错误处理机制（异常捕获，当前已有调用栈追踪）
• 更多 Scheme 标准特性（delay/force 等）