fix a bug in offset_prep and add some parens for clarity
[mplib] / src / texk / web2c / mpdir / lib / mp.w
1 % $Id: mp.web,v 1.8 2005/08/24 10:54:02 taco Exp $
2 % MetaPost, by John Hobby.  Public domain.
3
4 % Much of this program was copied with permission from MF.web Version 1.9
5 % It interprets a language very similar to D.E. Knuth's METAFONT, but with
6 % changes designed to make it more suitable for PostScript output.
7
8 % TeX is a trademark of the American Mathematical Society.
9 % METAFONT is a trademark of Addison-Wesley Publishing Company.
10 % PostScript is a trademark of Adobe Systems Incorporated.
11
12 % Here is TeX material that gets inserted after \input webmac
13 \def\hang{\hangindent 3em\noindent\ignorespaces}
14 \def\textindent#1{\hangindent2.5em\noindent\hbox to2.5em{\hss#1 }\ignorespaces}
15 \def\PASCAL{Pascal}
16 \def\ps{PostScript}
17 \def\ph{\hbox{Pascal-H}}
18 \def\psqrt#1{\sqrt{\mathstrut#1}}
19 \def\k{_{k+1}}
20 \def\pct!{{\char`\%}} % percent sign in ordinary text
21 \font\tenlogo=logo10 % font used for the METAFONT logo
22 \font\logos=logosl10
23 \def\MF{{\tenlogo META}\-{\tenlogo FONT}}
24 \def\MP{{\tenlogo META}\-{\tenlogo POST}}
25 \def\[#1]{#1.} % from pascal web
26 \def\<#1>{$\langle#1\rangle$}
27 \def\section{\mathhexbox278}
28 \let\swap=\leftrightarrow
29 \def\round{\mathop{\rm round}\nolimits}
30 \mathchardef\vb="026A % synonym for `\|'
31
32 \def\(#1){} % this is used to make section names sort themselves better
33 \def\9#1{} % this is used for sort keys in the index via @@:sort key}{entry@@>
34 \def\title{MetaPost}
35 \def\glob{15} % this should be the section number of "<Global...>"
36 \def\gglob{23, 28} % this should be the next two sections of "<Global...>"
37 \pdfoutput=1
38 \pageno=3
39
40 @* \[1] Introduction.
41 This is \MP, a graphics-language processor based on D. E. Knuth's \MF.
42
43 The main purpose of the following program is to explain the algorithms of \MP\
44 as clearly as possible. As a result, the program will not necessarily be very
45 efficient when a particular \PASCAL\ compiler has translated it into a
46 particular machine language. However, the program has been written so that it
47 can be tuned to run efficiently in a wide variety of operating environments
48 by making comparatively few changes. Such flexibility is possible because
49 the documentation that follows is written in the \.{WEB} language, which is
50 at a higher level than \PASCAL; the preprocessing step that converts \.{WEB}
51 to \PASCAL\ is able to introduce most of the necessary refinements.
52 Semi-automatic translation to other languages is also feasible, because the
53 program below does not make extensive use of features that are peculiar to
54 \PASCAL.
55
56 A large piece of software like \MP\ has inherent complexity that cannot
57 be reduced below a certain level of difficulty, although each individual
58 part is fairly simple by itself. The \.{WEB} language is intended to make
59 the algorithms as readable as possible, by reflecting the way the
60 individual program pieces fit together and by providing the
61 cross-references that connect different parts. Detailed comments about
62 what is going on, and about why things were done in certain ways, have
63 been liberally sprinkled throughout the program.  These comments explain
64 features of the implementation, but they rarely attempt to explain the
65 \MP\ language itself, since the reader is supposed to be familiar with
66 {\sl The {\logos METAFONT\/}book} as well as the manual
67 @.WEB@>
68 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
69 {\sl A User's Manual for MetaPost}, Computing Science Technical Report 162,
70 AT\AM T Bell Laboratories.
71
72 @ The present implementation is a preliminary version, but the possibilities
73 for new features are limited by the desire to remain as nearly compatible
74 with \MF\ as possible.
75
76 On the other hand, the \.{WEB} description can be extended without changing
77 the core of the program, and it has been designed so that such
78 extensions are not extremely difficult to make.
79 The |banner| string defined here should be changed whenever \MP\
80 undergoes any modifications, so that it will be clear which version of
81 \MP\ might be the guilty party when a problem arises.
82 @^extensions to \MP@>
83 @^system dependencies@>
84
85 @d banner "This is MetaPost, Version 1.002" /* printed when \MP\ starts */
86 @d metapost_version "1.002"
87 @d mplib_version "0.10"
88 @d version_string " (Cweb version 0.10)"
89
90 @ Different \PASCAL s have slightly different conventions, and the present
91 @:PASCAL H}{\ph@>
92 program is expressed in a version of \PASCAL\ that D. E. Knuth used for \MF.
93 Constructions that apply to
94 this particular compiler, which we shall call \ph, should help the
95 reader see how to make an appropriate interface for other systems
96 if necessary. (\ph\ is Charles Hedrick's modification of a compiler
97 @^Hedrick, Charles Locke@>
98 for the DECsystem-10 that was originally developed at the University of
99 Hamburg; cf.\ {\sl SOFTWARE---Practice \AM\ Experience \bf6} (1976),
100 29--42. The \MP\ program below is intended to be adaptable, without
101 extensive changes, to most other versions of \PASCAL\ and commonly used
102 \PASCAL-to-C translators, so it does not fully
103 @:C@>
104 use the admirable features of \ph. Indeed, a conscious effort has been
105 made here to avoid using several idiosyncratic features of standard
106 \PASCAL\ itself, so that most of the code can be translated mechanically
107 into other high-level languages. For example, the `\&{with}' and `\\{new}'
108 features are not used, nor are pointer types, set types, or enumerated
109 scalar types; there are no `\&{var}' parameters, except in the case of files;
110 there are no tag fields on variant records; there are no |real| variables;
111 no procedures are declared local to other procedures.)
112
113 The portions of this program that involve system-dependent code, where
114 changes might be necessary because of differences between \PASCAL\ compilers
115 and/or differences between
116 operating systems, can be identified by looking at the sections whose
117 numbers are listed under `system dependencies' in the index. Furthermore,
118 the index entries for `dirty \PASCAL' list all places where the restrictions
119 of \PASCAL\ have not been followed perfectly, for one reason or another.
120 @^system dependencies@>
121 @^dirty \PASCAL@>
122
123 @ The program begins with a normal \PASCAL\ program heading, whose
124 components will be filled in later, using the conventions of \.{WEB}.
125 @.WEB@>
126 For example, the portion of the program called `\X\glob:Global
127 variables\X' below will be replaced by a sequence of variable declarations
128 that starts in $\section\glob$ of this documentation. In this way, we are able
129 to define each individual global variable when we are prepared to
130 understand what it means; we do not have to define all of the globals at
131 once.  Cross references in $\section\glob$, where it says ``See also
132 sections \gglob, \dots,'' also make it possible to look at the set of
133 all global variables, if desired.  Similar remarks apply to the other
134 portions of the program heading.
135
136 Actually the heading shown here is not quite normal: The |program| line
137 does not mention any |output| file, because \ph\ would ask the \MP\ user
138 to specify a file name if |output| were specified here.
139 @^system dependencies@>
140
141 @d true 1
142 @d false 0
143  
144 @(mplib.h@>=
145 typedef struct MP_instance * MP;
146 @<Exported types@>
147 typedef struct MP_options {
148   @<Option variables@>
149 } MP_options;
150 @<Exported function headers@>
151
152 @ @(mpmp.h@>=
153 #include <setjmp.h>
154 typedef struct psout_data_struct * psout_data;
155 typedef int boolean;
156 typedef signed int integer;
157 @<Declare helpers@>;
158 @<Types in the outer block@>;
159 @<Constants in the outer block@>
160 #  ifndef LIBAVL_ALLOCATOR
161 #    define LIBAVL_ALLOCATOR
162     struct libavl_allocator {
163         void *(*libavl_malloc) (struct libavl_allocator *, size_t libavl_size);
164         void (*libavl_free) (struct libavl_allocator *, void *libavl_block);
165     };
166 #  endif
167 typedef struct MP_instance {
168   @<Global variables@>
169 } MP_instance;
170 @<Internal library declarations@>
171
172 @ @c 
173 #include <stdio.h>
174 #include <stdlib.h>
175 #include <string.h>
176 #include <stdarg.h>
177 #include <assert.h>
178 #include <unistd.h> /* for access() */
179 #include <time.h> /* for struct tm \& co */
180 #include "mplib.h"
181 #include "mpmp.h" /* internal header */
182 #include "mppsout.h" /* internal header */
183 @h
184 @<Declarations@>
185 @<Basic printing procedures@>
186 @<Error handling procedures@>
187
188 @ Here are the functions that set up the \MP\ instance.
189
190 @<Declarations@> =
191 @<Declare |mp_reallocate| functions@>;
192 struct MP_options *mp_options (void);
193 MP mp_new (struct MP_options *opt);
194
195 @ @c
196 struct MP_options *mp_options (void) {
197   struct MP_options *opt;
198   opt = malloc(sizeof(MP_options));
199   if (opt!=NULL) {
200     memset (opt,0,sizeof(MP_options));
201   }
202   return opt;
203
204 MP mp_new (struct MP_options *opt) {
205   MP mp;
206   mp = xmalloc(1,sizeof(MP_instance));
207   @<Set |ini_version|@>;
208   @<Setup the non-local jump buffer in |mp_new|@>;
209   @<Allocate or initialize variables@>
210   if (opt->main_memory>mp->mem_max)
211     mp_reallocate_memory(mp,opt->main_memory);
212   mp_reallocate_paths(mp,1000);
213   mp_reallocate_fonts(mp,8);
214   mp->term_in = stdin;
215   mp->term_out = stdout;
216   return mp;
217 }
218 void mp_free (MP mp) {
219   int k; /* loop variable */
220   @<Dealloc variables@>
221   xfree(mp);
222 }
223
224 @ @c
225 void mp_do_initialize ( MP mp) {
226   @<Local variables for initialization@>
227   @<Set initial values of key variables@>
228 }
229 int mp_initialize (MP mp) { /* this procedure gets things started properly */
230   mp->history=mp_fatal_error_stop; /* in case we quit during initialization */
231   @<Install and test the non-local jump buffer@>;
232   t_open_out; /* open the terminal for output */
233   @<Check the ``constant'' values...@>;
234   if ( mp->bad>0 ) {
235     fprintf(stdout,"Ouch---my internal constants have been clobbered!\n"
236                    "---case %i",(int)mp->bad);
237 @.Ouch...clobbered@>
238     return mp->history;
239   }
240   mp_do_initialize(mp); /* erase preloaded mem */
241   if (mp->ini_version) {
242     @<Run inimpost commands@>;
243   }
244   @<Initialize the output routines@>;
245   @<Get the first line of input and prepare to start@>;
246   mp_set_job_id(mp);
247   mp_init_map_file(mp, mp->troff_mode);
248   mp->history=mp_spotless; /* ready to go! */
249   if (mp->troff_mode) {
250     mp->internal[mp_gtroffmode]=unity; 
251     mp->internal[mp_prologues]=unity; 
252   }
253   if ( mp->start_sym>0 ) { /* insert the `\&{everyjob}' symbol */
254     mp->cur_sym=mp->start_sym; mp_back_input(mp);
255   }
256   return mp->history;
257 }
258
259
260 @<Exported function headers@>=
261 extern struct MP_options *mp_options (void);
262 extern MP mp_new (struct MP_options *opt) ;
263 extern void mp_free (MP mp);
264 extern int mp_initialize (MP mp);
265
266 @ @<Declarations@>=
267 void mp_do_initialize (MP mp);
268
269
270 @ The overall \MP\ program begins with the heading just shown, after which
271 comes a bunch of procedure declarations and function declarations.
272 Finally we will get to the main program, which begins with the
273 comment `|start_here|'. If you want to skip down to the
274 main program now, you can look up `|start_here|' in the index.
275 But the author suggests that the best way to understand this program
276 is to follow pretty much the order of \MP's components as they appear in the
277 \.{WEB} description you are now reading, since the present ordering is
278 intended to combine the advantages of the ``bottom up'' and ``top down''
279 approaches to the problem of understanding a somewhat complicated system.
280
281 @ Some of the code below is intended to be used only when diagnosing the
282 strange behavior that sometimes occurs when \MP\ is being installed or
283 when system wizards are fooling around with \MP\ without quite knowing
284 what they are doing. Such code will not normally be compiled; it is
285 delimited by the preprocessor test `|#ifdef DEBUG .. #endif|'.
286
287 @ This program has two important variations: (1) There is a long and slow
288 version called \.{INIMP}, which does the extra calculations needed to
289 @.INIMP@>
290 initialize \MP's internal tables; and (2)~there is a shorter and faster
291 production version, which cuts the initialization to a bare minimum.
292
293 Which is which is decided at runtime.
294
295 @ The following parameters can be changed at compile time to extend or
296 reduce \MP's capacity. They may have different values in \.{INIMP} and
297 in production versions of \MP.
298 @.INIMP@>
299 @^system dependencies@>
300
301 @<Constants...@>=
302 #define file_name_size 255 /* file names shouldn't be longer than this */
303 #define bistack_size 1500 /* size of stack for bisection algorithms;
304   should probably be left at this value */
305
306 @ Like the preceding parameters, the following quantities can be changed
307 at compile time to extend or reduce \MP's capacity. But if they are changed,
308 it is necessary to rerun the initialization program \.{INIMP}
309 @.INIMP@>
310 to generate new tables for the production \MP\ program.
311 One can't simply make helter-skelter changes to the following constants,
312 since certain rather complex initialization
313 numbers are computed from them. 
314
315 @ @<Glob...@>=
316 int max_strings; /* maximum number of strings; must not exceed |max_halfword| */
317 int pool_size; /* maximum number of characters in strings, including all
318   error messages and help texts, and the names of all identifiers */
319 int error_line; /* width of context lines on terminal error messages */
320 int half_error_line; /* width of first lines of contexts in terminal
321   error messages; should be between 30 and |error_line-15| */
322 int max_print_line; /* width of longest text lines output; should be at least 60 */
323 int mem_max; /* greatest index in \MP's internal |mem| array;
324   must be strictly less than |max_halfword|;
325   must be equal to |mem_top| in \.{INIMP}, otherwise |>=mem_top| */
326 int mem_top; /* largest index in the |mem| array dumped by \.{INIMP};
327   must not be greater than |mem_max| */
328 int hash_size; /* maximum number of symbolic tokens,
329   must be less than |max_halfword-3*param_size| */
330 int hash_prime; /* a prime number equal to about 85\pct! of |hash_size| */
331 int param_size; /* maximum number of simultaneous macro parameters */
332 int max_in_open; /* maximum number of input files and error insertions that
333   can be going on simultaneously */
334
335 @ @<Option variables@>=
336 int error_line;
337 int half_error_line;
338 int max_print_line;
339 int main_memory;
340 int hash_size; 
341 int hash_prime; 
342 int param_size; 
343 int max_in_open; 
344
345
346 @d set_value(a,b,c) do { a=c; if (b>c) a=b; } while (0)
347
348 @<Allocate or ...@>=
349 mp->max_strings=500;
350 mp->pool_size=10000;
351 set_value(mp->error_line,opt->error_line,79);
352 set_value(mp->half_error_line,opt->half_error_line,50);
353 set_value(mp->max_print_line,opt->max_print_line,79);
354 mp->mem_max=5000;
355 mp->mem_top=5000;
356 set_value(mp->hash_size,opt->hash_size,9500);
357 set_value(mp->hash_prime,opt->hash_prime,7919);
358 set_value(mp->param_size,opt->param_size,150);
359 set_value(mp->max_in_open,opt->max_in_open,10);
360
361
362 @ In case somebody has inadvertently made bad settings of the ``constants,''
363 \MP\ checks them using a global variable called |bad|.
364
365 This is the first of many sections of \MP\ where global variables are
366 defined.
367
368 @<Glob...@>=
369 integer bad; /* is some ``constant'' wrong? */
370
371 @ Later on we will say `\ignorespaces|if (mem_max>=max_halfword) bad=10;|',
372 or something similar. (We can't do that until |max_halfword| has been defined.)
373
374 @<Check the ``constant'' values for consistency@>=
375 mp->bad=0;
376 if ( (mp->half_error_line<30)||(mp->half_error_line>mp->error_line-15) ) mp->bad=1;
377 if ( mp->max_print_line<60 ) mp->bad=2;
378 if ( mp->mem_top<=1100 ) mp->bad=4;
379 if (mp->hash_prime>mp->hash_size ) mp->bad=5;
380
381 @ Labels are given symbolic names by the following definitions, so that
382 occasional |goto| statements will be meaningful. We insert the label
383 `|exit|:' just before the `\ignorespaces|end|\unskip' of a procedure in
384 which we have used the `|return|' statement defined below; the label
385 `|restart|' is occasionally used at the very beginning of a procedure; and
386 the label `|reswitch|' is occasionally used just prior to a |case|
387 statement in which some cases change the conditions and we wish to branch
388 to the newly applicable case.  Loops that are set up with the |loop|
389 construction defined below are commonly exited by going to `|done|' or to
390 `|found|' or to `|not_found|', and they are sometimes repeated by going to
391 `|continue|'.  If two or more parts of a subroutine start differently but
392 end up the same, the shared code may be gathered together at
393 `|common_ending|'.
394
395 Incidentally, this program never declares a label that isn't actually used,
396 because some fussy \PASCAL\ compilers will complain about redundant labels.
397
398 @d label_exit 10 /* go here to leave a procedure */
399 @d restart 20 /* go here to start a procedure again */
400 @d reswitch 21 /* go here to start a case statement again */
401 @d continue 22 /* go here to resume a loop */
402 @d done 30 /* go here to exit a loop */
403 @d done1 31 /* like |done|, when there is more than one loop */
404 @d done2 32 /* for exiting the second loop in a long block */
405 @d done3 33 /* for exiting the third loop in a very long block */
406 @d done4 34 /* for exiting the fourth loop in an extremely long block */
407 @d done5 35 /* for exiting the fifth loop in an immense block */
408 @d done6 36 /* for exiting the sixth loop in a block */
409 @d found 40 /* go here when you've found it */
410 @d found1 41 /* like |found|, when there's more than one per routine */
411 @d found2 42 /* like |found|, when there's more than two per routine */
412 @d found3 43 /* like |found|, when there's more than three per routine */
413 @d not_found 45 /* go here when you've found nothing */
414 @d common_ending 50 /* go here when you want to merge with another branch */
415
416 @ Here are some macros for common programming idioms.
417
418 @d incr(A)   (A)=(A)+1 /* increase a variable by unity */
419 @d decr(A)   (A)=(A)-1 /* decrease a variable by unity */
420 @d negate(A) (A)=-(A) /* change the sign of a variable */
421 @d double(A) (A)=(A)+(A)
422 @d odd(A)   ((A)%2==1)
423 @d chr(A)   (A)
424 @d do_nothing   /* empty statement */
425 @d Return   goto exit /* terminate a procedure call */
426 @f return   nil /* \.{WEB} will henceforth say |return| instead of \\{return} */
427
428 @* \[2] The character set.
429 In order to make \MP\ readily portable to a wide variety of
430 computers, all of its input text is converted to an internal eight-bit
431 code that includes standard ASCII, the ``American Standard Code for
432 Information Interchange.''  This conversion is done immediately when each
433 character is read in. Conversely, characters are converted from ASCII to
434 the user's external representation just before they are output to a
435 text file.
436 @^ASCII code@>
437
438 Such an internal code is relevant to users of \MP\ only with respect to
439 the \&{char} and \&{ASCII} operations, and the comparison of strings.
440
441 @ Characters of text that have been converted to \MP's internal form
442 are said to be of type |ASCII_code|, which is a subrange of the integers.
443
444 @<Types...@>=
445 typedef unsigned char ASCII_code; /* eight-bit numbers */
446
447 @ The original \PASCAL\ compiler was designed in the late 60s, when six-bit
448 character sets were common, so it did not make provision for lowercase
449 letters. Nowadays, of course, we need to deal with both capital and small
450 letters in a convenient way, especially in a program for font design;
451 so the present specification of \MP\ has been written under the assumption
452 that the \PASCAL\ compiler and run-time system permit the use of text files
453 with more than 64 distinguishable characters. More precisely, we assume that
454 the character set contains at least the letters and symbols associated
455 with ASCII codes 040 through 0176; all of these characters are now
456 available on most computer terminals.
457
458 Since we are dealing with more characters than were present in the first
459 \PASCAL\ compilers, we have to decide what to call the associated data
460 type. Some \PASCAL s use the original name |char| for the
461 characters in text files, even though there now are more than 64 such
462 characters, while other \PASCAL s consider |char| to be a 64-element
463 subrange of a larger data type that has some other name.
464
465 In order to accommodate this difference, we shall use the name |text_char|
466 to stand for the data type of the characters that are converted to and
467 from |ASCII_code| when they are input and output. We shall also assume
468 that |text_char| consists of the elements |chr(first_text_char)| through
469 |chr(last_text_char)|, inclusive. The following definitions should be
470 adjusted if necessary.
471 @^system dependencies@>
472
473 @d first_text_char 0 /* ordinal number of the smallest element of |text_char| */
474 @d last_text_char 255 /* ordinal number of the largest element of |text_char| */
475
476 @<Types...@>=
477 typedef unsigned char text_char; /* the data type of characters in text files */
478
479 @ @<Local variables for init...@>=
480 integer i;
481
482 @ The \MP\ processor converts between ASCII code and
483 the user's external character set by means of arrays |xord| and |xchr|
484 that are analogous to \PASCAL's |ord| and |chr| functions.
485
486 @d xchr(A) mp->xchr[(A)]
487 @d xord(A) mp->xord[(A)]
488
489 @<Glob...@>=
490 ASCII_code xord[256];  /* specifies conversion of input characters */
491 text_char xchr[256];  /* specifies conversion of output characters */
492
493 @ The core system assumes all 8-bit is acceptable.  If it is not,
494 a change file has to alter the below section.
495 @^system dependencies@>
496
497 Additionally, people with extended character sets can
498 assign codes arbitrarily, giving an |xchr| equivalent to whatever
499 characters the users of \MP\ are allowed to have in their input files.
500 Appropriate changes to \MP's |char_class| table should then be made.
501 (Unlike \TeX, each installation of \MP\ has a fixed assignment of category
502 codes, called the |char_class|.) Such changes make portability of programs
503 more difficult, so they should be introduced cautiously if at all.
504 @^character set dependencies@>
505 @^system dependencies@>
506
507 @<Set initial ...@>=
508 for (i=0;i<=0377;i++) { xchr(i)=i; }
509
510 @ The following system-independent code makes the |xord| array contain a
511 suitable inverse to the information in |xchr|. Note that if |xchr[i]=xchr[j]|
512 where |i<j<0177|, the value of |xord[xchr[i]]| will turn out to be
513 |j| or more; hence, standard ASCII code numbers will be used instead of
514 codes below 040 in case there is a coincidence.
515
516 @<Set initial ...@>=
517 for (i=first_text_char;i<=last_text_char;i++) { 
518    xord(chr(i))=0177;
519 }
520 for (i=0200;i<=0377;i++) { xord(xchr(i))=i;}
521 for (i=0;i<=0176;i++) { xord(xchr(i))=i;}
522
523 @* \[3] Input and output.
524 The bane of portability is the fact that different operating systems treat
525 input and output quite differently, perhaps because computer scientists
526 have not given sufficient attention to this problem. People have felt somehow
527 that input and output are not part of ``real'' programming. Well, it is true
528 that some kinds of programming are more fun than others. With existing
529 input/output conventions being so diverse and so messy, the only sources of
530 joy in such parts of the code are the rare occasions when one can find a
531 way to make the program a little less bad than it might have been. We have
532 two choices, either to attack I/O now and get it over with, or to postpone
533 I/O until near the end. Neither prospect is very attractive, so let's
534 get it over with.
535
536 The basic operations we need to do are (1)~inputting and outputting of
537 text, to or from a file or the user's terminal; (2)~inputting and
538 outputting of eight-bit bytes, to or from a file; (3)~instructing the
539 operating system to initiate (``open'') or to terminate (``close'') input or
540 output from a specified file; (4)~testing whether the end of an input
541 file has been reached; (5)~display of bits on the user's screen.
542 The bit-display operation will be discussed in a later section; we shall
543 deal here only with more traditional kinds of I/O.
544
545 @ Finding files happens in a slightly roundabout fashion: the \MP\
546 instance object contains a field that holds a function pointer that finds a
547 file, and returns its name, or NULL. For this, it receives three
548 parameters: the non-qualified name |fname|, the intended |fopen|
549 operation type |fmode|, and the type of the file |ftype|.
550
551 The file types that are passed on in |ftype| can be  used to 
552 differentiate file searches if a library like kpathsea is used,
553 the fopen mode is passed along for the same reason.
554
555 @<Types...@>=
556 typedef unsigned char eight_bits ; /* unsigned one-byte quantity */
557
558 @ @<Exported types@>=
559 enum mp_filetype {
560   mp_filetype_program = 1, /* \MP\ language input */
561   mp_filetype_log,  /* the log file */
562   mp_filetype_postscript, /* the postscript output */
563   mp_filetype_text,  /* text files for readfrom and writeto primitives */
564   mp_filetype_memfile, /* memory dumps */
565   mp_filetype_metrics, /* TeX font metric files */
566   mp_filetype_fontmap, /* PostScript font mapping files */
567   mp_filetype_font, /*  PostScript type1 font programs */
568   mp_filetype_encoding, /*  PostScript font encoding files */
569 };
570 typedef char *(*mp_file_finder)(char *, char *, int);
571
572 @ @<Glob...@>=
573 mp_file_finder find_file;
574
575 @ @<Option variables@>=
576 mp_file_finder find_file;
577
578 @ The default function for finding files is |mp_find_file|. It is 
579 pretty stupid: it will only find files in the current directory.
580
581 @c
582 char *mp_find_file (char *fname, char *fmode, int ftype)  {
583   if (fmode[0] != 'r' || access (fname,R_OK) || ftype)  
584      return strdup(fname);
585   return NULL;
586 }
587
588 @ This has to be done very early on, so it is best to put it in with
589 the |mp_new| allocations
590
591 @d set_callback_option(A) do { mp->A = mp_##A;
592   if (opt->A!=NULL) mp->A = opt->A;
593 } while (0)
594
595 @<Allocate or initialize ...@>=
596 set_callback_option(find_file);
597
598 @ Because |mp_find_file| is used so early, it has to be in the helpers
599 section.
600
601 @<Internal ...@>=
602 char *mp_find_file (char *fname, char *fmode, int ftype) ;
603
604 @ The function to open files can now be very short.
605
606 @c
607 FILE *mp_open_file(MP mp, char *fname, char *fmode, int ftype)  {
608   char *s = (mp->find_file)(fname,fmode,ftype);
609   if (s!=NULL) {
610     FILE *f = fopen(s, fmode);
611     xfree(s);
612     return f;   
613   }
614   return NULL;
615 }
616
617 @ This is a legacy interface: (almost) all file names pass through |name_of_file|.
618
619 @<Glob...@>=
620 char name_of_file[file_name_size+1]; /* the name of a system file */
621 int name_length;/* this many characters are actually
622   relevant in |name_of_file| (the rest are blank) */
623 boolean print_found_names; /* configuration parameter */
624
625 @ @<Option variables@>=
626 int print_found_names; /* configuration parameter */
627
628 @ If this parameter is true, the terminal and log will report the found
629 file names for input files instead of the requested ones. 
630 It is off by default because it creates an extra filename lookup.
631
632 @<Allocate or initialize ...@>=
633 mp->print_found_names = (opt->print_found_names>0 ? true : false);
634
635 @ \MP's file-opening procedures return |false| if no file identified by
636 |name_of_file| could be opened.
637
638 The |OPEN_FILE| macro takes care of the |print_found_names| parameter.
639 It is not used for opening a mem file for read, because that file name 
640 is never printed.
641
642 @d OPEN_FILE(A) do {
643   if (mp->print_found_names) {
644     char *s = (mp->find_file)(mp->name_of_file,A,ftype);
645     if (s!=NULL) {
646       *f = mp_open_file(mp,mp->name_of_file,A, ftype); 
647       strncpy(mp->name_of_file,s,file_name_size);
648       xfree(s);
649     } else {
650       *f = NULL;
651     }
652   } else {
653     *f = mp_open_file(mp,mp->name_of_file,A, ftype); 
654   }
655 } while (0);
656 return (*f ? true : false)
657
658 @c 
659 boolean mp_a_open_in (MP mp, FILE **f, int ftype) {
660   /* open a text file for input */
661   OPEN_FILE("r");
662 }
663 @#
664 boolean mp_w_open_in (MP mp, FILE **f) {
665   /* open a word file for input */
666   *f = mp_open_file(mp,mp->name_of_file,"rb",mp_filetype_memfile); 
667   return (*f ? true : false);
668 }
669 @#
670 boolean mp_a_open_out (MP mp, FILE **f, int ftype) {
671   /* open a text file for output */
672   OPEN_FILE("w");
673 }
674 @#
675 boolean mp_b_open_out (MP mp, FILE **f, int ftype) {
676   /* open a binary file for output */
677   OPEN_FILE("wb");
678 }
679 @#
680 boolean mp_w_open_out (MP mp, FILE**f) {
681   /* open a word file for output */
682   int ftype = mp_filetype_memfile;
683   OPEN_FILE("wb");
684 }
685
686 @ @<Internal ...@>=
687 FILE *mp_open_file(MP mp, char *fname, char *fmode, int ftype);
688
689 @ Binary input and output are done with \PASCAL's ordinary |get| and |put|
690 procedures, so we don't have to make any other special arrangements for
691 binary~I/O. Text output is also easy to do with standard \PASCAL\ routines.
692 The treatment of text input is more difficult, however, because
693 of the necessary translation to |ASCII_code| values.
694 \MP's conventions should be efficient, and they should
695 blend nicely with the user's operating environment.
696
697 @ Input from text files is read one line at a time, using a routine called
698 |input_ln|. This function is defined in terms of global variables called
699 |buffer|, |first|, and |last| that will be described in detail later; for
700 now, it suffices for us to know that |buffer| is an array of |ASCII_code|
701 values, and that |first| and |last| are indices into this array
702 representing the beginning and ending of a line of text.
703
704 @<Glob...@>=
705 size_t buf_size; /* maximum number of characters simultaneously present in
706                     current lines of open files */
707 ASCII_code *buffer; /* lines of characters being read */
708 size_t first; /* the first unused position in |buffer| */
709 size_t last; /* end of the line just input to |buffer| */
710 size_t max_buf_stack; /* largest index used in |buffer| */
711
712 @ @<Allocate or initialize ...@>=
713 mp->buf_size = 200;
714 mp->buffer = xmalloc((mp->buf_size+1),sizeof(ASCII_code));
715
716 @ @<Dealloc variables@>=
717 xfree(mp->buffer);
718
719 @ @c
720 void mp_reallocate_buffer(MP mp, size_t l) {
721   ASCII_code *buffer;
722   if (l>max_halfword) {
723     mp_confusion(mp,"buffer size"); /* can't happen (I hope) */
724   }
725   buffer = xmalloc((l+1),sizeof(ASCII_code));
726   memcpy(buffer,mp->buffer,(mp->buf_size+1));
727   xfree(mp->buffer);
728   mp->buffer = buffer ;
729   mp->buf_size = l;
730 }
731
732 @ The |input_ln| function brings the next line of input from the specified
733 field into available positions of the buffer array and returns the value
734 |true|, unless the file has already been entirely read, in which case it
735 returns |false| and sets |last:=first|.  In general, the |ASCII_code|
736 numbers that represent the next line of the file are input into
737 |buffer[first]|, |buffer[first+1]|, \dots, |buffer[last-1]|; and the
738 global variable |last| is set equal to |first| plus the length of the
739 line. Trailing blanks are removed from the line; thus, either |last=first|
740 (in which case the line was entirely blank) or |buffer[last-1]<>" "|.
741 @^inner loop@>
742
743 An overflow error is given, however, if the normal actions of |input_ln|
744 would make |last>=buf_size|; this is done so that other parts of \MP\
745 can safely look at the contents of |buffer[last+1]| without overstepping
746 the bounds of the |buffer| array. Upon entry to |input_ln|, the condition
747 |first<buf_size| will always hold, so that there is always room for an
748 ``empty'' line.
749
750 The variable |max_buf_stack|, which is used to keep track of how large
751 the |buf_size| parameter must be to accommodate the present job, is
752 also kept up to date by |input_ln|.
753
754 If the |bypass_eoln| parameter is |true|, |input_ln| will do a |get|
755 before looking at the first character of the line; this skips over
756 an |eoln| that was in |f^|. The procedure does not do a |get| when it
757 reaches the end of the line; therefore it can be used to acquire input
758 from the user's terminal as well as from ordinary text files.
759
760 Standard \PASCAL\ says that a file should have |eoln| immediately
761 before |eof|, but \MP\ needs only a weaker restriction: If |eof|
762 occurs in the middle of a line, the system function |eoln| should return
763 a |true| result (even though |f^| will be undefined).
764
765 @c 
766 boolean mp_input_ln (MP mp,FILE *  f, boolean bypass_eoln) {
767   /* inputs the next line or returns |false| */
768   int last_nonblank; /* |last| with trailing blanks removed */
769   int c;
770   if ( bypass_eoln ) {
771     c = fgetc(f);
772     if (c==EOF)
773       return false;
774     if (c!='\n' && c!='\r') {
775       ungetc(c,f);
776     }
777   }
778   /* input the first character of the line into |f^| */
779   mp->last=mp->first; /* cf.\ Matthew 19\thinspace:\thinspace30 */
780   c = fgetc(f);
781   if (c==EOF)
782         return false;
783   last_nonblank=mp->first;
784   while (c!=EOF && c!='\n' && c!='\r') { 
785     if ( mp->last>=mp->max_buf_stack ) { 
786       mp->max_buf_stack=mp->last+1;
787       if ( mp->max_buf_stack==mp->buf_size ) {
788         mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
789       }
790     }
791     mp->buffer[mp->last]=xord(c); 
792     incr(mp->last);
793     if ( mp->buffer[mp->last-1]!=' ' ) 
794       last_nonblank=mp->last;
795     c = fgetc(f); 
796   } 
797   if (c!=EOF) {
798     ungetc(c,f);
799   }
800   mp->last=last_nonblank; 
801   return true;
802 }
803
804 @ The user's terminal acts essentially like other files of text, except
805 that it is used both for input and for output. When the terminal is
806 considered an input file, the file variable is called |term_in|, and when it
807 is considered an output file the file variable is |term_out|.
808 @^system dependencies@>
809
810 @<Glob...@>=
811 FILE * term_in; /* the terminal as an input file */
812 FILE * term_out; /* the terminal as an output file */
813
814 @ Here is how to open the terminal files. In the default configuration,
815 nothing happens except that the command line (if there is one) is copied
816 to the input buffer.  The variable |command_line| will be filled by the 
817 |main| procedure. The copying can not be done earlier in the program 
818 logic because in the |INI| version, the |buffer| is also used for primitive 
819 initialization.
820
821 @^system dependencies@>
822
823 @d t_open_out  /* open the terminal for text output */
824 @d t_open_in  do { /* open the terminal for text input */
825     if (mp->command_line!=NULL) {
826       mp->last = strlen(mp->command_line);
827       strncpy((char *)mp->buffer,mp->command_line,mp->last);
828       xfree(mp->command_line);
829     }
830 } while (0)
831
832 @<Glob...@>=
833 char *command_line;
834
835 @ @<Option variables@>=
836 char *command_line;
837
838 @ @<Allocate or initialize ...@>=
839 mp->command_line = opt->command_line;
840
841 @ Sometimes it is necessary to synchronize the input/output mixture that
842 happens on the user's terminal, and three system-dependent
843 procedures are used for this
844 purpose. The first of these, |update_terminal|, is called when we want
845 to make sure that everything we have output to the terminal so far has
846 actually left the computer's internal buffers and been sent.
847 The second, |clear_terminal|, is called when we wish to cancel any
848 input that the user may have typed ahead (since we are about to
849 issue an unexpected error message). The third, |wake_up_terminal|,
850 is supposed to revive the terminal if the user has disabled it by
851 some instruction to the operating system.  The following macros show how
852 these operations can be specified in \ph:
853 @^system dependencies@>
854
855 @d update_terminal   fflush(mp->term_out) /* empty the terminal output buffer */
856 @d clear_terminal   do_nothing /* clear the terminal input buffer */
857 @d wake_up_terminal  fflush(mp->term_out) /* cancel the user's cancellation of output */
858
859 @ We need a special routine to read the first line of \MP\ input from
860 the user's terminal. This line is different because it is read before we
861 have opened the transcript file; there is sort of a ``chicken and
862 egg'' problem here. If the user types `\.{input cmr10}' on the first
863 line, or if some macro invoked by that line does such an \.{input},
864 the transcript file will be named `\.{cmr10.log}'; but if no \.{input}
865 commands are performed during the first line of terminal input, the transcript
866 file will acquire its default name `\.{mpout.log}'. (The transcript file
867 will not contain error messages generated by the first line before the
868 first \.{input} command.)
869
870 The first line is even more special if we are lucky enough to have an operating
871 system that treats \MP\ differently from a run-of-the-mill \PASCAL\ object
872 program. It's nice to let the user start running a \MP\ job by typing
873 a command line like `\.{MP cmr10}'; in such a case, \MP\ will operate
874 as if the first line of input were `\.{cmr10}', i.e., the first line will
875 consist of the remainder of the command line, after the part that invoked \MP.
876
877 @ Different systems have different ways to get started. But regardless of
878 what conventions are adopted, the routine that initializes the terminal
879 should satisfy the following specifications:
880
881 \yskip\textindent{1)}It should open file |term_in| for input from the
882   terminal. (The file |term_out| will already be open for output to the
883   terminal.)
884
885 \textindent{2)}If the user has given a command line, this line should be
886   considered the first line of terminal input. Otherwise the
887   user should be prompted with `\.{**}', and the first line of input
888   should be whatever is typed in response.
889
890 \textindent{3)}The first line of input, which might or might not be a
891   command line, should appear in locations |first| to |last-1| of the
892   |buffer| array.
893
894 \textindent{4)}The global variable |loc| should be set so that the
895   character to be read next by \MP\ is in |buffer[loc]|. This
896   character should not be blank, and we should have |loc<last|.
897
898 \yskip\noindent(It may be necessary to prompt the user several times
899 before a non-blank line comes in. The prompt is `\.{**}' instead of the
900 later `\.*' because the meaning is slightly different: `\.{input}' need
901 not be typed immediately after~`\.{**}'.)
902
903 @d loc mp->cur_input.loc_field /* location of first unread character in |buffer| */
904
905 @ The following program does the required initialization
906 without retrieving a possible command line.
907 It should be clear how to modify this routine to deal with command lines,
908 if the system permits them.
909 @^system dependencies@>
910
911 @c 
912 boolean mp_init_terminal (MP mp) { /* gets the terminal input started */
913   t_open_in; 
914   if (mp->last!=0) {
915     loc = mp->first = 0;
916         return true;
917   }
918   while (1) { 
919     wake_up_terminal; fprintf(mp->term_out,"**"); update_terminal;
920 @.**@>
921     if ( ! mp_input_ln(mp, mp->term_in,true) ) { /* this shouldn't happen */
922       fprintf(mp->term_out,"\n! End of file on the terminal... why?");
923 @.End of file on the terminal@>
924       return false;
925     }
926     loc=mp->first;
927     while ( (loc<(int)mp->last)&&(mp->buffer[loc]==' ') ) 
928       incr(loc);
929     if ( loc<(int)mp->last ) { 
930       return true; /* return unless the line was all blank */
931     };
932     fprintf(mp->term_out,"Please type the name of your input file.\n");
933   }
934 }
935
936 @ @<Declarations@>=
937 boolean mp_init_terminal (MP mp) ;
938
939
940 @* \[4] String handling.
941 Symbolic token names and diagnostic messages are variable-length strings
942 of eight-bit characters. Since \PASCAL\ does not have a well-developed string
943 mechanism, \MP\ does all of its string processing by homegrown methods.
944
945 \MP\ uses strings more extensively than \MF\ does, but the necessary
946 operations can still be handled with a fairly simple data structure.
947 The array |str_pool| contains all of the (eight-bit) ASCII codes in all
948 of the strings, and the array |str_start| contains indices of the starting
949 points of each string. Strings are referred to by integer numbers, so that
950 string number |s| comprises the characters |str_pool[j]| for
951 |str_start[s]<=j<str_start[ss]| where |ss=next_str[s]|.  The string pool
952 is allocated sequentially and |str_pool[pool_ptr]| is the next unused
953 location.  The first string number not currently in use is |str_ptr|
954 and |next_str[str_ptr]| begins a list of free string numbers.  String
955 pool entries |str_start[str_ptr]| up to |pool_ptr| are reserved for a
956 string currently being constructed.
957
958 String numbers 0 to 255 are reserved for strings that correspond to single
959 ASCII characters. This is in accordance with the conventions of \.{WEB},
960 @.WEB@>
961 which converts single-character strings into the ASCII code number of the
962 single character involved, while it converts other strings into integers
963 and builds a string pool file. Thus, when the string constant \.{"."} appears
964 in the program below, \.{WEB} converts it into the integer 46, which is the
965 ASCII code for a period, while \.{WEB} will convert a string like \.{"hello"}
966 into some integer greater than~255. String number 46 will presumably be the
967 single character `\..'\thinspace; but some ASCII codes have no standard visible
968 representation, and \MP\ may need to be able to print an arbitrary
969 ASCII character, so the first 256 strings are used to specify exactly what
970 should be printed for each of the 256 possibilities.
971
972 @<Types...@>=
973 typedef int pool_pointer; /* for variables that point into |str_pool| */
974 typedef int str_number; /* for variables that point into |str_start| */
975
976 @ @<Glob...@>=
977 ASCII_code *str_pool; /* the characters */
978 pool_pointer *str_start; /* the starting pointers */
979 str_number *next_str; /* for linking strings in order */
980 pool_pointer pool_ptr; /* first unused position in |str_pool| */
981 str_number str_ptr; /* number of the current string being created */
982 pool_pointer init_pool_ptr; /* the starting value of |pool_ptr| */
983 str_number init_str_use; /* the initial number of strings in use */
984 pool_pointer max_pool_ptr; /* the maximum so far of |pool_ptr| */
985 str_number max_str_ptr; /* the maximum so far of |str_ptr| */
986
987 @ @<Allocate or initialize ...@>=
988 mp->str_pool  = xmalloc ((mp->pool_size +1),sizeof(ASCII_code));
989 mp->str_start = xmalloc ((mp->max_strings+1),sizeof(pool_pointer));
990 mp->next_str  = xmalloc ((mp->max_strings+1),sizeof(str_number));
991
992 @ @<Dealloc variables@>=
993 xfree(mp->str_pool);
994 xfree(mp->str_start);
995 xfree(mp->next_str);
996
997 @ Most printing is done from |char *|s, but sometimes not. Here are
998 functions that convert an internal string into a |char *| for use
999 by the printing routines, and vice versa.
1000
1001 @d str(A) mp_str(mp,A)
1002 @d rts(A) mp_rts(mp,A)
1003
1004 @<Internal ...@>=
1005 int mp_xstrcmp (const char *a, const char *b);
1006 char * mp_str (MP mp, str_number s);
1007
1008 @ @<Declarations@>=
1009 str_number mp_rts (MP mp, char *s);
1010 str_number mp_make_string (MP mp);
1011
1012 @ The attempt to catch interrupted strings that is in |mp_rts|, is not 
1013 very good: it does not handle nesting over more than one level.
1014
1015 @c 
1016 int mp_xstrcmp (const char *a, const char *b) {
1017         if (a==NULL && b==NULL) 
1018           return 0;
1019     if (a==NULL)
1020       return -1;
1021     if (b==NULL)
1022       return 1;
1023     return strcmp(a,b);
1024 }
1025
1026 @ @c
1027 char * mp_str (MP mp, str_number ss) {
1028   char *s;
1029   int len;
1030   if (ss==mp->str_ptr) {
1031     return NULL;
1032   } else {
1033     len = length(ss);
1034     s = xmalloc(len+1,sizeof(char));
1035     strncpy(s,(char *)(mp->str_pool+(mp->str_start[ss])),len);
1036     s[len] = 0;
1037     return (char *)s;
1038   }
1039 }
1040 str_number mp_rts (MP mp, char *s) {
1041   int r; /* the new string */ 
1042   int old; /* a possible string in progress */
1043   int i=0;
1044   if (strlen(s)==0) {
1045     return 256;
1046   } else if (strlen(s)==1) {
1047     return s[0];
1048   } else {
1049    old=0;
1050    str_room((integer)strlen(s));
1051    if (mp->str_start[mp->str_ptr]<mp->pool_ptr)
1052      old = mp_make_string(mp);
1053    while (*s) {
1054      append_char(*s);
1055      s++;
1056    }
1057    r = mp_make_string(mp);
1058    if (old!=0) {
1059       str_room(length(old));
1060       while (i<length(old)) {
1061         append_char((mp->str_start[old]+i));
1062       } 
1063       mp_flush_string(mp,old);
1064     }
1065     return r;
1066   }
1067 }
1068
1069 @ Except for |strs_used_up|, the following string statistics are only
1070 maintained when code between |stat| $\ldots$ |tats| delimiters is not
1071 commented out:
1072
1073 @<Glob...@>=
1074 integer strs_used_up; /* strings in use or unused but not reclaimed */
1075 integer pool_in_use; /* total number of cells of |str_pool| actually in use */
1076 integer strs_in_use; /* total number of strings actually in use */
1077 integer max_pl_used; /* maximum |pool_in_use| so far */
1078 integer max_strs_used; /* maximum |strs_in_use| so far */
1079
1080 @ Several of the elementary string operations are performed using \.{WEB}
1081 macros instead of \PASCAL\ procedures, because many of the
1082 operations are done quite frequently and we want to avoid the
1083 overhead of procedure calls. For example, here is
1084 a simple macro that computes the length of a string.
1085 @.WEB@>
1086
1087 @d str_stop(A) mp->str_start[mp->next_str[(A)]] /* one cell past the end of string
1088   number \# */
1089 @d length(A) (str_stop((A))-mp->str_start[(A)]) /* the number of characters in string \# */
1090
1091 @ The length of the current string is called |cur_length|.  If we decide that
1092 the current string is not needed, |flush_cur_string| resets |pool_ptr| so that
1093 |cur_length| becomes zero.
1094
1095 @d cur_length   (mp->pool_ptr - mp->str_start[mp->str_ptr])
1096 @d flush_cur_string   mp->pool_ptr=mp->str_start[mp->str_ptr]
1097
1098 @ Strings are created by appending character codes to |str_pool|.
1099 The |append_char| macro, defined here, does not check to see if the
1100 value of |pool_ptr| has gotten too high; this test is supposed to be
1101 made before |append_char| is used.
1102
1103 To test if there is room to append |l| more characters to |str_pool|,
1104 we shall write |str_room(l)|, which tries to make sure there is enough room
1105 by compacting the string pool if necessary.  If this does not work,
1106 |do_compaction| aborts \MP\ and gives an apologetic error message.
1107
1108 @d append_char(A)   /* put |ASCII_code| \# at the end of |str_pool| */
1109 { mp->str_pool[mp->pool_ptr]=(A); incr(mp->pool_ptr);
1110 }
1111 @d str_room(A)   /* make sure that the pool hasn't overflowed */
1112   { if ( mp->pool_ptr+(A) > mp->max_pool_ptr ) {
1113     if ( mp->pool_ptr+(A) > mp->pool_size ) mp_do_compaction(mp, (A));
1114     else mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr+(A); }
1115   }
1116
1117 @ The following routine is similar to |str_room(1)| but it uses the
1118 argument |mp->pool_size| to prevent |do_compaction| from aborting when
1119 string space is exhausted.
1120
1121 @<Declare the procedure called |unit_str_room|@>=
1122 void mp_unit_str_room (MP mp);
1123
1124 @ @c
1125 void mp_unit_str_room (MP mp) { 
1126   if ( mp->pool_ptr>=mp->pool_size ) mp_do_compaction(mp, mp->pool_size);
1127   if ( mp->pool_ptr>=mp->max_pool_ptr ) mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr+1;
1128 }
1129
1130 @ \MP's string expressions are implemented in a brute-force way: Every
1131 new string or substring that is needed is simply copied into the string pool.
1132 Space is eventually reclaimed by a procedure called |do_compaction| with
1133 the aid of a simple system system of reference counts.
1134 @^reference counts@>
1135
1136 The number of references to string number |s| will be |str_ref[s]|. The
1137 special value |str_ref[s]=max_str_ref=127| is used to denote an unknown
1138 positive number of references; such strings will never be recycled. If
1139 a string is ever referred to more than 126 times, simultaneously, we
1140 put it in this category. Hence a single byte suffices to store each |str_ref|.
1141
1142 @d max_str_ref 127 /* ``infinite'' number of references */
1143 @d add_str_ref(A) { if ( mp->str_ref[(A)]<max_str_ref ) incr(mp->str_ref[(A)]);
1144   }
1145
1146 @<Glob...@>=
1147 int *str_ref;
1148
1149 @ @<Allocate or initialize ...@>=
1150 mp->str_ref = xmalloc ((mp->max_strings+1),sizeof(int));
1151
1152 @ @<Dealloc variables@>=
1153 xfree(mp->str_ref);
1154
1155 @ Here's what we do when a string reference disappears:
1156
1157 @d delete_str_ref(A)  { 
1158     if ( mp->str_ref[(A)]<max_str_ref ) {
1159        if ( mp->str_ref[(A)]>1 ) decr(mp->str_ref[(A)]); 
1160        else mp_flush_string(mp, (A));
1161     }
1162   }
1163
1164 @<Declare the procedure called |flush_string|@>=
1165 void mp_flush_string (MP mp,str_number s) ;
1166
1167
1168 @ We can't flush the first set of static strings at all, so there 
1169 is no point in trying
1170
1171 @c
1172 void mp_flush_string (MP mp,str_number s) { 
1173   if (length(s)>1) {
1174     mp->pool_in_use=mp->pool_in_use-length(s);
1175     decr(mp->strs_in_use);
1176     if ( mp->next_str[s]!=mp->str_ptr ) {
1177       mp->str_ref[s]=0;
1178     } else { 
1179       mp->str_ptr=s;
1180       decr(mp->strs_used_up);
1181     }
1182     mp->pool_ptr=mp->str_start[mp->str_ptr];
1183   }
1184 }
1185
1186 @ C literals cannot be simply added, they need to be set so they can't
1187 be flushed.
1188
1189 @d intern(A) mp_intern(mp,(A))
1190
1191 @c
1192 str_number mp_intern (MP mp, char *s) {
1193   str_number r ;
1194   r = rts(s);
1195   mp->str_ref[r] = max_str_ref;
1196   return r;
1197 }
1198
1199 @ @<Declarations@>=
1200 str_number mp_intern (MP mp, char *s);
1201
1202
1203 @ Once a sequence of characters has been appended to |str_pool|, it
1204 officially becomes a string when the function |make_string| is called.
1205 This function returns the identification number of the new string as its
1206 value.
1207
1208 When getting the next unused string number from the linked list, we pretend
1209 that
1210 $$ \hbox{|max_str_ptr+1|, |max_str_ptr+2|, $\ldots$, |mp->max_strings|} $$
1211 are linked sequentially even though the |next_str| entries have not been
1212 initialized yet.  We never allow |str_ptr| to reach |mp->max_strings|;
1213 |do_compaction| is responsible for making sure of this.
1214
1215 @<Declarations@>=
1216 @<Declare the procedure called |do_compaction|@>;
1217 @<Declare the procedure called |unit_str_room|@>;
1218 str_number mp_make_string (MP mp);
1219
1220 @ @c 
1221 str_number mp_make_string (MP mp) { /* current string enters the pool */
1222   str_number s; /* the new string */
1223 RESTART: 
1224   s=mp->str_ptr;
1225   mp->str_ptr=mp->next_str[s];
1226   if ( mp->str_ptr>mp->max_str_ptr ) {
1227     if ( mp->str_ptr==mp->max_strings ) { 
1228       mp->str_ptr=s;
1229       mp_do_compaction(mp, 0);
1230       goto RESTART;
1231     } else {
1232 #ifdef DEBUG 
1233       if ( mp->strs_used_up!=mp->max_str_ptr ) mp_confusion(mp, "s");
1234 @:this can't happen s}{\quad \.s@>
1235 #endif
1236       mp->max_str_ptr=mp->str_ptr;
1237       mp->next_str[mp->str_ptr]=mp->max_str_ptr+1;
1238     }
1239   }
1240   mp->str_ref[s]=1;
1241   mp->str_start[mp->str_ptr]=mp->pool_ptr;
1242   incr(mp->strs_used_up);
1243   incr(mp->strs_in_use);
1244   mp->pool_in_use=mp->pool_in_use+length(s);
1245   if ( mp->pool_in_use>mp->max_pl_used ) 
1246     mp->max_pl_used=mp->pool_in_use;
1247   if ( mp->strs_in_use>mp->max_strs_used ) 
1248     mp->max_strs_used=mp->strs_in_use;
1249   return s;
1250 }
1251
1252 @ The most interesting string operation is string pool compaction.  The idea
1253 is to recover unused space in the |str_pool| array by recopying the strings
1254 to close the gaps created when some strings become unused.  All string
1255 numbers~$k$ where |str_ref[k]=0| are to be linked into the list of free string
1256 numbers after |str_ptr|.  If this fails to free enough pool space we issue an
1257 |overflow| error unless |needed=mp->pool_size|.  Calling |do_compaction|
1258 with |needed=mp->pool_size| supresses all overflow tests.
1259
1260 The compaction process starts with |last_fixed_str| because all lower numbered
1261 strings are permanently allocated with |max_str_ref| in their |str_ref| entries.
1262
1263 @<Glob...@>=
1264 str_number last_fixed_str; /* last permanently allocated string */
1265 str_number fixed_str_use; /* number of permanently allocated strings */
1266
1267 @ @<Declare the procedure called |do_compaction|@>=
1268 void mp_do_compaction (MP mp, pool_pointer needed) ;
1269
1270 @ @c
1271 void mp_do_compaction (MP mp, pool_pointer needed) {
1272   str_number str_use; /* a count of strings in use */
1273   str_number r,s,t; /* strings being manipulated */
1274   pool_pointer p,q; /* destination and source for copying string characters */
1275   @<Advance |last_fixed_str| as far as possible and set |str_use|@>;
1276   r=mp->last_fixed_str;
1277   s=mp->next_str[r];
1278   p=mp->str_start[s];
1279   while ( s!=mp->str_ptr ) { 
1280     while ( mp->str_ref[s]==0 ) {
1281       @<Advance |s| and add the old |s| to the list of free string numbers;
1282         then |break| if |s=str_ptr|@>;
1283     }
1284     r=s; s=mp->next_str[s];
1285     incr(str_use);
1286     @<Move string |r| back so that |str_start[r]=p|; make |p| the location
1287      after the end of the string@>;
1288   }
1289   @<Move the current string back so that it starts at |p|@>;
1290   if ( needed<mp->pool_size ) {
1291     @<Make sure that there is room for another string with |needed| characters@>;
1292   }
1293   @<Account for the compaction and make sure the statistics agree with the
1294      global versions@>;
1295   mp->strs_used_up=str_use;
1296 }
1297
1298 @ @<Advance |last_fixed_str| as far as possible and set |str_use|@>=
1299 t=mp->next_str[mp->last_fixed_str];
1300 while (t!=mp->str_ptr && mp->str_ref[t]==max_str_ref) {
1301   incr(mp->fixed_str_use);
1302   mp->last_fixed_str=t;
1303   t=mp->next_str[t];
1304 }
1305 str_use=mp->fixed_str_use
1306
1307 @ Because of the way |flush_string| has been written, it should never be
1308 necessary to |break| here.  The extra line of code seems worthwhile to
1309 preserve the generality of |do_compaction|.
1310
1311 @<Advance |s| and add the old |s| to the list of free string numbers;...@>=
1312 {
1313 t=s;
1314 s=mp->next_str[s];
1315 mp->next_str[r]=s;
1316 mp->next_str[t]=mp->next_str[mp->str_ptr];
1317 mp->next_str[mp->str_ptr]=t;
1318 if ( s==mp->str_ptr ) break;
1319 }
1320
1321 @ The string currently starts at |str_start[r]| and ends just before
1322 |str_start[s]|.  We don't change |str_start[s]| because it might be needed
1323 to locate the next string.
1324
1325 @<Move string |r| back so that |str_start[r]=p|; make |p| the location...@>=
1326 q=mp->str_start[r];
1327 mp->str_start[r]=p;
1328 while ( q<mp->str_start[s] ) { 
1329   mp->str_pool[p]=mp->str_pool[q];
1330   incr(p); incr(q);
1331 }
1332
1333 @ Pointers |str_start[str_ptr]| and |pool_ptr| have not been updated.  When
1334 we do this, anything between them should be moved.
1335
1336 @ @<Move the current string back so that it starts at |p|@>=
1337 q=mp->str_start[mp->str_ptr];
1338 mp->str_start[mp->str_ptr]=p;
1339 while ( q<mp->pool_ptr ) { 
1340   mp->str_pool[p]=mp->str_pool[q];
1341   incr(p); incr(q);
1342 }
1343 mp->pool_ptr=p
1344
1345 @ We must remember that |str_ptr| is not allowed to reach |mp->max_strings|.
1346
1347 @<Make sure that there is room for another string with |needed| char...@>=
1348 if ( str_use>=mp->max_strings-1 )
1349   mp_reallocate_strings (mp,str_use);
1350 if ( mp->pool_ptr+needed>mp->max_pool_ptr ) {
1351   mp_reallocate_pool(mp, mp->pool_ptr+needed);
1352   mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr+needed;
1353 }
1354
1355 @ @<Declarations@>=
1356 void mp_reallocate_strings (MP mp, str_number str_use) ;
1357 void mp_reallocate_pool(MP mp, pool_pointer needed) ;
1358
1359 @ @c 
1360 void mp_reallocate_strings (MP mp, str_number str_use) { 
1361   while ( str_use>=mp->max_strings-1 ) {
1362     int l = mp->max_strings + (mp->max_strings>>2);
1363     XREALLOC (mp->str_ref,   l, int);
1364     XREALLOC (mp->str_start, l, pool_pointer);
1365     XREALLOC (mp->next_str,  l, str_number);
1366     mp->max_strings = l;
1367   }
1368 }
1369 void mp_reallocate_pool(MP mp, pool_pointer needed) {
1370   while ( needed>mp->pool_size ) {
1371     int l = mp->pool_size + (mp->pool_size>>2);
1372         XREALLOC (mp->str_pool, l, ASCII_code);
1373     mp->pool_size = l;
1374   }
1375 }
1376
1377 @ @<Account for the compaction and make sure the statistics agree with...@>=
1378 if ( (mp->str_start[mp->str_ptr]!=mp->pool_in_use)||(str_use!=mp->strs_in_use) )
1379   mp_confusion(mp, "string");
1380 @:this can't happen string}{\quad string@>
1381 incr(mp->pact_count);
1382 mp->pact_chars=mp->pact_chars+mp->pool_ptr-str_stop(mp->last_fixed_str);
1383 mp->pact_strs=mp->pact_strs+str_use-mp->fixed_str_use;
1384 #ifdef DEBUG
1385 s=mp->str_ptr; t=str_use;
1386 while ( s<=mp->max_str_ptr ){
1387   if ( t>mp->max_str_ptr ) mp_confusion(mp, "\"");
1388   incr(t); s=mp->next_str[s];
1389 };
1390 if ( t<=mp->max_str_ptr ) mp_confusion(mp, "\"");
1391 #endif
1392
1393 @ A few more global variables are needed to keep track of statistics when
1394 |stat| $\ldots$ |tats| blocks are not commented out.
1395
1396 @<Glob...@>=
1397 integer pact_count; /* number of string pool compactions so far */
1398 integer pact_chars; /* total number of characters moved during compactions */
1399 integer pact_strs; /* total number of strings moved during compactions */
1400
1401 @ @<Initialize compaction statistics@>=
1402 mp->pact_count=0;
1403 mp->pact_chars=0;
1404 mp->pact_strs=0;
1405
1406 @ The following subroutine compares string |s| with another string of the
1407 same length that appears in |buffer| starting at position |k|;
1408 the result is |true| if and only if the strings are equal.
1409
1410 @c 
1411 boolean mp_str_eq_buf (MP mp,str_number s, integer k) {
1412   /* test equality of strings */
1413   pool_pointer j; /* running index */
1414   j=mp->str_start[s];
1415   while ( j<str_stop(s) ) { 
1416     if ( mp->str_pool[j++]!=mp->buffer[k++] ) 
1417       return false;
1418   }
1419   return true;
1420 }
1421
1422 @ Here is a similar routine, but it compares two strings in the string pool,
1423 and it does not assume that they have the same length. If the first string
1424 is lexicographically greater than, less than, or equal to the second,
1425 the result is respectively positive, negative, or zero.
1426
1427 @c 
1428 integer mp_str_vs_str (MP mp, str_number s, str_number t) {
1429   /* test equality of strings */
1430   pool_pointer j,k; /* running indices */
1431   integer ls,lt; /* lengths */
1432   integer l; /* length remaining to test */
1433   ls=length(s); lt=length(t);
1434   if ( ls<=lt ) l=ls; else l=lt;
1435   j=mp->str_start[s]; k=mp->str_start[t];
1436   while ( l-->0 ) { 
1437     if ( mp->str_pool[j]!=mp->str_pool[k] ) {
1438        return (mp->str_pool[j]-mp->str_pool[k]); 
1439     }
1440     incr(j); incr(k);
1441   }
1442   return (ls-lt);
1443 }
1444
1445 @ The initial values of |str_pool|, |str_start|, |pool_ptr|,
1446 and |str_ptr| are computed by the \.{INIMP} program, based in part
1447 on the information that \.{WEB} has output while processing \MP.
1448 @.INIMP@>
1449 @^string pool@>
1450
1451 @c 
1452 void mp_get_strings_started (MP mp) { 
1453   /* initializes the string pool,
1454     but returns |false| if something goes wrong */
1455   int k; /* small indices or counters */
1456   str_number g; /* a new string */
1457   mp->pool_ptr=0; mp->str_ptr=0; mp->max_pool_ptr=0; mp->max_str_ptr=0;
1458   mp->str_start[0]=0;
1459   mp->next_str[0]=1;
1460   mp->pool_in_use=0; mp->strs_in_use=0;
1461   mp->max_pl_used=0; mp->max_strs_used=0;
1462   @<Initialize compaction statistics@>;
1463   mp->strs_used_up=0;
1464   @<Make the first 256 strings@>;
1465   g=mp_make_string(mp); /* string 256 == "" */
1466   mp->str_ref[g]=max_str_ref;
1467   mp->last_fixed_str=mp->str_ptr-1;
1468   mp->fixed_str_use=mp->str_ptr;
1469   return;
1470 }
1471
1472 @ @<Declarations@>=
1473 void mp_get_strings_started (MP mp);
1474
1475 @ The first 256 strings will consist of a single character only.
1476
1477 @<Make the first 256...@>=
1478 for (k=0;k<=255;k++) { 
1479   append_char(k);
1480   g=mp_make_string(mp); 
1481   mp->str_ref[g]=max_str_ref;
1482 }
1483
1484 @ The first 128 strings will contain 95 standard ASCII characters, and the
1485 other 33 characters will be printed in three-symbol form like `\.{\^\^A}'
1486 unless a system-dependent change is made here. Installations that have
1487 an extended character set, where for example |xchr[032]=@t\.{'^^Z'}@>|,
1488 would like string 032 to be printed as the single character 032 instead
1489 of the three characters 0136, 0136, 0132 (\.{\^\^Z}). On the other hand,
1490 even people with an extended character set will want to represent string
1491 015 by \.{\^\^M}, since 015 is ASCII's ``carriage return'' code; the idea is
1492 to produce visible strings instead of tabs or line-feeds or carriage-returns
1493 or bell-rings or characters that are treated anomalously in text files.
1494
1495 Unprintable characters of codes 128--255 are, similarly, rendered
1496 \.{\^\^80}--\.{\^\^ff}.
1497
1498 The boolean expression defined here should be |true| unless \MP\ internal
1499 code number~|k| corresponds to a non-troublesome visible symbol in the
1500 local character set.
1501 If character |k| cannot be printed, and |k<0200|, then character |k+0100| or
1502 |k-0100| must be printable; moreover, ASCII codes |[060..071, 0141..0146]|
1503 must be printable.
1504 @^character set dependencies@>
1505 @^system dependencies@>
1506
1507 @<Character |k| cannot be printed@>=
1508   (k<' ')||(k>'~')
1509
1510 @* \[5] On-line and off-line printing.
1511 Messages that are sent to a user's terminal and to the transcript-log file
1512 are produced by several `|print|' procedures. These procedures will
1513 direct their output to a variety of places, based on the setting of
1514 the global variable |selector|, which has the following possible
1515 values:
1516
1517 \yskip
1518 \hang |term_and_log|, the normal setting, prints on the terminal and on the
1519   transcript file.
1520
1521 \hang |log_only|, prints only on the transcript file.
1522
1523 \hang |term_only|, prints only on the terminal.
1524
1525 \hang |no_print|, doesn't print at all. This is used only in rare cases
1526   before the transcript file is open.
1527
1528 \hang |ps_file_only| prints only on the \ps\ output file.
1529
1530 \hang |pseudo|, puts output into a cyclic buffer that is used
1531   by the |show_context| routine; when we get to that routine we shall discuss
1532   the reasoning behind this curious mode.
1533
1534 \hang |new_string|, appends the output to the current string in the
1535   string pool.
1536
1537 \hang |>=write_file| prints on one of the files used for the \&{write}
1538 @:write_}{\&{write} primitive@>
1539   command.
1540
1541 \yskip
1542 \noindent The symbolic names `|term_and_log|', etc., have been assigned
1543 numeric codes that satisfy the convenient relations |no_print+1=term_only|,
1544 |no_print+2=log_only|, |term_only+2=log_only+1=term_and_log|.  These
1545 relations are not used when |selector| could be |pseudo|, |new_string|,
1546 or |ps_file_only|.  We need not check for unprintable characters when
1547 |selector<pseudo|.
1548
1549 Four additional global variables, |tally|, |term_offset|, |file_offset|,
1550 and |ps_offset| record the number of characters that have been printed
1551 since they were most recently cleared to zero. We use |tally| to record
1552 the length of (possibly very long) stretches of printing; |term_offset|,
1553 |file_offset|, and |ps_offset|, on the other hand, keep track of how many
1554 characters have appeared so far on the current line that has been output
1555 to the terminal, the transcript file, or the \ps\ output file, respectively.
1556
1557 @d new_string 0 /* printing is deflected to the string pool */
1558 @d ps_file_only 1 /* printing goes to the \ps\ output file */
1559 @d pseudo 2 /* special |selector| setting for |show_context| */
1560 @d no_print 3 /* |selector| setting that makes data disappear */
1561 @d term_only 4 /* printing is destined for the terminal only */
1562 @d log_only 5 /* printing is destined for the transcript file only */
1563 @d term_and_log 6 /* normal |selector| setting */
1564 @d write_file 7 /* first write file selector */
1565
1566 @<Glob...@>=
1567 FILE * log_file; /* transcript of \MP\ session */
1568 FILE * ps_file; /* the generic font output goes here */
1569 unsigned int selector; /* where to print a message */
1570 unsigned char dig[23]; /* digits in a number being output */
1571 integer tally; /* the number of characters recently printed */
1572 unsigned int term_offset;
1573   /* the number of characters on the current terminal line */
1574 unsigned int file_offset;
1575   /* the number of characters on the current file line */
1576 integer ps_offset;
1577   /* the number of characters on the current \ps\ file line */
1578 ASCII_code *trick_buf; /* circular buffer for pseudoprinting */
1579 integer trick_count; /* threshold for pseudoprinting, explained later */
1580 integer first_count; /* another variable for pseudoprinting */
1581
1582 @ @<Allocate or initialize ...@>=
1583 memset(mp->dig,0,23);
1584 mp->trick_buf = xmalloc((mp->error_line+1),sizeof(ASCII_code));
1585
1586 @ @<Dealloc variables@>=
1587 xfree(mp->trick_buf);
1588
1589 @ @<Initialize the output routines@>=
1590 mp->selector=term_only; mp->tally=0; mp->term_offset=0; mp->file_offset=0; mp->ps_offset=0;
1591
1592 @ Macro abbreviations for output to the terminal and to the log file are
1593 defined here for convenience. Some systems need special conventions
1594 for terminal output, and it is possible to adhere to those conventions
1595 by changing |wterm|, |wterm_ln|, and |wterm_cr| here.
1596 @^system dependencies@>
1597
1598 @d wterm(A)    fprintf(mp->term_out,"%s",(A))
1599 @d wterm_chr(A)fprintf(mp->term_out,"%c",(A))
1600 @d wterm_ln(A) fprintf(mp->term_out,"\n%s",(A))
1601 @d wterm_cr    fprintf(mp->term_out,"\n")
1602 @d wlog(A)     fprintf(mp->log_file,"%s",(A))
1603 @d wlog_chr(A) fprintf(mp->log_file,"%c",(A))
1604 @d wlog_ln(A)  fprintf(mp->log_file,"\n%s",(A))
1605 @d wlog_cr     fprintf(mp->log_file, "\n")
1606 @d wps(A)      fprintf(mp->ps_file,"%s",(A))
1607 @d wps_chr(A)  fprintf(mp->ps_file,"%c",(A))
1608 @d wps_ln(A)   fprintf(mp->ps_file,,"\n%s",(A))
1609 @d wps_cr      fprintf(mp->ps_file,"\n")
1610
1611 @ To end a line of text output, we call |print_ln|.  Cases |0..max_write_files|
1612 use an array |wr_file| that will be declared later.
1613
1614 @d mp_print_text(A) mp_print_str(mp,text((A)))
1615
1616 @<Internal ...@>=
1617 void mp_print_ln (MP mp);
1618 void mp_print_visible_char (MP mp, ASCII_code s); 
1619 void mp_print_char (MP mp, ASCII_code k);
1620 void mp_print (MP mp, char *s);
1621 void mp_print_str (MP mp, str_number s);
1622 void mp_print_nl (MP mp, char *s);
1623 void mp_print_two (MP mp,scaled x, scaled y) ;
1624 void mp_print_scaled (MP mp,scaled s);
1625
1626 @ @<Basic print...@>=
1627 void mp_print_ln (MP mp) { /* prints an end-of-line */
1628  switch (mp->selector) {
1629   case term_and_log: 
1630     wterm_cr; wlog_cr;
1631     mp->term_offset=0;  mp->file_offset=0;
1632     break;
1633   case log_only: 
1634     wlog_cr; mp->file_offset=0;
1635     break;
1636   case term_only: 
1637     wterm_cr; mp->term_offset=0;
1638     break;
1639   case ps_file_only: 
1640     wps_cr; mp->ps_offset=0;
1641     break;
1642   case no_print:
1643   case pseudo: 
1644   case new_string: 
1645     break;
1646   default: 
1647     fprintf(mp->wr_file[(mp->selector-write_file)],"\n");
1648   }
1649 } /* note that |tally| is not affected */
1650
1651 @ The |print_visible_char| procedure sends one character to the desired
1652 destination, using the |xchr| array to map it into an external character
1653 compatible with |input_ln|.  (It assumes that it is always called with
1654 a visible ASCII character.)  All printing comes through |print_ln| or
1655 |print_char|, which ultimately calls |print_visible_char|, hence these
1656 routines are the ones that limit lines to at most |max_print_line| characters.
1657 But we must make an exception for the \ps\ output file since it is not safe
1658 to cut up lines arbitrarily in \ps.
1659
1660 Procedure |unit_str_room| needs to be declared |forward| here because it calls
1661 |do_compaction| and |do_compaction| can call the error routines.  Actually,
1662 |unit_str_room| avoids |overflow| errors but it can call |confusion|.
1663
1664 @<Basic printing...@>=
1665 void mp_print_visible_char (MP mp, ASCII_code s) { /* prints a single character */
1666   switch (mp->selector) {
1667   case term_and_log: 
1668     wterm_chr(xchr(s)); wlog_chr(xchr(s));
1669     incr(mp->term_offset); incr(mp->file_offset);
1670     if ( mp->term_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) { 
1671        wterm_cr; mp->term_offset=0;
1672     };
1673     if ( mp->file_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) { 
1674        wlog_cr; mp->file_offset=0;
1675     };
1676     break;
1677   case log_only: 
1678     wlog_chr(xchr(s)); incr(mp->file_offset);
1679     if ( mp->file_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) mp_print_ln(mp);
1680     break;
1681   case term_only: 
1682     wterm_chr(xchr(s)); incr(mp->term_offset);
1683     if ( mp->term_offset==(unsigned)mp->max_print_line ) mp_print_ln(mp);
1684     break;
1685   case ps_file_only: 
1686     if ( s==13 ) {
1687       wps_cr; mp->ps_offset=0;
1688     } else {
1689       wps_chr(xchr(s)); incr(mp->ps_offset);
1690     };
1691     break;
1692   case no_print: 
1693     break;
1694   case pseudo: 
1695     if ( mp->tally<mp->trick_count ) 
1696       mp->trick_buf[mp->tally % mp->error_line]=s;
1697     break;
1698   case new_string: 
1699     if ( mp->pool_ptr>=mp->max_pool_ptr ) { 
1700       mp_unit_str_room(mp);
1701       if ( mp->pool_ptr>=mp->pool_size ) 
1702         goto DONE; /* drop characters if string space is full */
1703     };
1704     append_char(s);
1705     break;
1706   default:
1707     fprintf(mp->wr_file[(mp->selector-write_file)],"%c",xchr(s));
1708   }
1709 DONE:
1710   incr(mp->tally);
1711 }
1712
1713 @ The |print_char| procedure sends one character to the desired destination.
1714 File names and string expressions might contain |ASCII_code| values that
1715 can't be printed using |print_visible_char|.  These characters will be
1716 printed in three- or four-symbol form like `\.{\^\^A}' or `\.{\^\^e4}'.
1717 (This procedure assumes that it is safe to bypass all checks for unprintable
1718 characters when |selector| is in the range |0..max_write_files-1| or when
1719 |selector=ps_file_only|.  In the former case the user might want to write
1720 unprintable characters, and in the latter case the \ps\ printing routines
1721 check their arguments themselves before calling |print_char| or |print|.)
1722
1723 @d print_lc_hex(A) do { l=(A);
1724     mp_print_visible_char(mp, (l<10 ? l+'0' : l-10+'a'));
1725   } while (0)
1726
1727 @<Basic printing...@>=
1728 void mp_print_char (MP mp, ASCII_code k) { /* prints a single character */
1729   int l; /* small index or counter */
1730   if ( mp->selector<pseudo || mp->selector>=write_file) {
1731     mp_print_visible_char(mp, k);
1732   } else if ( @<Character |k| cannot be printed@> ) { 
1733     mp_print(mp, "^^"); 
1734     if ( k<0100 ) { 
1735       mp_print_visible_char(mp, k+0100); 
1736     } else if ( k<0200 ) { 
1737       mp_print_visible_char(mp, k-0100); 
1738     } else { 
1739       print_lc_hex(k / 16);  
1740       print_lc_hex(k % 16); 
1741     }
1742   } else {
1743     mp_print_visible_char(mp, k);
1744   }
1745 };
1746
1747 @ An entire string is output by calling |print|. Note that if we are outputting
1748 the single standard ASCII character \.c, we could call |print("c")|, since
1749 |"c"=99| is the number of a single-character string, as explained above. But
1750 |print_char("c")| is quicker, so \MP\ goes directly to the |print_char|
1751 routine when it knows that this is safe. (The present implementation
1752 assumes that it is always safe to print a visible ASCII character.)
1753 @^system dependencies@>
1754
1755 @<Basic print...@>=
1756 void mp_do_print (MP mp, char *ss, unsigned int len) { /* prints string |s| */
1757   unsigned int j = 0;
1758   while ( j<len ){ 
1759     mp_print_char(mp, ss[j]); incr(j);
1760   }
1761 }
1762
1763
1764 @<Basic print...@>=
1765 void mp_print (MP mp, char *ss) {
1766   mp_do_print(mp, ss, strlen(ss));
1767 }
1768 void mp_print_str (MP mp, str_number s) {
1769   pool_pointer j; /* current character code position */
1770   if ( (s<0)||(s>mp->max_str_ptr) ) {
1771      mp_do_print(mp,"???",3); /* this can't happen */
1772 @.???@>
1773   }
1774   j=mp->str_start[s];
1775   mp_do_print(mp, (char *)(mp->str_pool+j), (str_stop(s)-j));
1776 }
1777
1778
1779 @ Here is the very first thing that \MP\ prints: a headline that identifies
1780 the version number and base name. The |term_offset| variable is temporarily
1781 incorrect, but the discrepancy is not serious since we assume that the banner
1782 and mem identifier together will occupy at most |max_print_line|
1783 character positions.
1784
1785 @<Initialize the output...@>=
1786 wterm (banner);
1787 wterm (version_string);
1788 if (mp->mem_ident!=NULL) 
1789   mp_print(mp,mp->mem_ident); 
1790 mp_print_ln(mp);
1791 update_terminal;
1792
1793 @ The procedure |print_nl| is like |print|, but it makes sure that the
1794 string appears at the beginning of a new line.
1795
1796 @<Basic print...@>=
1797 void mp_print_nl (MP mp, char *s) { /* prints string |s| at beginning of line */
1798   switch(mp->selector) {
1799   case term_and_log: 
1800     if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_ln(mp);
1801     break;
1802   case log_only: 
1803     if ( mp->file_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
1804     break;
1805   case term_only: 
1806     if ( mp->term_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
1807     break;
1808   case ps_file_only: 
1809     if ( mp->ps_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
1810     break;
1811   case no_print:
1812   case pseudo:
1813   case new_string: 
1814         break;
1815   } /* there are no other cases */
1816   mp_print(mp, s);
1817 }
1818
1819 @ An array of digits in the range |0..9| is printed by |print_the_digs|.
1820
1821 @<Basic print...@>=
1822 void mp_print_the_digs (MP mp, eight_bits k) {
1823   /* prints |dig[k-1]|$\,\ldots\,$|dig[0]| */
1824   while ( k>0 ){ 
1825     decr(k); mp_print_char(mp, '0'+mp->dig[k]);
1826   }
1827 };
1828
1829 @ The following procedure, which prints out the decimal representation of a
1830 given integer |n|, has been written carefully so that it works properly
1831 if |n=0| or if |(-n)| would cause overflow. It does not apply |mod| or |div|
1832 to negative arguments, since such operations are not implemented consistently
1833 by all \PASCAL\ compilers.
1834
1835 @<Basic print...@>=
1836 void mp_print_int (MP mp,integer n) { /* prints an integer in decimal form */
1837   integer m; /* used to negate |n| in possibly dangerous cases */
1838   int k = 0; /* index to current digit; we assume that $|n|<10^{23}$ */
1839   if ( n<0 ) { 
1840     mp_print_char(mp, '-');
1841     if ( n>-100000000 ) {
1842           negate(n);
1843     } else  { 
1844           m=-1-n; n=m / 10; m=(m % 10)+1; k=1;
1845       if ( m<10 ) {
1846         mp->dig[0]=m;
1847       } else { 
1848         mp->dig[0]=0; incr(n);
1849       }
1850     }
1851   }
1852   do {  
1853     mp->dig[k]=n % 10; n=n / 10; incr(k);
1854   } while (n!=0);
1855   mp_print_the_digs(mp, k);
1856 };
1857
1858 @ @<Internal ...@>=
1859 void mp_print_int (MP mp,integer n);
1860
1861 @ \MP\ also makes use of a trivial procedure to print two digits. The
1862 following subroutine is usually called with a parameter in the range |0<=n<=99|.
1863
1864 @c 
1865 void mp_print_dd (MP mp,integer n) { /* prints two least significant digits */
1866   n=abs(n) % 100; 
1867   mp_print_char(mp, '0'+(n / 10));
1868   mp_print_char(mp, '0'+(n % 10));
1869 }
1870
1871
1872 @ @<Internal ...@>=
1873 void mp_print_dd (MP mp,integer n);
1874
1875 @ Here is a procedure that asks the user to type a line of input,
1876 assuming that the |selector| setting is either |term_only| or |term_and_log|.
1877 The input is placed into locations |first| through |last-1| of the
1878 |buffer| array, and echoed on the transcript file if appropriate.
1879
1880 This procedure is never called when |interaction<mp_scroll_mode|.
1881
1882 @d prompt_input(A) do { 
1883     wake_up_terminal; mp_print(mp, (A)); mp_term_input(mp);
1884   } while (0) /* prints a string and gets a line of input */
1885
1886 @c 
1887 void mp_term_input (MP mp) { /* gets a line from the terminal */
1888   size_t k; /* index into |buffer| */
1889   update_terminal; /* Now the user sees the prompt for sure */
1890   if (!mp_input_ln(mp, mp->term_in,true)) 
1891     mp_fatal_error(mp, "End of file on the terminal!");
1892 @.End of file on the terminal@>
1893   mp->term_offset=0; /* the user's line ended with \<\rm return> */
1894   decr(mp->selector); /* prepare to echo the input */
1895   if ( mp->last!=mp->first ) {
1896     for (k=mp->first;k<=mp->last-1;k++) {
1897       mp_print_char(mp, mp->buffer[k]);
1898     }
1899   }
1900   mp_print_ln(mp); 
1901   mp->buffer[mp->last]='%'; 
1902   incr(mp->selector); /* restore previous status */
1903 };
1904
1905 @* \[6] Reporting errors.
1906 When something anomalous is detected, \MP\ typically does something like this:
1907 $$\vbox{\halign{#\hfil\cr
1908 |print_err("Something anomalous has been detected");|\cr
1909 |help3("This is the first line of my offer to help.")|\cr
1910 |("This is the second line. I'm trying to")|\cr
1911 |("explain the best way for you to proceed.");|\cr
1912 |error;|\cr}}$$
1913 A two-line help message would be given using |help2|, etc.; these informal
1914 helps should use simple vocabulary that complements the words used in the
1915 official error message that was printed. (Outside the U.S.A., the help
1916 messages should preferably be translated into the local vernacular. Each
1917 line of help is at most 60 characters long, in the present implementation,
1918 so that |max_print_line| will not be exceeded.)
1919
1920 The |print_err| procedure supplies a `\.!' before the official message,
1921 and makes sure that the terminal is awake if a stop is going to occur.
1922 The |error| procedure supplies a `\..' after the official message, then it
1923 shows the location of the error; and if |interaction=error_stop_mode|,
1924 it also enters into a dialog with the user, during which time the help
1925 message may be printed.
1926 @^system dependencies@>
1927
1928 @ The global variable |interaction| has four settings, representing increasing
1929 amounts of user interaction:
1930
1931 @<Exported types@>=
1932 enum mp_interaction_mode { 
1933  mp_unspecified_mode=0, /* extra value for command-line switch */
1934  mp_batch_mode, /* omits all stops and omits terminal output */
1935  mp_nonstop_mode, /* omits all stops */
1936  mp_scroll_mode, /* omits error stops */
1937  mp_error_stop_mode, /* stops at every opportunity to interact */
1938 };
1939
1940 @ @<Glob...@>=
1941 int interaction; /* current level of interaction */
1942
1943 @ @<Option variables@>=
1944 int interaction; /* current level of interaction */
1945
1946 @ Set it here so it can be overwritten by the commandline
1947
1948 @<Allocate or initialize ...@>=
1949 mp->interaction=opt->interaction;
1950 if (mp->interaction==mp_unspecified_mode || mp->interaction>mp_error_stop_mode) 
1951   mp->interaction=mp_error_stop_mode;
1952 if (mp->interaction<mp_unspecified_mode) 
1953   mp->interaction=mp_batch_mode;
1954
1955
1956
1957 @d print_err(A) mp_print_err(mp,(A))
1958
1959 @<Internal ...@>=
1960 void mp_print_err(MP mp, char * A);
1961
1962 @ @c
1963 void mp_print_err(MP mp, char * A) { 
1964   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) 
1965     wake_up_terminal;
1966   mp_print_nl(mp, "! "); 
1967   mp_print(mp, A);
1968 @.!\relax@>
1969 }
1970
1971
1972 @ \MP\ is careful not to call |error| when the print |selector| setting
1973 might be unusual. The only possible values of |selector| at the time of
1974 error messages are
1975
1976 \yskip\hang|no_print| (when |interaction=mp_batch_mode|
1977   and |log_file| not yet open);
1978
1979 \hang|term_only| (when |interaction>mp_batch_mode| and |log_file| not yet open);
1980
1981 \hang|log_only| (when |interaction=mp_batch_mode| and |log_file| is open);
1982
1983 \hang|term_and_log| (when |interaction>mp_batch_mode| and |log_file| is open).
1984
1985 @<Initialize the print |selector| based on |interaction|@>=
1986 if ( mp->interaction==mp_batch_mode ) mp->selector=no_print; else mp->selector=term_only
1987
1988 @ A global variable |deletions_allowed| is set |false| if the |get_next|
1989 routine is active when |error| is called; this ensures that |get_next|
1990 will never be called recursively.
1991 @^recursion@>
1992
1993 The global variable |history| records the worst level of error that
1994 has been detected. It has four possible values: |spotless|, |warning_issued|,
1995 |error_message_issued|, and |fatal_error_stop|.
1996
1997 Another global variable, |error_count|, is increased by one when an
1998 |error| occurs without an interactive dialog, and it is reset to zero at
1999 the end of every statement.  If |error_count| reaches 100, \MP\ decides
2000 that there is no point in continuing further.
2001
2002 @<Types...@>=
2003 enum mp_history_states {
2004   mp_spotless=0, /* |history| value when nothing has been amiss yet */
2005   mp_warning_issued, /* |history| value when |begin_diagnostic| has been called */
2006   mp_error_message_issued, /* |history| value when |error| has been called */
2007   mp_fatal_error_stop, /* |history| value when termination was premature */
2008 };
2009
2010 @ @<Glob...@>=
2011 boolean deletions_allowed; /* is it safe for |error| to call |get_next|? */
2012 int history; /* has the source input been clean so far? */
2013 int error_count; /* the number of scrolled errors since the last statement ended */
2014
2015 @ The value of |history| is initially |fatal_error_stop|, but it will
2016 be changed to |spotless| if \MP\ survives the initialization process.
2017
2018 @<Allocate or ...@>=
2019 mp->deletions_allowed=true; mp->error_count=0; /* |history| is initialized elsewhere */
2020
2021 @ Since errors can be detected almost anywhere in \MP, we want to declare the
2022 error procedures near the beginning of the program. But the error procedures
2023 in turn use some other procedures, which need to be declared |forward|
2024 before we get to |error| itself.
2025
2026 It is possible for |error| to be called recursively if some error arises
2027 when |get_next| is being used to delete a token, and/or if some fatal error
2028 occurs while \MP\ is trying to fix a non-fatal one. But such recursion
2029 @^recursion@>
2030 is never more than two levels deep.
2031
2032 @<Declarations@>=
2033 void mp_get_next (MP mp);
2034 void mp_term_input (MP mp);
2035 void mp_show_context (MP mp);
2036 void mp_begin_file_reading (MP mp);
2037 void mp_open_log_file (MP mp);
2038 void mp_clear_for_error_prompt (MP mp);
2039 void mp_debug_help (MP mp);
2040 @<Declare the procedure called |flush_string|@>
2041
2042 @ @<Internal ...@>=
2043 void mp_normalize_selector (MP mp);
2044
2045 @ Individual lines of help are recorded in the array |help_line|, which
2046 contains entries in positions |0..(help_ptr-1)|. They should be printed
2047 in reverse order, i.e., with |help_line[0]| appearing last.
2048
2049 @d hlp1(A) mp->help_line[0]=(A); }
2050 @d hlp2(A) mp->help_line[1]=(A); hlp1
2051 @d hlp3(A) mp->help_line[2]=(A); hlp2
2052 @d hlp4(A) mp->help_line[3]=(A); hlp3
2053 @d hlp5(A) mp->help_line[4]=(A); hlp4
2054 @d hlp6(A) mp->help_line[5]=(A); hlp5
2055 @d help0 mp->help_ptr=0 /* sometimes there might be no help */
2056 @d help1  { mp->help_ptr=1; hlp1 /* use this with one help line */
2057 @d help2  { mp->help_ptr=2; hlp2 /* use this with two help lines */
2058 @d help3  { mp->help_ptr=3; hlp3 /* use this with three help lines */
2059 @d help4  { mp->help_ptr=4; hlp4 /* use this with four help lines */
2060 @d help5  { mp->help_ptr=5; hlp5 /* use this with five help lines */
2061 @d help6  { mp->help_ptr=6; hlp6 /* use this with six help lines */
2062
2063 @<Glob...@>=
2064 char * help_line[6]; /* helps for the next |error| */
2065 unsigned int help_ptr; /* the number of help lines present */
2066 boolean use_err_help; /* should the |err_help| string be shown? */
2067 str_number err_help; /* a string set up by \&{errhelp} */
2068 str_number filename_template; /* a string set up by \&{filenametemplate} */
2069
2070 @ @<Allocate or ...@>=
2071 mp->help_ptr=0; mp->use_err_help=false; mp->err_help=0; mp->filename_template=0;
2072
2073 @ The |jump_out| procedure just cuts across all active procedure levels and
2074 goes to |end_of_MP|. This is the only nonlocal |goto| statement in the
2075 whole program. It is used when there is no recovery from a particular error.
2076
2077 The program uses a |jump_buf| to handle this, this is initialized at three
2078 spots: the start of |mp_new|, the start of |mp_initialize|, and the start 
2079 of |mp_run|. Those are the only library enty points.
2080
2081 @^system dependencies@>
2082
2083 @<Glob...@>=
2084 jmp_buf jump_buf;
2085
2086 @ @<Install and test the non-local jump buffer@>=
2087 if (setjmp(mp->jump_buf) != 0) return mp->history;
2088
2089 @ @<Setup the non-local jump buffer in |mp_new|@>=
2090 if (setjmp(mp->jump_buf) != 0) return NULL;
2091
2092 @ If |mp->internal| is zero, then a crash occured during initialization,
2093 and it is not safe to run |mp_close_files_and_terminate|.
2094
2095 @<Error hand...@>=
2096 void mp_jump_out (MP mp) { 
2097   if(mp->internal!=NULL)
2098     mp_close_files_and_terminate(mp);
2099   longjmp(mp->jump_buf,1);
2100 }
2101
2102 @ Here now is the general |error| routine.
2103
2104 @<Error hand...@>=
2105 void mp_error (MP mp) { /* completes the job of error reporting */
2106   ASCII_code c; /* what the user types */
2107   integer s1,s2,s3; /* used to save global variables when deleting tokens */
2108   pool_pointer j; /* character position being printed */
2109   if ( mp->history<mp_error_message_issued ) mp->history=mp_error_message_issued;
2110   mp_print_char(mp, '.'); mp_show_context(mp);
2111   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) {
2112     @<Get user's advice and |return|@>;
2113   }
2114   incr(mp->error_count);
2115   if ( mp->error_count==100 ) { 
2116     mp_print_nl(mp,"(That makes 100 errors; please try again.)");
2117 @.That makes 100 errors...@>
2118     mp->history=mp_fatal_error_stop; mp_jump_out(mp);
2119   }
2120   @<Put help message on the transcript file@>;
2121 }
2122 void mp_warn (MP mp, char *msg) {
2123   int saved_selector = mp->selector;
2124   mp_normalize_selector(mp);
2125   mp_print_nl(mp,"Warning: ");
2126   mp_print(mp,msg);
2127   mp->selector = saved_selector;
2128 }
2129
2130 @ @<Exported function ...@>=
2131 void mp_error (MP mp);
2132 void mp_warn (MP mp, char *msg);
2133
2134
2135 @ @<Get user's advice...@>=
2136 while (1) { 
2137 CONTINUE:
2138   mp_clear_for_error_prompt(mp); prompt_input("? ");
2139 @.?\relax@>
2140   if ( mp->last==mp->first ) return;
2141   c=mp->buffer[mp->first];
2142   if ( c>='a' ) c=c+'A'-'a'; /* convert to uppercase */
2143   @<Interpret code |c| and |return| if done@>;
2144 }
2145
2146 @ It is desirable to provide an `\.E' option here that gives the user
2147 an easy way to return from \MP\ to the system editor, with the offending
2148 line ready to be edited. But such an extension requires some system
2149 wizardry, so the present implementation simply types out the name of the
2150 file that should be
2151 edited and the relevant line number.
2152 @^system dependencies@>
2153
2154 @<Exported types@>=
2155 typedef void (*mp_run_editor_command)(MP, char *, int);
2156
2157 @ @<Glob...@>=
2158 mp_run_editor_command run_editor;
2159
2160 @ @<Option variables@>=
2161 mp_run_editor_command run_editor;
2162
2163 @ @<Allocate or initialize ...@>=
2164 set_callback_option(run_editor);
2165
2166 @ @<Declarations@>=
2167 void mp_run_editor (MP mp, char *fname, int fline);
2168
2169 @ @c void mp_run_editor (MP mp, char *fname, int fline) {
2170     mp_print_nl(mp, "You want to edit file ");
2171 @.You want to edit file x@>
2172     mp_print(mp, fname);
2173     mp_print(mp, " at line "); 
2174     mp_print_int(mp, fline);
2175     mp->interaction=mp_scroll_mode; 
2176     mp_jump_out(mp);
2177 }
2178
2179
2180 There is a secret `\.D' option available when the debugging routines haven't
2181 been commented~out.
2182 @^debugging@>
2183
2184 @<Interpret code |c| and |return| if done@>=
2185 switch (c) {
2186 case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':
2187 case '5': case '6': case '7': case '8': case '9': 
2188   if ( mp->deletions_allowed ) {
2189     @<Delete |c-"0"| tokens and |continue|@>;
2190   }
2191   break;
2192 #ifdef DEBUG
2193 case 'D': 
2194   mp_debug_help(mp); continue; 
2195   break;
2196 #endif
2197 case 'E': 
2198   if ( mp->file_ptr>0 ){ 
2199     (mp->run_editor)(mp, 
2200                      str(mp->input_stack[mp->file_ptr].name_field), 
2201                      mp_true_line(mp));
2202   }
2203   break;
2204 case 'H': 
2205   @<Print the help information and |continue|@>;
2206   break;
2207 case 'I':
2208   @<Introduce new material from the terminal and |return|@>;
2209   break;
2210 case 'Q': case 'R': case 'S':
2211   @<Change the interaction level and |return|@>;
2212   break;
2213 case 'X':
2214   mp->interaction=mp_scroll_mode; mp_jump_out(mp);
2215   break;
2216 default:
2217   break;
2218 }
2219 @<Print the menu of available options@>
2220
2221 @ @<Print the menu...@>=
2222
2223   mp_print(mp, "Type <return> to proceed, S to scroll future error messages,");
2224 @.Type <return> to proceed...@>
2225   mp_print_nl(mp, "R to run without stopping, Q to run quietly,");
2226   mp_print_nl(mp, "I to insert something, ");
2227   if ( mp->file_ptr>0 ) 
2228     mp_print(mp, "E to edit your file,");
2229   if ( mp->deletions_allowed )
2230     mp_print_nl(mp, "1 or ... or 9 to ignore the next 1 to 9 tokens of input,");
2231   mp_print_nl(mp, "H for help, X to quit.");
2232 }
2233
2234 @ Here the author of \MP\ apologizes for making use of the numerical
2235 relation between |"Q"|, |"R"|, |"S"|, and the desired interaction settings
2236 |mp_batch_mode|, |mp_nonstop_mode|, |mp_scroll_mode|.
2237 @^Knuth, Donald Ervin@>
2238
2239 @<Change the interaction...@>=
2240
2241   mp->error_count=0; mp->interaction=mp_batch_mode+c-'Q';
2242   mp_print(mp, "OK, entering ");
2243   switch (c) {
2244   case 'Q': mp_print(mp, "batchmode"); decr(mp->selector); break;
2245   case 'R': mp_print(mp, "nonstopmode"); break;
2246   case 'S': mp_print(mp, "scrollmode"); break;
2247   } /* there are no other cases */
2248   mp_print(mp, "..."); mp_print_ln(mp); update_terminal; return;
2249 }
2250
2251 @ When the following code is executed, |buffer[(first+1)..(last-1)]| may
2252 contain the material inserted by the user; otherwise another prompt will
2253 be given. In order to understand this part of the program fully, you need
2254 to be familiar with \MP's input stacks.
2255
2256 @<Introduce new material...@>=
2257
2258   mp_begin_file_reading(mp); /* enter a new syntactic level for terminal input */
2259   if ( mp->last>mp->first+1 ) { 
2260     loc=mp->first+1; mp->buffer[mp->first]=' ';
2261   } else { 
2262    prompt_input("insert>"); loc=mp->first;
2263 @.insert>@>
2264   };
2265   mp->first=mp->last+1; mp->cur_input.limit_field=mp->last; return;
2266 }
2267
2268 @ We allow deletion of up to 99 tokens at a time.
2269
2270 @<Delete |c-"0"| tokens...@>=
2271
2272   s1=mp->cur_cmd; s2=mp->cur_mod; s3=mp->cur_sym; mp->OK_to_interrupt=false;
2273   if ( (mp->last>mp->first+1) && (mp->buffer[mp->first+1]>='0')&&(mp->buffer[mp->first+1]<='9') )
2274     c=c*10+mp->buffer[mp->first+1]-'0'*11;
2275   else 
2276     c=c-'0';
2277   while ( c>0 ) { 
2278     mp_get_next(mp); /* one-level recursive call of |error| is possible */
2279     @<Decrease the string reference count, if the current token is a string@>;
2280     decr(c);
2281   };
2282   mp->cur_cmd=s1; mp->cur_mod=s2; mp->cur_sym=s3; mp->OK_to_interrupt=true;
2283   help2("I have just deleted some text, as you asked.")
2284        ("You can now delete more, or insert, or whatever.");
2285   mp_show_context(mp); 
2286   goto CONTINUE;
2287 }
2288
2289 @ @<Print the help info...@>=
2290
2291   if ( mp->use_err_help ) { 
2292     @<Print the string |err_help|, possibly on several lines@>;
2293     mp->use_err_help=false;
2294   } else { 
2295     if ( mp->help_ptr==0 ) {
2296       help2("Sorry, I don't know how to help in this situation.")
2297            ("Maybe you should try asking a human?");
2298      }
2299     do { 
2300       decr(mp->help_ptr); mp_print(mp, mp->help_line[mp->help_ptr]); mp_print_ln(mp);
2301     } while (mp->help_ptr!=0);
2302   };
2303   help4("Sorry, I already gave what help I could...")
2304        ("Maybe you should try asking a human?")
2305        ("An error might have occurred before I noticed any problems.")
2306        ("``If all else fails, read the instructions.''");
2307   goto CONTINUE;
2308 }
2309
2310 @ @<Print the string |err_help|, possibly on several lines@>=
2311 j=mp->str_start[mp->err_help];
2312 while ( j<str_stop(mp->err_help) ) { 
2313   if ( mp->str_pool[j]!='%' ) mp_print_str(mp, mp->str_pool[j]);
2314   else if ( j+1==str_stop(mp->err_help) ) mp_print_ln(mp);
2315   else if ( mp->str_pool[j+1]!='%' ) mp_print_ln(mp);
2316   else  { incr(j); mp_print_char(mp, '%'); };
2317   incr(j);
2318 }
2319
2320 @ @<Put help message on the transcript file@>=
2321 if ( mp->interaction>mp_batch_mode ) decr(mp->selector); /* avoid terminal output */
2322 if ( mp->use_err_help ) { 
2323   mp_print_nl(mp, "");
2324   @<Print the string |err_help|, possibly on several lines@>;
2325 } else { 
2326   while ( mp->help_ptr>0 ){ 
2327     decr(mp->help_ptr); mp_print_nl(mp, mp->help_line[mp->help_ptr]);
2328   };
2329 }
2330 mp_print_ln(mp);
2331 if ( mp->interaction>mp_batch_mode ) incr(mp->selector); /* re-enable terminal output */
2332 mp_print_ln(mp)
2333
2334 @ In anomalous cases, the print selector might be in an unknown state;
2335 the following subroutine is called to fix things just enough to keep
2336 running a bit longer.
2337
2338 @c 
2339 void mp_normalize_selector (MP mp) { 
2340   if ( mp->log_opened ) mp->selector=term_and_log;
2341   else mp->selector=term_only;
2342   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
2343   if ( mp->interaction==mp_batch_mode ) decr(mp->selector);
2344 }
2345
2346 @ The following procedure prints \MP's last words before dying.
2347
2348 @d succumb { if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode )
2349     mp->interaction=mp_scroll_mode; /* no more interaction */
2350   if ( mp->log_opened ) mp_error(mp);
2351   /* if ( mp->interaction>mp_batch_mode ) mp_debug_help(mp); */
2352   mp->history=mp_fatal_error_stop; mp_jump_out(mp); /* irrecoverable error */
2353   }
2354
2355 @<Error hand...@>=
2356 void mp_fatal_error (MP mp, char *s) { /* prints |s|, and that's it */
2357   mp_normalize_selector(mp);
2358   print_err("Emergency stop"); help1(s); succumb;
2359 @.Emergency stop@>
2360 }
2361
2362 @ @<Exported function ...@>=
2363 void mp_fatal_error (MP mp, char *s);
2364
2365
2366 @ Here is the most dreaded error message.
2367
2368 @<Error hand...@>=
2369 void mp_overflow (MP mp, char *s, integer n) { /* stop due to finiteness */
2370   mp_normalize_selector(mp);
2371   print_err("MetaPost capacity exceeded, sorry [");
2372 @.MetaPost capacity exceeded ...@>
2373   mp_print(mp, s); mp_print_char(mp, '='); mp_print_int(mp, n); mp_print_char(mp, ']');
2374   help2("If you really absolutely need more capacity,")
2375        ("you can ask a wizard to enlarge me.");
2376   succumb;
2377 }
2378
2379 @ @<Declarations@>=
2380 void mp_overflow (MP mp, char *s, integer n);
2381
2382 @ The program might sometime run completely amok, at which point there is
2383 no choice but to stop. If no previous error has been detected, that's bad
2384 news; a message is printed that is really intended for the \MP\
2385 maintenance person instead of the user (unless the user has been
2386 particularly diabolical).  The index entries for `this can't happen' may
2387 help to pinpoint the problem.
2388 @^dry rot@>
2389
2390 @<Internal library ...@>=
2391 void mp_confusion (MP mp,char *s);
2392
2393 @ @<Error hand...@>=
2394 void mp_confusion (MP mp,char *s) {
2395   /* consistency check violated; |s| tells where */
2396   mp_normalize_selector(mp);
2397   if ( mp->history<mp_error_message_issued ) { 
2398     print_err("This can't happen ("); mp_print(mp, s); mp_print_char(mp, ')');
2399 @.This can't happen@>
2400     help1("I'm broken. Please show this to someone who can fix can fix");
2401   } else { 
2402     print_err("I can\'t go on meeting you like this");
2403 @.I can't go on...@>
2404     help2("One of your faux pas seems to have wounded me deeply...")
2405          ("in fact, I'm barely conscious. Please fix it and try again.");
2406   }
2407   succumb;
2408 }
2409
2410 @ Users occasionally want to interrupt \MP\ while it's running.
2411 If the \PASCAL\ runtime system allows this, one can implement
2412 a routine that sets the global variable |interrupt| to some nonzero value
2413 when such an interrupt is signaled. Otherwise there is probably at least
2414 a way to make |interrupt| nonzero using the \PASCAL\ debugger.
2415 @^system dependencies@>
2416 @^debugging@>
2417
2418 @d check_interrupt { if ( mp->interrupt!=0 )
2419    mp_pause_for_instructions(mp); }
2420
2421 @<Global...@>=
2422 integer interrupt; /* should \MP\ pause for instructions? */
2423 boolean OK_to_interrupt; /* should interrupts be observed? */
2424
2425 @ @<Allocate or ...@>=
2426 mp->interrupt=0; mp->OK_to_interrupt=true;
2427
2428 @ When an interrupt has been detected, the program goes into its
2429 highest interaction level and lets the user have the full flexibility of
2430 the |error| routine.  \MP\ checks for interrupts only at times when it is
2431 safe to do this.
2432
2433 @c 
2434 void mp_pause_for_instructions (MP mp) { 
2435   if ( mp->OK_to_interrupt ) { 
2436     mp->interaction=mp_error_stop_mode;
2437     if ( (mp->selector==log_only)||(mp->selector==no_print) )
2438       incr(mp->selector);
2439     print_err("Interruption");
2440 @.Interruption@>
2441     help3("You rang?")
2442          ("Try to insert some instructions for me (e.g.,`I show x'),")
2443          ("unless you just want to quit by typing `X'.");
2444     mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
2445     mp->interrupt=0;
2446   }
2447 }
2448
2449 @ Many of \MP's error messages state that a missing token has been
2450 inserted behind the scenes. We can save string space and program space
2451 by putting this common code into a subroutine.
2452
2453 @c 
2454 void mp_missing_err (MP mp, char *s) { 
2455   print_err("Missing `"); mp_print(mp, s); mp_print(mp, "' has been inserted");
2456 @.Missing...inserted@>
2457 }
2458
2459 @* \[7] Arithmetic with scaled numbers.
2460 The principal computations performed by \MP\ are done entirely in terms of
2461 integers less than $2^{31}$ in magnitude; thus, the arithmetic specified in this
2462 program can be carried out in exactly the same way on a wide variety of
2463 computers, including some small ones.
2464 @^small computers@>
2465
2466 But \PASCAL\ does not define the |div|
2467 operation in the case of negative dividends; for example, the result of
2468 |(-2*n-1) div 2| is |-(n+1)| on some computers and |-n| on others.
2469 There are two principal types of arithmetic: ``translation-preserving,''
2470 in which the identity |(a+q*b)div b=(a div b)+q| is valid; and
2471 ``negation-preserving,'' in which |(-a)div b=-(a div b)|. This leads to
2472 two \MP s, which can produce different results, although the differences
2473 should be negligible when the language is being used properly.
2474 The \TeX\ processor has been defined carefully so that both varieties
2475 of arithmetic will produce identical output, but it would be too
2476 inefficient to constrain \MP\ in a similar way.
2477
2478 @d el_gordo   017777777777 /* $2^{31}-1$, the largest value that \MP\ likes */
2479
2480 @ One of \MP's most common operations is the calculation of
2481 $\lfloor{a+b\over2}\rfloor$,
2482 the midpoint of two given integers |a| and~|b|. The only decent way to do
2483 this in \PASCAL\ is to write `|(a+b) div 2|'; but on most machines it is
2484 far more efficient to calculate `|(a+b)| right shifted one bit'.
2485
2486 Therefore the midpoint operation will always be denoted by `|half(a+b)|'
2487 in this program. If \MP\ is being implemented with languages that permit
2488 binary shifting, the |half| macro should be changed to make this operation
2489 as efficient as possible.  Since some languages have shift operators that can
2490 only be trusted to work on positive numbers, there is also a macro |halfp|
2491 that is used only when the quantity being halved is known to be positive
2492 or zero.
2493
2494 @d half(A) ((A) / 2)
2495 @d halfp(A) ((A) / 2)
2496
2497 @ A single computation might use several subroutine calls, and it is
2498 desirable to avoid producing multiple error messages in case of arithmetic
2499 overflow. So the routines below set the global variable |arith_error| to |true|
2500 instead of reporting errors directly to the user.
2501
2502 @<Glob...@>=
2503 boolean arith_error; /* has arithmetic overflow occurred recently? */
2504
2505 @ @<Allocate or ...@>=
2506 mp->arith_error=false;
2507
2508 @ At crucial points the program will say |check_arith|, to test if
2509 an arithmetic error has been detected.
2510
2511 @d check_arith { if ( mp->arith_error ) mp_clear_arith(mp); }
2512
2513 @c 
2514 void mp_clear_arith (MP mp) { 
2515   print_err("Arithmetic overflow");
2516 @.Arithmetic overflow@>
2517   help4("Uh, oh. A little while ago one of the quantities that I was")
2518        ("computing got too large, so I'm afraid your answers will be")
2519        ("somewhat askew. You'll probably have to adopt different")
2520        ("tactics next time. But I shall try to carry on anyway.");
2521   mp_error(mp); 
2522   mp->arith_error=false;
2523 }
2524
2525 @ Addition is not always checked to make sure that it doesn't overflow,
2526 but in places where overflow isn't too unlikely the |slow_add| routine
2527 is used.
2528
2529 @c integer mp_slow_add (MP mp,integer x, integer y) { 
2530   if ( x>=0 )  {
2531     if ( y<=el_gordo-x ) { 
2532       return x+y;
2533     } else  { 
2534       mp->arith_error=true; 
2535           return el_gordo;
2536     }
2537   } else  if ( -y<=el_gordo+x ) {
2538     return x+y;
2539   } else { 
2540     mp->arith_error=true; 
2541         return -el_gordo;
2542   }
2543 }
2544
2545 @ Fixed-point arithmetic is done on {\sl scaled integers\/} that are multiples
2546 of $2^{-16}$. In other words, a binary point is assumed to be sixteen bit
2547 positions from the right end of a binary computer word.
2548
2549 @d quarter_unit   040000 /* $2^{14}$, represents 0.250000 */
2550 @d half_unit   0100000 /* $2^{15}$, represents 0.50000 */
2551 @d three_quarter_unit   0140000 /* $3\cdot2^{14}$, represents 0.75000 */
2552 @d unity   0200000 /* $2^{16}$, represents 1.00000 */
2553 @d two   0400000 /* $2^{17}$, represents 2.00000 */
2554 @d three   0600000 /* $2^{17}+2^{16}$, represents 3.00000 */
2555
2556 @<Types...@>=
2557 typedef integer scaled; /* this type is used for scaled integers */
2558 typedef unsigned char small_number; /* this type is self-explanatory */
2559
2560 @ The following function is used to create a scaled integer from a given decimal
2561 fraction $(.d_0d_1\ldots d_{k-1})$, where |0<=k<=17|. The digit $d_i$ is
2562 given in |dig[i]|, and the calculation produces a correctly rounded result.
2563
2564 @c 
2565 scaled mp_round_decimals (MP mp,small_number k) {
2566   /* converts a decimal fraction */
2567  integer a = 0; /* the accumulator */
2568  while ( k-->0 ) { 
2569     a=(a+mp->dig[k]*two) / 10;
2570   }
2571   return halfp(a+1);
2572 }
2573
2574 @ Conversely, here is a procedure analogous to |print_int|. If the output
2575 of this procedure is subsequently read by \MP\ and converted by the
2576 |round_decimals| routine above, it turns out that the original value will
2577 be reproduced exactly. A decimal point is printed only if the value is
2578 not an integer. If there is more than one way to print the result with
2579 the optimum number of digits following the decimal point, the closest
2580 possible value is given.
2581
2582 The invariant relation in the \&{repeat} loop is that a sequence of
2583 decimal digits yet to be printed will yield the original number if and only if
2584 they form a fraction~$f$ in the range $s-\delta\L10\cdot2^{16}f<s$.
2585 We can stop if and only if $f=0$ satisfies this condition; the loop will
2586 terminate before $s$ can possibly become zero.
2587
2588 @<Basic printing...@>=
2589 void mp_print_scaled (MP mp,scaled s) { /* prints scaled real, rounded to five  digits */
2590   scaled delta; /* amount of allowable inaccuracy */
2591   if ( s<0 ) { 
2592         mp_print_char(mp, '-'); 
2593     negate(s); /* print the sign, if negative */
2594   }
2595   mp_print_int(mp, s / unity); /* print the integer part */
2596   s=10*(s % unity)+5;
2597   if ( s!=5 ) { 
2598     delta=10; 
2599     mp_print_char(mp, '.');
2600     do {  
2601       if ( delta>unity )
2602         s=s+0100000-(delta / 2); /* round the final digit */
2603       mp_print_char(mp, '0'+(s / unity)); 
2604       s=10*(s % unity); 
2605       delta=delta*10;
2606     } while (s>delta);
2607   }
2608 }
2609
2610 @ We often want to print two scaled quantities in parentheses,
2611 separated by a comma.
2612
2613 @<Basic printing...@>=
2614 void mp_print_two (MP mp,scaled x, scaled y) { /* prints `|(x,y)|' */
2615   mp_print_char(mp, '('); 
2616   mp_print_scaled(mp, x); 
2617   mp_print_char(mp, ','); 
2618   mp_print_scaled(mp, y);
2619   mp_print_char(mp, ')');
2620 }
2621
2622 @ The |scaled| quantities in \MP\ programs are generally supposed to be
2623 less than $2^{12}$ in absolute value, so \MP\ does much of its internal
2624 arithmetic with 28~significant bits of precision. A |fraction| denotes
2625 a scaled integer whose binary point is assumed to be 28 bit positions
2626 from the right.
2627
2628 @d fraction_half 01000000000 /* $2^{27}$, represents 0.50000000 */
2629 @d fraction_one 02000000000 /* $2^{28}$, represents 1.00000000 */
2630 @d fraction_two 04000000000 /* $2^{29}$, represents 2.00000000 */
2631 @d fraction_three 06000000000 /* $3\cdot2^{28}$, represents 3.00000000 */
2632 @d fraction_four 010000000000 /* $2^{30}$, represents 4.00000000 */
2633
2634 @<Types...@>=
2635 typedef integer fraction; /* this type is used for scaled fractions */
2636
2637 @ In fact, the two sorts of scaling discussed above aren't quite
2638 sufficient; \MP\ has yet another, used internally to keep track of angles
2639 in units of $2^{-20}$ degrees.
2640
2641 @d forty_five_deg 0264000000 /* $45\cdot2^{20}$, represents $45^\circ$ */
2642 @d ninety_deg 0550000000 /* $90\cdot2^{20}$, represents $90^\circ$ */
2643 @d one_eighty_deg 01320000000 /* $180\cdot2^{20}$, represents $180^\circ$ */
2644 @d three_sixty_deg 02640000000 /* $360\cdot2^{20}$, represents $360^\circ$ */
2645
2646 @<Types...@>=
2647 typedef integer angle; /* this type is used for scaled angles */
2648
2649 @ The |make_fraction| routine produces the |fraction| equivalent of
2650 |p/q|, given integers |p| and~|q|; it computes the integer
2651 $f=\lfloor2^{28}p/q+{1\over2}\rfloor$, when $p$ and $q$ are
2652 positive. If |p| and |q| are both of the same scaled type |t|,
2653 the ``type relation'' |make_fraction(t,t)=fraction| is valid;
2654 and it's also possible to use the subroutine ``backwards,'' using
2655 the relation |make_fraction(t,fraction)=t| between scaled types.
2656
2657 If the result would have magnitude $2^{31}$ or more, |make_fraction|
2658 sets |arith_error:=true|. Most of \MP's internal computations have
2659 been designed to avoid this sort of error.
2660
2661 If this subroutine were programmed in assembly language on a typical
2662 machine, we could simply compute |(@t$2^{28}$@>*p)div q|, since a
2663 double-precision product can often be input to a fixed-point division
2664 instruction. But when we are restricted to \PASCAL\ arithmetic it
2665 is necessary either to resort to multiple-precision maneuvering
2666 or to use a simple but slow iteration. The multiple-precision technique
2667 would be about three times faster than the code adopted here, but it
2668 would be comparatively long and tricky, involving about sixteen
2669 additional multiplications and divisions.
2670
2671 This operation is part of \MP's ``inner loop''; indeed, it will
2672 consume nearly 10\pct! of the running time (exclusive of input and output)
2673 if the code below is left unchanged. A machine-dependent recoding
2674 will therefore make \MP\ run faster. The present implementation
2675 is highly portable, but slow; it avoids multiplication and division
2676 except in the initial stage. System wizards should be careful to
2677 replace it with a routine that is guaranteed to produce identical
2678 results in all cases.
2679 @^system dependencies@>
2680
2681 As noted below, a few more routines should also be replaced by machine-dependent
2682 code, for efficiency. But when a procedure is not part of the ``inner loop,''
2683 such changes aren't advisable; simplicity and robustness are
2684 preferable to trickery, unless the cost is too high.
2685 @^inner loop@>
2686
2687 @<Internal ...@>=
2688 fraction mp_make_fraction (MP mp,integer p, integer q);
2689 integer mp_take_scaled (MP mp,integer q, scaled f) ;
2690
2691 @ If FIXPT is not defined, we need these preprocessor values
2692
2693 @d ELGORDO  0x7fffffff
2694 @d TWEXP31  2147483648.0
2695 @d TWEXP28  268435456.0
2696 @d TWEXP16 65536.0
2697 @d TWEXP_16 (1.0/65536.0)
2698 @d TWEXP_28 (1.0/268435456.0)
2699
2700
2701 @c 
2702 fraction mp_make_fraction (MP mp,integer p, integer q) {
2703 #ifdef FIXPT
2704   integer f; /* the fraction bits, with a leading 1 bit */
2705   integer n; /* the integer part of $\vert p/q\vert$ */
2706   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2707   boolean negative = false; /* should the result be negated? */
2708   if ( p<0 ) {
2709     negate(p); negative=true;
2710   }
2711   if ( q<=0 ) { 
2712 #ifdef DEBUG
2713     if ( q==0 ) mp_confusion(mp, '/');
2714 #endif
2715 @:this can't happen /}{\quad \./@>
2716     negate(q); negative = ! negative;
2717   };
2718   n=p / q; p=p % q;
2719   if ( n>=8 ){ 
2720     mp->arith_error=true;
2721     return ( negative ? -el_gordo : el_gordo);
2722   } else { 
2723     n=(n-1)*fraction_one;
2724     @<Compute $f=\lfloor 2^{28}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>;
2725     return (negative ? (-(f+n)) : (f+n));
2726   }
2727 #else /* FIXPT */
2728     register double d;
2729         register integer i;
2730 #ifdef DEBUG
2731         if (q==0) mp_confusion(mp,'/'); 
2732 #endif /* DEBUG */
2733         d = TWEXP28 * (double)p /(double)q;
2734         if ((p^q) >= 0) {
2735                 d += 0.5;
2736                 if (d>=TWEXP31) {mp->arith_error=true; return ELGORDO;}
2737                 i = (integer) d;
2738                 if (d==i && ( ((q>0 ? -q : q)&077777)
2739                                 * (((i&037777)<<1)-1) & 04000)!=0) --i;
2740         } else {
2741                 d -= 0.5;
2742                 if (d<= -TWEXP31) {mp->arith_error=true; return -ELGORDO;}
2743                 i = (integer) d;
2744                 if (d==i && ( ((q>0 ? q : -q)&077777)
2745                                 * (((i&037777)<<1)+1) & 04000)!=0) ++i;
2746         }
2747         return i;
2748 #endif /* FIXPT */
2749 }
2750
2751 @ The |repeat| loop here preserves the following invariant relations
2752 between |f|, |p|, and~|q|:
2753 (i)~|0<=p<q|; (ii)~$fq+p=2^k(q+p_0)$, where $k$ is an integer and
2754 $p_0$ is the original value of~$p$.
2755
2756 Notice that the computation specifies
2757 |(p-q)+p| instead of |(p+p)-q|, because the latter could overflow.
2758 Let us hope that optimizing compilers do not miss this point; a
2759 special variable |be_careful| is used to emphasize the necessary
2760 order of computation. Optimizing compilers should keep |be_careful|
2761 in a register, not store it in memory.
2762 @^inner loop@>
2763
2764 @<Compute $f=\lfloor 2^{28}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>=
2765 {
2766   f=1;
2767   do {  
2768     be_careful=p-q; p=be_careful+p;
2769     if ( p>=0 ) { 
2770       f=f+f+1;
2771     } else  { 
2772       f+=f; p=p+q;
2773     }
2774   } while (f<fraction_one);
2775   be_careful=p-q;
2776   if ( be_careful+p>=0 ) incr(f);
2777 }
2778
2779 @ The dual of |make_fraction| is |take_fraction|, which multiplies a
2780 given integer~|q| by a fraction~|f|. When the operands are positive, it
2781 computes $p=\lfloor qf/2^{28}+{1\over2}\rfloor$, a symmetric function
2782 of |q| and~|f|.
2783
2784 This routine is even more ``inner loopy'' than |make_fraction|;
2785 the present implementation consumes almost 20\pct! of \MP's computation
2786 time during typical jobs, so a machine-language substitute is advisable.
2787 @^inner loop@> @^system dependencies@>
2788
2789 @<Declarations@>=
2790 integer mp_take_fraction (MP mp,integer q, fraction f) ;
2791
2792 @ @c 
2793 #ifdef FIXPT
2794 integer mp_take_fraction (MP mp,integer q, fraction f) {
2795   integer p; /* the fraction so far */
2796   boolean negative; /* should the result be negated? */
2797   integer n; /* additional multiple of $q$ */
2798   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2799   @<Reduce to the case that |f>=0| and |q>0|@>;
2800   if ( f<fraction_one ) { 
2801     n=0;
2802   } else { 
2803     n=f / fraction_one; f=f % fraction_one;
2804     if ( q<=el_gordo / n ) { 
2805       n=n*q ; 
2806     } else { 
2807       mp->arith_error=true; n=el_gordo;
2808     }
2809   }
2810   f=f+fraction_one;
2811   @<Compute $p=\lfloor qf/2^{28}+{1\over2}\rfloor-q$@>;
2812   be_careful=n-el_gordo;
2813   if ( be_careful+p>0 ){ 
2814     mp->arith_error=true; n=el_gordo-p;
2815   }
2816   if ( negative ) 
2817         return (-(n+p));
2818   else 
2819     return (n+p);
2820 #else /* FIXPT */
2821 integer mp_take_fraction (MP mp,integer p, fraction q) {
2822     register double d;
2823         register integer i;
2824         d = (double)p * (double)q * TWEXP_28;
2825         if ((p^q) >= 0) {
2826                 d += 0.5;
2827                 if (d>=TWEXP31) {
2828                         if (d!=TWEXP31 || (((p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2829                                 mp->arith_error = true;
2830                         return ELGORDO;
2831                 }
2832                 i = (integer) d;
2833                 if (d==i && (((p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) --i;
2834         } else {
2835                 d -= 0.5;
2836                 if (d<= -TWEXP31) {
2837                         if (d!= -TWEXP31 || ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2838                                 mp->arith_error = true;
2839                         return -ELGORDO;
2840                 }
2841                 i = (integer) d;
2842                 if (d==i && ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) ++i;
2843         }
2844         return i;
2845 #endif /* FIXPT */
2846 }
2847
2848 @ @<Reduce to the case that |f>=0| and |q>0|@>=
2849 if ( f>=0 ) {
2850   negative=false;
2851 } else { 
2852   negate( f); negative=true;
2853 }
2854 if ( q<0 ) { 
2855   negate(q); negative=! negative;
2856 }
2857
2858 @ The invariant relations in this case are (i)~$\lfloor(qf+p)/2^k\rfloor
2859 =\lfloor qf_0/2^{28}+{1\over2}\rfloor$, where $k$ is an integer and
2860 $f_0$ is the original value of~$f$; (ii)~$2^k\L f<2^{k+1}$.
2861 @^inner loop@>
2862
2863 @<Compute $p=\lfloor qf/2^{28}+{1\over2}\rfloor-q$@>=
2864 p=fraction_half; /* that's $2^{27}$; the invariants hold now with $k=28$ */
2865 if ( q<fraction_four ) {
2866   do {  
2867     if ( odd(f) ) p=halfp(p+q); else p=halfp(p);
2868     f=halfp(f);
2869   } while (f!=1);
2870 } else  {
2871   do {  
2872     if ( odd(f) ) p=p+halfp(q-p); else p=halfp(p);
2873     f=halfp(f);
2874   } while (f!=1);
2875 }
2876
2877
2878 @ When we want to multiply something by a |scaled| quantity, we use a scheme
2879 analogous to |take_fraction| but with a different scaling.
2880 Given positive operands, |take_scaled|
2881 computes the quantity $p=\lfloor qf/2^{16}+{1\over2}\rfloor$.
2882
2883 Once again it is a good idea to use a machine-language replacement if
2884 possible; otherwise |take_scaled| will use more than 2\pct! of the running time
2885 when the Computer Modern fonts are being generated.
2886 @^inner loop@>
2887
2888 @c 
2889 #ifdef FIXPT
2890 integer mp_take_scaled (MP mp,integer q, scaled f) {
2891   integer p; /* the fraction so far */
2892   boolean negative; /* should the result be negated? */
2893   integer n; /* additional multiple of $q$ */
2894   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2895   @<Reduce to the case that |f>=0| and |q>0|@>;
2896   if ( f<unity ) { 
2897     n=0;
2898   } else  { 
2899     n=f / unity; f=f % unity;
2900     if ( q<=el_gordo / n ) {
2901       n=n*q;
2902     } else  { 
2903       mp->arith_error=true; n=el_gordo;
2904     }
2905   }
2906   f=f+unity;
2907   @<Compute $p=\lfloor qf/2^{16}+{1\over2}\rfloor-q$@>;
2908   be_careful=n-el_gordo;
2909   if ( be_careful+p>0 ) { 
2910     mp->arith_error=true; n=el_gordo-p;
2911   }
2912   return ( negative ?(-(n+p)) :(n+p));
2913 #else /* FIXPT */
2914 integer mp_take_scaled (MP mp,integer p, scaled q) {
2915     register double d;
2916         register integer i;
2917         d = (double)p * (double)q * TWEXP_16;
2918         if ((p^q) >= 0) {
2919                 d += 0.5;
2920                 if (d>=TWEXP31) {
2921                         if (d!=TWEXP31 || (((p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2922                                 mp->arith_error = true;
2923                         return ELGORDO;
2924                 }
2925                 i = (integer) d;
2926                 if (d==i && (((p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) --i;
2927         } else {
2928                 d -= 0.5;
2929                 if (d<= -TWEXP31) {
2930                         if (d!= -TWEXP31 || ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)==0)
2931                                 mp->arith_error = true;
2932                         return -ELGORDO;
2933                 }
2934                 i = (integer) d;
2935                 if (d==i && ((-(p&077777)*(q&077777))&040000)!=0) ++i;
2936         }
2937         return i;
2938 #endif /* FIXPT */
2939 }
2940
2941 @ @<Compute $p=\lfloor qf/2^{16}+{1\over2}\rfloor-q$@>=
2942 p=half_unit; /* that's $2^{15}$; the invariants hold now with $k=16$ */
2943 @^inner loop@>
2944 if ( q<fraction_four ) {
2945   do {  
2946     p = (odd(f) ? halfp(p+q) : halfp(p));
2947     f=halfp(f);
2948   } while (f!=1);
2949 } else {
2950   do {  
2951     p = (odd(f) ? p+halfp(q-p) : halfp(p));
2952     f=halfp(f);
2953   } while (f!=1);
2954 }
2955
2956 @ For completeness, there's also |make_scaled|, which computes a
2957 quotient as a |scaled| number instead of as a |fraction|.
2958 In other words, the result is $\lfloor2^{16}p/q+{1\over2}\rfloor$, if the
2959 operands are positive. \ (This procedure is not used especially often,
2960 so it is not part of \MP's inner loop.)
2961
2962 @<Internal library ...@>=
2963 scaled mp_make_scaled (MP mp,integer p, integer q) ;
2964
2965 @ @c 
2966 scaled mp_make_scaled (MP mp,integer p, integer q) {
2967 #ifdef FIXPT 
2968   integer f; /* the fraction bits, with a leading 1 bit */
2969   integer n; /* the integer part of $\vert p/q\vert$ */
2970   boolean negative; /* should the result be negated? */
2971   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2972   if ( p>=0 ) negative=false;
2973   else  { negate(p); negative=true; };
2974   if ( q<=0 ) { 
2975 #ifdef DEBUG 
2976     if ( q==0 ) mp_confusion(mp, "/");
2977 @:this can't happen /}{\quad \./@>
2978 #endif
2979     negate(q); negative=! negative;
2980   }
2981   n=p / q; p=p % q;
2982   if ( n>=0100000 ) { 
2983     mp->arith_error=true;
2984     return (negative ? (-el_gordo) : el_gordo);
2985   } else  { 
2986     n=(n-1)*unity;
2987     @<Compute $f=\lfloor 2^{16}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>;
2988     return ( negative ? (-(f+n)) :(f+n));
2989   }
2990 #else /* FIXPT */
2991     register double d;
2992         register integer i;
2993 #ifdef DEBUG
2994         if (q==0) mp_confusion(mp,"/"); 
2995 #endif /* DEBUG */
2996         d = TWEXP16 * (double)p /(double)q;
2997         if ((p^q) >= 0) {
2998                 d += 0.5;
2999                 if (d>=TWEXP31) {mp->arith_error=true; return ELGORDO;}
3000                 i = (integer) d;
3001                 if (d==i && ( ((q>0 ? -q : q)&077777)
3002                                 * (((i&037777)<<1)-1) & 04000)!=0) --i;
3003         } else {
3004                 d -= 0.5;
3005                 if (d<= -TWEXP31) {mp->arith_error=true; return -ELGORDO;}
3006                 i = (integer) d;
3007                 if (d==i && ( ((q>0 ? q : -q)&077777)
3008                                 * (((i&037777)<<1)+1) & 04000)!=0) ++i;
3009         }
3010         return i;
3011 #endif /* FIXPT */
3012 }
3013
3014 @ @<Compute $f=\lfloor 2^{16}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>=
3015 f=1;
3016 do {  
3017   be_careful=p-q; p=be_careful+p;
3018   if ( p>=0 ) f=f+f+1;
3019   else  { f+=f; p=p+q; };
3020 } while (f<unity);
3021 be_careful=p-q;
3022 if ( be_careful+p>=0 ) incr(f)
3023
3024 @ Here is a typical example of how the routines above can be used.
3025 It computes the function
3026 $${1\over3\tau}f(\theta,\phi)=
3027 {\tau^{-1}\bigl(2+\sqrt2\,(\sin\theta-{1\over16}\sin\phi)
3028  (\sin\phi-{1\over16}\sin\theta)(\cos\theta-\cos\phi)\bigr)\over
3029 3\,\bigl(1+{1\over2}(\sqrt5-1)\cos\theta+{1\over2}(3-\sqrt5\,)\cos\phi\bigr)},$$
3030 where $\tau$ is a |scaled| ``tension'' parameter. This is \MP's magic
3031 fudge factor for placing the first control point of a curve that starts
3032 at an angle $\theta$ and ends at an angle $\phi$ from the straight path.
3033 (Actually, if the stated quantity exceeds 4, \MP\ reduces it to~4.)
3034
3035 The trigonometric quantity to be multiplied by $\sqrt2$ is less than $\sqrt2$.
3036 (It's a sum of eight terms whose absolute values can be bounded using
3037 relations such as $\sin\theta\cos\theta\L{1\over2}$.) Thus the numerator
3038 is positive; and since the tension $\tau$ is constrained to be at least
3039 $3\over4$, the numerator is less than $16\over3$. The denominator is
3040 nonnegative and at most~6.  Hence the fixed-point calculations below
3041 are guaranteed to stay within the bounds of a 32-bit computer word.
3042
3043 The angles $\theta$ and $\phi$ are given implicitly in terms of |fraction|
3044 arguments |st|, |ct|, |sf|, and |cf|, representing $\sin\theta$, $\cos\theta$,
3045 $\sin\phi$, and $\cos\phi$, respectively.
3046
3047 @c 
3048 fraction mp_velocity (MP mp,fraction st, fraction ct, fraction sf,
3049                       fraction cf, scaled t) {
3050   integer acc,num,denom; /* registers for intermediate calculations */
3051   acc=mp_take_fraction(mp, st-(sf / 16), sf-(st / 16));
3052   acc=mp_take_fraction(mp, acc,ct-cf);
3053   num=fraction_two+mp_take_fraction(mp, acc,379625062);
3054                    /* $2^{28}\sqrt2\approx379625062.497$ */
3055   denom=fraction_three+mp_take_fraction(mp, ct,497706707)+mp_take_fraction(mp, cf,307599661);
3056                       /* $3\cdot2^{27}\cdot(\sqrt5-1)\approx497706706.78$ and
3057                          $3\cdot2^{27}\cdot(3-\sqrt5\,)\approx307599661.22$ */
3058   if ( t!=unity ) num=mp_make_scaled(mp, num,t);
3059   /* |make_scaled(fraction,scaled)=fraction| */
3060   if ( num / 4>=denom ) 
3061     return fraction_four;
3062   else 
3063     return mp_make_fraction(mp, num, denom);
3064 }
3065
3066 @ The following somewhat different subroutine tests rigorously if $ab$ is
3067 greater than, equal to, or less than~$cd$,
3068 given integers $(a,b,c,d)$. In most cases a quick decision is reached.
3069 The result is $+1$, 0, or~$-1$ in the three respective cases.
3070
3071 @d mp_ab_vs_cd(M,A,B,C,D) mp_do_ab_vs_cd(A,B,C,D)
3072
3073 @c 
3074 integer mp_do_ab_vs_cd (integer a,integer b, integer c, integer d) {
3075   integer q,r; /* temporary registers */
3076   @<Reduce to the case that |a,c>=0|, |b,d>0|@>;
3077   while (1) { 
3078     q = a / d; r = c / b;
3079     if ( q!=r )
3080       return ( q>r ? 1 : -1);
3081     q = a % d; r = c % b;
3082     if ( r==0 )
3083       return (q ? 1 : 0);
3084     if ( q==0 ) return -1;
3085     a=b; b=q; c=d; d=r;
3086   } /* now |a>d>0| and |c>b>0| */
3087 }
3088
3089 @ @<Reduce to the case that |a...@>=
3090 if ( a<0 ) { negate(a); negate(b);  };
3091 if ( c<0 ) { negate(c); negate(d);  };
3092 if ( d<=0 ) { 
3093   if ( b>=0 ) {
3094     if ( (a==0||b==0)&&(c==0||d==0) ) return 0;
3095     else return 1;
3096   }
3097   if ( d==0 )
3098     return ( a==0 ? 0 : -1);
3099   q=a; a=c; c=q; q=-b; b=-d; d=q;
3100 } else if ( b<=0 ) { 
3101   if ( b<0 ) if ( a>0 ) return -1;
3102   return (c==0 ? 0 : -1);
3103 }
3104
3105 @ We conclude this set of elementary routines with some simple rounding
3106 and truncation operations.
3107
3108 @<Internal library declarations@>=
3109 #define mp_floor_scaled(M,i) ((i)&(-65536))
3110 #define mp_round_unscaled(M,i) (((i>>15)+1)>>1)
3111 #define mp_round_fraction(M,i) (((i>>11)+1)>>1)
3112
3113
3114 @* \[8] Algebraic and transcendental functions.
3115 \MP\ computes all of the necessary special functions from scratch, without
3116 relying on |real| arithmetic or system subroutines for sines, cosines, etc.
3117
3118 @ To get the square root of a |scaled| number |x|, we want to calculate
3119 $s=\lfloor 2^8\!\sqrt x +{1\over2}\rfloor$. If $x>0$, this is the unique
3120 integer such that $2^{16}x-s\L s^2<2^{16}x+s$. The following subroutine
3121 determines $s$ by an iterative method that maintains the invariant
3122 relations $x=2^{46-2k}x_0\bmod 2^{30}$, $0<y=\lfloor 2^{16-2k}x_0\rfloor
3123 -s^2+s\L q=2s$, where $x_0$ is the initial value of $x$. The value of~$y$
3124 might, however, be zero at the start of the first iteration.
3125
3126 @<Declarations@>=
3127 scaled mp_square_rt (MP mp,scaled x) ;
3128
3129 @ @c 
3130 scaled mp_square_rt (MP mp,scaled x) {
3131   small_number k; /* iteration control counter */
3132   integer y,q; /* registers for intermediate calculations */
3133   if ( x<=0 ) { 
3134     @<Handle square root of zero or negative argument@>;
3135   } else { 
3136     k=23; q=2;
3137     while ( x<fraction_two ) { /* i.e., |while x<@t$2^{29}$@>|\unskip */
3138       decr(k); x=x+x+x+x;
3139     }
3140     if ( x<fraction_four ) y=0;
3141     else  { x=x-fraction_four; y=1; };
3142     do {  
3143       @<Decrease |k| by 1, maintaining the invariant
3144       relations between |x|, |y|, and~|q|@>;
3145     } while (k!=0);
3146     return (halfp(q));
3147   }
3148 }
3149
3150 @ @<Handle square root of zero...@>=
3151
3152   if ( x<0 ) { 
3153     print_err("Square root of ");
3154 @.Square root...replaced by 0@>
3155     mp_print_scaled(mp, x); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3156     help2("Since I don't take square roots of negative numbers,")
3157          ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3158     mp_error(mp);
3159   };
3160   return 0;
3161 }
3162
3163 @ @<Decrease |k| by 1, maintaining...@>=
3164 x+=x; y+=y;
3165 if ( x>=fraction_four ) { /* note that |fraction_four=@t$2^{30}$@>| */
3166   x=x-fraction_four; incr(y);
3167 };
3168 x+=x; y=y+y-q; q+=q;
3169 if ( x>=fraction_four ) { x=x-fraction_four; incr(y); };
3170 if ( y>q ){ y=y-q; q=q+2; }
3171 else if ( y<=0 )  { q=q-2; y=y+q;  };
3172 decr(k)
3173
3174 @ Pythagorean addition $\psqrt{a^2+b^2}$ is implemented by an elegant
3175 iterative scheme due to Cleve Moler and Donald Morrison [{\sl IBM Journal
3176 @^Moler, Cleve Barry@>
3177 @^Morrison, Donald Ross@>
3178 of Research and Development\/ \bf27} (1983), 577--581]. It modifies |a| and~|b|
3179 in such a way that their Pythagorean sum remains invariant, while the
3180 smaller argument decreases.
3181
3182 @<Internal library ...@>=
3183 integer mp_pyth_add (MP mp,integer a, integer b);
3184
3185
3186 @ @c 
3187 integer mp_pyth_add (MP mp,integer a, integer b) {
3188   fraction r; /* register used to transform |a| and |b| */
3189   boolean big; /* is the result dangerously near $2^{31}$? */
3190   a=abs(a); b=abs(b);
3191   if ( a<b ) { r=b; b=a; a=r; }; /* now |0<=b<=a| */
3192   if ( b>0 ) {
3193     if ( a<fraction_two ) {
3194       big=false;
3195     } else { 
3196       a=a / 4; b=b / 4; big=true;
3197     }; /* we reduced the precision to avoid arithmetic overflow */
3198     @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2+b^2}$@>;
3199     if ( big ) {
3200       if ( a<fraction_two ) {
3201         a=a+a+a+a;
3202       } else  { 
3203         mp->arith_error=true; a=el_gordo;
3204       };
3205     }
3206   }
3207   return a;
3208 }
3209
3210 @ The key idea here is to reflect the vector $(a,b)$ about the
3211 line through $(a,b/2)$.
3212
3213 @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2+b^2}$@>=
3214 while (1) {  
3215   r=mp_make_fraction(mp, b,a);
3216   r=mp_take_fraction(mp, r,r); /* now $r\approx b^2/a^2$ */
3217   if ( r==0 ) break;
3218   r=mp_make_fraction(mp, r,fraction_four+r);
3219   a=a+mp_take_fraction(mp, a+a,r); b=mp_take_fraction(mp, b,r);
3220 }
3221
3222
3223 @ Here is a similar algorithm for $\psqrt{a^2-b^2}$.
3224 It converges slowly when $b$ is near $a$, but otherwise it works fine.
3225
3226 @c 
3227 integer mp_pyth_sub (MP mp,integer a, integer b) {
3228   fraction r; /* register used to transform |a| and |b| */
3229   boolean big; /* is the input dangerously near $2^{31}$? */
3230   a=abs(a); b=abs(b);
3231   if ( a<=b ) {
3232     @<Handle erroneous |pyth_sub| and set |a:=0|@>;
3233   } else { 
3234     if ( a<fraction_four ) {
3235       big=false;
3236     } else  { 
3237       a=halfp(a); b=halfp(b); big=true;
3238     }
3239     @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2-b^2}$@>;
3240     if ( big ) double(a);
3241   }
3242   return a;
3243 }
3244
3245 @ @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2-b^2}$@>=
3246 while (1) { 
3247   r=mp_make_fraction(mp, b,a);
3248   r=mp_take_fraction(mp, r,r); /* now $r\approx b^2/a^2$ */
3249   if ( r==0 ) break;
3250   r=mp_make_fraction(mp, r,fraction_four-r);
3251   a=a-mp_take_fraction(mp, a+a,r); b=mp_take_fraction(mp, b,r);
3252 }
3253
3254 @ @<Handle erroneous |pyth_sub| and set |a:=0|@>=
3255
3256   if ( a<b ){ 
3257     print_err("Pythagorean subtraction "); mp_print_scaled(mp, a);
3258     mp_print(mp, "+-+"); mp_print_scaled(mp, b); 
3259     mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3260 @.Pythagorean...@>
3261     help2("Since I don't take square roots of negative numbers,")
3262          ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3263     mp_error(mp);
3264   }
3265   a=0;
3266 }
3267
3268 @ The subroutines for logarithm and exponential involve two tables.
3269 The first is simple: |two_to_the[k]| equals $2^k$. The second involves
3270 a bit more calculation, which the author claims to have done correctly:
3271 |spec_log[k]| is $2^{27}$ times $\ln\bigl(1/(1-2^{-k})\bigr)=
3272 2^{-k}+{1\over2}2^{-2k}+{1\over3}2^{-3k}+\cdots\,$, rounded to the
3273 nearest integer.
3274
3275 @d two_to_the(A) (1<<(A))
3276
3277 @<Constants ...@>=
3278 static const integer spec_log[29] = { 0, /* special logarithms */
3279 93032640, 38612034, 17922280, 8662214, 4261238, 2113709,
3280 1052693, 525315, 262400, 131136, 65552, 32772, 16385,
3281 8192, 4096, 2048, 1024, 512, 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1, 1 };
3282
3283 @ @<Local variables for initialization@>=
3284 integer k; /* all-purpose loop index */
3285
3286
3287 @ Here is the routine that calculates $2^8$ times the natural logarithm
3288 of a |scaled| quantity; it is an integer approximation to $2^{24}\ln(x/2^{16})$,
3289 when |x| is a given positive integer.
3290
3291 The method is based on exercise 1.2.2--25 in {\sl The Art of Computer
3292 Programming\/}: During the main iteration we have $1\L 2^{-30}x<1/(1-2^{1-k})$,
3293 and the logarithm of $2^{30}x$ remains to be added to an accumulator
3294 register called~$y$. Three auxiliary bits of accuracy are retained in~$y$
3295 during the calculation, and sixteen auxiliary bits to extend |y| are
3296 kept in~|z| during the initial argument reduction. (We add
3297 $100\cdot2^{16}=6553600$ to~|z| and subtract 100 from~|y| so that |z| will
3298 not become negative; also, the actual amount subtracted from~|y| is~96,
3299 not~100, because we want to add~4 for rounding before the final division by~8.)
3300
3301 @c 
3302 scaled mp_m_log (MP mp,scaled x) {
3303   integer y,z; /* auxiliary registers */
3304   integer k; /* iteration counter */
3305   if ( x<=0 ) {
3306      @<Handle non-positive logarithm@>;
3307   } else  { 
3308     y=1302456956+4-100; /* $14\times2^{27}\ln2\approx1302456956.421063$ */
3309     z=27595+6553600; /* and $2^{16}\times .421063\approx 27595$ */
3310     while ( x<fraction_four ) {
3311        double(x); y-=93032639; z-=48782;
3312     } /* $2^{27}\ln2\approx 93032639.74436163$ and $2^{16}\times.74436163\approx 48782$ */
3313     y=y+(z / unity); k=2;
3314     while ( x>fraction_four+4 ) {
3315       @<Increase |k| until |x| can be multiplied by a
3316         factor of $2^{-k}$, and adjust $y$ accordingly@>;
3317     }
3318     return (y / 8);
3319   }
3320 }
3321
3322 @ @<Increase |k| until |x| can...@>=
3323
3324   z=((x-1) / two_to_the(k))+1; /* $z=\lceil x/2^k\rceil$ */
3325   while ( x<fraction_four+z ) { z=halfp(z+1); incr(k); };
3326   y+=spec_log[k]; x-=z;
3327 }
3328
3329 @ @<Handle non-positive logarithm@>=
3330
3331   print_err("Logarithm of ");
3332 @.Logarithm...replaced by 0@>
3333   mp_print_scaled(mp, x); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3334   help2("Since I don't take logs of non-positive numbers,")
3335        ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3336   mp_error(mp); 
3337   return 0;
3338 }
3339
3340 @ Conversely, the exponential routine calculates $\exp(x/2^8)$,
3341 when |x| is |scaled|. The result is an integer approximation to
3342 $2^{16}\exp(x/2^{24})$, when |x| is regarded as an integer.
3343
3344 @c 
3345 scaled mp_m_exp (MP mp,scaled x) {
3346   small_number k; /* loop control index */
3347   integer y,z; /* auxiliary registers */
3348   if ( x>174436200 ) {
3349     /* $2^{24}\ln((2^{31}-1)/2^{16})\approx 174436199.51$ */
3350     mp->arith_error=true; 
3351     return el_gordo;
3352   } else if ( x<-197694359 ) {
3353         /* $2^{24}\ln(2^{-1}/2^{16})\approx-197694359.45$ */
3354     return 0;
3355   } else { 
3356     if ( x<=0 ) { 
3357        z=-8*x; y=04000000; /* $y=2^{20}$ */
3358     } else { 
3359       if ( x<=127919879 ) { 
3360         z=1023359037-8*x;
3361         /* $2^{27}\ln((2^{31}-1)/2^{20})\approx 1023359037.125$ */
3362       } else {
3363        z=8*(174436200-x); /* |z| is always nonnegative */
3364       }
3365       y=el_gordo;
3366     };
3367     @<Multiply |y| by $\exp(-z/2^{27})$@>;
3368     if ( x<=127919879 ) 
3369        return ((y+8) / 16);
3370      else 
3371        return y;
3372   }
3373 }
3374
3375 @ The idea here is that subtracting |spec_log[k]| from |z| corresponds
3376 to multiplying |y| by $1-2^{-k}$.
3377
3378 A subtle point (which had to be checked) was that if $x=127919879$, the
3379 value of~|y| will decrease so that |y+8| doesn't overflow. In fact,
3380 $z$ will be 5 in this case, and |y| will decrease by~64 when |k=25|
3381 and by~16 when |k=27|.
3382
3383 @<Multiply |y| by...@>=
3384 k=1;
3385 while ( z>0 ) { 
3386   while ( z>=spec_log[k] ) { 
3387     z-=spec_log[k];
3388     y=y-1-((y-two_to_the(k-1)) / two_to_the(k));
3389   }
3390   incr(k);
3391 }
3392
3393 @ The trigonometric subroutines use an auxiliary table such that
3394 |spec_atan[k]| contains an approximation to the |angle| whose tangent
3395 is~$1/2^k$. $\arctan2^{-k}$ times $2^{20}\cdot180/\pi$ 
3396
3397 @<Constants ...@>=
3398 static const angle spec_atan[27] = { 0, 27855475, 14718068, 7471121, 3750058, 
3399 1876857, 938658, 469357, 234682, 117342, 58671, 29335, 14668, 7334, 3667, 
3400 1833, 917, 458, 229, 115, 57, 29, 14, 7, 4, 2, 1 };
3401
3402 @ Given integers |x| and |y|, not both zero, the |n_arg| function
3403 returns the |angle| whose tangent points in the direction $(x,y)$.
3404 This subroutine first determines the correct octant, then solves the
3405 problem for |0<=y<=x|, then converts the result appropriately to
3406 return an answer in the range |-one_eighty_deg<=@t$\theta$@><=one_eighty_deg|.
3407 (The answer is |+one_eighty_deg| if |y=0| and |x<0|, but an answer of
3408 |-one_eighty_deg| is possible if, for example, |y=-1| and $x=-2^{30}$.)
3409
3410 The octants are represented in a ``Gray code,'' since that turns out
3411 to be computationally simplest.
3412
3413 @d negate_x 1
3414 @d negate_y 2
3415 @d switch_x_and_y 4
3416 @d first_octant 1
3417 @d second_octant (first_octant+switch_x_and_y)
3418 @d third_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_x)
3419 @d fourth_octant (first_octant+negate_x)
3420 @d fifth_octant (first_octant+negate_x+negate_y)
3421 @d sixth_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_x+negate_y)
3422 @d seventh_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_y)
3423 @d eighth_octant (first_octant+negate_y)
3424
3425 @c 
3426 angle mp_n_arg (MP mp,integer x, integer y) {
3427   angle z; /* auxiliary register */
3428   integer t; /* temporary storage */
3429   small_number k; /* loop counter */
3430   int octant; /* octant code */
3431   if ( x>=0 ) {
3432     octant=first_octant;
3433   } else { 
3434     negate(x); octant=first_octant+negate_x;
3435   }
3436   if ( y<0 ) { 
3437     negate(y); octant=octant+negate_y;
3438   }
3439   if ( x<y ) { 
3440     t=y; y=x; x=t; octant=octant+switch_x_and_y;
3441   }
3442   if ( x==0 ) { 
3443     @<Handle undefined arg@>; 
3444   } else { 
3445     @<Set variable |z| to the arg of $(x,y)$@>;
3446     @<Return an appropriate answer based on |z| and |octant|@>;
3447   }
3448 }
3449
3450 @ @<Handle undefined arg@>=
3451
3452   print_err("angle(0,0) is taken as zero");
3453 @.angle(0,0)...zero@>
3454   help2("The `angle' between two identical points is undefined.")
3455        ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3456   mp_error(mp); 
3457   return 0;
3458 }
3459
3460 @ @<Return an appropriate answer...@>=
3461 switch (octant) {
3462 case first_octant: return z;
3463 case second_octant: return (ninety_deg-z);
3464 case third_octant: return (ninety_deg+z);
3465 case fourth_octant: return (one_eighty_deg-z);
3466 case fifth_octant: return (z-one_eighty_deg);
3467 case sixth_octant: return (-z-ninety_deg);
3468 case seventh_octant: return (z-ninety_deg);
3469 case eighth_octant: return (-z);
3470 }; /* there are no other cases */
3471 return 0
3472
3473 @ At this point we have |x>=y>=0|, and |x>0|. The numbers are scaled up
3474 or down until $2^{28}\L x<2^{29}$, so that accurate fixed-point calculations
3475 will be made.
3476
3477 @<Set variable |z| to the arg...@>=
3478 while ( x>=fraction_two ) { 
3479   x=halfp(x); y=halfp(y);
3480 }
3481 z=0;
3482 if ( y>0 ) { 
3483  while ( x<fraction_one ) { 
3484     x+=x; y+=y; 
3485  };
3486  @<Increase |z| to the arg of $(x,y)$@>;
3487 }
3488
3489 @ During the calculations of this section, variables |x| and~|y|
3490 represent actual coordinates $(x,2^{-k}y)$. We will maintain the
3491 condition |x>=y|, so that the tangent will be at most $2^{-k}$.
3492 If $x<2y$, the tangent is greater than $2^{-k-1}$. The transformation
3493 $(a,b)\mapsto(a+b\tan\phi,b-a\tan\phi)$ replaces $(a,b)$ by
3494 coordinates whose angle has decreased by~$\phi$; in the special case
3495 $a=x$, $b=2^{-k}y$, and $\tan\phi=2^{-k-1}$, this operation reduces
3496 to the particularly simple iteration shown here. [Cf.~John E. Meggitt,
3497 @^Meggitt, John E.@>
3498 {\sl IBM Journal of Research and Development\/ \bf6} (1962), 210--226.]
3499
3500 The initial value of |x| will be multiplied by at most
3501 $(1+{1\over2})(1+{1\over8})(1+{1\over32})\cdots\approx 1.7584$; hence
3502 there is no chance of integer overflow.
3503
3504 @<Increase |z|...@>=
3505 k=0;
3506 do {  
3507   y+=y; incr(k);
3508   if ( y>x ){ 
3509     z=z+spec_atan[k]; t=x; x=x+(y / two_to_the(k+k)); y=y-t;
3510   };
3511 } while (k!=15);
3512 do {  
3513   y+=y; incr(k);
3514   if ( y>x ) { z=z+spec_atan[k]; y=y-x; };
3515 } while (k!=26)
3516
3517 @ Conversely, the |n_sin_cos| routine takes an |angle| and produces the sine
3518 and cosine of that angle. The results of this routine are
3519 stored in global integer variables |n_sin| and |n_cos|.
3520
3521 @<Glob...@>=
3522 fraction n_sin;fraction n_cos; /* results computed by |n_sin_cos| */
3523
3524 @ Given an integer |z| that is $2^{20}$ times an angle $\theta$ in degrees,
3525 the purpose of |n_sin_cos(z)| is to set
3526 |x=@t$r\cos\theta$@>| and |y=@t$r\sin\theta$@>| (approximately),
3527 for some rather large number~|r|. The maximum of |x| and |y|
3528 will be between $2^{28}$ and $2^{30}$, so that there will be hardly
3529 any loss of accuracy. Then |x| and~|y| are divided by~|r|.
3530
3531 @c 
3532 void mp_n_sin_cos (MP mp,angle z) { /* computes a multiple of the sine
3533                                        and cosine */ 
3534   small_number k; /* loop control variable */
3535   int q; /* specifies the quadrant */
3536   fraction r; /* magnitude of |(x,y)| */
3537   integer x,y,t; /* temporary registers */
3538   while ( z<0 ) z=z+three_sixty_deg;
3539   z=z % three_sixty_deg; /* now |0<=z<three_sixty_deg| */
3540   q=z / forty_five_deg; z=z % forty_five_deg;
3541   x=fraction_one; y=x;
3542   if ( ! odd(q) ) z=forty_five_deg-z;
3543   @<Subtract angle |z| from |(x,y)|@>;
3544   @<Convert |(x,y)| to the octant determined by~|q|@>;
3545   r=mp_pyth_add(mp, x,y); 
3546   mp->n_cos=mp_make_fraction(mp, x,r); 
3547   mp->n_sin=mp_make_fraction(mp, y,r);
3548 }
3549
3550 @ In this case the octants are numbered sequentially.
3551
3552 @<Convert |(x,...@>=
3553 switch (q) {
3554 case 0: break;
3555 case 1: t=x; x=y; y=t; break;
3556 case 2: t=x; x=-y; y=t; break;
3557 case 3: negate(x); break;
3558 case 4: negate(x); negate(y); break;
3559 case 5: t=x; x=-y; y=-t; break;
3560 case 6: t=x; x=y; y=-t; break;
3561 case 7: negate(y); break;
3562 } /* there are no other cases */
3563
3564 @ The main iteration of |n_sin_cos| is similar to that of |n_arg| but
3565 applied in reverse. The values of |spec_atan[k]| decrease slowly enough
3566 that this loop is guaranteed to terminate before the (nonexistent) value
3567 |spec_atan[27]| would be required.
3568
3569 @<Subtract angle |z|...@>=
3570 k=1;
3571 while ( z>0 ){ 
3572   if ( z>=spec_atan[k] ) { 
3573     z=z-spec_atan[k]; t=x;
3574     x=t+y / two_to_the(k);
3575     y=y-t / two_to_the(k);
3576   }
3577   incr(k);
3578 }
3579 if ( y<0 ) y=0 /* this precaution may never be needed */
3580
3581 @ And now let's complete our collection of numeric utility routines
3582 by considering random number generation.
3583 \MP\ generates pseudo-random numbers with the additive scheme recommended
3584 in Section 3.6 of {\sl The Art of Computer Programming}; however, the
3585 results are random fractions between 0 and |fraction_one-1|, inclusive.
3586
3587 There's an auxiliary array |randoms| that contains 55 pseudo-random
3588 fractions. Using the recurrence $x_n=(x_{n-55}-x_{n-31})\bmod 2^{28}$,
3589 we generate batches of 55 new $x_n$'s at a time by calling |new_randoms|.
3590 The global variable |j_random| tells which element has most recently
3591 been consumed.
3592 The global variable |sys_random_seed| was introduced in version 0.9,
3593 for the sole reason of stressing the fact that the initial value of the
3594 random seed is system-dependant. The pascal code below will initialize
3595 this variable to |(internal[mp_time] div unity)+internal[mp_day]|, but this 
3596 is not good enough on modern fast machines that are capable of running
3597 multiple MetaPost processes within the same second.
3598 @^system dependencies@>
3599
3600 @<Glob...@>=
3601 fraction randoms[55]; /* the last 55 random values generated */
3602 int j_random; /* the number of unused |randoms| */
3603 scaled sys_random_seed; /* the default random seed */
3604
3605 @ @<Exported types@>=
3606 typedef int (*mp_get_random_seed_command)(MP mp);
3607
3608 @ @<Glob...@>=
3609 mp_get_random_seed_command get_random_seed;
3610
3611 @ @<Option variables@>=
3612 mp_get_random_seed_command get_random_seed;
3613
3614 @ @<Allocate or initialize ...@>=
3615 set_callback_option(get_random_seed);
3616
3617 @ @<Internal library declarations@>=
3618 int mp_get_random_seed (MP mp);
3619
3620 @ @c 
3621 int mp_get_random_seed (MP mp) {
3622   return (mp->internal[mp_time] / unity)+mp->internal[mp_day];
3623 }
3624
3625 @ To consume a random fraction, the program below will say `|next_random|'
3626 and then it will fetch |randoms[j_random]|.
3627
3628 @d next_random { if ( mp->j_random==0 ) mp_new_randoms(mp);
3629   else decr(mp->j_random); }
3630
3631 @c 
3632 void mp_new_randoms (MP mp) {
3633   int k; /* index into |randoms| */
3634   fraction x; /* accumulator */
3635   for (k=0;k<=23;k++) { 
3636    x=mp->randoms[k]-mp->randoms[k+31];
3637     if ( x<0 ) x=x+fraction_one;
3638     mp->randoms[k]=x;
3639   }
3640   for (k=24;k<= 54;k++){ 
3641     x=mp->randoms[k]-mp->randoms[k-24];
3642     if ( x<0 ) x=x+fraction_one;
3643     mp->randoms[k]=x;
3644   }
3645   mp->j_random=54;
3646 }
3647
3648 @ @<Declarations@>=
3649 void mp_init_randoms (MP mp,scaled seed);
3650
3651 @ To initialize the |randoms| table, we call the following routine.
3652
3653 @c 
3654 void mp_init_randoms (MP mp,scaled seed) {
3655   fraction j,jj,k; /* more or less random integers */
3656   int i; /* index into |randoms| */
3657   j=abs(seed);
3658   while ( j>=fraction_one ) j=halfp(j);
3659   k=1;
3660   for (i=0;i<=54;i++ ){ 
3661     jj=k; k=j-k; j=jj;
3662     if ( k<0 ) k=k+fraction_one;
3663     mp->randoms[(i*21)% 55]=j;
3664   }
3665   mp_new_randoms(mp); 
3666   mp_new_randoms(mp); 
3667   mp_new_randoms(mp); /* ``warm up'' the array */
3668 }
3669
3670 @ To produce a uniform random number in the range |0<=u<x| or |0>=u>x|
3671 or |0=u=x|, given a |scaled| value~|x|, we proceed as shown here.
3672
3673 Note that the call of |take_fraction| will produce the values 0 and~|x|
3674 with about half the probability that it will produce any other particular
3675 values between 0 and~|x|, because it rounds its answers.
3676
3677 @c 
3678 scaled mp_unif_rand (MP mp,scaled x) {
3679   scaled y; /* trial value */
3680   next_random; y=mp_take_fraction(mp, abs(x),mp->randoms[mp->j_random]);
3681   if ( y==abs(x) ) return 0;
3682   else if ( x>0 ) return y;
3683   else return (-y);
3684 }
3685
3686 @ Finally, a normal deviate with mean zero and unit standard deviation
3687 can readily be obtained with the ratio method (Algorithm 3.4.1R in
3688 {\sl The Art of Computer Programming\/}).
3689
3690 @c 
3691 scaled mp_norm_rand (MP mp) {
3692   integer x,u,l; /* what the book would call $2^{16}X$, $2^{28}U$, and $-2^{24}\ln U$ */
3693   do { 
3694     do {  
3695       next_random;
3696       x=mp_take_fraction(mp, 112429,mp->randoms[mp->j_random]-fraction_half);
3697       /* $2^{16}\sqrt{8/e}\approx 112428.82793$ */
3698       next_random; u=mp->randoms[mp->j_random];
3699     } while (abs(x)>=u);
3700     x=mp_make_fraction(mp, x,u);
3701     l=139548960-mp_m_log(mp, u); /* $2^{24}\cdot12\ln2\approx139548959.6165$ */
3702   } while (mp_ab_vs_cd(mp, 1024,l,x,x)<0);
3703   return x;
3704 }
3705
3706 @* \[9] Packed data.
3707 In order to make efficient use of storage space, \MP\ bases its major data
3708 structures on a |memory_word|, which contains either a (signed) integer,
3709 possibly scaled, or a small number of fields that are one half or one
3710 quarter of the size used for storing integers.
3711
3712 If |x| is a variable of type |memory_word|, it contains up to four
3713 fields that can be referred to as follows:
3714 $$\vbox{\halign{\hfil#&#\hfil&#\hfil\cr
3715 |x|&.|int|&(an |integer|)\cr
3716 |x|&.|sc|\qquad&(a |scaled| integer)\cr
3717 |x.hh.lh|, |x.hh|&.|rh|&(two halfword fields)\cr
3718 |x.hh.b0|, |x.hh.b1|, |x.hh|&.|rh|&(two quarterword fields, one halfword
3719   field)\cr
3720 |x.qqqq.b0|, |x.qqqq.b1|, |x.qqqq|&.|b2|, |x.qqqq.b3|\hskip-100pt
3721   &\qquad\qquad\qquad(four quarterword fields)\cr}}$$
3722 This is somewhat cumbersome to write, and not very readable either, but
3723 macros will be used to make the notation shorter and more transparent.
3724 The code below gives a formal definition of |memory_word| and
3725 its subsidiary types, using packed variant records. \MP\ makes no
3726 assumptions about the relative positions of the fields within a word.
3727
3728 @d max_quarterword 0x3FFF /* largest allowable value in a |quarterword| */
3729 @d max_halfword 0xFFFFFFF /* largest allowable value in a |halfword| */
3730
3731 @ Here are the inequalities that the quarterword and halfword values
3732 must satisfy (or rather, the inequalities that they mustn't satisfy):
3733
3734 @<Check the ``constant''...@>=
3735 if (mp->ini_version) {
3736   if ( mp->mem_max!=mp->mem_top ) mp->bad=8;
3737 } else {
3738   if ( mp->mem_max<mp->mem_top ) mp->bad=8;
3739 }
3740 if ( max_quarterword<255 ) mp->bad=9;
3741 if ( max_halfword<65535 ) mp->bad=10;
3742 if ( max_quarterword>max_halfword ) mp->bad=11;
3743 if ( mp->mem_max>=max_halfword ) mp->bad=12;
3744 if ( mp->max_strings>max_halfword ) mp->bad=13;
3745
3746 @ The macros |qi| and |qo| are used for input to and output 
3747 from quarterwords. These are legacy macros.
3748 @^system dependencies@>
3749
3750 @d qo(A) (A) /* to read eight bits from a quarterword */
3751 @d qi(A) (A) /* to store eight bits in a quarterword */
3752
3753 @ The reader should study the following definitions closely:
3754 @^system dependencies@>
3755
3756 @d sc cint /* |scaled| data is equivalent to |integer| */
3757
3758 @<Types...@>=
3759 typedef short quarterword; /* 1/4 of a word */
3760 typedef int halfword; /* 1/2 of a word */
3761 typedef union {
3762   struct {
3763     halfword RH, LH;
3764   } v;
3765   struct { /* Make B0,B1 overlap the most significant bytes of LH.  */
3766     halfword junk;
3767     quarterword B0, B1;
3768   } u;
3769 } two_halves;
3770 typedef struct {
3771   struct {
3772     quarterword B2, B3, B0, B1;
3773   } u;
3774 } four_quarters;
3775 typedef union {
3776   two_halves hh;
3777   integer cint;
3778   four_quarters qqqq;
3779 } memory_word;
3780 #define b0 u.B0
3781 #define b1 u.B1
3782 #define b2 u.B2
3783 #define b3 u.B3
3784 #define rh v.RH
3785 #define lh v.LH
3786
3787 @ When debugging, we may want to print a |memory_word| without knowing
3788 what type it is; so we print it in all modes.
3789 @^dirty \PASCAL@>@^debugging@>
3790
3791 @c 
3792 void mp_print_word (MP mp,memory_word w) {
3793   /* prints |w| in all ways */
3794   mp_print_int(mp, w.cint); mp_print_char(mp, ' ');
3795   mp_print_scaled(mp, w.sc); mp_print_char(mp, ' '); 
3796   mp_print_scaled(mp, w.sc / 010000); mp_print_ln(mp);
3797   mp_print_int(mp, w.hh.lh); mp_print_char(mp, '='); 
3798   mp_print_int(mp, w.hh.b0); mp_print_char(mp, ':');
3799   mp_print_int(mp, w.hh.b1); mp_print_char(mp, ';'); 
3800   mp_print_int(mp, w.hh.rh); mp_print_char(mp, ' ');
3801   mp_print_int(mp, w.qqqq.b0); mp_print_char(mp, ':'); 
3802   mp_print_int(mp, w.qqqq.b1); mp_print_char(mp, ':');
3803   mp_print_int(mp, w.qqqq.b2); mp_print_char(mp, ':'); 
3804   mp_print_int(mp, w.qqqq.b3);
3805 }
3806
3807
3808 @* \[10] Dynamic memory allocation.
3809
3810 The \MP\ system does nearly all of its own memory allocation, so that it
3811 can readily be transported into environments that do not have automatic
3812 facilities for strings, garbage collection, etc., and so that it can be in
3813 control of what error messages the user receives. The dynamic storage
3814 requirements of \MP\ are handled by providing a large array |mem| in
3815 which consecutive blocks of words are used as nodes by the \MP\ routines.
3816
3817 Pointer variables are indices into this array, or into another array
3818 called |eqtb| that will be explained later. A pointer variable might
3819 also be a special flag that lies outside the bounds of |mem|, so we
3820 allow pointers to assume any |halfword| value. The minimum memory
3821 index represents a null pointer.
3822
3823 @d null 0 /* the null pointer */
3824 @d mp_void (null+1) /* a null pointer different from |null| */
3825
3826
3827 @<Types...@>=
3828 typedef halfword pointer; /* a flag or a location in |mem| or |eqtb| */
3829
3830 @ The |mem| array is divided into two regions that are allocated separately,
3831 but the dividing line between these two regions is not fixed; they grow
3832 together until finding their ``natural'' size in a particular job.
3833 Locations less than or equal to |lo_mem_max| are used for storing
3834 variable-length records consisting of two or more words each. This region
3835 is maintained using an algorithm similar to the one described in exercise
3836 2.5--19 of {\sl The Art of Computer Programming}. However, no size field
3837 appears in the allocated nodes; the program is responsible for knowing the
3838 relevant size when a node is freed. Locations greater than or equal to
3839 |hi_mem_min| are used for storing one-word records; a conventional
3840 \.{AVAIL} stack is used for allocation in this region.
3841
3842 Locations of |mem| between |0| and |mem_top| may be dumped as part
3843 of preloaded format files, by the \.{INIMP} preprocessor.
3844 @.INIMP@>
3845 Production versions of \MP\ may extend the memory at the top end in order to
3846 provide more space; these locations, between |mem_top| and |mem_max|,
3847 are always used for single-word nodes.
3848
3849 The key pointers that govern |mem| allocation have a prescribed order:
3850 $$\hbox{|null=0<lo_mem_max<hi_mem_min<mem_top<=mem_end<=mem_max|.}$$
3851
3852 @<Glob...@>=
3853 memory_word *mem; /* the big dynamic storage area */
3854 pointer lo_mem_max; /* the largest location of variable-size memory in use */
3855 pointer hi_mem_min; /* the smallest location of one-word memory in use */
3856
3857
3858
3859 @d xfree(A) do { mp_xfree(A); A=NULL; } while (0)
3860 @d xrealloc(P,A,B) mp_xrealloc(mp,P,A,B)
3861 @d xmalloc(A,B)  mp_xmalloc(mp,A,B)
3862 @d xstrdup(A)  mp_xstrdup(mp,A)
3863 @d XREALLOC(a,b,c) a = xrealloc(a,(b+1),sizeof(c));
3864
3865 @<Declare helpers@>=
3866 void mp_xfree (void *x);
3867 void *mp_xrealloc (MP mp, void *p, size_t nmem, size_t size) ;
3868 void *mp_xmalloc (MP mp, size_t nmem, size_t size) ;
3869 char *mp_xstrdup(MP mp, const char *s);
3870
3871 @ The |max_size_test| guards against overflow, on the assumption that
3872 |size_t| is at least 31bits wide.
3873
3874 @d max_size_test 0x7FFFFFFF
3875
3876 @c
3877 void mp_xfree (void *x) {
3878   if (x!=NULL) free(x);
3879 }
3880 void  *mp_xrealloc (MP mp, void *p, size_t nmem, size_t size) {
3881   void *w ; 
3882   if ((max_size_test/size)<nmem) {
3883     fprintf(stderr,"Memory size overflow!\n");
3884     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3885   }
3886   w = realloc (p,(nmem*size));
3887   if (w==NULL) {
3888     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3889     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3890   }
3891   return w;
3892 }
3893 void  *mp_xmalloc (MP mp, size_t nmem, size_t size) {
3894   void *w;
3895   if ((max_size_test/size)<nmem) {
3896     fprintf(stderr,"Memory size overflow!\n");
3897     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3898   }
3899   w = malloc (nmem*size);
3900   if (w==NULL) {
3901     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3902     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3903   }
3904   return w;
3905 }
3906 char *mp_xstrdup(MP mp, const char *s) {
3907   char *w; 
3908   if (s==NULL)
3909     return NULL;
3910   w = strdup(s);
3911   if (w==NULL) {
3912     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3913     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3914   }
3915   return w;
3916 }
3917
3918
3919
3920 @<Allocate or initialize ...@>=
3921 mp->mem = xmalloc ((mp->mem_max+1),sizeof (memory_word));
3922 memset(mp->mem,0,(mp->mem_max+1)*sizeof (memory_word));
3923
3924 @ @<Dealloc variables@>=
3925 xfree(mp->mem);
3926
3927 @ Users who wish to study the memory requirements of particular applications can
3928 can use optional special features that keep track of current and
3929 maximum memory usage. When code between the delimiters |stat| $\ldots$
3930 |tats| is not ``commented out,'' \MP\ will run a bit slower but it will
3931 report these statistics when |mp_tracing_stats| is positive.
3932
3933 @<Glob...@>=
3934 integer var_used; integer dyn_used; /* how much memory is in use */
3935
3936 @ Let's consider the one-word memory region first, since it's the
3937 simplest. The pointer variable |mem_end| holds the highest-numbered location
3938 of |mem| that has ever been used. The free locations of |mem| that
3939 occur between |hi_mem_min| and |mem_end|, inclusive, are of type
3940 |two_halves|, and we write |info(p)| and |link(p)| for the |lh|
3941 and |rh| fields of |mem[p]| when it is of this type. The single-word
3942 free locations form a linked list
3943 $$|avail|,\;\hbox{|link(avail)|},\;\hbox{|link(link(avail))|},\;\ldots$$
3944 terminated by |null|.
3945
3946 @d link(A)   mp->mem[(A)].hh.rh /* the |link| field of a memory word */
3947 @d info(A)   mp->mem[(A)].hh.lh /* the |info| field of a memory word */
3948
3949 @<Glob...@>=
3950 pointer avail; /* head of the list of available one-word nodes */
3951 pointer mem_end; /* the last one-word node used in |mem| */
3952
3953 @ If one-word memory is exhausted, it might mean that the user has forgotten
3954 a token like `\&{enddef}' or `\&{endfor}'. We will define some procedures
3955 later that try to help pinpoint the trouble.
3956
3957 @c 
3958 @<Declare the procedure called |show_token_list|@>;
3959 @<Declare the procedure called |runaway|@>
3960
3961 @ The function |get_avail| returns a pointer to a new one-word node whose
3962 |link| field is null. However, \MP\ will halt if there is no more room left.
3963 @^inner loop@>
3964
3965 @c 
3966 pointer mp_get_avail (MP mp) { /* single-word node allocation */
3967   pointer p; /* the new node being got */
3968   p=mp->avail; /* get top location in the |avail| stack */
3969   if ( p!=null ) {
3970     mp->avail=link(mp->avail); /* and pop it off */
3971   } else if ( mp->mem_end<mp->mem_max ) { /* or go into virgin territory */
3972     incr(mp->mem_end); p=mp->mem_end;
3973   } else { 
3974     decr(mp->hi_mem_min); p=mp->hi_mem_min;
3975     if ( mp->hi_mem_min<=mp->lo_mem_max ) { 
3976       mp_runaway(mp); /* if memory is exhausted, display possible runaway text */
3977       mp_overflow(mp, "main memory size",mp->mem_max);
3978       /* quit; all one-word nodes are busy */
3979 @:MetaPost capacity exceeded main memory size}{\quad main memory size@>
3980     }
3981   }
3982   link(p)=null; /* provide an oft-desired initialization of the new node */
3983   incr(mp->dyn_used);/* maintain statistics */
3984   return p;
3985 };
3986
3987 @ Conversely, a one-word node is recycled by calling |free_avail|.
3988
3989 @d free_avail(A)  /* single-word node liberation */
3990   { link((A))=mp->avail; mp->avail=(A); decr(mp->dyn_used);  }
3991
3992 @ There's also a |fast_get_avail| routine, which saves the procedure-call
3993 overhead at the expense of extra programming. This macro is used in
3994 the places that would otherwise account for the most calls of |get_avail|.
3995 @^inner loop@>
3996
3997 @d fast_get_avail(A) { 
3998   (A)=mp->avail; /* avoid |get_avail| if possible, to save time */
3999   if ( (A)==null ) { (A)=mp_get_avail(mp); } 
4000   else { mp->avail=link((A)); link((A))=null;  incr(mp->dyn_used); }
4001   }
4002
4003 @ The available-space list that keeps track of the variable-size portion
4004 of |mem| is a nonempty, doubly-linked circular list of empty nodes,
4005 pointed to by the roving pointer |rover|.
4006
4007 Each empty node has size 2 or more; the first word contains the special
4008 value |max_halfword| in its |link| field and the size in its |info| field;
4009 the second word contains the two pointers for double linking.
4010
4011 Each nonempty node also has size 2 or more. Its first word is of type
4012 |two_halves|\kern-1pt, and its |link| field is never equal to |max_halfword|.
4013 Otherwise there is complete flexibility with respect to the contents
4014 of its other fields and its other words.
4015
4016 (We require |mem_max<max_halfword| because terrible things can happen
4017 when |max_halfword| appears in the |link| field of a nonempty node.)
4018
4019 @d empty_flag   max_halfword /* the |link| of an empty variable-size node */
4020 @d is_empty(A)   (link((A))==empty_flag) /* tests for empty node */
4021 @d node_size   info /* the size field in empty variable-size nodes */
4022 @d llink(A)   info((A)+1) /* left link in doubly-linked list of empty nodes */
4023 @d rlink(A)   link((A)+1) /* right link in doubly-linked list of empty nodes */
4024
4025 @<Glob...@>=
4026 pointer rover; /* points to some node in the list of empties */
4027
4028 @ A call to |get_node| with argument |s| returns a pointer to a new node
4029 of size~|s|, which must be 2~or more. The |link| field of the first word
4030 of this new node is set to null. An overflow stop occurs if no suitable
4031 space exists.
4032
4033 If |get_node| is called with $s=2^{30}$, it simply merges adjacent free
4034 areas and returns the value |max_halfword|.
4035
4036 @<Declarations@>=
4037 pointer mp_get_node (MP mp,integer s) ;
4038
4039 @ @c 
4040 pointer mp_get_node (MP mp,integer s) { /* variable-size node allocation */
4041   pointer p; /* the node currently under inspection */
4042   pointer q;  /* the node physically after node |p| */
4043   integer r; /* the newly allocated node, or a candidate for this honor */
4044   integer t,tt; /* temporary registers */
4045 @^inner loop@>
4046  RESTART: 
4047   p=mp->rover; /* start at some free node in the ring */
4048   do {  
4049     @<Try to allocate within node |p| and its physical successors,
4050      and |goto found| if allocation was possible@>;
4051     p=rlink(p); /* move to the next node in the ring */
4052   } while (p!=mp->rover); /* repeat until the whole list has been traversed */
4053   if ( s==010000000000 ) { 
4054     return max_halfword;
4055   };
4056   if ( mp->lo_mem_max+2<mp->hi_mem_min ) {
4057     if ( mp->lo_mem_max+2<=max_halfword ) {
4058       @<Grow more variable-size memory and |goto restart|@>;
4059     }
4060   }
4061   mp_overflow(mp, "main memory size",mp->mem_max);
4062   /* sorry, nothing satisfactory is left */
4063 @:MetaPost capacity exceeded main memory size}{\quad main memory size@>
4064 FOUND: 
4065   link(r)=null; /* this node is now nonempty */
4066   mp->var_used=mp->var_used+s; /* maintain usage statistics */
4067   return r;
4068 }
4069
4070 @ The lower part of |mem| grows by 1000 words at a time, unless
4071 we are very close to going under. When it grows, we simply link
4072 a new node into the available-space list. This method of controlled
4073 growth helps to keep the |mem| usage consecutive when \MP\ is
4074 implemented on ``virtual memory'' systems.
4075 @^virtual memory@>
4076
4077 @<Grow more variable-size memory and |goto restart|@>=
4078
4079   if ( mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max>=1998 ) {
4080     t=mp->lo_mem_max+1000;
4081   } else {
4082     t=mp->lo_mem_max+1+(mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max) / 2; 
4083     /* |lo_mem_max+2<=t<hi_mem_min| */
4084   }
4085   if ( t>max_halfword ) t=max_halfword;
4086   p=llink(mp->rover); q=mp->lo_mem_max; rlink(p)=q; llink(mp->rover)=q;
4087   rlink(q)=mp->rover; llink(q)=p; link(q)=empty_flag; node_size(q)=t-mp->lo_mem_max;
4088   mp->lo_mem_max=t; link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null;
4089   mp->rover=q; 
4090   goto RESTART;
4091 }
4092
4093 @ @<Try to allocate...@>=
4094 q=p+node_size(p); /* find the physical successor */
4095 while ( is_empty(q) ) { /* merge node |p| with node |q| */
4096   t=rlink(q); tt=llink(q);
4097 @^inner loop@>
4098   if ( q==mp->rover ) mp->rover=t;
4099   llink(t)=tt; rlink(tt)=t;
4100   q=q+node_size(q);
4101 }
4102 r=q-s;
4103 if ( r>p+1 ) {
4104   @<Allocate from the top of node |p| and |goto found|@>;
4105 }
4106 if ( r==p ) { 
4107   if ( rlink(p)!=p ) {
4108     @<Allocate entire node |p| and |goto found|@>;
4109   }
4110 }
4111 node_size(p)=q-p /* reset the size in case it grew */
4112
4113 @ @<Allocate from the top...@>=
4114
4115   node_size(p)=r-p; /* store the remaining size */
4116   mp->rover=p; /* start searching here next time */
4117   goto FOUND;
4118 }
4119
4120 @ Here we delete node |p| from the ring, and let |rover| rove around.
4121
4122 @<Allocate entire...@>=
4123
4124   mp->rover=rlink(p); t=llink(p);
4125   llink(mp->rover)=t; rlink(t)=mp->rover;
4126   goto FOUND;
4127 }
4128
4129 @ Conversely, when some variable-size node |p| of size |s| is no longer needed,
4130 the operation |free_node(p,s)| will make its words available, by inserting
4131 |p| as a new empty node just before where |rover| now points.
4132
4133 @<Declarations@>=
4134 void mp_free_node (MP mp, pointer p, halfword s) ;
4135
4136 @ @c 
4137 void mp_free_node (MP mp, pointer p, halfword s) { /* variable-size node
4138   liberation */
4139   pointer q; /* |llink(rover)| */
4140   node_size(p)=s; link(p)=empty_flag;
4141 @^inner loop@>
4142   q=llink(mp->rover); llink(p)=q; rlink(p)=mp->rover; /* set both links */
4143   llink(mp->rover)=p; rlink(q)=p; /* insert |p| into the ring */
4144   mp->var_used=mp->var_used-s; /* maintain statistics */
4145 }
4146
4147 @ Just before \.{INIMP} writes out the memory, it sorts the doubly linked
4148 available space list. The list is probably very short at such times, so a
4149 simple insertion sort is used. The smallest available location will be
4150 pointed to by |rover|, the next-smallest by |rlink(rover)|, etc.
4151
4152 @c 
4153 void mp_sort_avail (MP mp) { /* sorts the available variable-size nodes
4154   by location */
4155   pointer p,q,r; /* indices into |mem| */
4156   pointer old_rover; /* initial |rover| setting */
4157   p=mp_get_node(mp, 010000000000); /* merge adjacent free areas */
4158   p=rlink(mp->rover); rlink(mp->rover)=max_halfword; old_rover=mp->rover;
4159   while ( p!=old_rover ) {
4160     @<Sort |p| into the list starting at |rover|
4161      and advance |p| to |rlink(p)|@>;
4162   }
4163   p=mp->rover;
4164   while ( rlink(p)!=max_halfword ) { 
4165     llink(rlink(p))=p; p=rlink(p);
4166   };
4167   rlink(p)=mp->rover; llink(mp->rover)=p;
4168 }
4169
4170 @ The following |while| loop is guaranteed to
4171 terminate, since the list that starts at
4172 |rover| ends with |max_halfword| during the sorting procedure.
4173
4174 @<Sort |p|...@>=
4175 if ( p<mp->rover ) { 
4176   q=p; p=rlink(q); rlink(q)=mp->rover; mp->rover=q;
4177 } else  { 
4178   q=mp->rover;
4179   while ( rlink(q)<p ) q=rlink(q);
4180   r=rlink(p); rlink(p)=rlink(q); rlink(q)=p; p=r;
4181 }
4182
4183 @* \[11] Memory layout.
4184 Some areas of |mem| are dedicated to fixed usage, since static allocation is
4185 more efficient than dynamic allocation when we can get away with it. For
4186 example, locations |0| to |1| are always used to store a
4187 two-word dummy token whose second word is zero.
4188 The following macro definitions accomplish the static allocation by giving
4189 symbolic names to the fixed positions. Static variable-size nodes appear
4190 in locations |0| through |lo_mem_stat_max|, and static single-word nodes
4191 appear in locations |hi_mem_stat_min| through |mem_top|, inclusive.
4192
4193 @d null_dash (2) /* the first two words are reserved for a null value */
4194 @d dep_head (null_dash+3) /* we will define |dash_node_size=3| */
4195 @d zero_val (dep_head+2) /* two words for a permanently zero value */
4196 @d temp_val (zero_val+2) /* two words for a temporary value node */
4197 @d end_attr temp_val /* we use |end_attr+2| only */
4198 @d inf_val (end_attr+2) /* and |inf_val+1| only */
4199 @d test_pen (inf_val+2)
4200   /* nine words for a pen used when testing the turning number */
4201 @d bad_vardef (test_pen+9) /* two words for \&{vardef} error recovery */
4202 @d lo_mem_stat_max (bad_vardef+1)  /* largest statically
4203   allocated word in the variable-size |mem| */
4204 @#
4205 @d sentinel mp->mem_top /* end of sorted lists */
4206 @d temp_head (mp->mem_top-1) /* head of a temporary list of some kind */
4207 @d hold_head (mp->mem_top-2) /* head of a temporary list of another kind */
4208 @d spec_head (mp->mem_top-3) /* head of a list of unprocessed \&{special} items */
4209 @d hi_mem_stat_min (mp->mem_top-3) /* smallest statically allocated word in
4210   the one-word |mem| */
4211
4212 @ The following code gets the dynamic part of |mem| off to a good start,
4213 when \MP\ is initializing itself the slow way.
4214
4215 @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>=
4216 @^data structure assumptions@>
4217 mp->rover=lo_mem_stat_max+1; /* initialize the dynamic memory */
4218 link(mp->rover)=empty_flag;
4219 node_size(mp->rover)=1000; /* which is a 1000-word available node */
4220 llink(mp->rover)=mp->rover; rlink(mp->rover)=mp->rover;
4221 mp->lo_mem_max=mp->rover+1000; link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null;
4222 for (k=hi_mem_stat_min;k<=(int)mp->mem_top;k++) {
4223   mp->mem[k]=mp->mem[mp->lo_mem_max]; /* clear list heads */
4224 }
4225 mp->avail=null; mp->mem_end=mp->mem_top;
4226 mp->hi_mem_min=hi_mem_stat_min; /* initialize the one-word memory */
4227 mp->var_used=lo_mem_stat_max+1; 
4228 mp->dyn_used=mp->mem_top+1-(hi_mem_stat_min);  /* initialize statistics */
4229 @<Initialize a pen at |test_pen| so that it fits in nine words@>;
4230
4231 @ The procedure |flush_list(p)| frees an entire linked list of one-word
4232 nodes that starts at a given position, until coming to |sentinel| or a
4233 pointer that is not in the one-word region. Another procedure,
4234 |flush_node_list|, frees an entire linked list of one-word and two-word
4235 nodes, until coming to a |null| pointer.
4236 @^inner loop@>
4237
4238 @c 
4239 void mp_flush_list (MP mp,pointer p) { /* makes list of single-word nodes  available */
4240   pointer q,r; /* list traversers */
4241   if ( p>=mp->hi_mem_min ) if ( p!=sentinel ) { 
4242     r=p;
4243     do {  
4244       q=r; r=link(r); 
4245       decr(mp->dyn_used);
4246       if ( r<mp->hi_mem_min ) break;
4247     } while (r!=sentinel);
4248   /* now |q| is the last node on the list */
4249     link(q)=mp->avail; mp->avail=p;
4250   }
4251 }
4252 @#
4253 void mp_flush_node_list (MP mp,pointer p) {
4254   pointer q; /* the node being recycled */
4255   while ( p!=null ){ 
4256     q=p; p=link(p);
4257     if ( q<mp->hi_mem_min ) 
4258       mp_free_node(mp, q,2);
4259     else 
4260       free_avail(q);
4261   }
4262 }
4263
4264 @ If \MP\ is extended improperly, the |mem| array might get screwed up.
4265 For example, some pointers might be wrong, or some ``dead'' nodes might not
4266 have been freed when the last reference to them disappeared. Procedures
4267 |check_mem| and |search_mem| are available to help diagnose such
4268 problems. These procedures make use of two arrays called |free| and
4269 |was_free| that are present only if \MP's debugging routines have
4270 been included. (You may want to decrease the size of |mem| while you
4271 @^debugging@>
4272 are debugging.)
4273
4274 Because |boolean|s are typedef-d as ints, it is better to use
4275 unsigned chars here.
4276
4277 @<Glob...@>=
4278 unsigned char *free; /* free cells */
4279 unsigned char *was_free; /* previously free cells */
4280 pointer was_mem_end; pointer was_lo_max; pointer was_hi_min;
4281   /* previous |mem_end|, |lo_mem_max|,and |hi_mem_min| */
4282 boolean panicking; /* do we want to check memory constantly? */
4283
4284 @ @<Allocate or initialize ...@>=
4285 mp->free = xmalloc ((mp->mem_max+1),sizeof (unsigned char));
4286 mp->was_free = xmalloc ((mp->mem_max+1), sizeof (unsigned char));
4287
4288 @ @<Dealloc variables@>=
4289 xfree(mp->free);
4290 xfree(mp->was_free);
4291
4292 @ @<Allocate or ...@>=
4293 mp->was_mem_end=0; /* indicate that everything was previously free */
4294 mp->was_lo_max=0; mp->was_hi_min=mp->mem_max;
4295 mp->panicking=false;
4296
4297 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
4298 void mp_reallocate_memory(MP mp, int l) ;
4299
4300 @ @c
4301 void mp_reallocate_memory(MP mp, int l) {
4302    XREALLOC(mp->free,     l, unsigned char);
4303    XREALLOC(mp->was_free, l, unsigned char);
4304    if (mp->mem) {
4305          int newarea = l-mp->mem_max;
4306      XREALLOC(mp->mem,      l, memory_word);
4307      memset (mp->mem+(mp->mem_max+1),0,sizeof(memory_word)*(newarea));
4308    } else {
4309      XREALLOC(mp->mem,      l, memory_word);
4310      memset(mp->mem,0,sizeof(memory_word)*(l+1));
4311    }
4312    mp->mem_max = l;
4313    if (mp->ini_version) 
4314      mp->mem_top = l;
4315 }
4316
4317
4318
4319 @ Procedure |check_mem| makes sure that the available space lists of
4320 |mem| are well formed, and it optionally prints out all locations
4321 that are reserved now but were free the last time this procedure was called.
4322
4323 @c 
4324 void mp_check_mem (MP mp,boolean print_locs ) {
4325   pointer p,q,r; /* current locations of interest in |mem| */
4326   boolean clobbered; /* is something amiss? */
4327   for (p=0;p<=mp->lo_mem_max;p++) {
4328     mp->free[p]=false; /* you can probably do this faster */
4329   }
4330   for (p=mp->hi_mem_min;p<= mp->mem_end;p++) {
4331     mp->free[p]=false; /* ditto */
4332   }
4333   @<Check single-word |avail| list@>;
4334   @<Check variable-size |avail| list@>;
4335   @<Check flags of unavailable nodes@>;
4336   @<Check the list of linear dependencies@>;
4337   if ( print_locs ) {
4338     @<Print newly busy locations@>;
4339   }
4340   memcpy(mp->was_free,mp->free, sizeof(char)*(mp->mem_end+1));
4341   mp->was_mem_end=mp->mem_end; 
4342   mp->was_lo_max=mp->lo_mem_max; 
4343   mp->was_hi_min=mp->hi_mem_min;
4344 }
4345
4346 @ @<Check single-word...@>=
4347 p=mp->avail; q=null; clobbered=false;
4348 while ( p!=null ) { 
4349   if ( (p>mp->mem_end)||(p<mp->hi_mem_min) ) clobbered=true;
4350   else if ( mp->free[p] ) clobbered=true;
4351   if ( clobbered ) { 
4352     mp_print_nl(mp, "AVAIL list clobbered at ");
4353 @.AVAIL list clobbered...@>
4354     mp_print_int(mp, q); break;
4355   }
4356   mp->free[p]=true; q=p; p=link(q);
4357 }
4358
4359 @ @<Check variable-size...@>=
4360 p=mp->rover; q=null; clobbered=false;
4361 do {  
4362   if ( (p>=mp->lo_mem_max)||(p<0) ) clobbered=true;
4363   else if ( (rlink(p)>=mp->lo_mem_max)||(rlink(p)<0) ) clobbered=true;
4364   else if (  !(is_empty(p))||(node_size(p)<2)||
4365    (p+node_size(p)>mp->lo_mem_max)|| (llink(rlink(p))!=p) ) clobbered=true;
4366   if ( clobbered ) { 
4367     mp_print_nl(mp, "Double-AVAIL list clobbered at ");
4368 @.Double-AVAIL list clobbered...@>
4369     mp_print_int(mp, q); break;
4370   }
4371   for (q=p;q<=p+node_size(p)-1;q++) { /* mark all locations free */
4372     if ( mp->free[q] ) { 
4373       mp_print_nl(mp, "Doubly free location at ");
4374 @.Doubly free location...@>
4375       mp_print_int(mp, q); break;
4376     }
4377     mp->free[q]=true;
4378   }
4379   q=p; p=rlink(p);
4380 } while (p!=mp->rover)
4381
4382
4383 @ @<Check flags...@>=
4384 p=0;
4385 while ( p<=mp->lo_mem_max ) { /* node |p| should not be empty */
4386   if ( is_empty(p) ) {
4387     mp_print_nl(mp, "Bad flag at "); mp_print_int(mp, p);
4388 @.Bad flag...@>
4389   }
4390   while ( (p<=mp->lo_mem_max) && ! mp->free[p] ) incr(p);
4391   while ( (p<=mp->lo_mem_max) && mp->free[p] ) incr(p);
4392 }
4393
4394 @ @<Print newly busy...@>=
4395
4396   @<Do intialization required before printing new busy locations@>;
4397   mp_print_nl(mp, "New busy locs:");
4398 @.New busy locs@>
4399   for (p=0;p<= mp->lo_mem_max;p++ ) {
4400     if ( ! mp->free[p] && ((p>mp->was_lo_max) || mp->was_free[p]) ) {
4401       @<Indicate that |p| is a new busy location@>;
4402     }
4403   }
4404   for (p=mp->hi_mem_min;p<=mp->mem_end;p++ ) {
4405     if ( ! mp->free[p] &&
4406         ((p<mp->was_hi_min) || (p>mp->was_mem_end) || mp->was_free[p]) ) {
4407       @<Indicate that |p| is a new busy location@>;
4408     }
4409   }
4410   @<Finish printing new busy locations@>;
4411 }
4412
4413 @ There might be many new busy locations so we are careful to print contiguous
4414 blocks compactly.  During this operation |q| is the last new busy location and
4415 |r| is the start of the block containing |q|.
4416
4417 @<Indicate that |p| is a new busy location@>=
4418
4419   if ( p>q+1 ) { 
4420     if ( q>r ) { 
4421       mp_print(mp, ".."); mp_print_int(mp, q);
4422     }
4423     mp_print_char(mp, ' '); mp_print_int(mp, p);
4424     r=p;
4425   }
4426   q=p;
4427 }
4428
4429 @ @<Do intialization required before printing new busy locations@>=
4430 q=mp->mem_max; r=mp->mem_max
4431
4432 @ @<Finish printing new busy locations@>=
4433 if ( q>r ) { 
4434   mp_print(mp, ".."); mp_print_int(mp, q);
4435 }
4436
4437 @ The |search_mem| procedure attempts to answer the question ``Who points
4438 to node~|p|?'' In doing so, it fetches |link| and |info| fields of |mem|
4439 that might not be of type |two_halves|. Strictly speaking, this is
4440 @^dirty \PASCAL@>
4441 undefined in \PASCAL, and it can lead to ``false drops'' (words that seem to
4442 point to |p| purely by coincidence). But for debugging purposes, we want
4443 to rule out the places that do {\sl not\/} point to |p|, so a few false
4444 drops are tolerable.
4445
4446 @c
4447 void mp_search_mem (MP mp, pointer p) { /* look for pointers to |p| */
4448   integer q; /* current position being searched */
4449   for (q=0;q<=mp->lo_mem_max;q++) { 
4450     if ( link(q)==p ){ 
4451       mp_print_nl(mp, "LINK("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4452     }
4453     if ( info(q)==p ) { 
4454       mp_print_nl(mp, "INFO("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4455     }
4456   }
4457   for (q=mp->hi_mem_min;q<=mp->mem_end;q++) {
4458     if ( link(q)==p ) {
4459       mp_print_nl(mp, "LINK("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4460     }
4461     if ( info(q)==p ) {
4462       mp_print_nl(mp, "INFO("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4463     }
4464   }
4465   @<Search |eqtb| for equivalents equal to |p|@>;
4466 }
4467
4468 @* \[12] The command codes.
4469 Before we can go much further, we need to define symbolic names for the internal
4470 code numbers that represent the various commands obeyed by \MP. These codes
4471 are somewhat arbitrary, but not completely so. For example,
4472 some codes have been made adjacent so that |case| statements in the
4473 program need not consider cases that are widely spaced, or so that |case|
4474 statements can be replaced by |if| statements. A command can begin an
4475 expression if and only if its code lies between |min_primary_command| and
4476 |max_primary_command|, inclusive. The first token of a statement that doesn't
4477 begin with an expression has a command code between |min_command| and
4478 |max_statement_command|, inclusive. Anything less than |min_command| is
4479 eliminated during macro expansions, and anything no more than |max_pre_command|
4480 is eliminated when expanding \TeX\ material.  Ranges such as
4481 |min_secondary_command..max_secondary_command| are used when parsing
4482 expressions, but the relative ordering within such a range is generally not
4483 critical.
4484
4485 The ordering of the highest-numbered commands
4486 (|comma<semicolon<end_group<stop|) is crucial for the parsing and
4487 error-recovery methods of this program as is the ordering |if_test<fi_or_else|
4488 for the smallest two commands.  The ordering is also important in the ranges
4489 |numeric_token..plus_or_minus| and |left_brace..ampersand|.
4490
4491 At any rate, here is the list, for future reference.
4492
4493 @d start_tex 1 /* begin \TeX\ material (\&{btex}, \&{verbatimtex}) */
4494 @d etex_marker 2 /* end \TeX\ material (\&{etex}) */
4495 @d mpx_break 3 /* stop reading an \.{MPX} file (\&{mpxbreak}) */
4496 @d max_pre_command mpx_break
4497 @d if_test 4 /* conditional text (\&{if}) */
4498 @d fi_or_else 5 /* delimiters for conditionals (\&{elseif}, \&{else}, \&{fi} */
4499 @d input 6 /* input a source file (\&{input}, \&{endinput}) */
4500 @d iteration 7 /* iterate (\&{for}, \&{forsuffixes}, \&{forever}, \&{endfor}) */
4501 @d repeat_loop 8 /* special command substituted for \&{endfor} */
4502 @d exit_test 9 /* premature exit from a loop (\&{exitif}) */
4503 @d relax 10 /* do nothing (\.{\char`\\}) */
4504 @d scan_tokens 11 /* put a string into the input buffer */
4505 @d expand_after 12 /* look ahead one token */
4506 @d defined_macro 13 /* a macro defined by the user */
4507 @d min_command (defined_macro+1)
4508 @d save_command 14 /* save a list of tokens (\&{save}) */
4509 @d interim_command 15 /* save an internal quantity (\&{interim}) */
4510 @d let_command 16 /* redefine a symbolic token (\&{let}) */
4511 @d new_internal 17 /* define a new internal quantity (\&{newinternal}) */
4512 @d macro_def 18 /* define a macro (\&{def}, \&{vardef}, etc.) */
4513 @d ship_out_command 19 /* output a character (\&{shipout}) */
4514 @d add_to_command 20 /* add to edges (\&{addto}) */
4515 @d bounds_command 21  /* add bounding path to edges (\&{setbounds}, \&{clip}) */
4516 @d tfm_command 22 /* command for font metric info (\&{ligtable}, etc.) */
4517 @d protection_command 23 /* set protection flag (\&{outer}, \&{inner}) */
4518 @d show_command 24 /* diagnostic output (\&{show}, \&{showvariable}, etc.) */
4519 @d mode_command 25 /* set interaction level (\&{batchmode}, etc.) */
4520 @d random_seed 26 /* initialize random number generator (\&{randomseed}) */
4521 @d message_command 27 /* communicate to user (\&{message}, \&{errmessage}) */
4522 @d every_job_command 28 /* designate a starting token (\&{everyjob}) */
4523 @d delimiters 29 /* define a pair of delimiters (\&{delimiters}) */
4524 @d special_command 30 /* output special info (\&{special})
4525                        or font map info (\&{fontmapfile}, \&{fontmapline}) */
4526 @d write_command 31 /* write text to a file (\&{write}) */
4527 @d type_name 32 /* declare a type (\&{numeric}, \&{pair}, etc. */
4528 @d max_statement_command type_name
4529 @d min_primary_command type_name
4530 @d left_delimiter 33 /* the left delimiter of a matching pair */
4531 @d begin_group 34 /* beginning of a group (\&{begingroup}) */
4532 @d nullary 35 /* an operator without arguments (e.g., \&{normaldeviate}) */
4533 @d unary 36 /* an operator with one argument (e.g., \&{sqrt}) */
4534 @d str_op 37 /* convert a suffix to a string (\&{str}) */
4535 @d cycle 38 /* close a cyclic path (\&{cycle}) */
4536 @d primary_binary 39 /* binary operation taking `\&{of}' (e.g., \&{point}) */
4537 @d capsule_token 40 /* a value that has been put into a token list */
4538 @d string_token 41 /* a string constant (e.g., |"hello"|) */
4539 @d internal_quantity 42 /* internal numeric parameter (e.g., \&{pausing}) */
4540 @d min_suffix_token internal_quantity
4541 @d tag_token 43 /* a symbolic token without a primitive meaning */
4542 @d numeric_token 44 /* a numeric constant (e.g., \.{3.14159}) */
4543 @d max_suffix_token numeric_token
4544 @d plus_or_minus 45 /* either `\.+' or `\.-' */
4545 @d max_primary_command plus_or_minus /* should also be |numeric_token+1| */
4546 @d min_tertiary_command plus_or_minus
4547 @d tertiary_secondary_macro 46 /* a macro defined by \&{secondarydef} */
4548 @d tertiary_binary 47 /* an operator at the tertiary level (e.g., `\.{++}') */
4549 @d max_tertiary_command tertiary_binary
4550 @d left_brace 48 /* the operator `\.{\char`\{}' */
4551 @d min_expression_command left_brace
4552 @d path_join 49 /* the operator `\.{..}' */
4553 @d ampersand 50 /* the operator `\.\&' */
4554 @d expression_tertiary_macro 51 /* a macro defined by \&{tertiarydef} */
4555 @d expression_binary 52 /* an operator at the expression level (e.g., `\.<') */
4556 @d equals 53 /* the operator `\.=' */
4557 @d max_expression_command equals
4558 @d and_command 54 /* the operator `\&{and}' */
4559 @d min_secondary_command and_command
4560 @d secondary_primary_macro 55 /* a macro defined by \&{primarydef} */
4561 @d slash 56 /* the operator `\./' */
4562 @d secondary_binary 57 /* an operator at the binary level (e.g., \&{shifted}) */
4563 @d max_secondary_command secondary_binary
4564 @d param_type 58 /* type of parameter (\&{primary}, \&{expr}, \&{suffix}, etc.) */
4565 @d controls 59 /* specify control points explicitly (\&{controls}) */
4566 @d tension 60 /* specify tension between knots (\&{tension}) */
4567 @d at_least 61 /* bounded tension value (\&{atleast}) */
4568 @d curl_command 62 /* specify curl at an end knot (\&{curl}) */
4569 @d macro_special 63 /* special macro operators (\&{quote}, \.{\#\AT!}, etc.) */
4570 @d right_delimiter 64 /* the right delimiter of a matching pair */
4571 @d left_bracket 65 /* the operator `\.[' */
4572 @d right_bracket 66 /* the operator `\.]' */
4573 @d right_brace 67 /* the operator `\.{\char`\}}' */
4574 @d with_option 68 /* option for filling (\&{withpen}, \&{withweight}, etc.) */
4575 @d thing_to_add 69
4576   /* variant of \&{addto} (\&{contour}, \&{doublepath}, \&{also}) */
4577 @d of_token 70 /* the operator `\&{of}' */
4578 @d to_token 71 /* the operator `\&{to}' */
4579 @d step_token 72 /* the operator `\&{step}' */
4580 @d until_token 73 /* the operator `\&{until}' */
4581 @d within_token 74 /* the operator `\&{within}' */
4582 @d lig_kern_token 75
4583   /* the operators `\&{kern}' and `\.{=:}' and `\.{=:\char'174}, etc. */
4584 @d assignment 76 /* the operator `\.{:=}' */
4585 @d skip_to 77 /* the operation `\&{skipto}' */
4586 @d bchar_label 78 /* the operator `\.{\char'174\char'174:}' */
4587 @d double_colon 79 /* the operator `\.{::}' */
4588 @d colon 80 /* the operator `\.:' */
4589 @#
4590 @d comma 81 /* the operator `\.,', must be |colon+1| */
4591 @d end_of_statement (mp->cur_cmd>comma)
4592 @d semicolon 82 /* the operator `\.;', must be |comma+1| */
4593 @d end_group 83 /* end a group (\&{endgroup}), must be |semicolon+1| */
4594 @d stop 84 /* end a job (\&{end}, \&{dump}), must be |end_group+1| */
4595 @d max_command_code stop
4596 @d outer_tag (max_command_code+1) /* protection code added to command code */
4597
4598 @<Types...@>=
4599 typedef int command_code;
4600
4601 @ Variables and capsules in \MP\ have a variety of ``types,''
4602 distinguished by the code numbers defined here. These numbers are also
4603 not completely arbitrary.  Things that get expanded must have types
4604 |>mp_independent|; a type remaining after expansion is numeric if and only if
4605 its code number is at least |numeric_type|; objects containing numeric
4606 parts must have types between |transform_type| and |pair_type|;
4607 all other types must be smaller than |transform_type|; and among the types
4608 that are not unknown or vacuous, the smallest two must be |boolean_type|
4609 and |string_type| in that order.
4610  
4611 @d undefined 0 /* no type has been declared */
4612 @d unknown_tag 1 /* this constant is added to certain type codes below */
4613 @d unknown_types mp_unknown_boolean: case mp_unknown_string:
4614   case mp_unknown_pen: case mp_unknown_picture: case mp_unknown_path
4615
4616 @<Types...@>=
4617 enum mp_variable_type {
4618 mp_vacuous=1, /* no expression was present */
4619 mp_boolean_type, /* \&{boolean} with a known value */
4620 mp_unknown_boolean,
4621 mp_string_type, /* \&{string} with a known value */
4622 mp_unknown_string,
4623 mp_pen_type, /* \&{pen} with a known value */
4624 mp_unknown_pen,
4625 mp_path_type, /* \&{path} with a known value */
4626 mp_unknown_path,
4627 mp_picture_type, /* \&{picture} with a known value */
4628 mp_unknown_picture,
4629 mp_transform_type, /* \&{transform} variable or capsule */
4630 mp_color_type, /* \&{color} variable or capsule */
4631 mp_cmykcolor_type, /* \&{cmykcolor} variable or capsule */
4632 mp_pair_type, /* \&{pair} variable or capsule */
4633 mp_numeric_type, /* variable that has been declared \&{numeric} but not used */
4634 mp_known, /* \&{numeric} with a known value */
4635 mp_dependent, /* a linear combination with |fraction| coefficients */
4636 mp_proto_dependent, /* a linear combination with |scaled| coefficients */
4637 mp_independent, /* \&{numeric} with unknown value */
4638 mp_token_list, /* variable name or suffix argument or text argument */
4639 mp_structured, /* variable with subscripts and attributes */
4640 mp_unsuffixed_macro, /* variable defined with \&{vardef} but no \.{\AT!\#} */
4641 mp_suffixed_macro /* variable defined with \&{vardef} and \.{\AT!\#} */
4642 } ;
4643
4644 @ @<Declarations@>=
4645 void mp_print_type (MP mp,small_number t) ;
4646
4647 @ @<Basic printing procedures@>=
4648 void mp_print_type (MP mp,small_number t) { 
4649   switch (t) {
4650   case mp_vacuous:mp_print(mp, "mp_vacuous"); break;
4651   case mp_boolean_type:mp_print(mp, "boolean"); break;
4652   case mp_unknown_boolean:mp_print(mp, "unknown boolean"); break;
4653   case mp_string_type:mp_print(mp, "string"); break;
4654   case mp_unknown_string:mp_print(mp, "unknown string"); break;
4655   case mp_pen_type:mp_print(mp, "pen"); break;
4656   case mp_unknown_pen:mp_print(mp, "unknown pen"); break;
4657   case mp_path_type:mp_print(mp, "path"); break;
4658   case mp_unknown_path:mp_print(mp, "unknown path"); break;
4659   case mp_picture_type:mp_print(mp, "picture"); break;
4660   case mp_unknown_picture:mp_print(mp, "unknown picture"); break;
4661   case mp_transform_type:mp_print(mp, "transform"); break;
4662   case mp_color_type:mp_print(mp, "color"); break;
4663   case mp_cmykcolor_type:mp_print(mp, "cmykcolor"); break;
4664   case mp_pair_type:mp_print(mp, "pair"); break;
4665   case mp_known:mp_print(mp, "known numeric"); break;
4666   case mp_dependent:mp_print(mp, "dependent"); break;
4667   case mp_proto_dependent:mp_print(mp, "proto-dependent"); break;
4668   case mp_numeric_type:mp_print(mp, "numeric"); break;
4669   case mp_independent:mp_print(mp, "independent"); break;
4670   case mp_token_list:mp_print(mp, "token list"); break;
4671   case mp_structured:mp_print(mp, "mp_structured"); break;
4672   case mp_unsuffixed_macro:mp_print(mp, "unsuffixed macro"); break;
4673   case mp_suffixed_macro:mp_print(mp, "suffixed macro"); break;
4674   default: mp_print(mp, "undefined"); break;
4675   }
4676 }
4677
4678 @ Values inside \MP\ are stored in two-word nodes that have a |name_type|
4679 as well as a |type|. The possibilities for |name_type| are defined
4680 here; they will be explained in more detail later.
4681
4682 @<Types...@>=
4683 enum mp_name_type {
4684  mp_root=0, /* |name_type| at the top level of a variable */
4685  mp_saved_root, /* same, when the variable has been saved */
4686  mp_structured_root, /* |name_type| where a |mp_structured| branch occurs */
4687  mp_subscr, /* |name_type| in a subscript node */
4688  mp_attr, /* |name_type| in an attribute node */
4689  mp_x_part_sector, /* |name_type| in the \&{xpart} of a node */
4690  mp_y_part_sector, /* |name_type| in the \&{ypart} of a node */
4691  mp_xx_part_sector, /* |name_type| in the \&{xxpart} of a node */
4692  mp_xy_part_sector, /* |name_type| in the \&{xypart} of a node */
4693  mp_yx_part_sector, /* |name_type| in the \&{yxpart} of a node */
4694  mp_yy_part_sector, /* |name_type| in the \&{yypart} of a node */
4695  mp_red_part_sector, /* |name_type| in the \&{redpart} of a node */
4696  mp_green_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4697  mp_blue_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4698  mp_cyan_part_sector, /* |name_type| in the \&{redpart} of a node */
4699  mp_magenta_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4700  mp_yellow_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4701  mp_black_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4702  mp_grey_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4703  mp_capsule, /* |name_type| in stashed-away subexpressions */
4704  mp_token  /* |name_type| in a numeric token or string token */
4705 };
4706
4707 @ Primitive operations that produce values have a secondary identification
4708 code in addition to their command code; it's something like genera and species.
4709 For example, `\.*' has the command code |primary_binary|, and its
4710 secondary identification is |times|. The secondary codes start at 30 so that
4711 they don't overlap with the type codes; some type codes (e.g., |mp_string_type|)
4712 are used as operators as well as type identifications.  The relative values
4713 are not critical, except for |true_code..false_code|, |or_op..and_op|,
4714 and |filled_op..bounded_op|.  The restrictions are that
4715 |and_op-false_code=or_op-true_code|, that the ordering of
4716 |x_part...blue_part| must match that of |x_part_sector..mp_blue_part_sector|,
4717 and the ordering of |filled_op..bounded_op| must match that of the code
4718 values they test for.
4719
4720 @d true_code 30 /* operation code for \.{true} */
4721 @d false_code 31 /* operation code for \.{false} */
4722 @d null_picture_code 32 /* operation code for \.{nullpicture} */
4723 @d null_pen_code 33 /* operation code for \.{nullpen} */
4724 @d job_name_op 34 /* operation code for \.{jobname} */
4725 @d read_string_op 35 /* operation code for \.{readstring} */
4726 @d pen_circle 36 /* operation code for \.{pencircle} */
4727 @d normal_deviate 37 /* operation code for \.{normaldeviate} */
4728 @d read_from_op 38 /* operation code for \.{readfrom} */
4729 @d close_from_op 39 /* operation code for \.{closefrom} */
4730 @d odd_op 40 /* operation code for \.{odd} */
4731 @d known_op 41 /* operation code for \.{known} */
4732 @d unknown_op 42 /* operation code for \.{unknown} */
4733 @d not_op 43 /* operation code for \.{not} */
4734 @d decimal 44 /* operation code for \.{decimal} */
4735 @d reverse 45 /* operation code for \.{reverse} */
4736 @d make_path_op 46 /* operation code for \.{makepath} */
4737 @d make_pen_op 47 /* operation code for \.{makepen} */
4738 @d oct_op 48 /* operation code for \.{oct} */
4739 @d hex_op 49 /* operation code for \.{hex} */
4740 @d ASCII_op 50 /* operation code for \.{ASCII} */
4741 @d char_op 51 /* operation code for \.{char} */
4742 @d length_op 52 /* operation code for \.{length} */
4743 @d turning_op 53 /* operation code for \.{turningnumber} */
4744 @d color_model_part 54 /* operation code for \.{colormodel} */
4745 @d x_part 55 /* operation code for \.{xpart} */
4746 @d y_part 56 /* operation code for \.{ypart} */
4747 @d xx_part 57 /* operation code for \.{xxpart} */
4748 @d xy_part 58 /* operation code for \.{xypart} */
4749 @d yx_part 59 /* operation code for \.{yxpart} */
4750 @d yy_part 60 /* operation code for \.{yypart} */
4751 @d red_part 61 /* operation code for \.{redpart} */
4752 @d green_part 62 /* operation code for \.{greenpart} */
4753 @d blue_part 63 /* operation code for \.{bluepart} */
4754 @d cyan_part 64 /* operation code for \.{cyanpart} */
4755 @d magenta_part 65 /* operation code for \.{magentapart} */
4756 @d yellow_part 66 /* operation code for \.{yellowpart} */
4757 @d black_part 67 /* operation code for \.{blackpart} */
4758 @d grey_part 68 /* operation code for \.{greypart} */
4759 @d font_part 69 /* operation code for \.{fontpart} */
4760 @d text_part 70 /* operation code for \.{textpart} */
4761 @d path_part 71 /* operation code for \.{pathpart} */
4762 @d pen_part 72 /* operation code for \.{penpart} */
4763 @d dash_part 73 /* operation code for \.{dashpart} */
4764 @d sqrt_op 74 /* operation code for \.{sqrt} */
4765 @d m_exp_op 75 /* operation code for \.{mexp} */
4766 @d m_log_op 76 /* operation code for \.{mlog} */
4767 @d sin_d_op 77 /* operation code for \.{sind} */
4768 @d cos_d_op 78 /* operation code for \.{cosd} */
4769 @d floor_op 79 /* operation code for \.{floor} */
4770 @d uniform_deviate 80 /* operation code for \.{uniformdeviate} */
4771 @d char_exists_op 81 /* operation code for \.{charexists} */
4772 @d font_size 82 /* operation code for \.{fontsize} */
4773 @d ll_corner_op 83 /* operation code for \.{llcorner} */
4774 @d lr_corner_op 84 /* operation code for \.{lrcorner} */
4775 @d ul_corner_op 85 /* operation code for \.{ulcorner} */
4776 @d ur_corner_op 86 /* operation code for \.{urcorner} */
4777 @d arc_length 87 /* operation code for \.{arclength} */
4778 @d angle_op 88 /* operation code for \.{angle} */
4779 @d cycle_op 89 /* operation code for \.{cycle} */
4780 @d filled_op 90 /* operation code for \.{filled} */
4781 @d stroked_op 91 /* operation code for \.{stroked} */
4782 @d textual_op 92 /* operation code for \.{textual} */
4783 @d clipped_op 93 /* operation code for \.{clipped} */
4784 @d bounded_op 94 /* operation code for \.{bounded} */
4785 @d plus 95 /* operation code for \.+ */
4786 @d minus 96 /* operation code for \.- */
4787 @d times 97 /* operation code for \.* */
4788 @d over 98 /* operation code for \./ */
4789 @d pythag_add 99 /* operation code for \.{++} */
4790 @d pythag_sub 100 /* operation code for \.{+-+} */
4791 @d or_op 101 /* operation code for \.{or} */
4792 @d and_op 102 /* operation code for \.{and} */
4793 @d less_than 103 /* operation code for \.< */
4794 @d less_or_equal 104 /* operation code for \.{<=} */
4795 @d greater_than 105 /* operation code for \.> */
4796 @d greater_or_equal 106 /* operation code for \.{>=} */
4797 @d equal_to 107 /* operation code for \.= */
4798 @d unequal_to 108 /* operation code for \.{<>} */
4799 @d concatenate 109 /* operation code for \.\& */
4800 @d rotated_by 110 /* operation code for \.{rotated} */
4801 @d slanted_by 111 /* operation code for \.{slanted} */
4802 @d scaled_by 112 /* operation code for \.{scaled} */
4803 @d shifted_by 113 /* operation code for \.{shifted} */
4804 @d transformed_by 114 /* operation code for \.{transformed} */
4805 @d x_scaled 115 /* operation code for \.{xscaled} */
4806 @d y_scaled 116 /* operation code for \.{yscaled} */
4807 @d z_scaled 117 /* operation code for \.{zscaled} */
4808 @d in_font 118 /* operation code for \.{infont} */
4809 @d intersect 119 /* operation code for \.{intersectiontimes} */
4810 @d double_dot 120 /* operation code for improper \.{..} */
4811 @d substring_of 121 /* operation code for \.{substring} */
4812 @d min_of substring_of
4813 @d subpath_of 122 /* operation code for \.{subpath} */
4814 @d direction_time_of 123 /* operation code for \.{directiontime} */
4815 @d point_of 124 /* operation code for \.{point} */
4816 @d precontrol_of 125 /* operation code for \.{precontrol} */
4817 @d postcontrol_of 126 /* operation code for \.{postcontrol} */
4818 @d pen_offset_of 127 /* operation code for \.{penoffset} */
4819 @d arc_time_of 128 /* operation code for \.{arctime} */
4820 @d mp_version 129 /* operation code for \.{mpversion} */
4821
4822 @c void mp_print_op (MP mp,quarterword c) { 
4823   if (c<=mp_numeric_type ) {
4824     mp_print_type(mp, c);
4825   } else {
4826     switch (c) {
4827     case true_code:mp_print(mp, "true"); break;
4828     case false_code:mp_print(mp, "false"); break;
4829     case null_picture_code:mp_print(mp, "nullpicture"); break;
4830     case null_pen_code:mp_print(mp, "nullpen"); break;
4831     case job_name_op:mp_print(mp, "jobname"); break;
4832     case read_string_op:mp_print(mp, "readstring"); break;
4833     case pen_circle:mp_print(mp, "pencircle"); break;
4834     case normal_deviate:mp_print(mp, "normaldeviate"); break;
4835     case read_from_op:mp_print(mp, "readfrom"); break;
4836     case close_from_op:mp_print(mp, "closefrom"); break;
4837     case odd_op:mp_print(mp, "odd"); break;
4838     case known_op:mp_print(mp, "known"); break;
4839     case unknown_op:mp_print(mp, "unknown"); break;
4840     case not_op:mp_print(mp, "not"); break;
4841     case decimal:mp_print(mp, "decimal"); break;
4842     case reverse:mp_print(mp, "reverse"); break;
4843     case make_path_op:mp_print(mp, "makepath"); break;
4844     case make_pen_op:mp_print(mp, "makepen"); break;
4845     case oct_op:mp_print(mp, "oct"); break;
4846     case hex_op:mp_print(mp, "hex"); break;
4847     case ASCII_op:mp_print(mp, "ASCII"); break;
4848     case char_op:mp_print(mp, "char"); break;
4849     case length_op:mp_print(mp, "length"); break;
4850     case turning_op:mp_print(mp, "turningnumber"); break;
4851     case x_part:mp_print(mp, "xpart"); break;
4852     case y_part:mp_print(mp, "ypart"); break;
4853     case xx_part:mp_print(mp, "xxpart"); break;
4854     case xy_part:mp_print(mp, "xypart"); break;
4855     case yx_part:mp_print(mp, "yxpart"); break;
4856     case yy_part:mp_print(mp, "yypart"); break;
4857     case red_part:mp_print(mp, "redpart"); break;
4858     case green_part:mp_print(mp, "greenpart"); break;
4859     case blue_part:mp_print(mp, "bluepart"); break;
4860     case cyan_part:mp_print(mp, "cyanpart"); break;
4861     case magenta_part:mp_print(mp, "magentapart"); break;
4862     case yellow_part:mp_print(mp, "yellowpart"); break;
4863     case black_part:mp_print(mp, "blackpart"); break;
4864     case grey_part:mp_print(mp, "greypart"); break;
4865     case color_model_part:mp_print(mp, "colormodel"); break;
4866     case font_part:mp_print(mp, "fontpart"); break;
4867     case text_part:mp_print(mp, "textpart"); break;
4868     case path_part:mp_print(mp, "pathpart"); break;
4869     case pen_part:mp_print(mp, "penpart"); break;
4870     case dash_part:mp_print(mp, "dashpart"); break;
4871     case sqrt_op:mp_print(mp, "sqrt"); break;
4872     case m_exp_op:mp_print(mp, "mexp"); break;
4873     case m_log_op:mp_print(mp, "mlog"); break;
4874     case sin_d_op:mp_print(mp, "sind"); break;
4875     case cos_d_op:mp_print(mp, "cosd"); break;
4876     case floor_op:mp_print(mp, "floor"); break;
4877     case uniform_deviate:mp_print(mp, "uniformdeviate"); break;
4878     case char_exists_op:mp_print(mp, "charexists"); break;
4879     case font_size:mp_print(mp, "fontsize"); break;
4880     case ll_corner_op:mp_print(mp, "llcorner"); break;
4881     case lr_corner_op:mp_print(mp, "lrcorner"); break;
4882     case ul_corner_op:mp_print(mp, "ulcorner"); break;
4883     case ur_corner_op:mp_print(mp, "urcorner"); break;
4884     case arc_length:mp_print(mp, "arclength"); break;
4885     case angle_op:mp_print(mp, "angle"); break;
4886     case cycle_op:mp_print(mp, "cycle"); break;
4887     case filled_op:mp_print(mp, "filled"); break;
4888     case stroked_op:mp_print(mp, "stroked"); break;
4889     case textual_op:mp_print(mp, "textual"); break;
4890     case clipped_op:mp_print(mp, "clipped"); break;
4891     case bounded_op:mp_print(mp, "bounded"); break;
4892     case plus:mp_print_char(mp, '+'); break;
4893     case minus:mp_print_char(mp, '-'); break;
4894     case times:mp_print_char(mp, '*'); break;
4895     case over:mp_print_char(mp, '/'); break;
4896     case pythag_add:mp_print(mp, "++"); break;
4897     case pythag_sub:mp_print(mp, "+-+"); break;
4898     case or_op:mp_print(mp, "or"); break;
4899     case and_op:mp_print(mp, "and"); break;
4900     case less_than:mp_print_char(mp, '<'); break;
4901     case less_or_equal:mp_print(mp, "<="); break;
4902     case greater_than:mp_print_char(mp, '>'); break;
4903     case greater_or_equal:mp_print(mp, ">="); break;
4904     case equal_to:mp_print_char(mp, '='); break;
4905     case unequal_to:mp_print(mp, "<>"); break;
4906     case concatenate:mp_print(mp, "&"); break;
4907     case rotated_by:mp_print(mp, "rotated"); break;
4908     case slanted_by:mp_print(mp, "slanted"); break;
4909     case scaled_by:mp_print(mp, "scaled"); break;
4910     case shifted_by:mp_print(mp, "shifted"); break;
4911     case transformed_by:mp_print(mp, "transformed"); break;
4912     case x_scaled:mp_print(mp, "xscaled"); break;
4913     case y_scaled:mp_print(mp, "yscaled"); break;
4914     case z_scaled:mp_print(mp, "zscaled"); break;
4915     case in_font:mp_print(mp, "infont"); break;
4916     case intersect:mp_print(mp, "intersectiontimes"); break;
4917     case substring_of:mp_print(mp, "substring"); break;
4918     case subpath_of:mp_print(mp, "subpath"); break;
4919     case direction_time_of:mp_print(mp, "directiontime"); break;
4920     case point_of:mp_print(mp, "point"); break;
4921     case precontrol_of:mp_print(mp, "precontrol"); break;
4922     case postcontrol_of:mp_print(mp, "postcontrol"); break;
4923     case pen_offset_of:mp_print(mp, "penoffset"); break;
4924     case arc_time_of:mp_print(mp, "arctime"); break;
4925     case mp_version:mp_print(mp, "mpversion"); break;
4926     default: mp_print(mp, ".."); break;
4927     }
4928   }
4929 }
4930
4931 @ \MP\ also has a bunch of internal parameters that a user might want to
4932 fuss with. Every such parameter has an identifying code number, defined here.
4933
4934 @<Types...@>=
4935 enum mp_given_internal {
4936   mp_tracing_titles=1, /* show titles online when they appear */
4937   mp_tracing_equations, /* show each variable when it becomes known */
4938   mp_tracing_capsules, /* show capsules too */
4939   mp_tracing_choices, /* show the control points chosen for paths */
4940   mp_tracing_specs, /* show path subdivision prior to filling with polygonal a pen */
4941   mp_tracing_commands, /* show commands and operations before they are performed */
4942   mp_tracing_restores, /* show when a variable or internal is restored */
4943   mp_tracing_macros, /* show macros before they are expanded */
4944   mp_tracing_output, /* show digitized edges as they are output */
4945   mp_tracing_stats, /* show memory usage at end of job */
4946   mp_tracing_lost_chars, /* show characters that aren't \&{infont} */
4947   mp_tracing_online, /* show long diagnostics on terminal and in the log file */
4948   mp_year, /* the current year (e.g., 1984) */
4949   mp_month, /* the current month (e.g, 3 $\equiv$ March) */
4950   mp_day, /* the current day of the month */
4951   mp_time, /* the number of minutes past midnight when this job started */
4952   mp_char_code, /* the number of the next character to be output */
4953   mp_char_ext, /* the extension code of the next character to be output */
4954   mp_char_wd, /* the width of the next character to be output */
4955   mp_char_ht, /* the height of the next character to be output */
4956   mp_char_dp, /* the depth of the next character to be output */
4957   mp_char_ic, /* the italic correction of the next character to be output */
4958   mp_design_size, /* the unit of measure used for |mp_char_wd..mp_char_ic|, in points */
4959   mp_pausing, /* positive to display lines on the terminal before they are read */
4960   mp_showstopping, /* positive to stop after each \&{show} command */
4961   mp_fontmaking, /* positive if font metric output is to be produced */
4962   mp_linejoin, /* as in \ps: 0 for mitered, 1 for round, 2 for beveled */
4963   mp_linecap, /* as in \ps: 0 for butt, 1 for round, 2 for square */
4964   mp_miterlimit, /* controls miter length as in \ps */
4965   mp_warning_check, /* controls error message when variable value is large */
4966   mp_boundary_char, /* the right boundary character for ligatures */
4967   mp_prologues, /* positive to output conforming PostScript using built-in fonts */
4968   mp_true_corners, /* positive to make \&{llcorner} etc. ignore \&{setbounds} */
4969   mp_default_color_model, /* the default color model for unspecified items */
4970   mp_restore_clip_color,
4971   mp_procset, /* wether or not create PostScript command shortcuts */
4972   mp_gtroffmode,  /* whether the user specified |-troff| on the command line */
4973 };
4974
4975 @
4976
4977 @d max_given_internal mp_gtroffmode
4978
4979 @<Glob...@>=
4980 scaled *internal;  /* the values of internal quantities */
4981 char **int_name;  /* their names */
4982 int int_ptr;  /* the maximum internal quantity defined so far */
4983 int max_internal; /* current maximum number of internal quantities */
4984 boolean troff_mode; 
4985
4986 @ @<Option variables@>=
4987 int troff_mode; 
4988
4989 @ @<Allocate or initialize ...@>=
4990 mp->max_internal=2*max_given_internal;
4991 mp->internal = xmalloc ((mp->max_internal+1), sizeof(scaled));
4992 mp->int_name = xmalloc ((mp->max_internal+1), sizeof(char *));
4993 mp->troff_mode=(opt->troff_mode>0 ? true : false);
4994
4995 @ @<Exported function ...@>=
4996 int mp_troff_mode(MP mp);
4997
4998 @ @c
4999 int mp_troff_mode(MP mp) { return mp->troff_mode; }
5000
5001 @ @<Set initial ...@>=
5002 for (k=0;k<= mp->max_internal; k++ ) { 
5003    mp->internal[k]=0; 
5004    mp->int_name[k]=NULL; 
5005 }
5006 mp->int_ptr=max_given_internal;
5007
5008 @ The symbolic names for internal quantities are put into \MP's hash table
5009 by using a routine called |primitive|, which will be defined later. Let us
5010 enter them now, so that we don't have to list all those names again
5011 anywhere else.
5012
5013 @<Put each of \MP's primitives into the hash table@>=
5014 mp_primitive(mp, "tracingtitles",internal_quantity,mp_tracing_titles);
5015 @:tracingtitles_}{\&{tracingtitles} primitive@>
5016 mp_primitive(mp, "tracingequations",internal_quantity,mp_tracing_equations);
5017 @:mp_tracing_equations_}{\&{tracingequations} primitive@>
5018 mp_primitive(mp, "tracingcapsules",internal_quantity,mp_tracing_capsules);
5019 @:mp_tracing_capsules_}{\&{tracingcapsules} primitive@>
5020 mp_primitive(mp, "tracingchoices",internal_quantity,mp_tracing_choices);
5021 @:mp_tracing_choices_}{\&{tracingchoices} primitive@>
5022 mp_primitive(mp, "tracingspecs",internal_quantity,mp_tracing_specs);
5023 @:mp_tracing_specs_}{\&{tracingspecs} primitive@>
5024 mp_primitive(mp, "tracingcommands",internal_quantity,mp_tracing_commands);
5025 @:mp_tracing_commands_}{\&{tracingcommands} primitive@>
5026 mp_primitive(mp, "tracingrestores",internal_quantity,mp_tracing_restores);
5027 @:mp_tracing_restores_}{\&{tracingrestores} primitive@>
5028 mp_primitive(mp, "tracingmacros",internal_quantity,mp_tracing_macros);
5029 @:mp_tracing_macros_}{\&{tracingmacros} primitive@>
5030 mp_primitive(mp, "tracingoutput",internal_quantity,mp_tracing_output);
5031 @:mp_tracing_output_}{\&{tracingoutput} primitive@>
5032 mp_primitive(mp, "tracingstats",internal_quantity,mp_tracing_stats);
5033 @:mp_tracing_stats_}{\&{tracingstats} primitive@>
5034 mp_primitive(mp, "tracinglostchars",internal_quantity,mp_tracing_lost_chars);
5035 @:mp_tracing_lost_chars_}{\&{tracinglostchars} primitive@>
5036 mp_primitive(mp, "tracingonline",internal_quantity,mp_tracing_online);
5037 @:mp_tracing_online_}{\&{tracingonline} primitive@>
5038 mp_primitive(mp, "year",internal_quantity,mp_year);
5039 @:mp_year_}{\&{year} primitive@>
5040 mp_primitive(mp, "month",internal_quantity,mp_month);
5041 @:mp_month_}{\&{month} primitive@>
5042 mp_primitive(mp, "day",internal_quantity,mp_day);
5043 @:mp_day_}{\&{day} primitive@>
5044 mp_primitive(mp, "time",internal_quantity,mp_time);
5045 @:time_}{\&{time} primitive@>
5046 mp_primitive(mp, "charcode",internal_quantity,mp_char_code);
5047 @:mp_char_code_}{\&{charcode} primitive@>
5048 mp_primitive(mp, "charext",internal_quantity,mp_char_ext);
5049 @:mp_char_ext_}{\&{charext} primitive@>
5050 mp_primitive(mp, "charwd",internal_quantity,mp_char_wd);
5051 @:mp_char_wd_}{\&{charwd} primitive@>
5052 mp_primitive(mp, "charht",internal_quantity,mp_char_ht);
5053 @:mp_char_ht_}{\&{charht} primitive@>
5054 mp_primitive(mp, "chardp",internal_quantity,mp_char_dp);
5055 @:mp_char_dp_}{\&{chardp} primitive@>
5056 mp_primitive(mp, "charic",internal_quantity,mp_char_ic);
5057 @:mp_char_ic_}{\&{charic} primitive@>
5058 mp_primitive(mp, "designsize",internal_quantity,mp_design_size);
5059 @:mp_design_size_}{\&{designsize} primitive@>
5060 mp_primitive(mp, "pausing",internal_quantity,mp_pausing);
5061 @:mp_pausing_}{\&{pausing} primitive@>
5062 mp_primitive(mp, "showstopping",internal_quantity,mp_showstopping);
5063 @:mp_showstopping_}{\&{showstopping} primitive@>
5064 mp_primitive(mp, "fontmaking",internal_quantity,mp_fontmaking);
5065 @:mp_fontmaking_}{\&{fontmaking} primitive@>
5066 mp_primitive(mp, "linejoin",internal_quantity,mp_linejoin);
5067 @:mp_linejoin_}{\&{linejoin} primitive@>
5068 mp_primitive(mp, "linecap",internal_quantity,mp_linecap);
5069 @:mp_linecap_}{\&{linecap} primitive@>
5070 mp_primitive(mp, "miterlimit",internal_quantity,mp_miterlimit);
5071 @:mp_miterlimit_}{\&{miterlimit} primitive@>
5072 mp_primitive(mp, "warningcheck",internal_quantity,mp_warning_check);
5073 @:mp_warning_check_}{\&{warningcheck} primitive@>
5074 mp_primitive(mp, "boundarychar",internal_quantity,mp_boundary_char);
5075 @:mp_boundary_char_}{\&{boundarychar} primitive@>
5076 mp_primitive(mp, "prologues",internal_quantity,mp_prologues);
5077 @:mp_prologues_}{\&{prologues} primitive@>
5078 mp_primitive(mp, "truecorners",internal_quantity,mp_true_corners);
5079 @:mp_true_corners_}{\&{truecorners} primitive@>
5080 mp_primitive(mp, "mpprocset",internal_quantity,mp_procset);
5081 @:mp_procset_}{\&{mpprocset} primitive@>
5082 mp_primitive(mp, "troffmode",internal_quantity,mp_gtroffmode);
5083 @:troffmode_}{\&{troffmode} primitive@>
5084 mp_primitive(mp, "defaultcolormodel",internal_quantity,mp_default_color_model);
5085 @:mp_default_color_model_}{\&{defaultcolormodel} primitive@>
5086 mp_primitive(mp, "restoreclipcolor",internal_quantity,mp_restore_clip_color);
5087 @:mp_restore_clip_color_}{\&{restoreclipcolor} primitive@>
5088
5089 @ Colors can be specified in four color models. In the special
5090 case of |no_model|, MetaPost does not output any color operator to
5091 the postscript output.
5092
5093 Note: these values are passed directly on to |with_option|. This only
5094 works because the other possible values passed to |with_option| are
5095 8 and 10 respectively (from |with_pen| and |with_picture|).
5096
5097 There is a first state, that is only used for |gs_colormodel|. It flags
5098 the fact that there has not been any kind of color specification by
5099 the user so far in the game.
5100
5101 @<Types...@>=
5102 enum mp_color_model {
5103   mp_no_model=1,
5104   mp_grey_model=3,
5105   mp_rgb_model=5,
5106   mp_cmyk_model=7,
5107   mp_uninitialized_model=9,
5108 };
5109
5110
5111 @ @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>=
5112 mp->internal[mp_default_color_model]=(mp_rgb_model*unity);
5113 mp->internal[mp_restore_clip_color]=unity;
5114
5115 @ Well, we do have to list the names one more time, for use in symbolic
5116 printouts.
5117
5118 @<Initialize table...@>=
5119 mp->int_name[mp_tracing_titles]=xstrdup("tracingtitles");
5120 mp->int_name[mp_tracing_equations]=xstrdup("tracingequations");
5121 mp->int_name[mp_tracing_capsules]=xstrdup("tracingcapsules");
5122 mp->int_name[mp_tracing_choices]=xstrdup("tracingchoices");
5123 mp->int_name[mp_tracing_specs]=xstrdup("tracingspecs");
5124 mp->int_name[mp_tracing_commands]=xstrdup("tracingcommands");
5125 mp->int_name[mp_tracing_restores]=xstrdup("tracingrestores");
5126 mp->int_name[mp_tracing_macros]=xstrdup("tracingmacros");
5127 mp->int_name[mp_tracing_output]=xstrdup("tracingoutput");
5128 mp->int_name[mp_tracing_stats]=xstrdup("tracingstats");
5129 mp->int_name[mp_tracing_lost_chars]=xstrdup("tracinglostchars");
5130 mp->int_name[mp_tracing_online]=xstrdup("tracingonline");
5131 mp->int_name[mp_year]=xstrdup("year");
5132 mp->int_name[mp_month]=xstrdup("month");
5133 mp->int_name[mp_day]=xstrdup("day");
5134 mp->int_name[mp_time]=xstrdup("time");
5135 mp->int_name[mp_char_code]=xstrdup("charcode");
5136 mp->int_name[mp_char_ext]=xstrdup("charext");
5137 mp->int_name[mp_char_wd]=xstrdup("charwd");
5138 mp->int_name[mp_char_ht]=xstrdup("charht");
5139 mp->int_name[mp_char_dp]=xstrdup("chardp");
5140 mp->int_name[mp_char_ic]=xstrdup("charic");
5141 mp->int_name[mp_design_size]=xstrdup("designsize");
5142 mp->int_name[mp_pausing]=xstrdup("pausing");
5143 mp->int_name[mp_showstopping]=xstrdup("showstopping");
5144 mp->int_name[mp_fontmaking]=xstrdup("fontmaking");
5145 mp->int_name[mp_linejoin]=xstrdup("linejoin");
5146 mp->int_name[mp_linecap]=xstrdup("linecap");
5147 mp->int_name[mp_miterlimit]=xstrdup("miterlimit");
5148 mp->int_name[mp_warning_check]=xstrdup("warningcheck");
5149 mp->int_name[mp_boundary_char]=xstrdup("boundarychar");
5150 mp->int_name[mp_prologues]=xstrdup("prologues");
5151 mp->int_name[mp_true_corners]=xstrdup("truecorners");
5152 mp->int_name[mp_default_color_model]=xstrdup("defaultcolormodel");
5153 mp->int_name[mp_procset]=xstrdup("mpprocset");
5154 mp->int_name[mp_gtroffmode]=xstrdup("troffmode");
5155 mp->int_name[mp_restore_clip_color]=xstrdup("restoreclipcolor");
5156
5157 @ The following procedure, which is called just before \MP\ initializes its
5158 input and output, establishes the initial values of the date and time.
5159 @^system dependencies@>
5160
5161 Note that the values are |scaled| integers. Hence \MP\ can no longer
5162 be used after the year 32767.
5163
5164 @c 
5165 void mp_fix_date_and_time (MP mp) { 
5166   time_t clock = time ((time_t *) 0);
5167   struct tm *tmptr = localtime (&clock);
5168   mp->internal[mp_time]=
5169       (tmptr->tm_hour*60+tmptr->tm_min)*unity; /* minutes since midnight */
5170   mp->internal[mp_day]=(tmptr->tm_mday)*unity; /* fourth day of the month */
5171   mp->internal[mp_month]=(tmptr->tm_mon+1)*unity; /* seventh month of the year */
5172   mp->internal[mp_year]=(tmptr->tm_year+1900)*unity; /* Anno Domini */
5173 }
5174
5175 @ @<Declarations@>=
5176 void mp_fix_date_and_time (MP mp) ;
5177
5178 @ \MP\ is occasionally supposed to print diagnostic information that
5179 goes only into the transcript file, unless |mp_tracing_online| is positive.
5180 Now that we have defined |mp_tracing_online| we can define
5181 two routines that adjust the destination of print commands:
5182
5183 @<Declarations@>=
5184 void mp_begin_diagnostic (MP mp) ;
5185 void mp_end_diagnostic (MP mp,boolean blank_line);
5186 void mp_print_diagnostic (MP mp, char *s, char *t, boolean nuline) ;
5187
5188 @ @<Basic printing...@>=
5189 @<Declare a function called |true_line|@>;
5190 void mp_begin_diagnostic (MP mp) { /* prepare to do some tracing */
5191   mp->old_setting=mp->selector;
5192   if ( mp->selector==ps_file_only ) mp->selector=mp->non_ps_setting;
5193   if ((mp->internal[mp_tracing_online]<=0)&&(mp->selector==term_and_log)){ 
5194     decr(mp->selector);
5195     if ( mp->history==mp_spotless ) mp->history=mp_warning_issued;
5196   }
5197 }
5198 @#
5199 void mp_end_diagnostic (MP mp,boolean blank_line) {
5200   /* restore proper conditions after tracing */
5201   mp_print_nl(mp, "");
5202   if ( blank_line ) mp_print_ln(mp);
5203   mp->selector=mp->old_setting;
5204 }
5205
5206 @ The global variable |non_ps_setting| is initialized when it is time to print
5207 on |ps_file|.
5208
5209 @<Glob...@>=
5210 unsigned int old_setting;
5211 unsigned int non_ps_setting;
5212
5213 @ We will occasionally use |begin_diagnostic| in connection with line-number
5214 printing, as follows. (The parameter |s| is typically |"Path"| or
5215 |"Cycle spec"|, etc.)
5216
5217 @<Basic printing...@>=
5218 void mp_print_diagnostic (MP mp, char *s, char *t, boolean nuline) { 
5219   mp_begin_diagnostic(mp);
5220   if ( nuline ) mp_print_nl(mp, s); else mp_print(mp, s);
5221   mp_print(mp, " at line "); 
5222   mp_print_int(mp, mp_true_line(mp));
5223   mp_print(mp, t); mp_print_char(mp, ':');
5224 }
5225
5226 @ The 256 |ASCII_code| characters are grouped into classes by means of
5227 the |char_class| table. Individual class numbers have no semantic
5228 or syntactic significance, except in a few instances defined here.
5229 There's also |max_class|, which can be used as a basis for additional
5230 class numbers in nonstandard extensions of \MP.
5231
5232 @d digit_class 0 /* the class number of \.{0123456789} */
5233 @d period_class 1 /* the class number of `\..' */
5234 @d space_class 2 /* the class number of spaces and nonstandard characters */
5235 @d percent_class 3 /* the class number of `\.\%' */
5236 @d string_class 4 /* the class number of `\."' */
5237 @d right_paren_class 8 /* the class number of `\.)' */
5238 @d isolated_classes 5: case 6: case 7: case 8 /* characters that make length-one tokens only */
5239 @d letter_class 9 /* letters and the underline character */
5240 @d left_bracket_class 17 /* `\.[' */
5241 @d right_bracket_class 18 /* `\.]' */
5242 @d invalid_class 20 /* bad character in the input */
5243 @d max_class 20 /* the largest class number */
5244
5245 @<Glob...@>=
5246 int char_class[256]; /* the class numbers */
5247
5248 @ If changes are made to accommodate non-ASCII character sets, they should
5249 follow the guidelines in Appendix~C of {\sl The {\logos METAFONT\/}book}.
5250 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
5251 @^system dependencies@>
5252
5253 @<Set initial ...@>=
5254 for (k='0';k<='9';k++) 
5255   mp->char_class[k]=digit_class;
5256 mp->char_class['.']=period_class;
5257 mp->char_class[' ']=space_class;
5258 mp->char_class['%']=percent_class;
5259 mp->char_class['"']=string_class;
5260 mp->char_class[',']=5;
5261 mp->char_class[';']=6;
5262 mp->char_class['(']=7;
5263 mp->char_class[')']=right_paren_class;
5264 for (k='A';k<= 'Z';k++ )
5265   mp->char_class[k]=letter_class;
5266 for (k='a';k<='z';k++) 
5267   mp->char_class[k]=letter_class;
5268 mp->char_class['_']=letter_class;
5269 mp->char_class['<']=10;
5270 mp->char_class['=']=10;
5271 mp->char_class['>']=10;
5272 mp->char_class[':']=10;
5273 mp->char_class['|']=10;
5274 mp->char_class['`']=11;
5275 mp->char_class['\'']=11;
5276 mp->char_class['+']=12;
5277 mp->char_class['-']=12;
5278 mp->char_class['/']=13;
5279 mp->char_class['*']=13;
5280 mp->char_class['\\']=13;
5281 mp->char_class['!']=14;
5282 mp->char_class['?']=14;
5283 mp->char_class['#']=15;
5284 mp->char_class['&']=15;
5285 mp->char_class['@@']=15;
5286 mp->char_class['$']=15;
5287 mp->char_class['^']=16;
5288 mp->char_class['~']=16;
5289 mp->char_class['[']=left_bracket_class;
5290 mp->char_class[']']=right_bracket_class;
5291 mp->char_class['{']=19;
5292 mp->char_class['}']=19;
5293 for (k=0;k<' ';k++)
5294   mp->char_class[k]=invalid_class;
5295 mp->char_class['\t']=space_class;
5296 mp->char_class['\f']=space_class;
5297 for (k=127;k<=255;k++)
5298   mp->char_class[k]=invalid_class;
5299
5300 @* \[13] The hash table.
5301 Symbolic tokens are stored and retrieved by means of a fairly standard hash
5302 table algorithm called the method of ``coalescing lists'' (cf.\ Algorithm 6.4C
5303 in {\sl The Art of Computer Programming\/}). Once a symbolic token enters the
5304 table, it is never removed.
5305
5306 The actual sequence of characters forming a symbolic token is
5307 stored in the |str_pool| array together with all the other strings. An
5308 auxiliary array |hash| consists of items with two halfword fields per
5309 word. The first of these, called |next(p)|, points to the next identifier
5310 belonging to the same coalesced list as the identifier corresponding to~|p|;
5311 and the other, called |text(p)|, points to the |str_start| entry for
5312 |p|'s identifier. If position~|p| of the hash table is empty, we have
5313 |text(p)=0|; if position |p| is either empty or the end of a coalesced
5314 hash list, we have |next(p)=0|.
5315
5316 An auxiliary pointer variable called |hash_used| is maintained in such a
5317 way that all locations |p>=hash_used| are nonempty. The global variable
5318 |st_count| tells how many symbolic tokens have been defined, if statistics
5319 are being kept.
5320
5321 The first 256 locations of |hash| are reserved for symbols of length one.
5322
5323 There's a parallel array called |eqtb| that contains the current equivalent
5324 values of each symbolic token. The entries of this array consist of
5325 two halfwords called |eq_type| (a command code) and |equiv| (a secondary
5326 piece of information that qualifies the |eq_type|).
5327
5328 @d next(A)   mp->hash[(A)].lh /* link for coalesced lists */
5329 @d text(A)   mp->hash[(A)].rh /* string number for symbolic token name */
5330 @d eq_type(A)   mp->eqtb[(A)].lh /* the current ``meaning'' of a symbolic token */
5331 @d equiv(A)   mp->eqtb[(A)].rh /* parametric part of a token's meaning */
5332 @d hash_base 257 /* hashing actually starts here */
5333 @d hash_is_full   (mp->hash_used==hash_base) /* are all positions occupied? */
5334
5335 @<Glob...@>=
5336 pointer hash_used; /* allocation pointer for |hash| */
5337 integer st_count; /* total number of known identifiers */
5338
5339 @ Certain entries in the hash table are ``frozen'' and not redefinable,
5340 since they are used in error recovery.
5341
5342 @d hash_top (hash_base+mp->hash_size) /* the first location of the frozen area */
5343 @d frozen_inaccessible hash_top /* |hash| location to protect the frozen area */
5344 @d frozen_repeat_loop (hash_top+1) /* |hash| location of a loop-repeat token */
5345 @d frozen_right_delimiter (hash_top+2) /* |hash| location of a permanent `\.)' */
5346 @d frozen_left_bracket (hash_top+3) /* |hash| location of a permanent `\.[' */
5347 @d frozen_slash (hash_top+4) /* |hash| location of a permanent `\./' */
5348 @d frozen_colon (hash_top+5) /* |hash| location of a permanent `\.:' */
5349 @d frozen_semicolon (hash_top+6) /* |hash| location of a permanent `\.;' */
5350 @d frozen_end_for (hash_top+7) /* |hash| location of a permanent \&{endfor} */
5351 @d frozen_end_def (hash_top+8) /* |hash| location of a permanent \&{enddef} */
5352 @d frozen_fi (hash_top+9) /* |hash| location of a permanent \&{fi} */
5353 @d frozen_end_group (hash_top+10) /* |hash| location of a permanent `\.{endgroup}' */
5354 @d frozen_etex (hash_top+11) /* |hash| location of a permanent \&{etex} */
5355 @d frozen_mpx_break (hash_top+12) /* |hash| location of a permanent \&{mpxbreak} */
5356 @d frozen_bad_vardef (hash_top+13) /* |hash| location of `\.{a bad variable}' */
5357 @d frozen_undefined (hash_top+14) /* |hash| location that never gets defined */
5358 @d hash_end (hash_top+14) /* the actual size of the |hash| and |eqtb| arrays */
5359
5360 @<Glob...@>=
5361 two_halves *hash; /* the hash table */
5362 two_halves *eqtb; /* the equivalents */
5363
5364 @ @<Allocate or initialize ...@>=
5365 mp->hash = xmalloc((hash_end+1),sizeof(two_halves));
5366 mp->eqtb = xmalloc((hash_end+1),sizeof(two_halves));
5367
5368 @ @<Dealloc variables@>=
5369 xfree(mp->hash);
5370 xfree(mp->eqtb);
5371
5372 @ @<Set init...@>=
5373 next(1)=0; text(1)=0; eq_type(1)=tag_token; equiv(1)=null;
5374 for (k=2;k<=hash_end;k++)  { 
5375   mp->hash[k]=mp->hash[1]; mp->eqtb[k]=mp->eqtb[1];
5376 }
5377
5378 @ @<Initialize table entries...@>=
5379 mp->hash_used=frozen_inaccessible; /* nothing is used */
5380 mp->st_count=0;
5381 text(frozen_bad_vardef)=intern("a bad variable");
5382 text(frozen_etex)=intern("etex");
5383 text(frozen_mpx_break)=intern("mpxbreak");
5384 text(frozen_fi)=intern("fi");
5385 text(frozen_end_group)=intern("endgroup");
5386 text(frozen_end_def)=intern("enddef");
5387 text(frozen_end_for)=intern("endfor");
5388 text(frozen_semicolon)=intern(";");
5389 text(frozen_colon)=intern(":");
5390 text(frozen_slash)=intern("/");
5391 text(frozen_left_bracket)=intern("[");
5392 text(frozen_right_delimiter)=intern(")");
5393 text(frozen_inaccessible)=intern(" INACCESSIBLE");
5394 eq_type(frozen_right_delimiter)=right_delimiter;
5395
5396 @ @<Check the ``constant'' values...@>=
5397 if ( hash_end+mp->max_internal>max_halfword ) mp->bad=17;
5398
5399 @ Here is the subroutine that searches the hash table for an identifier
5400 that matches a given string of length~|l| appearing in |buffer[j..
5401 (j+l-1)]|. If the identifier is not found, it is inserted; hence it
5402 will always be found, and the corresponding hash table address
5403 will be returned.
5404
5405 @c 
5406 pointer mp_id_lookup (MP mp,integer j, integer l) { /* search the hash table */
5407   integer h; /* hash code */
5408   pointer p; /* index in |hash| array */
5409   pointer k; /* index in |buffer| array */
5410   if (l==1) {
5411     @<Treat special case of length 1 and |break|@>;
5412   }
5413   @<Compute the hash code |h|@>;
5414   p=h+hash_base; /* we start searching here; note that |0<=h<hash_prime| */
5415   while (true)  { 
5416         if (text(p)>0 && length(text(p))==l && mp_str_eq_buf(mp, text(p),j)) 
5417       break;
5418     if ( next(p)==0 ) {
5419       @<Insert a new symbolic token after |p|, then
5420         make |p| point to it and |break|@>;
5421     }
5422     p=next(p);
5423   }
5424   return p;
5425 };
5426
5427 @ @<Treat special case of length 1...@>=
5428  p=mp->buffer[j]+1; text(p)=p-1; return p;
5429
5430
5431 @ @<Insert a new symbolic...@>=
5432 {
5433 if ( text(p)>0 ) { 
5434   do {  
5435     if ( hash_is_full )
5436       mp_overflow(mp, "hash size",mp->hash_size);
5437 @:MetaPost capacity exceeded hash size}{\quad hash size@>
5438     decr(mp->hash_used);
5439   } while (text(mp->hash_used)!=0); /* search for an empty location in |hash| */
5440   next(p)=mp->hash_used; 
5441   p=mp->hash_used;
5442 }
5443 str_room(l);
5444 for (k=j;k<=j+l-1;k++) {
5445   append_char(mp->buffer[k]);
5446 }
5447 text(p)=mp_make_string(mp); 
5448 mp->str_ref[text(p)]=max_str_ref;
5449 incr(mp->st_count);
5450 break;
5451 }
5452
5453
5454 @ The value of |hash_prime| should be roughly 85\pct! of |hash_size|, and it
5455 should be a prime number.  The theory of hashing tells us to expect fewer
5456 than two table probes, on the average, when the search is successful.
5457 [See J.~S. Vitter, {\sl Journal of the ACM\/ \bf30} (1983), 231--258.]
5458 @^Vitter, Jeffrey Scott@>
5459
5460 @<Compute the hash code |h|@>=
5461 h=mp->buffer[j];
5462 for (k=j+1;k<=j+l-1;k++){ 
5463   h=h+h+mp->buffer[k];
5464   while ( h>=mp->hash_prime ) h=h-mp->hash_prime;
5465 }
5466
5467 @ @<Search |eqtb| for equivalents equal to |p|@>=
5468 for (q=1;q<=hash_end;q++) { 
5469   if ( equiv(q)==p ) { 
5470     mp_print_nl(mp, "EQUIV("); 
5471     mp_print_int(mp, q); 
5472     mp_print_char(mp, ')');
5473   }
5474 }
5475
5476 @ We need to put \MP's ``primitive'' symbolic tokens into the hash
5477 table, together with their command code (which will be the |eq_type|)
5478 and an operand (which will be the |equiv|). The |primitive| procedure
5479 does this, in a way that no \MP\ user can. The global value |cur_sym|
5480 contains the new |eqtb| pointer after |primitive| has acted.
5481
5482 @c 
5483 void mp_primitive (MP mp, char *ss, halfword c, halfword o) {
5484   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
5485   small_number j; /* index into |buffer| */
5486   small_number l; /* length of the string */
5487   str_number s;
5488   s = intern(ss);
5489   k=mp->str_start[s]; l=str_stop(s)-k;
5490   /* we will move |s| into the (empty) |buffer| */
5491   for (j=0;j<=l-1;j++) {
5492     mp->buffer[j]=mp->str_pool[k+j];
5493   }
5494   mp->cur_sym=mp_id_lookup(mp, 0,l);
5495   if ( s>=256 ) { /* we don't want to have the string twice */
5496     mp_flush_string(mp, text(mp->cur_sym)); text(mp->cur_sym)=s;
5497   };
5498   eq_type(mp->cur_sym)=c; 
5499   equiv(mp->cur_sym)=o;
5500 }
5501
5502
5503 @ Many of \MP's primitives need no |equiv|, since they are identifiable
5504 by their |eq_type| alone. These primitives are loaded into the hash table
5505 as follows:
5506
5507 @<Put each of \MP's primitives into the hash table@>=
5508 mp_primitive(mp, "..",path_join,0);
5509 @:.._}{\.{..} primitive@>
5510 mp_primitive(mp, "[",left_bracket,0); mp->eqtb[frozen_left_bracket]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5511 @:[ }{\.{[} primitive@>
5512 mp_primitive(mp, "]",right_bracket,0);
5513 @:] }{\.{]} primitive@>
5514 mp_primitive(mp, "}",right_brace,0);
5515 @:]]}{\.{\char`\}} primitive@>
5516 mp_primitive(mp, "{",left_brace,0);
5517 @:][}{\.{\char`\{} primitive@>
5518 mp_primitive(mp, ":",colon,0); mp->eqtb[frozen_colon]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5519 @:: }{\.{:} primitive@>
5520 mp_primitive(mp, "::",double_colon,0);
5521 @::: }{\.{::} primitive@>
5522 mp_primitive(mp, "||:",bchar_label,0);
5523 @:::: }{\.{\char'174\char'174:} primitive@>
5524 mp_primitive(mp, ":=",assignment,0);
5525 @::=_}{\.{:=} primitive@>
5526 mp_primitive(mp, ",",comma,0);
5527 @:, }{\., primitive@>
5528 mp_primitive(mp, ";",semicolon,0); mp->eqtb[frozen_semicolon]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5529 @:; }{\.; primitive@>
5530 mp_primitive(mp, "\\",relax,0);
5531 @:]]\\}{\.{\char`\\} primitive@>
5532 @#
5533 mp_primitive(mp, "addto",add_to_command,0);
5534 @:add_to_}{\&{addto} primitive@>
5535 mp_primitive(mp, "atleast",at_least,0);
5536 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
5537 mp_primitive(mp, "begingroup",begin_group,0); mp->bg_loc=mp->cur_sym;
5538 @:begin_group_}{\&{begingroup} primitive@>
5539 mp_primitive(mp, "controls",controls,0);
5540 @:controls_}{\&{controls} primitive@>
5541 mp_primitive(mp, "curl",curl_command,0);
5542 @:curl_}{\&{curl} primitive@>
5543 mp_primitive(mp, "delimiters",delimiters,0);
5544 @:delimiters_}{\&{delimiters} primitive@>
5545 mp_primitive(mp, "endgroup",end_group,0);
5546  mp->eqtb[frozen_end_group]=mp->eqtb[mp->cur_sym]; mp->eg_loc=mp->cur_sym;
5547 @:endgroup_}{\&{endgroup} primitive@>
5548 mp_primitive(mp, "everyjob",every_job_command,0);
5549 @:every_job_}{\&{everyjob} primitive@>
5550 mp_primitive(mp, "exitif",exit_test,0);
5551 @:exit_if_}{\&{exitif} primitive@>
5552 mp_primitive(mp, "expandafter",expand_after,0);
5553 @:expand_after_}{\&{expandafter} primitive@>
5554 mp_primitive(mp, "interim",interim_command,0);
5555 @:interim_}{\&{interim} primitive@>
5556 mp_primitive(mp, "let",let_command,0);
5557 @:let_}{\&{let} primitive@>
5558 mp_primitive(mp, "newinternal",new_internal,0);
5559 @:new_internal_}{\&{newinternal} primitive@>
5560 mp_primitive(mp, "of",of_token,0);
5561 @:of_}{\&{of} primitive@>
5562 mp_primitive(mp, "randomseed",random_seed,0);
5563 @:random_seed_}{\&{randomseed} primitive@>
5564 mp_primitive(mp, "save",save_command,0);
5565 @:save_}{\&{save} primitive@>
5566 mp_primitive(mp, "scantokens",scan_tokens,0);
5567 @:scan_tokens_}{\&{scantokens} primitive@>
5568 mp_primitive(mp, "shipout",ship_out_command,0);
5569 @:ship_out_}{\&{shipout} primitive@>
5570 mp_primitive(mp, "skipto",skip_to,0);
5571 @:skip_to_}{\&{skipto} primitive@>
5572 mp_primitive(mp, "special",special_command,0);
5573 @:special}{\&{special} primitive@>
5574 mp_primitive(mp, "fontmapfile",special_command,1);
5575 @:fontmapfile}{\&{fontmapfile} primitive@>
5576 mp_primitive(mp, "fontmapline",special_command,2);
5577 @:fontmapline}{\&{fontmapline} primitive@>
5578 mp_primitive(mp, "step",step_token,0);
5579 @:step_}{\&{step} primitive@>
5580 mp_primitive(mp, "str",str_op,0);
5581 @:str_}{\&{str} primitive@>
5582 mp_primitive(mp, "tension",tension,0);
5583 @:tension_}{\&{tension} primitive@>
5584 mp_primitive(mp, "to",to_token,0);
5585 @:to_}{\&{to} primitive@>
5586 mp_primitive(mp, "until",until_token,0);
5587 @:until_}{\&{until} primitive@>
5588 mp_primitive(mp, "within",within_token,0);
5589 @:within_}{\&{within} primitive@>
5590 mp_primitive(mp, "write",write_command,0);
5591 @:write_}{\&{write} primitive@>
5592
5593 @ Each primitive has a corresponding inverse, so that it is possible to
5594 display the cryptic numeric contents of |eqtb| in symbolic form.
5595 Every call of |primitive| in this program is therefore accompanied by some
5596 straightforward code that forms part of the |print_cmd_mod| routine
5597 explained below.
5598
5599 @<Cases of |print_cmd_mod| for symbolic printing of primitives@>=
5600 case add_to_command:mp_print(mp, "addto"); break;
5601 case assignment:mp_print(mp, ":="); break;
5602 case at_least:mp_print(mp, "atleast"); break;
5603 case bchar_label:mp_print(mp, "||:"); break;
5604 case begin_group:mp_print(mp, "begingroup"); break;
5605 case colon:mp_print(mp, ":"); break;
5606 case comma:mp_print(mp, ","); break;
5607 case controls:mp_print(mp, "controls"); break;
5608 case curl_command:mp_print(mp, "curl"); break;
5609 case delimiters:mp_print(mp, "delimiters"); break;
5610 case double_colon:mp_print(mp, "::"); break;
5611 case end_group:mp_print(mp, "endgroup"); break;
5612 case every_job_command:mp_print(mp, "everyjob"); break;
5613 case exit_test:mp_print(mp, "exitif"); break;
5614 case expand_after:mp_print(mp, "expandafter"); break;
5615 case interim_command:mp_print(mp, "interim"); break;
5616 case left_brace:mp_print(mp, "{"); break;
5617 case left_bracket:mp_print(mp, "["); break;
5618 case let_command:mp_print(mp, "let"); break;
5619 case new_internal:mp_print(mp, "newinternal"); break;
5620 case of_token:mp_print(mp, "of"); break;
5621 case path_join:mp_print(mp, ".."); break;
5622 case random_seed:mp_print(mp, "randomseed"); break;
5623 case relax:mp_print_char(mp, '\\'); break;
5624 case right_brace:mp_print(mp, "}"); break;
5625 case right_bracket:mp_print(mp, "]"); break;
5626 case save_command:mp_print(mp, "save"); break;
5627 case scan_tokens:mp_print(mp, "scantokens"); break;
5628 case semicolon:mp_print(mp, ";"); break;
5629 case ship_out_command:mp_print(mp, "shipout"); break;
5630 case skip_to:mp_print(mp, "skipto"); break;
5631 case special_command: if ( m==2 ) mp_print(mp, "fontmapline"); else
5632                  if ( m==1 ) mp_print(mp, "fontmapfile"); else
5633                  mp_print(mp, "special"); break;
5634 case step_token:mp_print(mp, "step"); break;
5635 case str_op:mp_print(mp, "str"); break;
5636 case tension:mp_print(mp, "tension"); break;
5637 case to_token:mp_print(mp, "to"); break;
5638 case until_token:mp_print(mp, "until"); break;
5639 case within_token:mp_print(mp, "within"); break;
5640 case write_command:mp_print(mp, "write"); break;
5641
5642 @ We will deal with the other primitives later, at some point in the program
5643 where their |eq_type| and |equiv| values are more meaningful.  For example,
5644 the primitives for macro definitions will be loaded when we consider the
5645 routines that define macros.
5646 It is easy to find where each particular
5647 primitive was treated by looking in the index at the end; for example, the
5648 section where |"def"| entered |eqtb| is listed under `\&{def} primitive'.
5649
5650 @* \[14] Token lists.
5651 A \MP\ token is either symbolic or numeric or a string, or it denotes
5652 a macro parameter or capsule; so there are five corresponding ways to encode it
5653 @^token@>
5654 internally: (1)~A symbolic token whose hash code is~|p|
5655 is represented by the number |p|, in the |info| field of a single-word
5656 node in~|mem|. (2)~A numeric token whose |scaled| value is~|v| is
5657 represented in a two-word node of~|mem|; the |type| field is |known|,
5658 the |name_type| field is |token|, and the |value| field holds~|v|.
5659 The fact that this token appears in a two-word node rather than a
5660 one-word node is, of course, clear from the node address.
5661 (3)~A string token is also represented in a two-word node; the |type|
5662 field is |mp_string_type|, the |name_type| field is |token|, and the
5663 |value| field holds the corresponding |str_number|.  (4)~Capsules have
5664 |name_type=capsule|, and their |type| and |value| fields represent
5665 arbitrary values (in ways to be explained later).  (5)~Macro parameters
5666 are like symbolic tokens in that they appear in |info| fields of
5667 one-word nodes. The $k$th parameter is represented by |expr_base+k| if it
5668 is of type \&{expr}, or by |suffix_base+k| if it is of type \&{suffix}, or
5669 by |text_base+k| if it is of type \&{text}.  (Here |0<=k<param_size|.)
5670 Actual values of these parameters are kept in a separate stack, as we will
5671 see later.  The constants |expr_base|, |suffix_base|, and |text_base| are,
5672 of course, chosen so that there will be no confusion between symbolic
5673 tokens and parameters of various types.
5674
5675 Note that
5676 the `\\{type}' field of a node has nothing to do with ``type'' in a
5677 printer's sense. It's curious that the same word is used in such different ways.
5678
5679 @d type(A)   mp->mem[(A)].hh.b0 /* identifies what kind of value this is */
5680 @d name_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b1 /* a clue to the name of this value */
5681 @d token_node_size 2 /* the number of words in a large token node */
5682 @d value_loc(A) ((A)+1) /* the word that contains the |value| field */
5683 @d value(A) mp->mem[value_loc((A))].cint /* the value stored in a large token node */
5684 @d expr_base (hash_end+1) /* code for the zeroth \&{expr} parameter */
5685 @d suffix_base (expr_base+mp->param_size) /* code for the zeroth \&{suffix} parameter */
5686 @d text_base (suffix_base+mp->param_size) /* code for the zeroth \&{text} parameter */
5687
5688 @<Check the ``constant''...@>=
5689 if ( text_base+mp->param_size>max_halfword ) mp->bad=18;
5690
5691 @ We have set aside a two word node beginning at |null| so that we can have
5692 |value(null)=0|.  We will make use of this coincidence later.
5693
5694 @<Initialize table entries...@>=
5695 link(null)=null; value(null)=0;
5696
5697 @ A numeric token is created by the following trivial routine.
5698
5699 @c 
5700 pointer mp_new_num_tok (MP mp,scaled v) {
5701   pointer p; /* the new node */
5702   p=mp_get_node(mp, token_node_size); value(p)=v;
5703   type(p)=mp_known; name_type(p)=mp_token; 
5704   return p;
5705 }
5706
5707 @ A token list is a singly linked list of nodes in |mem|, where
5708 each node contains a token and a link.  Here's a subroutine that gets rid
5709 of a token list when it is no longer needed.
5710
5711 @<Declarations@>=
5712 void mp_token_recycle (MP mp);
5713
5714
5715 @c void mp_flush_token_list (MP mp,pointer p) {
5716   pointer q; /* the node being recycled */
5717   while ( p!=null ) { 
5718     q=p; p=link(p);
5719     if ( q>=mp->hi_mem_min ) {
5720      free_avail(q);
5721     } else { 
5722       switch (type(q)) {
5723       case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
5724         break;
5725       case mp_string_type:
5726         delete_str_ref(value(q));
5727         break;
5728       case unknown_types: case mp_pen_type: case mp_path_type: 
5729       case mp_picture_type: case mp_pair_type: case mp_color_type:
5730       case mp_cmykcolor_type: case mp_transform_type: case mp_dependent:
5731       case mp_proto_dependent: case mp_independent:
5732         mp->g_pointer=q; mp_token_recycle(mp);
5733         break;
5734       default: mp_confusion(mp, "token");
5735 @:this can't happen token}{\quad token@>
5736       }
5737       mp_free_node(mp, q,token_node_size);
5738     }
5739   }
5740 }
5741
5742 @ The procedure |show_token_list|, which prints a symbolic form of
5743 the token list that starts at a given node |p|, illustrates these
5744 conventions. The token list being displayed should not begin with a reference
5745 count. However, the procedure is intended to be fairly robust, so that if the
5746 memory links are awry or if |p| is not really a pointer to a token list,
5747 almost nothing catastrophic can happen.
5748
5749 An additional parameter |q| is also given; this parameter is either null
5750 or it points to a node in the token list where a certain magic computation
5751 takes place that will be explained later. (Basically, |q| is non-null when
5752 we are printing the two-line context information at the time of an error
5753 message; |q| marks the place corresponding to where the second line
5754 should begin.)
5755
5756 The generation will stop, and `\.{\char`\ ETC.}' will be printed, if the length
5757 of printing exceeds a given limit~|l|; the length of printing upon entry is
5758 assumed to be a given amount called |null_tally|. (Note that
5759 |show_token_list| sometimes uses itself recursively to print
5760 variable names within a capsule.)
5761 @^recursion@>
5762
5763 Unusual entries are printed in the form of all-caps tokens
5764 preceded by a space, e.g., `\.{\char`\ BAD}'.
5765
5766 @<Declarations@>=
5767 void mp_print_capsule (MP mp);
5768
5769 @ @<Declare the procedure called |show_token_list|@>=
5770 void mp_show_token_list (MP mp, integer p, integer q, integer l,
5771                          integer null_tally) ;
5772
5773 @ @c
5774 void mp_show_token_list (MP mp, integer p, integer q, integer l,
5775                          integer null_tally) {
5776   small_number class,c; /* the |char_class| of previous and new tokens */
5777   integer r,v; /* temporary registers */
5778   class=percent_class;
5779   mp->tally=null_tally;
5780   while ( (p!=null) && (mp->tally<l) ) { 
5781     if ( p==q ) 
5782       @<Do magic computation@>;
5783     @<Display token |p| and set |c| to its class;
5784       but |return| if there are problems@>;
5785     class=c; p=link(p);
5786   }
5787   if ( p!=null ) 
5788      mp_print(mp, " ETC.");
5789 @.ETC@>
5790   return;
5791 };
5792
5793 @ @<Display token |p| and set |c| to its class...@>=
5794 c=letter_class; /* the default */
5795 if ( (p<0)||(p>mp->mem_end) ) { 
5796   mp_print(mp, " CLOBBERED"); return;
5797 @.CLOBBERED@>
5798 }
5799 if ( p<mp->hi_mem_min ) { 
5800   @<Display two-word token@>;
5801 } else { 
5802   r=info(p);
5803   if ( r>=expr_base ) {
5804      @<Display a parameter token@>;
5805   } else {
5806     if ( r<1 ) {
5807       if ( r==0 ) { 
5808         @<Display a collective subscript@>
5809       } else {
5810         mp_print(mp, " IMPOSSIBLE");
5811 @.IMPOSSIBLE@>
5812       }
5813     } else { 
5814       r=text(r);
5815       if ( (r<0)||(r>mp->max_str_ptr) ) {
5816         mp_print(mp, " NONEXISTENT");
5817 @.NONEXISTENT@>
5818       } else {
5819        @<Print string |r| as a symbolic token
5820         and set |c| to its class@>;
5821       }
5822     }
5823   }
5824 }
5825
5826 @ @<Display two-word token@>=
5827 if ( name_type(p)==mp_token ) {
5828   if ( type(p)==mp_known ) {
5829     @<Display a numeric token@>;
5830   } else if ( type(p)!=mp_string_type ) {
5831     mp_print(mp, " BAD");
5832 @.BAD@>
5833   } else { 
5834     mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp, value(p)); mp_print_char(mp, '"');
5835     c=string_class;
5836   }
5837 } else if ((name_type(p)!=mp_capsule)||(type(p)<mp_vacuous)||(type(p)>mp_independent) ) {
5838   mp_print(mp, " BAD");
5839 } else { 
5840   mp->g_pointer=p; mp_print_capsule(mp); c=right_paren_class;
5841 }
5842
5843 @ @<Display a numeric token@>=
5844 if ( class==digit_class ) 
5845   mp_print_char(mp, ' ');
5846 v=value(p);
5847 if ( v<0 ){ 
5848   if ( class==left_bracket_class ) 
5849     mp_print_char(mp, ' ');
5850   mp_print_char(mp, '['); mp_print_scaled(mp, v); mp_print_char(mp, ']');
5851   c=right_bracket_class;
5852 } else { 
5853   mp_print_scaled(mp, v); c=digit_class;
5854 }
5855
5856
5857 @ Strictly speaking, a genuine token will never have |info(p)=0|.
5858 But we will see later (in the |print_variable_name| routine) that
5859 it is convenient to let |info(p)=0| stand for `\.{[]}'.
5860
5861 @<Display a collective subscript@>=
5862 {
5863 if ( class==left_bracket_class ) 
5864   mp_print_char(mp, ' ');
5865 mp_print(mp, "[]"); c=right_bracket_class;
5866 }
5867
5868 @ @<Display a parameter token@>=
5869 {
5870 if ( r<suffix_base ) { 
5871   mp_print(mp, "(EXPR"); r=r-(expr_base);
5872 @.EXPR@>
5873 } else if ( r<text_base ) { 
5874   mp_print(mp, "(SUFFIX"); r=r-(suffix_base);
5875 @.SUFFIX@>
5876 } else { 
5877   mp_print(mp, "(TEXT"); r=r-(text_base);
5878 @.TEXT@>
5879 }
5880 mp_print_int(mp, r); mp_print_char(mp, ')'); c=right_paren_class;
5881 }
5882
5883
5884 @ @<Print string |r| as a symbolic token...@>=
5885
5886 c=mp->char_class[mp->str_pool[mp->str_start[r]]];
5887 if ( c==class ) {
5888   switch (c) {
5889   case letter_class:mp_print_char(mp, '.'); break;
5890   case isolated_classes: break;
5891   default: mp_print_char(mp, ' '); break;
5892   }
5893 }
5894 mp_print_str(mp, r);
5895 }
5896
5897 @ The following procedures have been declared |forward| with no parameters,
5898 because the author dislikes \PASCAL's convention about |forward| procedures
5899 with parameters. It was necessary to do something, because |show_token_list|
5900 is recursive (although the recursion is limited to one level), and because
5901 |flush_token_list| is syntactically (but not semantically) recursive.
5902 @^recursion@>
5903
5904 @<Declare miscellaneous procedures that were declared |forward|@>=
5905 void mp_print_capsule (MP mp) { 
5906   mp_print_char(mp, '('); mp_print_exp(mp, mp->g_pointer,0); mp_print_char(mp, ')');
5907 };
5908 @#
5909 void mp_token_recycle (MP mp) { 
5910   mp_recycle_value(mp, mp->g_pointer);
5911 };
5912
5913 @ @<Glob...@>=
5914 pointer g_pointer; /* (global) parameter to the |forward| procedures */
5915
5916 @ Macro definitions are kept in \MP's memory in the form of token lists
5917 that have a few extra one-word nodes at the beginning.
5918
5919 The first node contains a reference count that is used to tell when the
5920 list is no longer needed. To emphasize the fact that a reference count is
5921 present, we shall refer to the |info| field of this special node as the
5922 |ref_count| field.
5923 @^reference counts@>
5924
5925 The next node or nodes after the reference count serve to describe the
5926 formal parameters. They either contain a code word that specifies all
5927 of the parameters, or they contain zero or more parameter tokens followed
5928 by the code `|general_macro|'.
5929
5930 @d ref_count info
5931   /* reference count preceding a macro definition or picture header */
5932 @d add_mac_ref(A) incr(ref_count((A))) /* make a new reference to a macro list */
5933 @d general_macro 0 /* preface to a macro defined with a parameter list */
5934 @d primary_macro 1 /* preface to a macro with a \&{primary} parameter */
5935 @d secondary_macro 2 /* preface to a macro with a \&{secondary} parameter */
5936 @d tertiary_macro 3 /* preface to a macro with a \&{tertiary} parameter */
5937 @d expr_macro 4 /* preface to a macro with an undelimited \&{expr} parameter */
5938 @d of_macro 5 /* preface to a macro with
5939   undelimited `\&{expr} |x| \&{of}~|y|' parameters */
5940 @d suffix_macro 6 /* preface to a macro with an undelimited \&{suffix} parameter */
5941 @d text_macro 7 /* preface to a macro with an undelimited \&{text} parameter */
5942
5943 @c 
5944 void mp_delete_mac_ref (MP mp,pointer p) {
5945   /* |p| points to the reference count of a macro list that is
5946     losing one reference */
5947   if ( ref_count(p)==null ) mp_flush_token_list(mp, p);
5948   else decr(ref_count(p));
5949 }
5950
5951 @ The following subroutine displays a macro, given a pointer to its
5952 reference count.
5953
5954 @c 
5955 @<Declare the procedure called |print_cmd_mod|@>;
5956 void mp_show_macro (MP mp, pointer p, integer q, integer l) {
5957   pointer r; /* temporary storage */
5958   p=link(p); /* bypass the reference count */
5959   while ( info(p)>text_macro ){ 
5960     r=link(p); link(p)=null;
5961     mp_show_token_list(mp, p,null,l,0); link(p)=r; p=r;
5962     if ( l>0 ) l=l-mp->tally; else return;
5963   } /* control printing of `\.{ETC.}' */
5964 @.ETC@>
5965   mp->tally=0;
5966   switch(info(p)) {
5967   case general_macro:mp_print(mp, "->"); break;
5968 @.->@>
5969   case primary_macro: case secondary_macro: case tertiary_macro:
5970     mp_print_char(mp, '<');
5971     mp_print_cmd_mod(mp, param_type,info(p)); 
5972     mp_print(mp, ">->");
5973     break;
5974   case expr_macro:mp_print(mp, "<expr>->"); break;
5975   case of_macro:mp_print(mp, "<expr>of<primary>->"); break;
5976   case suffix_macro:mp_print(mp, "<suffix>->"); break;
5977   case text_macro:mp_print(mp, "<text>->"); break;
5978   } /* there are no other cases */
5979   mp_show_token_list(mp, link(p),q,l-mp->tally,0);
5980 }
5981
5982 @* \[15] Data structures for variables.
5983 The variables of \MP\ programs can be simple, like `\.x', or they can
5984 combine the structural properties of arrays and records, like `\.{x20a.b}'.
5985 A \MP\ user assigns a type to a variable like \.{x20a.b} by saying, for
5986 example, `\.{boolean} \.{x20a.b}'. It's time for us to study how such
5987 things are represented inside of the computer.
5988
5989 Each variable value occupies two consecutive words, either in a two-word
5990 node called a value node, or as a two-word subfield of a larger node.  One
5991 of those two words is called the |value| field; it is an integer,
5992 containing either a |scaled| numeric value or the representation of some
5993 other type of quantity. (It might also be subdivided into halfwords, in
5994 which case it is referred to by other names instead of |value|.) The other
5995 word is broken into subfields called |type|, |name_type|, and |link|.  The
5996 |type| field is a quarterword that specifies the variable's type, and
5997 |name_type| is a quarterword from which \MP\ can reconstruct the
5998 variable's name (sometimes by using the |link| field as well).  Thus, only
5999 1.25 words are actually devoted to the value itself; the other
6000 three-quarters of a word are overhead, but they aren't wasted because they
6001 allow \MP\ to deal with sparse arrays and to provide meaningful diagnostics.
6002
6003 In this section we shall be concerned only with the structural aspects of
6004 variables, not their values. Later parts of the program will change the
6005 |type| and |value| fields, but we shall treat those fields as black boxes
6006 whose contents should not be touched.
6007
6008 However, if the |type| field is |mp_structured|, there is no |value| field,
6009 and the second word is broken into two pointer fields called |attr_head|
6010 and |subscr_head|. Those fields point to additional nodes that
6011 contain structural information, as we shall see.
6012
6013 @d subscr_head_loc(A)   (A)+1 /* where |value|, |subscr_head| and |attr_head| are */
6014 @d attr_head(A)   info(subscr_head_loc((A))) /* pointer to attribute info */
6015 @d subscr_head(A)   link(subscr_head_loc((A))) /* pointer to subscript info */
6016 @d value_node_size 2 /* the number of words in a value node */
6017
6018 @ An attribute node is three words long. Two of these words contain |type|
6019 and |value| fields as described above, and the third word contains
6020 additional information:  There is an |attr_loc| field, which contains the
6021 hash address of the token that names this attribute; and there's also a
6022 |parent| field, which points to the value node of |mp_structured| type at the
6023 next higher level (i.e., at the level to which this attribute is
6024 subsidiary).  The |name_type| in an attribute node is `|attr|'.  The
6025 |link| field points to the next attribute with the same parent; these are
6026 arranged in increasing order, so that |attr_loc(link(p))>attr_loc(p)|. The
6027 final attribute node links to the constant |end_attr|, whose |attr_loc|
6028 field is greater than any legal hash address. The |attr_head| in the
6029 parent points to a node whose |name_type| is |mp_structured_root|; this
6030 node represents the null attribute, i.e., the variable that is relevant
6031 when no attributes are attached to the parent. The |attr_head| node is either
6032 a value node, a subscript node, or an attribute node, depending on what
6033 the parent would be if it were not structured; but the subscript and
6034 attribute fields are ignored, so it effectively contains only the data of
6035 a value node. The |link| field in this special node points to an attribute
6036 node whose |attr_loc| field is zero; the latter node represents a collective
6037 subscript `\.{[]}' attached to the parent, and its |link| field points to
6038 the first non-special attribute node (or to |end_attr| if there are none).
6039
6040 A subscript node likewise occupies three words, with |type| and |value| fields
6041 plus extra information; its |name_type| is |subscr|. In this case the
6042 third word is called the |subscript| field, which is a |scaled| integer.
6043 The |link| field points to the subscript node with the next larger
6044 subscript, if any; otherwise the |link| points to the attribute node
6045 for collective subscripts at this level. We have seen that the latter node
6046 contains an upward pointer, so that the parent can be deduced.
6047
6048 The |name_type| in a parent-less value node is |root|, and the |link|
6049 is the hash address of the token that names this value.
6050
6051 In other words, variables have a hierarchical structure that includes
6052 enough threads running around so that the program is able to move easily
6053 between siblings, parents, and children. An example should be helpful:
6054 (The reader is advised to draw a picture while reading the following
6055 description, since that will help to firm up the ideas.)
6056 Suppose that `\.x' and `\.{x.a}' and `\.{x[]b}' and `\.{x5}'
6057 and `\.{x20b}' have been mentioned in a user's program, where
6058 \.{x[]b} has been declared to be of \&{boolean} type. Let |h(x)|, |h(a)|,
6059 and |h(b)| be the hash addresses of \.x, \.a, and~\.b. Then
6060 |eq_type(h(x))=name| and |equiv(h(x))=p|, where |p|~is a two-word value
6061 node with |name_type(p)=root| and |link(p)=h(x)|. We have |type(p)=mp_structured|,
6062 |attr_head(p)=q|, and |subscr_head(p)=r|, where |q| points to a value
6063 node and |r| to a subscript node. (Are you still following this? Use
6064 a pencil to draw a diagram.) The lone variable `\.x' is represented by
6065 |type(q)| and |value(q)|; furthermore
6066 |name_type(q)=mp_structured_root| and |link(q)=q1|, where |q1| points
6067 to an attribute node representing `\.{x[]}'. Thus |name_type(q1)=attr|,
6068 |attr_loc(q1)=collective_subscript=0|, |parent(q1)=p|,
6069 |type(q1)=mp_structured|, |attr_head(q1)=qq|, and |subscr_head(q1)=qq1|;
6070 |qq| is a value node with |type(qq)=mp_numeric_type| (assuming that \.{x5} is
6071 numeric, because |qq| represents `\.{x[]}' with no further attributes),
6072 |name_type(qq)=mp_structured_root|, and
6073 |link(qq)=qq1|. (Now pay attention to the next part.) Node |qq1| is
6074 an attribute node representing `\.{x[][]}', which has never yet
6075 occurred; its |type| field is |undefined|, and its |value| field is
6076 undefined. We have |name_type(qq1)=attr|, |attr_loc(qq1)=collective_subscript|,
6077 |parent(qq1)=q1|, and |link(qq1)=qq2|. Since |qq2| represents
6078 `\.{x[]b}', |type(qq2)=mp_unknown_boolean|; also |attr_loc(qq2)=h(b)|,
6079 |parent(qq2)=q1|, |name_type(qq2)=attr|, |link(qq2)=end_attr|.
6080 (Maybe colored lines will help untangle your picture.)
6081  Node |r| is a subscript node with |type| and |value|
6082 representing `\.{x5}'; |name_type(r)=subscr|, |subscript(r)=5.0|,
6083 and |link(r)=r1| is another subscript node. To complete the picture,
6084 see if you can guess what |link(r1)| is; give up? It's~|q1|.
6085 Furthermore |subscript(r1)=20.0|, |name_type(r1)=subscr|,
6086 |type(r1)=mp_structured|, |attr_head(r1)=qqq|, |subscr_head(r1)=qqq1|,
6087 and we finish things off with three more nodes
6088 |qqq|, |qqq1|, and |qqq2| hung onto~|r1|. (Perhaps you should start again
6089 with a larger sheet of paper.) The value of variable \.{x20b}
6090 appears in node~|qqq2|, as you can well imagine.
6091
6092 If the example in the previous paragraph doesn't make things crystal
6093 clear, a glance at some of the simpler subroutines below will reveal how
6094 things work out in practice.
6095
6096 The only really unusual thing about these conventions is the use of
6097 collective subscript attributes. The idea is to avoid repeating a lot of
6098 type information when many elements of an array are identical macros
6099 (for which distinct values need not be stored) or when they don't have
6100 all of the possible attributes. Branches of the structure below collective
6101 subscript attributes do not carry actual values except for macro identifiers;
6102 branches of the structure below subscript nodes do not carry significant
6103 information in their collective subscript attributes.
6104
6105 @d attr_loc_loc(A) ((A)+2) /* where the |attr_loc| and |parent| fields are */
6106 @d attr_loc(A) info(attr_loc_loc((A))) /* hash address of this attribute */
6107 @d parent(A) link(attr_loc_loc((A))) /* pointer to |mp_structured| variable */
6108 @d subscript_loc(A) ((A)+2) /* where the |subscript| field lives */
6109 @d subscript(A) mp->mem[subscript_loc((A))].sc /* subscript of this variable */
6110 @d attr_node_size 3 /* the number of words in an attribute node */
6111 @d subscr_node_size 3 /* the number of words in a subscript node */
6112 @d collective_subscript 0 /* code for the attribute `\.{[]}' */
6113
6114 @<Initialize table...@>=
6115 attr_loc(end_attr)=hash_end+1; parent(end_attr)=null;
6116
6117 @ Variables of type \&{pair} will have values that point to four-word
6118 nodes containing two numeric values. The first of these values has
6119 |name_type=mp_x_part_sector| and the second has |name_type=mp_y_part_sector|;
6120 the |link| in the first points back to the node whose |value| points
6121 to this four-word node.
6122
6123 Variables of type \&{transform} are similar, but in this case their
6124 |value| points to a 12-word node containing six values, identified by
6125 |x_part_sector|, |y_part_sector|, |mp_xx_part_sector|, |mp_xy_part_sector|,
6126 |mp_yx_part_sector|, and |mp_yy_part_sector|.
6127 Finally, variables of type \&{color} have three values in six words
6128 identified by |mp_red_part_sector|, |mp_green_part_sector|, and |mp_blue_part_sector|.
6129
6130 When an entire structured variable is saved, the |root| indication
6131 is temporarily replaced by |saved_root|.
6132
6133 Some variables have no name; they just are used for temporary storage
6134 while expressions are being evaluated. We call them {\sl capsules}.
6135
6136 @d x_part_loc(A) (A) /* where the \&{xpart} is found in a pair or transform node */
6137 @d y_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{ypart} is found in a pair or transform node */
6138 @d xx_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{xxpart} is found in a transform node */
6139 @d xy_part_loc(A) ((A)+6) /* where the \&{xypart} is found in a transform node */
6140 @d yx_part_loc(A) ((A)+8) /* where the \&{yxpart} is found in a transform node */
6141 @d yy_part_loc(A) ((A)+10) /* where the \&{yypart} is found in a transform node */
6142 @d red_part_loc(A) (A) /* where the \&{redpart} is found in a color node */
6143 @d green_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{greenpart} is found in a color node */
6144 @d blue_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{bluepart} is found in a color node */
6145 @d cyan_part_loc(A) (A) /* where the \&{cyanpart} is found in a color node */
6146 @d magenta_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{magentapart} is found in a color node */
6147 @d yellow_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{yellowpart} is found in a color node */
6148 @d black_part_loc(A) ((A)+6) /* where the \&{blackpart} is found in a color node */
6149 @d grey_part_loc(A) (A) /* where the \&{greypart} is found in a color node */
6150 @#
6151 @d pair_node_size 4 /* the number of words in a pair node */
6152 @d transform_node_size 12 /* the number of words in a transform node */
6153 @d color_node_size 6 /* the number of words in a color node */
6154 @d cmykcolor_node_size 8 /* the number of words in a color node */
6155
6156 @<Glob...@>=
6157 small_number big_node_size[mp_pair_type+1];
6158 small_number sector0[mp_pair_type+1];
6159 small_number sector_offset[mp_black_part_sector+1];
6160
6161 @ The |sector0| array gives for each big node type, |name_type| values
6162 for its first subfield; the |sector_offset| array gives for each
6163 |name_type| value, the offset from the first subfield in words;
6164 and the |big_node_size| array gives the size in words for each type of
6165 big node.
6166
6167 @<Set init...@>=
6168 mp->big_node_size[mp_transform_type]=transform_node_size;
6169 mp->big_node_size[mp_pair_type]=pair_node_size;
6170 mp->big_node_size[mp_color_type]=color_node_size;
6171 mp->big_node_size[mp_cmykcolor_type]=cmykcolor_node_size;
6172 mp->sector0[mp_transform_type]=mp_x_part_sector;
6173 mp->sector0[mp_pair_type]=mp_x_part_sector;
6174 mp->sector0[mp_color_type]=mp_red_part_sector;
6175 mp->sector0[mp_cmykcolor_type]=mp_cyan_part_sector;
6176 for (k=mp_x_part_sector;k<= mp_yy_part_sector;k++ ) {
6177   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_x_part_sector);
6178 }
6179 for (k=mp_red_part_sector;k<= mp_blue_part_sector ; k++) {
6180   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_red_part_sector);
6181 }
6182 for (k=mp_cyan_part_sector;k<= mp_black_part_sector;k++ ) {
6183   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_cyan_part_sector);
6184 }
6185
6186 @ If |type(p)=mp_pair_type| or |mp_transform_type| and if |value(p)=null|, the
6187 procedure call |init_big_node(p)| will allocate a pair or transform node
6188 for~|p|.  The individual parts of such nodes are initially of type
6189 |mp_independent|.
6190
6191 @c 
6192 void mp_init_big_node (MP mp,pointer p) {
6193   pointer q; /* the new node */
6194   small_number s; /* its size */
6195   s=mp->big_node_size[type(p)]; q=mp_get_node(mp, s);
6196   do {  
6197     s=s-2; 
6198     @<Make variable |q+s| newly independent@>;
6199     name_type(q+s)=halfp(s)+mp->sector0[type(p)]; 
6200     link(q+s)=null;
6201   } while (s!=0);
6202   link(q)=p; value(p)=q;
6203 }
6204
6205 @ The |id_transform| function creates a capsule for the
6206 identity transformation.
6207
6208 @c 
6209 pointer mp_id_transform (MP mp) {
6210   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
6211   p=mp_get_node(mp, value_node_size); type(p)=mp_transform_type;
6212   name_type(p)=mp_capsule; value(p)=null; mp_init_big_node(mp, p); q=value(p);
6213   r=q+transform_node_size;
6214   do {  
6215     r=r-2;
6216     type(r)=mp_known; value(r)=0;
6217   } while (r!=q);
6218   value(xx_part_loc(q))=unity; 
6219   value(yy_part_loc(q))=unity;
6220   return p;
6221 }
6222
6223 @ Tokens are of type |tag_token| when they first appear, but they point
6224 to |null| until they are first used as the root of a variable.
6225 The following subroutine establishes the root node on such grand occasions.
6226
6227 @c 
6228 void mp_new_root (MP mp,pointer x) {
6229   pointer p; /* the new node */
6230   p=mp_get_node(mp, value_node_size); type(p)=undefined; name_type(p)=mp_root;
6231   link(p)=x; equiv(x)=p;
6232 }
6233
6234 @ These conventions for variable representation are illustrated by the
6235 |print_variable_name| routine, which displays the full name of a
6236 variable given only a pointer to its two-word value packet.
6237
6238 @<Declarations@>=
6239 void mp_print_variable_name (MP mp, pointer p);
6240
6241 @ @c 
6242 void mp_print_variable_name (MP mp, pointer p) {
6243   pointer q; /* a token list that will name the variable's suffix */
6244   pointer r; /* temporary for token list creation */
6245   while ( name_type(p)>=mp_x_part_sector ) {
6246     @<Preface the output with a part specifier; |return| in the
6247       case of a capsule@>;
6248   }
6249   q=null;
6250   while ( name_type(p)>mp_saved_root ) {
6251     @<Ascend one level, pushing a token onto list |q|
6252      and replacing |p| by its parent@>;
6253   }
6254   r=mp_get_avail(mp); info(r)=link(p); link(r)=q;
6255   if ( name_type(p)==mp_saved_root ) mp_print(mp, "(SAVED)");
6256 @.SAVED@>
6257   mp_show_token_list(mp, r,null,el_gordo,mp->tally); 
6258   mp_flush_token_list(mp, r);
6259 }
6260
6261 @ @<Ascend one level, pushing a token onto list |q|...@>=
6262
6263   if ( name_type(p)==mp_subscr ) { 
6264     r=mp_new_num_tok(mp, subscript(p));
6265     do {  
6266       p=link(p);
6267     } while (name_type(p)!=mp_attr);
6268   } else if ( name_type(p)==mp_structured_root ) {
6269     p=link(p); goto FOUND;
6270   } else { 
6271     if ( name_type(p)!=mp_attr ) mp_confusion(mp, "var");
6272 @:this can't happen var}{\quad var@>
6273     r=mp_get_avail(mp); info(r)=attr_loc(p);
6274   }
6275   link(r)=q; q=r;
6276 FOUND:  
6277   p=parent(p);
6278 }
6279
6280 @ @<Preface the output with a part specifier...@>=
6281 { switch (name_type(p)) {
6282   case mp_x_part_sector: mp_print_char(mp, 'x'); break;
6283   case mp_y_part_sector: mp_print_char(mp, 'y'); break;
6284   case mp_xx_part_sector: mp_print(mp, "xx"); break;
6285   case mp_xy_part_sector: mp_print(mp, "xy"); break;
6286   case mp_yx_part_sector: mp_print(mp, "yx"); break;
6287   case mp_yy_part_sector: mp_print(mp, "yy"); break;
6288   case mp_red_part_sector: mp_print(mp, "red"); break;
6289   case mp_green_part_sector: mp_print(mp, "green"); break;
6290   case mp_blue_part_sector: mp_print(mp, "blue"); break;
6291   case mp_cyan_part_sector: mp_print(mp, "cyan"); break;
6292   case mp_magenta_part_sector: mp_print(mp, "magenta"); break;
6293   case mp_yellow_part_sector: mp_print(mp, "yellow"); break;
6294   case mp_black_part_sector: mp_print(mp, "black"); break;
6295   case mp_grey_part_sector: mp_print(mp, "grey"); break;
6296   case mp_capsule: 
6297     mp_print(mp, "%CAPSULE"); mp_print_int(mp, p-null); return;
6298     break;
6299 @.CAPSULE@>
6300   } /* there are no other cases */
6301   mp_print(mp, "part "); 
6302   p=link(p-mp->sector_offset[name_type(p)]);
6303 }
6304
6305 @ The |interesting| function returns |true| if a given variable is not
6306 in a capsule, or if the user wants to trace capsules.
6307
6308 @c 
6309 boolean mp_interesting (MP mp,pointer p) {
6310   small_number t; /* a |name_type| */
6311   if ( mp->internal[mp_tracing_capsules]>0 ) {
6312     return true;
6313   } else { 
6314     t=name_type(p);
6315     if ( t>=mp_x_part_sector ) if ( t!=mp_capsule )
6316       t=name_type(link(p-mp->sector_offset[t]));
6317     return (t!=mp_capsule);
6318   }
6319 }
6320
6321 @ Now here is a subroutine that converts an unstructured type into an
6322 equivalent structured type, by inserting a |mp_structured| node that is
6323 capable of growing. This operation is done only when |name_type(p)=root|,
6324 |subscr|, or |attr|.
6325
6326 The procedure returns a pointer to the new node that has taken node~|p|'s
6327 place in the structure. Node~|p| itself does not move, nor are its
6328 |value| or |type| fields changed in any way.
6329
6330 @c 
6331 pointer mp_new_structure (MP mp,pointer p) {
6332   pointer q,r=0; /* list manipulation registers */
6333   switch (name_type(p)) {
6334   case mp_root: 
6335     q=link(p); r=mp_get_node(mp, value_node_size); equiv(q)=r;
6336     break;
6337   case mp_subscr: 
6338     @<Link a new subscript node |r| in place of node |p|@>;
6339     break;
6340   case mp_attr: 
6341     @<Link a new attribute node |r| in place of node |p|@>;
6342     break;
6343   default: 
6344     mp_confusion(mp, "struct");
6345 @:this can't happen struct}{\quad struct@>
6346     break;
6347   }
6348   link(r)=link(p); type(r)=mp_structured; name_type(r)=name_type(p);
6349   attr_head(r)=p; name_type(p)=mp_structured_root;
6350   q=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(p)=q; subscr_head(r)=q;
6351   parent(q)=r; type(q)=undefined; name_type(q)=mp_attr; link(q)=end_attr;
6352   attr_loc(q)=collective_subscript; 
6353   return r;
6354 };
6355
6356 @ @<Link a new subscript node |r| in place of node |p|@>=
6357
6358   q=p;
6359   do {  
6360     q=link(q);
6361   } while (name_type(q)!=mp_attr);
6362   q=parent(q); r=subscr_head_loc(q); /* |link(r)=subscr_head(q)| */
6363   do {  
6364     q=r; r=link(r);
6365   } while (r!=p);
6366   r=mp_get_node(mp, subscr_node_size);
6367   link(q)=r; subscript(r)=subscript(p);
6368 }
6369
6370 @ If the attribute is |collective_subscript|, there are two pointers to
6371 node~|p|, so we must change both of them.
6372
6373 @<Link a new attribute node |r| in place of node |p|@>=
6374
6375   q=parent(p); r=attr_head(q);
6376   do {  
6377     q=r; r=link(r);
6378   } while (r!=p);
6379   r=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(q)=r;
6380   mp->mem[attr_loc_loc(r)]=mp->mem[attr_loc_loc(p)]; /* copy |attr_loc| and |parent| */
6381   if ( attr_loc(p)==collective_subscript ) { 
6382     q=subscr_head_loc(parent(p));
6383     while ( link(q)!=p ) q=link(q);
6384     link(q)=r;
6385   }
6386 }
6387
6388 @ The |find_variable| routine is given a pointer~|t| to a nonempty token
6389 list of suffixes; it returns a pointer to the corresponding two-word
6390 value. For example, if |t| points to token \.x followed by a numeric
6391 token containing the value~7, |find_variable| finds where the value of
6392 \.{x7} is stored in memory. This may seem a simple task, and it
6393 usually is, except when \.{x7} has never been referenced before.
6394 Indeed, \.x may never have even been subscripted before; complexities
6395 arise with respect to updating the collective subscript information.
6396
6397 If a macro type is detected anywhere along path~|t|, or if the first
6398 item on |t| isn't a |tag_token|, the value |null| is returned.
6399 Otherwise |p| will be a non-null pointer to a node such that
6400 |undefined<type(p)<mp_structured|.
6401
6402 @d abort_find { return null; }
6403
6404 @c 
6405 pointer mp_find_variable (MP mp,pointer t) {
6406   pointer p,q,r,s; /* nodes in the ``value'' line */
6407   pointer pp,qq,rr,ss; /* nodes in the ``collective'' line */
6408   integer n; /* subscript or attribute */
6409   memory_word save_word; /* temporary storage for a word of |mem| */
6410 @^inner loop@>
6411   p=info(t); t=link(t);
6412   if ( (eq_type(p) % outer_tag) != tag_token ) abort_find;
6413   if ( equiv(p)==null ) mp_new_root(mp, p);
6414   p=equiv(p); pp=p;
6415   while ( t!=null ) { 
6416     @<Make sure that both nodes |p| and |pp| are of |mp_structured| type@>;
6417     if ( t<mp->hi_mem_min ) {
6418       @<Descend one level for the subscript |value(t)|@>
6419     } else {
6420       @<Descend one level for the attribute |info(t)|@>;
6421     }
6422     t=link(t);
6423   }
6424   if ( type(pp)>=mp_structured ) {
6425     if ( type(pp)==mp_structured ) pp=attr_head(pp); else abort_find;
6426   }
6427   if ( type(p)==mp_structured ) p=attr_head(p);
6428   if ( type(p)==undefined ) { 
6429     if ( type(pp)==undefined ) { type(pp)=mp_numeric_type; value(pp)=null; };
6430     type(p)=type(pp); value(p)=null;
6431   };
6432   return p;
6433 }
6434
6435 @ Although |pp| and |p| begin together, they diverge when a subscript occurs;
6436 |pp|~stays in the collective line while |p|~goes through actual subscript
6437 values.
6438
6439 @<Make sure that both nodes |p| and |pp|...@>=
6440 if ( type(pp)!=mp_structured ) { 
6441   if ( type(pp)>mp_structured ) abort_find;
6442   ss=mp_new_structure(mp, pp);
6443   if ( p==pp ) p=ss;
6444   pp=ss;
6445 }; /* now |type(pp)=mp_structured| */
6446 if ( type(p)!=mp_structured ) /* it cannot be |>mp_structured| */
6447   p=mp_new_structure(mp, p) /* now |type(p)=mp_structured| */
6448
6449 @ We want this part of the program to be reasonably fast, in case there are
6450 @^inner loop@>
6451 lots of subscripts at the same level of the data structure. Therefore
6452 we store an ``infinite'' value in the word that appears at the end of the
6453 subscript list, even though that word isn't part of a subscript node.
6454
6455 @<Descend one level for the subscript |value(t)|@>=
6456
6457   n=value(t);
6458   pp=link(attr_head(pp)); /* now |attr_loc(pp)=collective_subscript| */
6459   q=link(attr_head(p)); save_word=mp->mem[subscript_loc(q)];
6460   subscript(q)=el_gordo; s=subscr_head_loc(p); /* |link(s)=subscr_head(p)| */
6461   do {  
6462     r=s; s=link(s);
6463   } while (n>subscript(s));
6464   if ( n==subscript(s) ) {
6465     p=s;
6466   } else { 
6467     p=mp_get_node(mp, subscr_node_size); link(r)=p; link(p)=s;
6468     subscript(p)=n; name_type(p)=mp_subscr; type(p)=undefined;
6469   }
6470   mp->mem[subscript_loc(q)]=save_word;
6471 }
6472
6473 @ @<Descend one level for the attribute |info(t)|@>=
6474
6475   n=info(t);
6476   ss=attr_head(pp);
6477   do {  
6478     rr=ss; ss=link(ss);
6479   } while (n>attr_loc(ss));
6480   if ( n<attr_loc(ss) ) { 
6481     qq=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(rr)=qq; link(qq)=ss;
6482     attr_loc(qq)=n; name_type(qq)=mp_attr; type(qq)=undefined;
6483     parent(qq)=pp; ss=qq;
6484   }
6485   if ( p==pp ) { 
6486     p=ss; pp=ss;
6487   } else { 
6488     pp=ss; s=attr_head(p);
6489     do {  
6490       r=s; s=link(s);
6491     } while (n>attr_loc(s));
6492     if ( n==attr_loc(s) ) {
6493       p=s;
6494     } else { 
6495       q=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(r)=q; link(q)=s;
6496       attr_loc(q)=n; name_type(q)=mp_attr; type(q)=undefined;
6497       parent(q)=p; p=q;
6498     }
6499   }
6500 }
6501
6502 @ Variables lose their former values when they appear in a type declaration,
6503 or when they are defined to be macros or \&{let} equal to something else.
6504 A subroutine will be defined later that recycles the storage associated
6505 with any particular |type| or |value|; our goal now is to study a higher
6506 level process called |flush_variable|, which selectively frees parts of a
6507 variable structure.
6508
6509 This routine has some complexity because of examples such as
6510 `\hbox{\tt numeric x[]a[]b}'
6511 which recycles all variables of the form \.{x[i]a[j]b} (and no others), while
6512 `\hbox{\tt vardef x[]a[]=...}'
6513 discards all variables of the form \.{x[i]a[j]} followed by an arbitrary
6514 suffix, except for the collective node \.{x[]a[]} itself. The obvious way
6515 to handle such examples is to use recursion; so that's what we~do.
6516 @^recursion@>
6517
6518 Parameter |p| points to the root information of the variable;
6519 parameter |t| points to a list of one-word nodes that represent
6520 suffixes, with |info=collective_subscript| for subscripts.
6521
6522 @<Declarations@>=
6523 @<Declare subroutines for printing expressions@>
6524 @<Declare basic dependency-list subroutines@>
6525 @<Declare the recycling subroutines@>
6526 void mp_flush_cur_exp (MP mp,scaled v) ;
6527 @<Declare the procedure called |flush_below_variable|@>
6528
6529 @ @c 
6530 void mp_flush_variable (MP mp,pointer p, pointer t, boolean discard_suffixes) {
6531   pointer q,r; /* list manipulation */
6532   halfword n; /* attribute to match */
6533   while ( t!=null ) { 
6534     if ( type(p)!=mp_structured ) return;
6535     n=info(t); t=link(t);
6536     if ( n==collective_subscript ) { 
6537       r=subscr_head_loc(p); q=link(r); /* |q=subscr_head(p)| */
6538       while ( name_type(q)==mp_subscr ){ 
6539         mp_flush_variable(mp, q,t,discard_suffixes);
6540         if ( t==null ) {
6541           if ( type(q)==mp_structured ) r=q;
6542           else  { link(r)=link(q); mp_free_node(mp, q,subscr_node_size);   }
6543         } else {
6544           r=q;
6545         }
6546         q=link(r);
6547       }
6548     }
6549     p=attr_head(p);
6550     do {  
6551       r=p; p=link(p);
6552     } while (attr_loc(p)<n);
6553     if ( attr_loc(p)!=n ) return;
6554   }
6555   if ( discard_suffixes ) {
6556     mp_flush_below_variable(mp, p);
6557   } else { 
6558     if ( type(p)==mp_structured ) p=attr_head(p);
6559     mp_recycle_value(mp, p);
6560   }
6561 }
6562
6563 @ The next procedure is simpler; it wipes out everything but |p| itself,
6564 which becomes undefined.
6565
6566 @<Declare the procedure called |flush_below_variable|@>=
6567 void mp_flush_below_variable (MP mp, pointer p);
6568
6569 @ @c
6570 void mp_flush_below_variable (MP mp,pointer p) {
6571    pointer q,r; /* list manipulation registers */
6572   if ( type(p)!=mp_structured ) {
6573     mp_recycle_value(mp, p); /* this sets |type(p)=undefined| */
6574   } else { 
6575     q=subscr_head(p);
6576     while ( name_type(q)==mp_subscr ) { 
6577       mp_flush_below_variable(mp, q); r=q; q=link(q);
6578       mp_free_node(mp, r,subscr_node_size);
6579     }
6580     r=attr_head(p); q=link(r); mp_recycle_value(mp, r);
6581     if ( name_type(p)<=mp_saved_root ) mp_free_node(mp, r,value_node_size);
6582     else mp_free_node(mp, r,subscr_node_size);
6583     /* we assume that |subscr_node_size=attr_node_size| */
6584     do {  
6585       mp_flush_below_variable(mp, q); r=q; q=link(q); mp_free_node(mp, r,attr_node_size);
6586     } while (q!=end_attr);
6587     type(p)=undefined;
6588   }
6589 }
6590
6591 @ Just before assigning a new value to a variable, we will recycle the
6592 old value and make the old value undefined. The |und_type| routine
6593 determines what type of undefined value should be given, based on
6594 the current type before recycling.
6595
6596 @c 
6597 small_number mp_und_type (MP mp,pointer p) { 
6598   switch (type(p)) {
6599   case undefined: case mp_vacuous:
6600     return undefined;
6601   case mp_boolean_type: case mp_unknown_boolean:
6602     return mp_unknown_boolean;
6603   case mp_string_type: case mp_unknown_string:
6604     return mp_unknown_string;
6605   case mp_pen_type: case mp_unknown_pen:
6606     return mp_unknown_pen;
6607   case mp_path_type: case mp_unknown_path:
6608     return mp_unknown_path;
6609   case mp_picture_type: case mp_unknown_picture:
6610     return mp_unknown_picture;
6611   case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type:
6612   case mp_pair_type: case mp_numeric_type: 
6613     return type(p);
6614   case mp_known: case mp_dependent: case mp_proto_dependent: case mp_independent:
6615     return mp_numeric_type;
6616   } /* there are no other cases */
6617   return 0;
6618 }
6619
6620 @ The |clear_symbol| routine is used when we want to redefine the equivalent
6621 of a symbolic token. It must remove any variable structure or macro
6622 definition that is currently attached to that symbol. If the |saving|
6623 parameter is true, a subsidiary structure is saved instead of destroyed.
6624
6625 @c 
6626 void mp_clear_symbol (MP mp,pointer p, boolean saving) {
6627   pointer q; /* |equiv(p)| */
6628   q=equiv(p);
6629   switch (eq_type(p) % outer_tag)  {
6630   case defined_macro:
6631   case secondary_primary_macro:
6632   case tertiary_secondary_macro:
6633   case expression_tertiary_macro: 
6634     if ( ! saving ) mp_delete_mac_ref(mp, q);
6635     break;
6636   case tag_token:
6637     if ( q!=null ) {
6638       if ( saving ) {
6639         name_type(q)=mp_saved_root;
6640       } else { 
6641         mp_flush_below_variable(mp, q); mp_free_node(mp,q,value_node_size); 
6642       }
6643     }
6644     break;
6645   default:
6646     break;
6647   }
6648   mp->eqtb[p]=mp->eqtb[frozen_undefined];
6649 };
6650
6651 @* \[16] Saving and restoring equivalents.
6652 The nested structure given by \&{begingroup} and \&{endgroup}
6653 allows |eqtb| entries to be saved and restored, so that temporary changes
6654 can be made without difficulty.  When the user requests a current value to
6655 be saved, \MP\ puts that value into its ``save stack.'' An appearance of
6656 \&{endgroup} ultimately causes the old values to be removed from the save
6657 stack and put back in their former places.
6658
6659 The save stack is a linked list containing three kinds of entries,
6660 distinguished by their |info| fields. If |p| points to a saved item,
6661 then
6662
6663 \smallskip\hang
6664 |info(p)=0| stands for a group boundary; each \&{begingroup} contributes
6665 such an item to the save stack and each \&{endgroup} cuts back the stack
6666 until the most recent such entry has been removed.
6667
6668 \smallskip\hang
6669 |info(p)=q|, where |1<=q<=hash_end|, means that |mem[p+1]| holds the former
6670 contents of |eqtb[q]|. Such save stack entries are generated by \&{save}
6671 commands or suitable \&{interim} commands.
6672
6673 \smallskip\hang
6674 |info(p)=hash_end+q|, where |q>0|, means that |value(p)| is a |scaled|
6675 integer to be restored to internal parameter number~|q|. Such entries
6676 are generated by \&{interim} commands.
6677
6678 \smallskip\noindent
6679 The global variable |save_ptr| points to the top item on the save stack.
6680
6681 @d save_node_size 2 /* number of words per non-boundary save-stack node */
6682 @d saved_equiv(A) mp->mem[(A)+1].hh /* where an |eqtb| entry gets saved */
6683 @d save_boundary_item(A) { (A)=mp_get_avail(mp); info((A))=0;
6684   link((A))=mp->save_ptr; mp->save_ptr=(A);
6685   }
6686
6687 @<Glob...@>=
6688 pointer save_ptr; /* the most recently saved item */
6689
6690 @ @<Set init...@>=mp->save_ptr=null;
6691
6692 @ The |save_variable| routine is given a hash address |q|; it salts this
6693 address in the save stack, together with its current equivalent,
6694 then makes token~|q| behave as though it were brand new.
6695
6696 Nothing is stacked when |save_ptr=null|, however; there's no way to remove
6697 things from the stack when the program is not inside a group, so there's
6698 no point in wasting the space.
6699
6700 @c void mp_save_variable (MP mp,pointer q) {
6701   pointer p; /* temporary register */
6702   if ( mp->save_ptr!=null ){ 
6703     p=mp_get_node(mp, save_node_size); info(p)=q; link(p)=mp->save_ptr;
6704     saved_equiv(p)=mp->eqtb[q]; mp->save_ptr=p;
6705   }
6706   mp_clear_symbol(mp, q,(mp->save_ptr!=null));
6707 }
6708
6709 @ Similarly, |save_internal| is given the location |q| of an internal
6710 quantity like |mp_tracing_pens|. It creates a save stack entry of the
6711 third kind.
6712
6713 @c void mp_save_internal (MP mp,halfword q) {
6714   pointer p; /* new item for the save stack */
6715   if ( mp->save_ptr!=null ){ 
6716      p=mp_get_node(mp, save_node_size); info(p)=hash_end+q;
6717     link(p)=mp->save_ptr; value(p)=mp->internal[q]; mp->save_ptr=p;
6718   }
6719 }
6720
6721 @ At the end of a group, the |unsave| routine restores all of the saved
6722 equivalents in reverse order. This routine will be called only when there
6723 is at least one boundary item on the save stack.
6724
6725 @c 
6726 void mp_unsave (MP mp) {
6727   pointer q; /* index to saved item */
6728   pointer p; /* temporary register */
6729   while ( info(mp->save_ptr)!=0 ) {
6730     q=info(mp->save_ptr);
6731     if ( q>hash_end ) {
6732       if ( mp->internal[mp_tracing_restores]>0 ) {
6733         mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{restoring ");
6734         mp_print(mp, mp->int_name[q-(hash_end)]); mp_print_char(mp, '=');
6735         mp_print_scaled(mp, value(mp->save_ptr)); mp_print_char(mp, '}');
6736         mp_end_diagnostic(mp, false);
6737       }
6738       mp->internal[q-(hash_end)]=value(mp->save_ptr);
6739     } else { 
6740       if ( mp->internal[mp_tracing_restores]>0 ) {
6741         mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{restoring ");
6742         mp_print_text(q); mp_print_char(mp, '}');
6743         mp_end_diagnostic(mp, false);
6744       }
6745       mp_clear_symbol(mp, q,false);
6746       mp->eqtb[q]=saved_equiv(mp->save_ptr);
6747       if ( eq_type(q) % outer_tag==tag_token ) {
6748         p=equiv(q);
6749         if ( p!=null ) name_type(p)=mp_root;
6750       }
6751     }
6752     p=link(mp->save_ptr); 
6753     mp_free_node(mp, mp->save_ptr,save_node_size); mp->save_ptr=p;
6754   }
6755   p=link(mp->save_ptr); free_avail(mp->save_ptr); mp->save_ptr=p;
6756 }
6757
6758 @* \[17] Data structures for paths.
6759 When a \MP\ user specifies a path, \MP\ will create a list of knots
6760 and control points for the associated cubic spline curves. If the
6761 knots are $z_0$, $z_1$, \dots, $z_n$, there are control points
6762 $z_k^+$ and $z_{k+1}^-$ such that the cubic splines between knots
6763 $z_k$ and $z_{k+1}$ are defined by B\'ezier's formula
6764 @:Bezier}{B\'ezier, Pierre Etienne@>
6765 $$\eqalign{z(t)&=B(z_k,z_k^+,z_{k+1}^-,z_{k+1};t)\cr
6766 &=(1-t)^3z_k+3(1-t)^2tz_k^++3(1-t)t^2z_{k+1}^-+t^3z_{k+1}\cr}$$
6767 for |0<=t<=1|.
6768
6769 There is a 8-word node for each knot $z_k$, containing one word of
6770 control information and six words for the |x| and |y| coordinates of
6771 $z_k^-$ and $z_k$ and~$z_k^+$. The control information appears in the
6772 |left_type| and |right_type| fields, which each occupy a quarter of
6773 the first word in the node; they specify properties of the curve as it
6774 enters and leaves the knot. There's also a halfword |link| field,
6775 which points to the following knot, and a final supplementary word (of
6776 which only a quarter is used).
6777
6778 If the path is a closed contour, knots 0 and |n| are identical;
6779 i.e., the |link| in knot |n-1| points to knot~0. But if the path
6780 is not closed, the |left_type| of knot~0 and the |right_type| of knot~|n|
6781 are equal to |endpoint|. In the latter case the |link| in knot~|n| points
6782 to knot~0, and the control points $z_0^-$ and $z_n^+$ are not used.
6783
6784 @d left_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b0 /* characterizes the path entering this knot */
6785 @d right_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b1 /* characterizes the path leaving this knot */
6786 @d x_coord(A)   mp->mem[(A)+1].sc /* the |x| coordinate of this knot */
6787 @d y_coord(A)   mp->mem[(A)+2].sc /* the |y| coordinate of this knot */
6788 @d left_x(A)   mp->mem[(A)+3].sc /* the |x| coordinate of previous control point */
6789 @d left_y(A)   mp->mem[(A)+4].sc /* the |y| coordinate of previous control point */
6790 @d right_x(A)   mp->mem[(A)+5].sc /* the |x| coordinate of next control point */
6791 @d right_y(A)   mp->mem[(A)+6].sc /* the |y| coordinate of next control point */
6792 @d x_loc(A)   ((A)+1) /* where the |x| coordinate is stored in a knot */
6793 @d y_loc(A)   ((A)+2) /* where the |y| coordinate is stored in a knot */
6794 @d knot_coord(A)   mp->mem[(A)].sc /* |x| or |y| coordinate given |x_loc| or |y_loc| */
6795 @d left_coord(A)   mp->mem[(A)+2].sc
6796   /* coordinate of previous control point given |x_loc| or |y_loc| */
6797 @d right_coord(A)   mp->mem[(A)+4].sc
6798   /* coordinate of next control point given |x_loc| or |y_loc| */
6799 @d knot_node_size 8 /* number of words in a knot node */
6800
6801 @<Types...@>=
6802 enum mp_knot_type {
6803  mp_endpoint=0, /* |left_type| at path beginning and |right_type| at path end */
6804  mp_explicit, /* |left_type| or |right_type| when control points are known */
6805  mp_given, /* |left_type| or |right_type| when a direction is given */
6806  mp_curl, /* |left_type| or |right_type| when a curl is desired */
6807  mp_open, /* |left_type| or |right_type| when \MP\ should choose the direction */
6808  mp_end_cycle
6809 } ;
6810
6811 @ Before the B\'ezier control points have been calculated, the memory
6812 space they will ultimately occupy is taken up by information that can be
6813 used to compute them. There are four cases:
6814
6815 \yskip
6816 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_open|, the curve should leave
6817 the knot in the same direction it entered; \MP\ will figure out a
6818 suitable direction.
6819
6820 \yskip
6821 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_curl|, the curve should leave the
6822 knot in a direction depending on the angle at which it enters the next
6823 knot and on the curl parameter stored in |right_curl|.
6824
6825 \yskip
6826 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_given|, the curve should leave the
6827 knot in a nonzero direction stored as an |angle| in |right_given|.
6828
6829 \yskip
6830 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_explicit|, the B\'ezier control
6831 point for leaving this knot has already been computed; it is in the
6832 |right_x| and |right_y| fields.
6833
6834 \yskip\noindent
6835 The rules for |left_type| are similar, but they refer to the curve entering
6836 the knot, and to \\{left} fields instead of \\{right} fields.
6837
6838 Non-|explicit| control points will be chosen based on ``tension'' parameters
6839 in the |left_tension| and |right_tension| fields. The
6840 `\&{atleast}' option is represented by negative tension values.
6841 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
6842
6843 For example, the \MP\ path specification
6844 $$\.{z0..z1..tension atleast 1..\{curl 2\}z2..z3\{-1,-2\}..tension
6845   3 and 4..p},$$
6846 where \.p is the path `\.{z4..controls z45 and z54..z5}', will be represented
6847 by the six knots
6848 \def\lodash{\hbox to 1.1em{\thinspace\hrulefill\thinspace}}
6849 $$\vbox{\halign{#\hfil&&\qquad#\hfil\cr
6850 |left_type|&\\{left} info&|x_coord,y_coord|&|right_type|&\\{right} info\cr
6851 \noalign{\yskip}
6852 |endpoint|&\lodash$,\,$\lodash&$x_0,y_0$&|curl|&$1.0,1.0$\cr
6853 |open|&\lodash$,1.0$&$x_1,y_1$&|open|&\lodash$,-1.0$\cr
6854 |curl|&$2.0,-1.0$&$x_2,y_2$&|curl|&$2.0,1.0$\cr
6855 |given|&$d,1.0$&$x_3,y_3$&|given|&$d,3.0$\cr
6856 |open|&\lodash$,4.0$&$x_4,y_4$&|explicit|&$x_{45},y_{45}$\cr
6857 |explicit|&$x_{54},y_{54}$&$x_5,y_5$&|endpoint|&\lodash$,\,$\lodash\cr}}$$
6858 Here |d| is the |angle| obtained by calling |n_arg(-unity,-two)|.
6859 Of course, this example is more complicated than anything a normal user
6860 would ever write.
6861
6862 These types must satisfy certain restrictions because of the form of \MP's
6863 path syntax:
6864 (i)~|open| type never appears in the same node together with |endpoint|,
6865 |given|, or |curl|.
6866 (ii)~The |right_type| of a node is |explicit| if and only if the
6867 |left_type| of the following node is |explicit|.
6868 (iii)~|endpoint| types occur only at the ends, as mentioned above.
6869
6870 @d left_curl left_x /* curl information when entering this knot */
6871 @d left_given left_x /* given direction when entering this knot */
6872 @d left_tension left_y /* tension information when entering this knot */
6873 @d right_curl right_x /* curl information when leaving this knot */
6874 @d right_given right_x /* given direction when leaving this knot */
6875 @d right_tension right_y /* tension information when leaving this knot */
6876
6877 @ Knots can be user-supplied, or they can be created by program code,
6878 like the |split_cubic| function, or |copy_path|. The distinction is
6879 needed for the cleanup routine that runs after |split_cubic|, because
6880 it should only delete knots it has previously inserted, and never
6881 anything that was user-supplied. In order to be able to differentiate
6882 one knot from another, we will set |originator(p):=mp_metapost_user| when
6883 it appeared in the actual metapost program, and
6884 |originator(p):=mp_program_code| in all other cases.
6885
6886 @d originator(A)   mp->mem[(A)+7].hh.b0 /* the creator of this knot */
6887
6888 @<Types...@>=
6889 enum {
6890   mp_program_code=0, /* not created by a user */
6891   mp_metapost_user, /* created by a user */
6892 };
6893
6894 @ Here is a routine that prints a given knot list
6895 in symbolic form. It illustrates the conventions discussed above,
6896 and checks for anomalies that might arise while \MP\ is being debugged.
6897
6898 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
6899 void mp_pr_path (MP mp,pointer h);
6900
6901 @ @c
6902 void mp_pr_path (MP mp,pointer h) {
6903   pointer p,q; /* for list traversal */
6904   p=h;
6905   do {  
6906     q=link(p);
6907     if ( (p==null)||(q==null) ) { 
6908       mp_print_nl(mp, "???"); return; /* this won't happen */
6909 @.???@>
6910     }
6911     @<Print information for adjacent knots |p| and |q|@>;
6912   DONE1:
6913     p=q;
6914     if ( (p!=h)||(left_type(h)!=mp_endpoint) ) {
6915       @<Print two dots, followed by |given| or |curl| if present@>;
6916     }
6917   } while (p!=h);
6918   if ( left_type(h)!=mp_endpoint ) 
6919     mp_print(mp, "cycle");
6920 }
6921
6922 @ @<Print information for adjacent knots...@>=
6923 mp_print_two(mp, x_coord(p),y_coord(p));
6924 switch (right_type(p)) {
6925 case mp_endpoint: 
6926   if ( left_type(p)==mp_open ) mp_print(mp, "{open?}"); /* can't happen */
6927 @.open?@>
6928   if ( (left_type(q)!=mp_endpoint)||(q!=h) ) q=null; /* force an error */
6929   goto DONE1;
6930   break;
6931 case mp_explicit: 
6932   @<Print control points between |p| and |q|, then |goto done1|@>;
6933   break;
6934 case mp_open: 
6935   @<Print information for a curve that begins |open|@>;
6936   break;
6937 case mp_curl:
6938 case mp_given: 
6939   @<Print information for a curve that begins |curl| or |given|@>;
6940   break;
6941 default:
6942   mp_print(mp, "???"); /* can't happen */
6943 @.???@>
6944   break;
6945 }
6946 if ( left_type(q)<=mp_explicit ) {
6947   mp_print(mp, "..control?"); /* can't happen */
6948 @.control?@>
6949 } else if ( (right_tension(p)!=unity)||(left_tension(q)!=unity) ) {
6950   @<Print tension between |p| and |q|@>;
6951 }
6952
6953 @ Since |n_sin_cos| produces |fraction| results, which we will print as if they
6954 were |scaled|, the magnitude of a |given| direction vector will be~4096.
6955
6956 @<Print two dots...@>=
6957
6958   mp_print_nl(mp, " ..");
6959   if ( left_type(p)==mp_given ) { 
6960     mp_n_sin_cos(mp, left_given(p)); mp_print_char(mp, '{');
6961     mp_print_scaled(mp, mp->n_cos); mp_print_char(mp, ',');
6962     mp_print_scaled(mp, mp->n_sin); mp_print_char(mp, '}');
6963   } else if ( left_type(p)==mp_curl ){ 
6964     mp_print(mp, "{curl "); 
6965     mp_print_scaled(mp, left_curl(p)); mp_print_char(mp, '}');
6966   }
6967 }
6968
6969 @ @<Print tension between |p| and |q|@>=
6970
6971   mp_print(mp, "..tension ");
6972   if ( right_tension(p)<0 ) mp_print(mp, "atleast");
6973   mp_print_scaled(mp, abs(right_tension(p)));
6974   if ( right_tension(p)!=left_tension(q) ){ 
6975     mp_print(mp, " and ");
6976     if ( left_tension(q)<0 ) mp_print(mp, "atleast");
6977     mp_print_scaled(mp, abs(left_tension(q)));
6978   }
6979 }
6980
6981 @ @<Print control points between |p| and |q|, then |goto done1|@>=
6982
6983   mp_print(mp, "..controls "); 
6984   mp_print_two(mp, right_x(p),right_y(p)); 
6985   mp_print(mp, " and ");
6986   if ( left_type(q)!=mp_explicit ) { 
6987     mp_print(mp, "??"); /* can't happen */
6988 @.??@>
6989   } else {
6990     mp_print_two(mp, left_x(q),left_y(q));
6991   }
6992   goto DONE1;
6993 }
6994
6995 @ @<Print information for a curve that begins |open|@>=
6996 if ( (left_type(p)!=mp_explicit)&&(left_type(p)!=mp_open) ) {
6997   mp_print(mp, "{open?}"); /* can't happen */
6998 @.open?@>
6999 }
7000
7001 @ A curl of 1 is shown explicitly, so that the user sees clearly that
7002 \MP's default curl is present.
7003
7004 The code here uses the fact that |left_curl==left_given| and
7005 |right_curl==right_given|.
7006
7007 @<Print information for a curve that begins |curl|...@>=
7008
7009   if ( left_type(p)==mp_open )  
7010     mp_print(mp, "??"); /* can't happen */
7011 @.??@>
7012   if ( right_type(p)==mp_curl ) { 
7013     mp_print(mp, "{curl "); mp_print_scaled(mp, right_curl(p));
7014   } else { 
7015     mp_n_sin_cos(mp, right_given(p)); mp_print_char(mp, '{');
7016     mp_print_scaled(mp, mp->n_cos); mp_print_char(mp, ','); 
7017     mp_print_scaled(mp, mp->n_sin);
7018   }
7019   mp_print_char(mp, '}');
7020 }
7021
7022 @ It is convenient to have another version of |pr_path| that prints the path
7023 as a diagnostic message.
7024
7025 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
7026 void mp_print_path (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) { 
7027   mp_print_diagnostic(mp, "Path", s, nuline); mp_print_ln(mp);
7028 @.Path at line...@>
7029   mp_pr_path(mp, h);
7030   mp_end_diagnostic(mp, true);
7031 }
7032
7033 @ If we want to duplicate a knot node, we can say |copy_knot|:
7034
7035 @c 
7036 pointer mp_copy_knot (MP mp,pointer p) {
7037   pointer q; /* the copy */
7038   int k; /* runs through the words of a knot node */
7039   q=mp_get_node(mp, knot_node_size);
7040   for (k=0;k<knot_node_size;k++) {
7041     mp->mem[q+k]=mp->mem[p+k];
7042   }
7043   originator(q)=originator(p);
7044   return q;
7045 }
7046
7047 @ The |copy_path| routine makes a clone of a given path.
7048
7049 @c 
7050 pointer mp_copy_path (MP mp, pointer p) {
7051   pointer q,pp,qq; /* for list manipulation */
7052   q=mp_copy_knot(mp, p);
7053   qq=q; pp=link(p);
7054   while ( pp!=p ) { 
7055     link(qq)=mp_copy_knot(mp, pp);
7056     qq=link(qq);
7057     pp=link(pp);
7058   }
7059   link(qq)=q;
7060   return q;
7061 }
7062
7063 @ Similarly, there's a way to copy the {\sl reverse\/} of a path. This procedure
7064 returns a pointer to the first node of the copy, if the path is a cycle,
7065 but to the final node of a non-cyclic copy. The global
7066 variable |path_tail| will point to the final node of the original path;
7067 this trick makes it easier to implement `\&{doublepath}'.
7068
7069 All node types are assumed to be |endpoint| or |explicit| only.
7070
7071 @c 
7072 pointer mp_htap_ypoc (MP mp,pointer p) {
7073   pointer q,pp,qq,rr; /* for list manipulation */
7074   q=mp_get_node(mp, knot_node_size); /* this will correspond to |p| */
7075   qq=q; pp=p;
7076   while (1) { 
7077     right_type(qq)=left_type(pp); left_type(qq)=right_type(pp);
7078     x_coord(qq)=x_coord(pp); y_coord(qq)=y_coord(pp);
7079     right_x(qq)=left_x(pp); right_y(qq)=left_y(pp);
7080     left_x(qq)=right_x(pp); left_y(qq)=right_y(pp);
7081     originator(qq)=originator(pp);
7082     if ( link(pp)==p ) { 
7083       link(q)=qq; mp->path_tail=pp; return q;
7084     }
7085     rr=mp_get_node(mp, knot_node_size); link(rr)=qq; qq=rr; pp=link(pp);
7086   }
7087 }
7088
7089 @ @<Glob...@>=
7090 pointer path_tail; /* the node that links to the beginning of a path */
7091
7092 @ When a cyclic list of knot nodes is no longer needed, it can be recycled by
7093 calling the following subroutine.
7094
7095 @<Declare the recycling subroutines@>=
7096 void mp_toss_knot_list (MP mp,pointer p) ;
7097
7098 @ @c
7099 void mp_toss_knot_list (MP mp,pointer p) {
7100   pointer q; /* the node being freed */
7101   pointer r; /* the next node */
7102   q=p;
7103   do {  
7104     r=link(q); 
7105     mp_free_node(mp, q,knot_node_size); q=r;
7106   } while (q!=p);
7107 }
7108
7109 @* \[18] Choosing control points.
7110 Now we must actually delve into one of \MP's more difficult routines,
7111 the |make_choices| procedure that chooses angles and control points for
7112 the splines of a curve when the user has not specified them explicitly.
7113 The parameter to |make_choices| points to a list of knots and
7114 path information, as described above.
7115
7116 A path decomposes into independent segments at ``breakpoint'' knots,
7117 which are knots whose left and right angles are both prespecified in
7118 some way (i.e., their |left_type| and |right_type| aren't both open).
7119
7120 @c 
7121 @<Declare the procedure called |solve_choices|@>;
7122 void mp_make_choices (MP mp,pointer knots) {
7123   pointer h; /* the first breakpoint */
7124   pointer p,q; /* consecutive breakpoints being processed */
7125   @<Other local variables for |make_choices|@>;
7126   check_arith; /* make sure that |arith_error=false| */
7127   if ( mp->internal[mp_tracing_choices]>0 )
7128     mp_print_path(mp, knots,", before choices",true);
7129   @<If consecutive knots are equal, join them explicitly@>;
7130   @<Find the first breakpoint, |h|, on the path;
7131     insert an artificial breakpoint if the path is an unbroken cycle@>;
7132   p=h;
7133   do {  
7134     @<Fill in the control points between |p| and the next breakpoint,
7135       then advance |p| to that breakpoint@>;
7136   } while (p!=h);
7137   if ( mp->internal[mp_tracing_choices]>0 )
7138     mp_print_path(mp, knots,", after choices",true);
7139   if ( mp->arith_error ) {
7140     @<Report an unexpected problem during the choice-making@>;
7141   }
7142 }
7143
7144 @ @<Report an unexpected problem during the choice...@>=
7145
7146   print_err("Some number got too big");
7147 @.Some number got too big@>
7148   help2("The path that I just computed is out of range.")
7149        ("So it will probably look funny. Proceed, for a laugh.");
7150   mp_put_get_error(mp); mp->arith_error=false;
7151 }
7152
7153 @ Two knots in a row with the same coordinates will always be joined
7154 by an explicit ``curve'' whose control points are identical with the
7155 knots.
7156
7157 @<If consecutive knots are equal, join them explicitly@>=
7158 p=knots;
7159 do {  
7160   q=link(p);
7161   if ( x_coord(p)==x_coord(q) && y_coord(p)==y_coord(q) && right_type(p)>mp_explicit ) { 
7162     right_type(p)=mp_explicit;
7163     if ( left_type(p)==mp_open ) { 
7164       left_type(p)=mp_curl; left_curl(p)=unity;
7165     }
7166     left_type(q)=mp_explicit;
7167     if ( right_type(q)==mp_open ) { 
7168       right_type(q)=mp_curl; right_curl(q)=unity;
7169     }
7170     right_x(p)=x_coord(p); left_x(q)=x_coord(p);
7171     right_y(p)=y_coord(p); left_y(q)=y_coord(p);
7172   }
7173   p=q;
7174 } while (p!=knots)
7175
7176 @ If there are no breakpoints, it is necessary to compute the direction
7177 angles around an entire cycle. In this case the |left_type| of the first
7178 node is temporarily changed to |end_cycle|.
7179
7180 @<Find the first breakpoint, |h|, on the path...@>=
7181 h=knots;
7182 while (1) { 
7183   if ( left_type(h)!=mp_open ) break;
7184   if ( right_type(h)!=mp_open ) break;
7185   h=link(h);
7186   if ( h==knots ) { 
7187     left_type(h)=mp_end_cycle; break;
7188   }
7189 }
7190
7191 @ If |right_type(p)<given| and |q=link(p)|, we must have
7192 |right_type(p)=left_type(q)=mp_explicit| or |endpoint|.
7193
7194 @<Fill in the control points between |p| and the next breakpoint...@>=
7195 q=link(p);
7196 if ( right_type(p)>=mp_given ) { 
7197   while ( (left_type(q)==mp_open)&&(right_type(q)==mp_open) ) q=link(q);
7198   @<Fill in the control information between
7199     consecutive breakpoints |p| and |q|@>;
7200 } else if ( right_type(p)==mp_endpoint ) {
7201   @<Give reasonable values for the unused control points between |p| and~|q|@>;
7202 }
7203 p=q
7204
7205 @ This step makes it possible to transform an explicitly computed path without
7206 checking the |left_type| and |right_type| fields.
7207
7208 @<Give reasonable values for the unused control points between |p| and~|q|@>=
7209
7210   right_x(p)=x_coord(p); right_y(p)=y_coord(p);
7211   left_x(q)=x_coord(q); left_y(q)=y_coord(q);
7212 }
7213
7214 @ Before we can go further into the way choices are made, we need to
7215 consider the underlying theory. The basic ideas implemented in |make_choices|
7216 are due to John Hobby, who introduced the notion of ``mock curvature''
7217 @^Hobby, John Douglas@>
7218 at a knot. Angles are chosen so that they preserve mock curvature when
7219 a knot is passed, and this has been found to produce excellent results.
7220
7221 It is convenient to introduce some notations that simplify the necessary
7222 formulas. Let $d_{k,k+1}=\vert z\k-z_k\vert$ be the (nonzero) distance
7223 between knots |k| and |k+1|; and let
7224 $${z\k-z_k\over z_k-z_{k-1}}={d_{k,k+1}\over d_{k-1,k}}e^{i\psi_k}$$
7225 so that a polygonal line from $z_{k-1}$ to $z_k$ to $z\k$ turns left
7226 through an angle of~$\psi_k$. We assume that $\vert\psi_k\vert\L180^\circ$.
7227 The control points for the spline from $z_k$ to $z\k$ will be denoted by
7228 $$\eqalign{z_k^+&=z_k+
7229   \textstyle{1\over3}\rho_k e^{i\theta_k}(z\k-z_k),\cr
7230  z\k^-&=z\k-
7231   \textstyle{1\over3}\sigma\k e^{-i\phi\k}(z\k-z_k),\cr}$$
7232 where $\rho_k$ and $\sigma\k$ are nonnegative ``velocity ratios'' at the
7233 beginning and end of the curve, while $\theta_k$ and $\phi\k$ are the
7234 corresponding ``offset angles.'' These angles satisfy the condition
7235 $$\theta_k+\phi_k+\psi_k=0,\eqno(*)$$
7236 whenever the curve leaves an intermediate knot~|k| in the direction that
7237 it enters.
7238
7239 @ Let $\alpha_k$ and $\beta\k$ be the reciprocals of the ``tension'' of
7240 the curve at its beginning and ending points. This means that
7241 $\rho_k=\alpha_k f(\theta_k,\phi\k)$ and $\sigma\k=\beta\k f(\phi\k,\theta_k)$,
7242 where $f(\theta,\phi)$ is \MP's standard velocity function defined in
7243 the |velocity| subroutine. The cubic spline $B(z_k^{\phantom+},z_k^+,
7244 z\k^-,z\k^{\phantom+};t)$
7245 has curvature
7246 @^curvature@>
7247 $${2\sigma\k\sin(\theta_k+\phi\k)-6\sin\theta_k\over\rho_k^2d_{k,k+1}}
7248 \qquad{\rm and}\qquad
7249 {2\rho_k\sin(\theta_k+\phi\k)-6\sin\phi\k\over\sigma\k^2d_{k,k+1}}$$
7250 at |t=0| and |t=1|, respectively. The mock curvature is the linear
7251 @^mock curvature@>
7252 approximation to this true curvature that arises in the limit for
7253 small $\theta_k$ and~$\phi\k$, if second-order terms are discarded.
7254 The standard velocity function satisfies
7255 $$f(\theta,\phi)=1+O(\theta^2+\theta\phi+\phi^2);$$
7256 hence the mock curvatures are respectively
7257 $${2\beta\k(\theta_k+\phi\k)-6\theta_k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}}
7258 \qquad{\rm and}\qquad
7259 {2\alpha_k(\theta_k+\phi\k)-6\phi\k\over\beta\k^2d_{k,k+1}}.\eqno(**)$$
7260
7261 @ The turning angles $\psi_k$ are given, and equation $(*)$ above
7262 determines $\phi_k$ when $\theta_k$ is known, so the task of
7263 angle selection is essentially to choose appropriate values for each
7264 $\theta_k$. When equation~$(*)$ is used to eliminate $\phi$~variables
7265 from $(**)$, we obtain a system of linear equations of the form
7266 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k,$$
7267 where
7268 $$A_k={\alpha_{k-1}\over\beta_k^2d_{k-1,k}},
7269 \qquad B_k={3-\alpha_{k-1}\over\beta_k^2d_{k-1,k}},
7270 \qquad C_k={3-\beta\k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}},
7271 \qquad D_k={\beta\k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}}.$$
7272 The tensions are always $3\over4$ or more, hence each $\alpha$ and~$\beta$
7273 will be at most $4\over3$. It follows that $B_k\G{5\over4}A_k$ and
7274 $C_k\G{5\over4}D_k$; hence the equations are diagonally dominant;
7275 hence they have a unique solution. Moreover, in most cases the tensions
7276 are equal to~1, so that $B_k=2A_k$ and $C_k=2D_k$. This makes the
7277 solution numerically stable, and there is an exponential damping
7278 effect: The data at knot $k\pm j$ affects the angle at knot~$k$ by
7279 a factor of~$O(2^{-j})$.
7280
7281 @ However, we still must consider the angles at the starting and ending
7282 knots of a non-cyclic path. These angles might be given explicitly, or
7283 they might be specified implicitly in terms of an amount of ``curl.''
7284
7285 Let's assume that angles need to be determined for a non-cyclic path
7286 starting at $z_0$ and ending at~$z_n$. Then equations of the form
7287 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta_{k+1}=R_k$$
7288 have been given for $0<k<n$, and it will be convenient to introduce
7289 equations of the same form for $k=0$ and $k=n$, where
7290 $$A_0=B_0=C_n=D_n=0.$$
7291 If $\theta_0$ is supposed to have a given value $E_0$, we simply
7292 define $C_0=0$, $D_0=0$, and $R_0=E_0$. Otherwise a curl
7293 parameter, $\gamma_0$, has been specified at~$z_0$; this means
7294 that the mock curvature at $z_0$ should be $\gamma_0$ times the
7295 mock curvature at $z_1$; i.e.,
7296 $${2\beta_1(\theta_0+\phi_1)-6\theta_0\over\alpha_0^2d_{01}}
7297 =\gamma_0{2\alpha_0(\theta_0+\phi_1)-6\phi_1\over\beta_1^2d_{01}}.$$
7298 This equation simplifies to
7299 $$(\alpha_0\chi_0+3-\beta_1)\theta_0+
7300  \bigl((3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1\bigr)\theta_1=
7301  -\bigl((3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1\bigr)\psi_1,$$
7302 where $\chi_0=\alpha_0^2\gamma_0/\beta_1^2$; so we can set $C_0=
7303 \chi_0\alpha_0+3-\beta_1$, $D_0=(3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1$, $R_0=-D_0\psi_1$.
7304 It can be shown that $C_0>0$ and $C_0B_1-A_1D_0>0$ when $\gamma_0\G0$,
7305 hence the linear equations remain nonsingular.
7306
7307 Similar considerations apply at the right end, when the final angle $\phi_n$
7308 may or may not need to be determined. It is convenient to let $\psi_n=0$,
7309 hence $\theta_n=-\phi_n$. We either have an explicit equation $\theta_n=E_n$,
7310 or we have
7311 $$\bigl((3-\beta_n)\chi_n+\alpha_{n-1}\bigr)\theta_{n-1}+
7312 (\beta_n\chi_n+3-\alpha_{n-1})\theta_n=0,\qquad
7313   \chi_n={\beta_n^2\gamma_n\over\alpha_{n-1}^2}.$$
7314
7315 When |make_choices| chooses angles, it must compute the coefficients of
7316 these linear equations, then solve the equations. To compute the coefficients,
7317 it is necessary to compute arctangents of the given turning angles~$\psi_k$.
7318 When the equations are solved, the chosen directions $\theta_k$ are put
7319 back into the form of control points by essentially computing sines and
7320 cosines.
7321
7322 @ OK, we are ready to make the hard choices of |make_choices|.
7323 Most of the work is relegated to an auxiliary procedure
7324 called |solve_choices|, which has been introduced to keep
7325 |make_choices| from being extremely long.
7326
7327 @<Fill in the control information between...@>=
7328 @<Calculate the turning angles $\psi_k$ and the distances $d_{k,k+1}$;
7329   set $n$ to the length of the path@>;
7330 @<Remove |open| types at the breakpoints@>;
7331 mp_solve_choices(mp, p,q,n)
7332
7333 @ It's convenient to precompute quantities that will be needed several
7334 times later. The values of |delta_x[k]| and |delta_y[k]| will be the
7335 coordinates of $z\k-z_k$, and the magnitude of this vector will be
7336 |delta[k]=@t$d_{k,k+1}$@>|. The path angle $\psi_k$ between $z_k-z_{k-1}$
7337 and $z\k-z_k$ will be stored in |psi[k]|.
7338
7339 @<Glob...@>=
7340 int path_size; /* maximum number of knots between breakpoints of a path */
7341 scaled *delta_x;
7342 scaled *delta_y;
7343 scaled *delta; /* knot differences */
7344 angle  *psi; /* turning angles */
7345
7346 @ @<Allocate or initialize ...@>=
7347 mp->delta_x = NULL;
7348 mp->delta_y = NULL;
7349 mp->delta = NULL;
7350 mp->psi = NULL;
7351
7352 @ @<Dealloc variables@>=
7353 xfree(mp->delta_x);
7354 xfree(mp->delta_y);
7355 xfree(mp->delta);
7356 xfree(mp->psi);
7357
7358 @ @<Other local variables for |make_choices|@>=
7359   int k,n; /* current and final knot numbers */
7360   pointer s,t; /* registers for list traversal */
7361   scaled delx,dely; /* directions where |open| meets |explicit| */
7362   fraction sine,cosine; /* trig functions of various angles */
7363
7364 @ @<Calculate the turning angles...@>=
7365 {
7366 RESTART:
7367   k=0; s=p; n=mp->path_size;
7368   do {  
7369     t=link(s);
7370     mp->delta_x[k]=x_coord(t)-x_coord(s);
7371     mp->delta_y[k]=y_coord(t)-y_coord(s);
7372     mp->delta[k]=mp_pyth_add(mp, mp->delta_x[k],mp->delta_y[k]);
7373     if ( k>0 ) { 
7374       sine=mp_make_fraction(mp, mp->delta_y[k-1],mp->delta[k-1]);
7375       cosine=mp_make_fraction(mp, mp->delta_x[k-1],mp->delta[k-1]);
7376       mp->psi[k]=mp_n_arg(mp, mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],cosine)+
7377         mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],sine),
7378         mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],cosine)-
7379           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],sine));
7380     }
7381     incr(k); s=t;
7382     if ( k==mp->path_size ) {
7383       mp_reallocate_paths(mp, mp->path_size+(mp->path_size>>2));
7384       goto RESTART; /* retry, loop size has changed */
7385     }
7386     if ( s==q ) n=k;
7387   } while (! (k>=n)&&(left_type(s)!=mp_end_cycle));
7388   if ( k==n ) mp->psi[n]=0; else mp->psi[k]=mp->psi[1];
7389 }
7390
7391 @ When we get to this point of the code, |right_type(p)| is either
7392 |given| or |curl| or |open|. If it is |open|, we must have
7393 |left_type(p)=mp_end_cycle| or |left_type(p)=mp_explicit|. In the latter
7394 case, the |open| type is converted to |given|; however, if the
7395 velocity coming into this knot is zero, the |open| type is
7396 converted to a |curl|, since we don't know the incoming direction.
7397
7398 Similarly, |left_type(q)| is either |given| or |curl| or |open| or
7399 |mp_end_cycle|. The |open| possibility is reduced either to |given| or to |curl|.
7400
7401 @<Remove |open| types at the breakpoints@>=
7402 if ( left_type(q)==mp_open ) { 
7403   delx=right_x(q)-x_coord(q); dely=right_y(q)-y_coord(q);
7404   if ( (delx==0)&&(dely==0) ) { 
7405     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
7406   } else { 
7407     left_type(q)=mp_given; left_given(q)=mp_n_arg(mp, delx,dely);
7408   }
7409 }
7410 if ( (right_type(p)==mp_open)&&(left_type(p)==mp_explicit) ) { 
7411   delx=x_coord(p)-left_x(p); dely=y_coord(p)-left_y(p);
7412   if ( (delx==0)&&(dely==0) ) { 
7413     right_type(p)=mp_curl; right_curl(p)=unity;
7414   } else { 
7415     right_type(p)=mp_given; right_given(p)=mp_n_arg(mp, delx,dely);
7416   }
7417 }
7418
7419 @ Linear equations need to be solved whenever |n>1|; and also when |n=1|
7420 and exactly one of the breakpoints involves a curl. The simplest case occurs
7421 when |n=1| and there is a curl at both breakpoints; then we simply draw
7422 a straight line.
7423
7424 But before coding up the simple cases, we might as well face the general case,
7425 since we must deal with it sooner or later, and since the general case
7426 is likely to give some insight into the way simple cases can be handled best.
7427
7428 When there is no cycle, the linear equations to be solved form a tridiagonal
7429 system, and we can apply the standard technique of Gaussian elimination
7430 to convert that system to a sequence of equations of the form
7431 $$\theta_0+u_0\theta_1=v_0,\quad
7432 \theta_1+u_1\theta_2=v_1,\quad\ldots,\quad
7433 \theta_{n-1}+u_{n-1}\theta_n=v_{n-1},\quad
7434 \theta_n=v_n.$$
7435 It is possible to do this diagonalization while generating the equations.
7436 Once $\theta_n$ is known, it is easy to determine $\theta_{n-1}$, \dots,
7437 $\theta_1$, $\theta_0$; thus, the equations will be solved.
7438
7439 The procedure is slightly more complex when there is a cycle, but the
7440 basic idea will be nearly the same. In the cyclic case the right-hand
7441 sides will be $v_k+w_k\theta_0$ instead of simply $v_k$, and we will start
7442 the process off with $u_0=v_0=0$, $w_0=1$. The final equation will be not
7443 $\theta_n=v_n$ but $\theta_n+u_n\theta_1=v_n+w_n\theta_0$; an appropriate
7444 ending routine will take account of the fact that $\theta_n=\theta_0$ and
7445 eliminate the $w$'s from the system, after which the solution can be
7446 obtained as before.
7447
7448 When $u_k$, $v_k$, and $w_k$ are being computed, the three pointer
7449 variables |r|, |s|,~|t| will point respectively to knots |k-1|, |k|,
7450 and~|k+1|. The $u$'s and $w$'s are scaled by $2^{28}$, i.e., they are
7451 of type |fraction|; the $\theta$'s and $v$'s are of type |angle|.
7452
7453 @<Glob...@>=
7454 angle *theta; /* values of $\theta_k$ */
7455 fraction *uu; /* values of $u_k$ */
7456 angle *vv; /* values of $v_k$ */
7457 fraction *ww; /* values of $w_k$ */
7458
7459 @ @<Allocate or initialize ...@>=
7460 mp->theta = NULL;
7461 mp->uu = NULL;
7462 mp->vv = NULL;
7463 mp->ww = NULL;
7464
7465 @ @<Dealloc variables@>=
7466 xfree(mp->theta);
7467 xfree(mp->uu);
7468 xfree(mp->vv);
7469 xfree(mp->ww);
7470
7471 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
7472 void mp_reallocate_paths (MP mp, int l);
7473
7474 @ @c
7475 void mp_reallocate_paths (MP mp, int l) {
7476   XREALLOC (mp->delta_x, l, scaled);
7477   XREALLOC (mp->delta_y, l, scaled);
7478   XREALLOC (mp->delta,   l, scaled);
7479   XREALLOC (mp->psi,     l, angle);
7480   XREALLOC (mp->theta,   l, angle);
7481   XREALLOC (mp->uu,      l, fraction);
7482   XREALLOC (mp->vv,      l, angle);
7483   XREALLOC (mp->ww,      l, fraction);
7484   mp->path_size = l;
7485 }
7486
7487 @ Our immediate problem is to get the ball rolling by setting up the
7488 first equation or by realizing that no equations are needed, and to fit
7489 this initialization into a framework suitable for the overall computation.
7490
7491 @<Declare the procedure called |solve_choices|@>=
7492 @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>;
7493 void mp_solve_choices (MP mp,pointer p, pointer q, halfword n) {
7494   int k; /* current knot number */
7495   pointer r,s,t; /* registers for list traversal */
7496   @<Other local variables for |solve_choices|@>;
7497   k=0; s=p; r=0;
7498   while (1) { 
7499     t=link(s);
7500     if ( k==0 ) {
7501       @<Get the linear equations started; or |return|
7502         with the control points in place, if linear equations
7503         needn't be solved@>
7504     } else  { 
7505       switch (left_type(s)) {
7506       case mp_end_cycle: case mp_open:
7507         @<Set up equation to match mock curvatures
7508           at $z_k$; then |goto found| with $\theta_n$
7509           adjusted to equal $\theta_0$, if a cycle has ended@>;
7510         break;
7511       case mp_curl:
7512         @<Set up equation for a curl at $\theta_n$
7513           and |goto found|@>;
7514         break;
7515       case mp_given:
7516         @<Calculate the given value of $\theta_n$
7517           and |goto found|@>;
7518         break;
7519       } /* there are no other cases */
7520     }
7521     r=s; s=t; incr(k);
7522   }
7523 FOUND:
7524   @<Finish choosing angles and assigning control points@>;
7525 }
7526
7527 @ On the first time through the loop, we have |k=0| and |r| is not yet
7528 defined. The first linear equation, if any, will have $A_0=B_0=0$.
7529
7530 @<Get the linear equations started...@>=
7531 switch (right_type(s)) {
7532 case mp_given: 
7533   if ( left_type(t)==mp_given ) {
7534     @<Reduce to simple case of two givens  and |return|@>
7535   } else {
7536     @<Set up the equation for a given value of $\theta_0$@>;
7537   }
7538   break;
7539 case mp_curl: 
7540   if ( left_type(t)==mp_curl ) {
7541     @<Reduce to simple case of straight line and |return|@>
7542   } else {
7543     @<Set up the equation for a curl at $\theta_0$@>;
7544   }
7545   break;
7546 case mp_open: 
7547   mp->uu[0]=0; mp->vv[0]=0; mp->ww[0]=fraction_one;
7548   /* this begins a cycle */
7549   break;
7550 } /* there are no other cases */
7551
7552 @ The general equation that specifies equality of mock curvature at $z_k$ is
7553 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k,$$
7554 as derived above. We want to combine this with the already-derived equation
7555 $\theta_{k-1}+u_{k-1}\theta_k=v_{k-1}+w_{k-1}\theta_0$ in order to obtain
7556 a new equation
7557 $\theta_k+u_k\theta\k=v_k+w_k\theta_0$. This can be done by dividing the
7558 equation
7559 $$(B_k-u_{k-1}A_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k-A_kv_{k-1}
7560     -A_kw_{k-1}\theta_0$$
7561 by $B_k-u_{k-1}A_k+C_k$. The trick is to do this carefully with
7562 fixed-point arithmetic, avoiding the chance of overflow while retaining
7563 suitable precision.
7564
7565 The calculations will be performed in several registers that
7566 provide temporary storage for intermediate quantities.
7567
7568 @<Other local variables for |solve_choices|@>=
7569 fraction aa,bb,cc,ff,acc; /* temporary registers */
7570 scaled dd,ee; /* likewise, but |scaled| */
7571 scaled lt,rt; /* tension values */
7572
7573 @ @<Set up equation to match mock curvatures...@>=
7574 { @<Calculate the values $\\{aa}=A_k/B_k$, $\\{bb}=D_k/C_k$,
7575     $\\{dd}=(3-\alpha_{k-1})d_{k,k+1}$, $\\{ee}=(3-\beta\k)d_{k-1,k}$,
7576     and $\\{cc}=(B_k-u_{k-1}A_k)/B_k$@>;
7577   @<Calculate the ratio $\\{ff}=C_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$@>;
7578   mp->uu[k]=mp_take_fraction(mp, ff,bb);
7579   @<Calculate the values of $v_k$ and $w_k$@>;
7580   if ( left_type(s)==mp_end_cycle ) {
7581     @<Adjust $\theta_n$ to equal $\theta_0$ and |goto found|@>;
7582   }
7583 }
7584
7585 @ Since tension values are never less than 3/4, the values |aa| and
7586 |bb| computed here are never more than 4/5.
7587
7588 @<Calculate the values $\\{aa}=...@>=
7589 if ( abs(right_tension(r))==unity) { 
7590   aa=fraction_half; dd=2*mp->delta[k];
7591 } else { 
7592   aa=mp_make_fraction(mp, unity,3*abs(right_tension(r))-unity);
7593   dd=mp_take_fraction(mp, mp->delta[k],
7594     fraction_three-mp_make_fraction(mp, unity,abs(right_tension(r))));
7595 }
7596 if ( abs(left_tension(t))==unity ){ 
7597   bb=fraction_half; ee=2*mp->delta[k-1];
7598 } else { 
7599   bb=mp_make_fraction(mp, unity,3*abs(left_tension(t))-unity);
7600   ee=mp_take_fraction(mp, mp->delta[k-1],
7601     fraction_three-mp_make_fraction(mp, unity,abs(left_tension(t))));
7602 }
7603 cc=fraction_one-mp_take_fraction(mp, mp->uu[k-1],aa)
7604
7605 @ The ratio to be calculated in this step can be written in the form
7606 $$\beta_k^2\cdot\\{ee}\over\beta_k^2\cdot\\{ee}+\alpha_k^2\cdot
7607   \\{cc}\cdot\\{dd},$$
7608 because of the quantities just calculated. The values of |dd| and |ee|
7609 will not be needed after this step has been performed.
7610
7611 @<Calculate the ratio $\\{ff}=C_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$@>=
7612 dd=mp_take_fraction(mp, dd,cc); lt=abs(left_tension(s)); rt=abs(right_tension(s));
7613 if ( lt!=rt ) { /* $\beta_k^{-1}\ne\alpha_k^{-1}$ */
7614   if ( lt<rt ) { 
7615     ff=mp_make_fraction(mp, lt,rt);
7616     ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff); /* $\alpha_k^2/\beta_k^2$ */
7617     dd=mp_take_fraction(mp, dd,ff);
7618   } else { 
7619     ff=mp_make_fraction(mp, rt,lt);
7620     ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff); /* $\beta_k^2/\alpha_k^2$ */
7621     ee=mp_take_fraction(mp, ee,ff);
7622   }
7623 }
7624 ff=mp_make_fraction(mp, ee,ee+dd)
7625
7626 @ The value of $u_{k-1}$ will be |<=1| except when $k=1$ and the previous
7627 equation was specified by a curl. In that case we must use a special
7628 method of computation to prevent overflow.
7629
7630 Fortunately, the calculations turn out to be even simpler in this ``hard''
7631 case. The curl equation makes $w_0=0$ and $v_0=-u_0\psi_1$, hence
7632 $-B_1\psi_1-A_1v_0=-(B_1-u_0A_1)\psi_1=-\\{cc}\cdot B_1\psi_1$.
7633
7634 @<Calculate the values of $v_k$ and $w_k$@>=
7635 acc=-mp_take_fraction(mp, mp->psi[k+1],mp->uu[k]);
7636 if ( right_type(r)==mp_curl ) { 
7637   mp->ww[k]=0;
7638   mp->vv[k]=acc-mp_take_fraction(mp, mp->psi[1],fraction_one-ff);
7639 } else { 
7640   ff=mp_make_fraction(mp, fraction_one-ff,cc); /* this is
7641     $B_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)<5$ */
7642   acc=acc-mp_take_fraction(mp, mp->psi[k],ff);
7643   ff=mp_take_fraction(mp, ff,aa); /* this is $A_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$ */
7644   mp->vv[k]=acc-mp_take_fraction(mp, mp->vv[k-1],ff);
7645   if ( mp->ww[k-1]==0 ) mp->ww[k]=0;
7646   else mp->ww[k]=-mp_take_fraction(mp, mp->ww[k-1],ff);
7647 }
7648
7649 @ When a complete cycle has been traversed, we have $\theta_k+u_k\theta\k=
7650 v_k+w_k\theta_0$, for |1<=k<=n|. We would like to determine the value of
7651 $\theta_n$ and reduce the system to the form $\theta_k+u_k\theta\k=v_k$
7652 for |0<=k<n|, so that the cyclic case can be finished up just as if there
7653 were no cycle.
7654
7655 The idea in the following code is to observe that
7656 $$\eqalign{\theta_n&=v_n+w_n\theta_0-u_n\theta_1=\cdots\cr
7657 &=v_n+w_n\theta_0-u_n\bigl(v_1+w_1\theta_0-u_1(v_2+\cdots
7658   -u_{n-2}(v_{n-1}+w_{n-1}\theta_0-u_{n-1}\theta_0))\bigr),\cr}$$
7659 so we can solve for $\theta_n=\theta_0$.
7660
7661 @<Adjust $\theta_n$ to equal $\theta_0$ and |goto found|@>=
7662
7663 aa=0; bb=fraction_one; /* we have |k=n| */
7664 do {  decr(k);
7665 if ( k==0 ) k=n;
7666   aa=mp->vv[k]-mp_take_fraction(mp, aa,mp->uu[k]);
7667   bb=mp->ww[k]-mp_take_fraction(mp, bb,mp->uu[k]);
7668 } while (k!=n); /* now $\theta_n=\\{aa}+\\{bb}\cdot\theta_n$ */
7669 aa=mp_make_fraction(mp, aa,fraction_one-bb);
7670 mp->theta[n]=aa; mp->vv[0]=aa;
7671 for (k=1;k<=n-1;k++) {
7672   mp->vv[k]=mp->vv[k]+mp_take_fraction(mp, aa,mp->ww[k]);
7673 }
7674 goto FOUND;
7675 }
7676
7677 @ @d reduce_angle(A) if ( abs((A))>one_eighty_deg ) {
7678   if ( (A)>0 ) (A)=(A)-three_sixty_deg; else (A)=(A)+three_sixty_deg; }
7679
7680 @<Calculate the given value of $\theta_n$...@>=
7681
7682   mp->theta[n]=left_given(s)-mp_n_arg(mp, mp->delta_x[n-1],mp->delta_y[n-1]);
7683   reduce_angle(mp->theta[n]);
7684   goto FOUND;
7685 }
7686
7687 @ @<Set up the equation for a given value of $\theta_0$@>=
7688
7689   mp->vv[0]=right_given(s)-mp_n_arg(mp, mp->delta_x[0],mp->delta_y[0]);
7690   reduce_angle(mp->vv[0]);
7691   mp->uu[0]=0; mp->ww[0]=0;
7692 }
7693
7694 @ @<Set up the equation for a curl at $\theta_0$@>=
7695 { cc=right_curl(s); lt=abs(left_tension(t)); rt=abs(right_tension(s));
7696   if ( (rt==unity)&&(lt==unity) )
7697     mp->uu[0]=mp_make_fraction(mp, cc+cc+unity,cc+two);
7698   else 
7699     mp->uu[0]=mp_curl_ratio(mp, cc,rt,lt);
7700   mp->vv[0]=-mp_take_fraction(mp, mp->psi[1],mp->uu[0]); mp->ww[0]=0;
7701 }
7702
7703 @ @<Set up equation for a curl at $\theta_n$...@>=
7704 { cc=left_curl(s); lt=abs(left_tension(s)); rt=abs(right_tension(r));
7705   if ( (rt==unity)&&(lt==unity) )
7706     ff=mp_make_fraction(mp, cc+cc+unity,cc+two);
7707   else 
7708     ff=mp_curl_ratio(mp, cc,lt,rt);
7709   mp->theta[n]=-mp_make_fraction(mp, mp_take_fraction(mp, mp->vv[n-1],ff),
7710     fraction_one-mp_take_fraction(mp, ff,mp->uu[n-1]));
7711   goto FOUND;
7712 }
7713
7714 @ The |curl_ratio| subroutine has three arguments, which our previous notation
7715 encourages us to call $\gamma$, $\alpha^{-1}$, and $\beta^{-1}$. It is
7716 a somewhat tedious program to calculate
7717 $${(3-\alpha)\alpha^2\gamma+\beta^3\over
7718   \alpha^3\gamma+(3-\beta)\beta^2},$$
7719 with the result reduced to 4 if it exceeds 4. (This reduction of curl
7720 is necessary only if the curl and tension are both large.)
7721 The values of $\alpha$ and $\beta$ will be at most~4/3.
7722
7723 @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>=
7724 fraction mp_curl_ratio (MP mp,scaled gamma, scaled a_tension, 
7725                         scaled b_tension) {
7726   fraction alpha,beta,num,denom,ff; /* registers */
7727   alpha=mp_make_fraction(mp, unity,a_tension);
7728   beta=mp_make_fraction(mp, unity,b_tension);
7729   if ( alpha<=beta ) {
7730     ff=mp_make_fraction(mp, alpha,beta); ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff);
7731     gamma=mp_take_fraction(mp, gamma,ff);
7732     beta=beta / 010000; /* convert |fraction| to |scaled| */
7733     denom=mp_take_fraction(mp, gamma,alpha)+three-beta;
7734     num=mp_take_fraction(mp, gamma,fraction_three-alpha)+beta;
7735   } else { 
7736     ff=mp_make_fraction(mp, beta,alpha); ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff);
7737     beta=mp_take_fraction(mp, beta,ff) / 010000; /* convert |fraction| to |scaled| */
7738     denom=mp_take_fraction(mp, gamma,alpha)+(ff / 1365)-beta;
7739       /* $1365\approx 2^{12}/3$ */
7740     num=mp_take_fraction(mp, gamma,fraction_three-alpha)+beta;
7741   }
7742   if ( num>=denom+denom+denom+denom ) return fraction_four;
7743   else return mp_make_fraction(mp, num,denom);
7744 }
7745
7746 @ We're in the home stretch now.
7747
7748 @<Finish choosing angles and assigning control points@>=
7749 for (k=n-1;k>=0;k--) {
7750   mp->theta[k]=mp->vv[k]-mp_take_fraction(mp,mp->theta[k+1],mp->uu[k]);
7751 }
7752 s=p; k=0;
7753 do {  
7754   t=link(s);
7755   mp_n_sin_cos(mp, mp->theta[k]); mp->st=mp->n_sin; mp->ct=mp->n_cos;
7756   mp_n_sin_cos(mp, -mp->psi[k+1]-mp->theta[k+1]); mp->sf=mp->n_sin; mp->cf=mp->n_cos;
7757   mp_set_controls(mp, s,t,k);
7758   incr(k); s=t;
7759 } while (k!=n)
7760
7761 @ The |set_controls| routine actually puts the control points into
7762 a pair of consecutive nodes |p| and~|q|. Global variables are used to
7763 record the values of $\sin\theta$, $\cos\theta$, $\sin\phi$, and
7764 $\cos\phi$ needed in this calculation.
7765
7766 @<Glob...@>=
7767 fraction st;
7768 fraction ct;
7769 fraction sf;
7770 fraction cf; /* sines and cosines */
7771
7772 @ @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>=
7773 void mp_set_controls (MP mp,pointer p, pointer q, integer k) {
7774   fraction rr,ss; /* velocities, divided by thrice the tension */
7775   scaled lt,rt; /* tensions */
7776   fraction sine; /* $\sin(\theta+\phi)$ */
7777   lt=abs(left_tension(q)); rt=abs(right_tension(p));
7778   rr=mp_velocity(mp, mp->st,mp->ct,mp->sf,mp->cf,rt);
7779   ss=mp_velocity(mp, mp->sf,mp->cf,mp->st,mp->ct,lt);
7780   if ( (right_tension(p)<0)||(left_tension(q)<0) ) {
7781     @<Decrease the velocities,
7782       if necessary, to stay inside the bounding triangle@>;
7783   }
7784   right_x(p)=x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, 
7785                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->ct)-
7786                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->st),rr);
7787   right_y(p)=y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, 
7788                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->ct)+
7789                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->st),rr);
7790   left_x(q)=x_coord(q)-mp_take_fraction(mp, 
7791                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->cf)+
7792                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->sf),ss);
7793   left_y(q)=y_coord(q)-mp_take_fraction(mp, 
7794                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->cf)-
7795                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->sf),ss);
7796   right_type(p)=mp_explicit; left_type(q)=mp_explicit;
7797 }
7798
7799 @ The boundedness conditions $\\{rr}\L\sin\phi\,/\sin(\theta+\phi)$ and
7800 $\\{ss}\L\sin\theta\,/\sin(\theta+\phi)$ are to be enforced if $\sin\theta$,
7801 $\sin\phi$, and $\sin(\theta+\phi)$ all have the same sign. Otherwise
7802 there is no ``bounding triangle.''
7803 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
7804
7805 @<Decrease the velocities, if necessary...@>=
7806 if (((mp->st>=0)&&(mp->sf>=0))||((mp->st<=0)&&(mp->sf<=0)) ) {
7807   sine=mp_take_fraction(mp, abs(mp->st),mp->cf)+
7808                             mp_take_fraction(mp, abs(mp->sf),mp->ct);
7809   if ( sine>0 ) {
7810     sine=mp_take_fraction(mp, sine,fraction_one+unity); /* safety factor */
7811     if ( right_tension(p)<0 )
7812      if ( mp_ab_vs_cd(mp, abs(mp->sf),fraction_one,rr,sine)<0 )
7813       rr=mp_make_fraction(mp, abs(mp->sf),sine);
7814     if ( left_tension(q)<0 )
7815      if ( mp_ab_vs_cd(mp, abs(mp->st),fraction_one,ss,sine)<0 )
7816       ss=mp_make_fraction(mp, abs(mp->st),sine);
7817   }
7818 }
7819
7820 @ Only the simple cases remain to be handled.
7821
7822 @<Reduce to simple case of two givens and |return|@>=
7823
7824   aa=mp_n_arg(mp, mp->delta_x[0],mp->delta_y[0]);
7825   mp_n_sin_cos(mp, right_given(p)-aa); mp->ct=mp->n_cos; mp->st=mp->n_sin;
7826   mp_n_sin_cos(mp, left_given(q)-aa); mp->cf=mp->n_cos; mp->sf=-mp->n_sin;
7827   mp_set_controls(mp, p,q,0); return;
7828 }
7829
7830 @ @<Reduce to simple case of straight line and |return|@>=
7831
7832   right_type(p)=mp_explicit; left_type(q)=mp_explicit;
7833   lt=abs(left_tension(q)); rt=abs(right_tension(p));
7834   if ( rt==unity ) {
7835     if ( mp->delta_x[0]>=0 ) right_x(p)=x_coord(p)+((mp->delta_x[0]+1) / 3);
7836     else right_x(p)=x_coord(p)+((mp->delta_x[0]-1) / 3);
7837     if ( mp->delta_y[0]>=0 ) right_y(p)=y_coord(p)+((mp->delta_y[0]+1) / 3);
7838     else right_y(p)=y_coord(p)+((mp->delta_y[0]-1) / 3);
7839   } else { 
7840     ff=mp_make_fraction(mp, unity,3*rt); /* $\alpha/3$ */
7841     right_x(p)=x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[0],ff);
7842     right_y(p)=y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[0],ff);
7843   }
7844   if ( lt==unity ) {
7845     if ( mp->delta_x[0]>=0 ) left_x(q)=x_coord(q)-((mp->delta_x[0]+1) / 3);
7846     else left_x(q)=x_coord(q)-((mp->delta_x[0]-1) / 3);
7847     if ( mp->delta_y[0]>=0 ) left_y(q)=y_coord(q)-((mp->delta_y[0]+1) / 3);
7848     else left_y(q)=y_coord(q)-((mp->delta_y[0]-1) / 3);
7849   } else  { 
7850     ff=mp_make_fraction(mp, unity,3*lt); /* $\beta/3$ */
7851     left_x(q)=x_coord(q)-mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[0],ff);
7852     left_y(q)=y_coord(q)-mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[0],ff);
7853   }
7854   return;
7855 }
7856
7857 @* \[19] Measuring paths.
7858 \MP's \&{llcorner}, \&{lrcorner}, \&{ulcorner}, and \&{urcorner} operators
7859 allow the user to measure the bounding box of anything that can go into a
7860 picture.  It's easy to get rough bounds on the $x$ and $y$ extent of a path
7861 by just finding the bounding box of the knots and the control points. We
7862 need a more accurate version of the bounding box, but we can still use the
7863 easy estimate to save time by focusing on the interesting parts of the path.
7864
7865 @ Computing an accurate bounding box involves a theme that will come up again
7866 and again. Given a Bernshte{\u\i}n polynomial
7867 @^Bernshte{\u\i}n, Serge{\u\i} Natanovich@>
7868 $$B(z_0,z_1,\ldots,z_n;t)=\sum_k{n\choose k}t^k(1-t)^{n-k}z_k,$$
7869 we can conveniently bisect its range as follows:
7870
7871 \smallskip
7872 \textindent{1)} Let $z_k^{(0)}=z_k$, for |0<=k<=n|.
7873
7874 \smallskip
7875 \textindent{2)} Let $z_k^{(j+1)}={1\over2}(z_k^{(j)}+z\k^{(j)})$, for
7876 |0<=k<n-j|, for |0<=j<n|.
7877
7878 \smallskip\noindent
7879 Then
7880 $$B(z_0,z_1,\ldots,z_n;t)=B(z_0^{(0)},z_0^{(1)},\ldots,z_0^{(n)};2t)
7881  =B(z_0^{(n)},z_1^{(n-1)},\ldots,z_n^{(0)};2t-1).$$
7882 This formula gives us the coefficients of polynomials to use over the ranges
7883 $0\L t\L{1\over2}$ and ${1\over2}\L t\L1$.
7884
7885 @ Now here's a subroutine that's handy for all sorts of path computations:
7886 Given a quadratic polynomial $B(a,b,c;t)$, the |crossing_point| function
7887 returns the unique |fraction| value |t| between 0 and~1 at which
7888 $B(a,b,c;t)$ changes from positive to negative, or returns
7889 |t=fraction_one+1| if no such value exists. If |a<0| (so that $B(a,b,c;t)$
7890 is already negative at |t=0|), |crossing_point| returns the value zero.
7891
7892 @d no_crossing {  return (fraction_one+1); }
7893 @d one_crossing { return fraction_one; }
7894 @d zero_crossing { return 0; }
7895 @d mp_crossing_point(M,A,B,C) mp_do_crossing_point(A,B,C)
7896
7897 @c fraction mp_do_crossing_point (integer a, integer b, integer c) {
7898   integer d; /* recursive counter */
7899   integer x,xx,x0,x1,x2; /* temporary registers for bisection */
7900   if ( a<0 ) zero_crossing;
7901   if ( c>=0 ) { 
7902     if ( b>=0 ) {
7903       if ( c>0 ) { no_crossing; }
7904       else if ( (a==0)&&(b==0) ) { no_crossing;} 
7905       else { one_crossing; } 
7906     }
7907     if ( a==0 ) zero_crossing;
7908   } else if ( a==0 ) {
7909     if ( b<=0 ) zero_crossing;
7910   }
7911   @<Use bisection to find the crossing point, if one exists@>;
7912 }
7913
7914 @ The general bisection method is quite simple when $n=2$, hence
7915 |crossing_point| does not take much time. At each stage in the
7916 recursion we have a subinterval defined by |l| and~|j| such that
7917 $B(a,b,c;2^{-l}(j+t))=B(x_0,x_1,x_2;t)$, and we want to ``zero in'' on
7918 the subinterval where $x_0\G0$ and $\min(x_1,x_2)<0$.
7919
7920 It is convenient for purposes of calculation to combine the values
7921 of |l| and~|j| in a single variable $d=2^l+j$, because the operation
7922 of bisection then corresponds simply to doubling $d$ and possibly
7923 adding~1. Furthermore it proves to be convenient to modify
7924 our previous conventions for bisection slightly, maintaining the
7925 variables $X_0=2^lx_0$, $X_1=2^l(x_0-x_1)$, and $X_2=2^l(x_1-x_2)$.
7926 With these variables the conditions $x_0\ge0$ and $\min(x_1,x_2)<0$ are
7927 equivalent to $\max(X_1,X_1+X_2)>X_0\ge0$.
7928
7929 The following code maintains the invariant relations
7930 $0\L|x0|<\max(|x1|,|x1|+|x2|)$,
7931 $\vert|x1|\vert<2^{30}$, $\vert|x2|\vert<2^{30}$;
7932 it has been constructed in such a way that no arithmetic overflow
7933 will occur if the inputs satisfy
7934 $a<2^{30}$, $\vert a-b\vert<2^{30}$, and $\vert b-c\vert<2^{30}$.
7935
7936 @<Use bisection to find the crossing point...@>=
7937 d=1; x0=a; x1=a-b; x2=b-c;
7938 do {  
7939   x=half(x1+x2);
7940   if ( x1-x0>x0 ) { 
7941     x2=x; x0+=x0; d+=d;  
7942   } else { 
7943     xx=x1+x-x0;
7944     if ( xx>x0 ) { 
7945       x2=x; x0+=x0; d+=d;
7946     }  else { 
7947       x0=x0-xx;
7948       if ( x<=x0 ) { if ( x+x2<=x0 ) no_crossing; }
7949       x1=x; d=d+d+1;
7950     }
7951   }
7952 } while (d<fraction_one);
7953 return (d-fraction_one)
7954
7955 @ Here is a routine that computes the $x$ or $y$ coordinate of the point on
7956 a cubic corresponding to the |fraction| value~|t|.
7957
7958 It is convenient to define a \.{WEB} macro |t_of_the_way| such that
7959 |t_of_the_way(a,b)| expands to |a-(a-b)*t|, i.e., to |t[a,b]|.
7960
7961 @d t_of_the_way(A,B) ((A)-mp_take_fraction(mp,((A)-(B)),t))
7962
7963 @c scaled mp_eval_cubic (MP mp,pointer p, pointer q, fraction t) {
7964   scaled x1,x2,x3; /* intermediate values */
7965   x1=t_of_the_way(knot_coord(p),right_coord(p));
7966   x2=t_of_the_way(right_coord(p),left_coord(q));
7967   x3=t_of_the_way(left_coord(q),knot_coord(q));
7968   x1=t_of_the_way(x1,x2);
7969   x2=t_of_the_way(x2,x3);
7970   return t_of_the_way(x1,x2);
7971 }
7972
7973 @ The actual bounding box information is stored in global variables.
7974 Since it is convenient to address the $x$ and $y$ information
7975 separately, we define arrays indexed by |x_code..y_code| and use
7976 macros to give them more convenient names.
7977
7978 @<Types...@>=
7979 enum mp_bb_code  {
7980   mp_x_code=0, /* index for |minx| and |maxx| */
7981   mp_y_code /* index for |miny| and |maxy| */
7982 } ;
7983
7984
7985 @d minx mp->bbmin[mp_x_code]
7986 @d maxx mp->bbmax[mp_x_code]
7987 @d miny mp->bbmin[mp_y_code]
7988 @d maxy mp->bbmax[mp_y_code]
7989
7990 @<Glob...@>=
7991 scaled bbmin[mp_y_code+1];
7992 scaled bbmax[mp_y_code+1]; 
7993 /* the result of procedures that compute bounding box information */
7994
7995 @ Now we're ready for the key part of the bounding box computation.
7996 The |bound_cubic| procedure updates |bbmin[c]| and |bbmax[c]| based on
7997 $$B(\hbox{|knot_coord(p)|}, \hbox{|right_coord(p)|},
7998     \hbox{|left_coord(q)|}, \hbox{|knot_coord(q)|};t)
7999 $$
8000 for $0<t\le1$.  In other words, the procedure adjusts the bounds to
8001 accommodate |knot_coord(q)| and any extremes over the range $0<t<1$.
8002 The |c| parameter is |x_code| or |y_code|.
8003
8004 @c void mp_bound_cubic (MP mp,pointer p, pointer q, small_number c) {
8005   boolean wavy; /* whether we need to look for extremes */
8006   scaled del1,del2,del3,del,dmax; /* proportional to the control
8007      points of a quadratic derived from a cubic */
8008   fraction t,tt; /* where a quadratic crosses zero */
8009   scaled x; /* a value that |bbmin[c]| and |bbmax[c]| must accommodate */
8010   x=knot_coord(q);
8011   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
8012   @<Check the control points against the bounding box and set |wavy:=true|
8013     if any of them lie outside@>;
8014   if ( wavy ) {
8015     del1=right_coord(p)-knot_coord(p);
8016     del2=left_coord(q)-right_coord(p);
8017     del3=knot_coord(q)-left_coord(q);
8018     @<Scale up |del1|, |del2|, and |del3| for greater accuracy;
8019       also set |del| to the first nonzero element of |(del1,del2,del3)|@>;
8020     if ( del<0 ) {
8021       negate(del1); negate(del2); negate(del3);
8022     };
8023     t=mp_crossing_point(mp, del1,del2,del3);
8024     if ( t<fraction_one ) {
8025       @<Test the extremes of the cubic against the bounding box@>;
8026     }
8027   }
8028 }
8029
8030 @ @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>=
8031 if ( x<mp->bbmin[c] ) mp->bbmin[c]=x;
8032 if ( x>mp->bbmax[c] ) mp->bbmax[c]=x
8033
8034 @ @<Check the control points against the bounding box and set...@>=
8035 wavy=true;
8036 if ( mp->bbmin[c]<=right_coord(p) )
8037   if ( right_coord(p)<=mp->bbmax[c] )
8038     if ( mp->bbmin[c]<=left_coord(q) )
8039       if ( left_coord(q)<=mp->bbmax[c] )
8040         wavy=false
8041
8042 @ If |del1=del2=del3=0|, it's impossible to obey the title of this
8043 section. We just set |del=0| in that case.
8044
8045 @<Scale up |del1|, |del2|, and |del3| for greater accuracy...@>=
8046 if ( del1!=0 ) del=del1;
8047 else if ( del2!=0 ) del=del2;
8048 else del=del3;
8049 if ( del!=0 ) {
8050   dmax=abs(del1);
8051   if ( abs(del2)>dmax ) dmax=abs(del2);
8052   if ( abs(del3)>dmax ) dmax=abs(del3);
8053   while ( dmax<fraction_half ) {
8054     dmax+=dmax; del1+=del1; del2+=del2; del3+=del3;
8055   }
8056 }
8057
8058 @ Since |crossing_point| has tried to choose |t| so that
8059 $B(|del1|,|del2|,|del3|;\tau)$ crosses zero at $\tau=|t|$ with negative
8060 slope, the value of |del2| computed below should not be positive.
8061 But rounding error could make it slightly positive in which case we
8062 must cut it to zero to avoid confusion.
8063
8064 @<Test the extremes of the cubic against the bounding box@>=
8065
8066   x=mp_eval_cubic(mp, p,q,t);
8067   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
8068   del2=t_of_the_way(del2,del3);
8069     /* now |0,del2,del3| represent the derivative on the remaining interval */
8070   if ( del2>0 ) del2=0;
8071   tt=mp_crossing_point(mp, 0,-del2,-del3);
8072   if ( tt<fraction_one ) {
8073     @<Test the second extreme against the bounding box@>;
8074   }
8075 }
8076
8077 @ @<Test the second extreme against the bounding box@>=
8078 {
8079    x=mp_eval_cubic(mp, p,q,t_of_the_way(tt,fraction_one));
8080   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
8081 }
8082
8083 @ Finding the bounding box of a path is basically a matter of applying
8084 |bound_cubic| twice for each pair of adjacent knots.
8085
8086 @c void mp_path_bbox (MP mp,pointer h) {
8087   pointer p,q; /* a pair of adjacent knots */
8088    minx=x_coord(h); miny=y_coord(h);
8089   maxx=minx; maxy=miny;
8090   p=h;
8091   do {  
8092     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) return;
8093     q=link(p);
8094     mp_bound_cubic(mp, x_loc(p),x_loc(q),mp_x_code);
8095     mp_bound_cubic(mp, y_loc(p),y_loc(q),mp_y_code);
8096     p=q;
8097   } while (p!=h);
8098 }
8099
8100 @ Another important way to measure a path is to find its arc length.  This
8101 is best done by using the general bisection algorithm to subdivide the path
8102 until obtaining ``well behaved'' subpaths whose arc lengths can be approximated
8103 by simple means.
8104
8105 Since the arc length is the integral with respect to time of the magnitude of
8106 the velocity, it is natural to use Simpson's rule for the approximation.
8107 @^Simpson's rule@>
8108 If $\dot B(t)$ is the spline velocity, Simpson's rule gives
8109 $$ \vb\dot B(0)\vb + 4\vb\dot B({1\over2})\vb + \vb\dot B(1)\vb \over 6 $$
8110 for the arc length of a path of length~1.  For a cubic spline
8111 $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$, the time derivative $\dot B(t)$ is
8112 $3B(dz_0,dz_1,dz_2;t)$, where $dz_i=z_{i+1}-z_i$.  Hence the arc length
8113 approximation is
8114 $$ {\vb dz_0\vb \over 2} + 2\vb dz_{02}\vb + {\vb dz_2\vb \over 2}, $$
8115 where
8116 $$ dz_{02}={1\over2}\left({dz_0+dz_1\over 2}+{dz_1+dz_2\over 2}\right)$$
8117 is the result of the bisection algorithm.
8118
8119 @ The remaining problem is how to decide when a subpath is ``well behaved.''
8120 This could be done via the theoretical error bound for Simpson's rule,
8121 @^Simpson's rule@>
8122 but this is impractical because it requires an estimate of the fourth
8123 derivative of the quantity being integrated.  It is much easier to just perform
8124 a bisection step and see how much the arc length estimate changes.  Since the
8125 error for Simpson's rule is proportional to the fourth power of the sample
8126 spacing, the remaining error is typically about $1\over16$ of the amount of
8127 the change.  We say ``typically'' because the error has a pseudo-random behavior
8128 that could cause the two estimates to agree when each contain large errors.
8129
8130 To protect against disasters such as undetected cusps, the bisection process
8131 should always continue until all the $dz_i$ vectors belong to a single
8132 $90^\circ$ sector.  This ensures that no point on the spline can have velocity
8133 less than 70\% of the minimum of $\vb dz_0\vb$, $\vb dz_1\vb$ and $\vb dz_2\vb$.
8134 If such a spline happens to produce an erroneous arc length estimate that
8135 is little changed by bisection, the amount of the error is likely to be fairly
8136 small.  We will try to arrange things so that freak accidents of this type do
8137 not destroy the inverse relationship between the \&{arclength} and
8138 \&{arctime} operations.
8139 @:arclength_}{\&{arclength} primitive@>
8140 @:arctime_}{\&{arctime} primitive@>
8141
8142 @ The \&{arclength} and \&{arctime} operations are both based on a recursive
8143 @^recursion@>
8144 function that finds the arc length of a cubic spline given $dz_0$, $dz_1$,
8145 $dz_2$. This |arc_test| routine also takes an arc length goal |a_goal| and
8146 returns the time when the arc length reaches |a_goal| if there is such a time.
8147 Thus the return value is either an arc length less than |a_goal| or, if the
8148 arc length would be at least |a_goal|, it returns a time value decreased by
8149 |two|.  This allows the caller to use the sign of the result to distinguish
8150 between arc lengths and time values.  On certain types of overflow, it is
8151 possible for |a_goal| and the result of |arc_test| both to be |el_gordo|.
8152 Otherwise, the result is always less than |a_goal|.
8153
8154 Rather than halving the control point coordinates on each recursive call to
8155 |arc_test|, it is better to keep them proportional to velocity on the original
8156 curve and halve the results instead.  This means that recursive calls can
8157 potentially use larger error tolerances in their arc length estimates.  How
8158 much larger depends on to what extent the errors behave as though they are
8159 independent of each other.  To save computing time, we use optimistic assumptions
8160 and increase the tolerance by a factor of about $\sqrt2$ for each recursive
8161 call.
8162
8163 In addition to the tolerance parameter, |arc_test| should also have parameters
8164 for ${1\over3}\vb\dot B(0)\vb$, ${2\over3}\vb\dot B({1\over2})\vb$, and
8165 ${1\over3}\vb\dot B(1)\vb$.  These quantities are relatively expensive to compute
8166 and they are needed in different instances of |arc_test|.
8167
8168 @c @t\4@>@<Declare subroutines needed by |arc_test|@>;
8169 scaled mp_arc_test (MP mp, scaled dx0, scaled dy0, scaled dx1, scaled dy1, 
8170                     scaled dx2, scaled dy2, scaled  v0, scaled v02, 
8171                     scaled v2, scaled a_goal, scaled tol) {
8172   boolean simple; /* are the control points confined to a $90^\circ$ sector? */
8173   scaled dx01, dy01, dx12, dy12, dx02, dy02;  /* bisection results */
8174   scaled v002, v022;
8175     /* twice the velocity magnitudes at $t={1\over4}$ and $t={3\over4}$ */
8176   scaled arc; /* best arc length estimate before recursion */
8177   @<Other local variables in |arc_test|@>;
8178   @<Bisect the B\'ezier quadratic given by |dx0|, |dy0|, |dx1|, |dy1|,
8179     |dx2|, |dy2|@>;
8180   @<Initialize |v002|, |v022|, and the arc length estimate |arc|; if it overflows
8181     set |arc_test| and |return|@>;
8182   @<Test if the control points are confined to one quadrant or rotating them
8183     $45^\circ$ would put them in one quadrant.  Then set |simple| appropriately@>;
8184   if ( simple && (abs(arc-v02-halfp(v0+v2)) <= tol) ) {
8185     if ( arc < a_goal ) {
8186       return arc;
8187     } else {
8188        @<Estimate when the arc length reaches |a_goal| and set |arc_test| to
8189          that time minus |two|@>;
8190     }
8191   } else {
8192     @<Use one or two recursive calls to compute the |arc_test| function@>;
8193   }
8194 }
8195
8196 @ The |tol| value should by multiplied by $\sqrt 2$ before making recursive
8197 calls, but $1.5$ is an adequate approximation.  It is best to avoid using
8198 |make_fraction| in this inner loop.
8199 @^inner loop@>
8200
8201 @<Use one or two recursive calls to compute the |arc_test| function@>=
8202
8203   @<Set |a_new| and |a_aux| so their sum is |2*a_goal| and |a_new| is as
8204     large as possible@>;
8205   tol = tol + halfp(tol);
8206   a = mp_arc_test(mp, dx0,dy0, dx01,dy01, dx02,dy02, v0, v002, 
8207                   halfp(v02), a_new, tol);
8208   if ( a<0 )  {
8209      return (-halfp(two-a));
8210   } else { 
8211     @<Update |a_new| to reduce |a_new+a_aux| by |a|@>;
8212     b = mp_arc_test(mp, dx02,dy02, dx12,dy12, dx2,dy2,
8213                     halfp(v02), v022, v2, a_new, tol);
8214     if ( b<0 )  
8215       return (-halfp(-b) - half_unit);
8216     else  
8217       return (a + half(b-a));
8218   }
8219 }
8220
8221 @ @<Other local variables in |arc_test|@>=
8222 scaled a,b; /* results of recursive calls */
8223 scaled a_new,a_aux; /* the sum of these gives the |a_goal| */
8224
8225 @ @<Set |a_new| and |a_aux| so their sum is |2*a_goal| and |a_new| is...@>=
8226 a_aux = el_gordo - a_goal;
8227 if ( a_goal > a_aux ) {
8228   a_aux = a_goal - a_aux;
8229   a_new = el_gordo;
8230 } else { 
8231   a_new = a_goal + a_goal;
8232   a_aux = 0;
8233 }
8234
8235 @ There is no need to maintain |a_aux| at this point so we use it as a temporary
8236 to force the additions and subtractions to be done in an order that avoids
8237 overflow.
8238
8239 @<Update |a_new| to reduce |a_new+a_aux| by |a|@>=
8240 if ( a > a_aux ) {
8241   a_aux = a_aux - a;
8242   a_new = a_new + a_aux;
8243 }
8244
8245 @ This code assumes all {\it dx} and {\it dy} variables have magnitude less than
8246 |fraction_four|.  To simplify the rest of the |arc_test| routine, we strengthen
8247 this assumption by requiring the norm of each $({\it dx},{\it dy})$ pair to obey
8248 this bound.  Note that recursive calls will maintain this invariant.
8249
8250 @<Bisect the B\'ezier quadratic given by |dx0|, |dy0|, |dx1|, |dy1|,...@>=
8251 dx01 = half(dx0 + dx1);
8252 dx12 = half(dx1 + dx2);
8253 dx02 = half(dx01 + dx12);
8254 dy01 = half(dy0 + dy1);
8255 dy12 = half(dy1 + dy2);
8256 dy02 = half(dy01 + dy12)
8257
8258 @ We should be careful to keep |arc<el_gordo| so that calling |arc_test| with
8259 |a_goal=el_gordo| is guaranteed to yield the arc length.
8260
8261 @<Initialize |v002|, |v022|, and the arc length estimate |arc|;...@>=
8262 v002 = mp_pyth_add(mp, dx01+half(dx0+dx02), dy01+half(dy0+dy02));
8263 v022 = mp_pyth_add(mp, dx12+half(dx02+dx2), dy12+half(dy02+dy2));
8264 tmp = halfp(v02+2);
8265 arc1 = v002 + half(halfp(v0+tmp) - v002);
8266 arc = v022 + half(halfp(v2+tmp) - v022);
8267 if ( (arc < el_gordo-arc1) )  {
8268   arc = arc+arc1;
8269 } else { 
8270   mp->arith_error = true;
8271   if ( a_goal==el_gordo )  return (el_gordo);
8272   else return (-two);
8273 }
8274
8275 @ @<Other local variables in |arc_test|@>=
8276 scaled tmp, tmp2; /* all purpose temporary registers */
8277 scaled arc1; /* arc length estimate for the first half */
8278
8279 @ @<Test if the control points are confined to one quadrant or rotating...@>=
8280 simple = ((dx0>=0) && (dx1>=0) && (dx2>=0)) ||
8281          ((dx0<=0) && (dx1<=0) && (dx2<=0));
8282 if ( simple )
8283   simple = ((dy0>=0) && (dy1>=0) && (dy2>=0)) ||
8284            ((dy0<=0) && (dy1<=0) && (dy2<=0));
8285 if ( ! simple ) {
8286   simple = ((dx0>=dy0) && (dx1>=dy1) && (dx2>=dy2)) ||
8287            ((dx0<=dy0) && (dx1<=dy1) && (dx2<=dy2));
8288   if ( simple ) 
8289     simple = ((-dx0>=dy0) && (-dx1>=dy1) && (-dx2>=dy2)) ||
8290              ((-dx0<=dy0) && (-dx1<=dy1) && (-dx2<=dy2));
8291 }
8292
8293 @ Since Simpson's rule is based on approximating the integrand by a parabola,
8294 @^Simpson's rule@>
8295 it is appropriate to use the same approximation to decide when the integral
8296 reaches the intermediate value |a_goal|.  At this point
8297 $$\eqalign{
8298     {\vb\dot B(0)\vb\over 3} &= \hbox{|v0|}, \qquad
8299     {\vb\dot B({1\over4})\vb\over 3} = {\hbox{|v002|}\over 2}, \qquad
8300     {\vb\dot B({1\over2})\vb\over 3} = {\hbox{|v02|}\over 2}, \cr
8301     {\vb\dot B({3\over4})\vb\over 3} &= {\hbox{|v022|}\over 2}, \qquad
8302     {\vb\dot B(1)\vb\over 3} = \hbox{|v2|} \cr
8303 }
8304 $$
8305 and
8306 $$ {\vb\dot B(t)\vb\over 3} \approx
8307   \cases{B\left(\hbox{|v0|},
8308       \hbox{|v002|}-{1\over 2}\hbox{|v0|}-{1\over 4}\hbox{|v02|},
8309       {1\over 2}\hbox{|v02|}; 2t \right)&
8310     if $t\le{1\over 2}$\cr
8311   B\left({1\over 2}\hbox{|v02|},
8312       \hbox{|v022|}-{1\over 4}\hbox{|v02|}-{1\over 2}\hbox{|v2|},
8313       \hbox{|v2|}; 2t-1 \right)&
8314     if $t\ge{1\over 2}$.\cr}
8315  \eqno (*)
8316 $$
8317 We can integrate $\vb\dot B(t)\vb$ by using
8318 $$\int 3B(a,b,c;\tau)\,dt =
8319   {B(0,a,a+b,a+b+c;\tau) + {\rm constant} \over {d\tau\over dt}}.
8320 $$
8321
8322 This construction allows us to find the time when the arc length reaches
8323 |a_goal| by solving a cubic equation of the form
8324 $$ B(0,a,a+b,a+b+c;\tau) = x, $$
8325 where $\tau$ is $2t$ or $2t+1$, $x$ is |a_goal| or |a_goal-arc1|, and $a$, $b$,
8326 and $c$ are the Bernshte{\u\i}n coefficients from $(*)$ divided by
8327 @^Bernshte{\u\i}n, Serge{\u\i} Natanovich@>
8328 $d\tau\over dt$.  We shall define a function |solve_rising_cubic| that finds
8329 $\tau$ given $a$, $b$, $c$, and $x$.
8330
8331 @<Estimate when the arc length reaches |a_goal| and set |arc_test| to...@>=
8332
8333   tmp = (v02 + 2) / 4;
8334   if ( a_goal<=arc1 ) {
8335     tmp2 = halfp(v0);
8336     return 
8337       (halfp(mp_solve_rising_cubic(mp, tmp2, arc1-tmp2-tmp, tmp, a_goal))- two);
8338   } else { 
8339     tmp2 = halfp(v2);
8340     return ((half_unit - two) +
8341       halfp(mp_solve_rising_cubic(mp, tmp, arc-arc1-tmp-tmp2, tmp2, a_goal-arc1)));
8342   }
8343 }
8344
8345 @ Here is the |solve_rising_cubic| routine that finds the time~$t$ when
8346 $$ B(0, a, a+b, a+b+c; t) = x. $$
8347 This routine is based on |crossing_point| but is simplified by the
8348 assumptions that $B(a,b,c;t)\ge0$ for $0\le t\le1$ and that |0<=x<=a+b+c|.
8349 If rounding error causes this condition to be violated slightly, we just ignore
8350 it and proceed with binary search.  This finds a time when the function value
8351 reaches |x| and the slope is positive.
8352
8353 @<Declare subroutines needed by |arc_test|@>=
8354 scaled mp_solve_rising_cubic (MP mp,scaled a, scaled b,  scaled c, scaled x) {
8355   scaled ab, bc, ac; /* bisection results */
8356   integer t; /* $2^k+q$ where unscaled answer is in $[q2^{-k},(q+1)2^{-k})$ */
8357   integer xx; /* temporary for updating |x| */
8358   if ( (a<0) || (c<0) ) mp_confusion(mp, "rising?");
8359 @:this can't happen rising?}{\quad rising?@>
8360   if ( x<=0 ) {
8361         return 0;
8362   } else if ( x >= a+b+c ) {
8363     return unity;
8364   } else { 
8365     t = 1;
8366     @<Rescale if necessary to make sure |a|, |b|, and |c| are all less than
8367       |el_gordo div 3|@>;
8368     do {  
8369       t+=t;
8370       @<Subdivide the B\'ezier quadratic defined by |a|, |b|, |c|@>;
8371       xx = x - a - ab - ac;
8372       if ( xx < -x ) { x+=x; b=ab; c=ac;  }
8373       else { x = x + xx;  a=ac; b=mp->bc; t = t+1; };
8374     } while (t < unity);
8375     return (t - unity);
8376   }
8377 }
8378
8379 @ @<Subdivide the B\'ezier quadratic defined by |a|, |b|, |c|@>=
8380 ab = half(a+b);
8381 bc = half(b+c);
8382 ac = half(ab+bc)
8383
8384 @ @d one_third_el_gordo 05252525252 /* upper bound on |a|, |b|, and |c| */
8385
8386 @<Rescale if necessary to make sure |a|, |b|, and |c| are all less than...@>=
8387 while ((a>one_third_el_gordo)||(b>one_third_el_gordo)||(c>one_third_el_gordo)) { 
8388   a = halfp(a);
8389   b = half(b);
8390   c = halfp(c);
8391   x = halfp(x);
8392 }
8393
8394 @ It is convenient to have a simpler interface to |arc_test| that requires no
8395 unnecessary arguments and ensures that each $({\it dx},{\it dy})$ pair has
8396 length less than |fraction_four|.
8397
8398 @d arc_tol   16  /* quit when change in arc length estimate reaches this */
8399
8400 @c scaled mp_do_arc_test (MP mp,scaled dx0, scaled dy0, scaled dx1, 
8401                           scaled dy1, scaled dx2, scaled dy2, scaled a_goal) {
8402   scaled v0,v1,v2; /* length of each $({\it dx},{\it dy})$ pair */
8403   scaled v02; /* twice the norm of the quadratic at $t={1\over2}$ */
8404   v0 = mp_pyth_add(mp, dx0,dy0);
8405   v1 = mp_pyth_add(mp, dx1,dy1);
8406   v2 = mp_pyth_add(mp, dx2,dy2);
8407   if ( (v0>=fraction_four) || (v1>=fraction_four) || (v2>=fraction_four) ) { 
8408     mp->arith_error = true;
8409     if ( a_goal==el_gordo )  return el_gordo;
8410     else return (-two);
8411   } else { 
8412     v02 = mp_pyth_add(mp, dx1+half(dx0+dx2), dy1+half(dy0+dy2));
8413     return (mp_arc_test(mp, dx0,dy0, dx1,dy1, dx2,dy2,
8414                                  v0, v02, v2, a_goal, arc_tol));
8415   }
8416 }
8417
8418 @ Now it is easy to find the arc length of an entire path.
8419
8420 @c scaled mp_get_arc_length (MP mp,pointer h) {
8421   pointer p,q; /* for traversing the path */
8422   scaled a,a_tot; /* current and total arc lengths */
8423   a_tot = 0;
8424   p = h;
8425   while ( right_type(p)!=mp_endpoint ){ 
8426     q = link(p);
8427     a = mp_do_arc_test(mp, right_x(p)-x_coord(p), right_y(p)-y_coord(p),
8428       left_x(q)-right_x(p), left_y(q)-right_y(p),
8429       x_coord(q)-left_x(q), y_coord(q)-left_y(q), el_gordo);
8430     a_tot = mp_slow_add(mp, a, a_tot);
8431     if ( q==h ) break;  else p=q;
8432   }
8433   check_arith;
8434   return a_tot;
8435 }
8436
8437 @ The inverse operation of finding the time on a path~|h| when the arc length
8438 reaches some value |arc0| can also be accomplished via |do_arc_test|.  Some care
8439 is required to handle very large times or negative times on cyclic paths.  For
8440 non-cyclic paths, |arc0| values that are negative or too large cause
8441 |get_arc_time| to return 0 or the length of path~|h|.
8442
8443 If |arc0| is greater than the arc length of a cyclic path~|h|, the result is a
8444 time value greater than the length of the path.  Since it could be much greater,
8445 we must be prepared to compute the arc length of path~|h| and divide this into
8446 |arc0| to find how many multiples of the length of path~|h| to add.
8447
8448 @c scaled mp_get_arc_time (MP mp,pointer h, scaled  arc0) {
8449   pointer p,q; /* for traversing the path */
8450   scaled t_tot; /* accumulator for the result */
8451   scaled t; /* the result of |do_arc_test| */
8452   scaled arc; /* portion of |arc0| not used up so far */
8453   integer n; /* number of extra times to go around the cycle */
8454   if ( arc0<0 ) {
8455     @<Deal with a negative |arc0| value and |return|@>;
8456   }
8457   if ( arc0==el_gordo ) decr(arc0);
8458   t_tot = 0;
8459   arc = arc0;
8460   p = h;
8461   while ( (right_type(p)!=mp_endpoint) && (arc>0) ) {
8462     q = link(p);
8463     t = mp_do_arc_test(mp, right_x(p)-x_coord(p), right_y(p)-y_coord(p),
8464       left_x(q)-right_x(p), left_y(q)-right_y(p),
8465       x_coord(q)-left_x(q), y_coord(q)-left_y(q), arc);
8466     @<Update |arc| and |t_tot| after |do_arc_test| has just returned |t|@>;
8467     if ( q==h ) {
8468       @<Update |t_tot| and |arc| to avoid going around the cyclic
8469         path too many times but set |arith_error:=true| and |goto done| on
8470         overflow@>;
8471     }
8472     p = q;
8473   }
8474   check_arith;
8475   return t_tot;
8476 }
8477
8478 @ @<Update |arc| and |t_tot| after |do_arc_test| has just returned |t|@>=
8479 if ( t<0 ) { t_tot = t_tot + t + two;  arc = 0;  }
8480 else { t_tot = t_tot + unity;  arc = arc - t;  }
8481
8482 @ @<Deal with a negative |arc0| value and |return|@>=
8483
8484   if ( left_type(h)==mp_endpoint ) {
8485     t_tot=0;
8486   } else { 
8487     p = mp_htap_ypoc(mp, h);
8488     t_tot = -mp_get_arc_time(mp, p, -arc0);
8489     mp_toss_knot_list(mp, p);
8490   }
8491   check_arith;
8492   return t_tot;
8493 }
8494
8495 @ @<Update |t_tot| and |arc| to avoid going around the cyclic...@>=
8496 if ( arc>0 ) { 
8497   n = arc / (arc0 - arc);
8498   arc = arc - n*(arc0 - arc);
8499   if ( t_tot > el_gordo / (n+1) ) { 
8500     mp->arith_error = true;
8501     t_tot = el_gordo;
8502     break;
8503   }
8504   t_tot = (n + 1)*t_tot;
8505 }
8506
8507 @* \[20] Data structures for pens.
8508 A Pen in \MP\ can be either elliptical or polygonal.  Elliptical pens result
8509 in \ps\ \&{stroke} commands, while anything drawn with a polygonal pen is
8510 @:stroke}{\&{stroke} command@>
8511 converted into an area fill as described in the next part of this program.
8512 The mathematics behind this process is based on simple aspects of the theory
8513 of tracings developed by Leo Guibas, Lyle Ramshaw, and Jorge Stolfi
8514 [``A kinematic framework for computational geometry,'' Proc.\ IEEE Symp.\
8515 Foundations of Computer Science {\bf 24} (1983), 100--111].
8516
8517 Polygonal pens are created from paths via \MP's \&{makepen} primitive.
8518 @:makepen_}{\&{makepen} primitive@>
8519 This path representation is almost sufficient for our purposes except that
8520 a pen path should always be a convex polygon with the vertices in
8521 counter-clockwise order.
8522 Since we will need to scan pen polygons both forward and backward, a pen
8523 should be represented as a doubly linked ring of knot nodes.  There is
8524 room for the extra back pointer because we do not need the
8525 |left_type| or |right_type| fields.  In fact, we don't need the |left_x|,
8526 |left_y|, |right_x|, or |right_y| fields either but we leave these alone
8527 so that certain procedures can operate on both pens and paths.  In particular,
8528 pens can be copied using |copy_path| and recycled using |toss_knot_list|.
8529
8530 @d knil info
8531   /* this replaces the |left_type| and |right_type| fields in a pen knot */
8532
8533 @ The |make_pen| procedure turns a path into a pen by initializing
8534 the |knil| pointers and making sure the knots form a convex polygon.
8535 Thus each cubic in the given path becomes a straight line and the control
8536 points are ignored.  If the path is not cyclic, the ends are connected by a
8537 straight line.
8538
8539 @d copy_pen(A) mp_make_pen(mp, mp_copy_path(mp, (A)),false)
8540
8541 @c @<Declare a function called |convex_hull|@>;
8542 pointer mp_make_pen (MP mp,pointer h, boolean need_hull) {
8543   pointer p,q; /* two consecutive knots */
8544   q=h;
8545   do {  
8546     p=q; q=link(q);
8547     knil(q)=p;
8548   } while (q!=h);
8549   if ( need_hull ){ 
8550     h=mp_convex_hull(mp, h);
8551     @<Make sure |h| isn't confused with an elliptical pen@>;
8552   }
8553   return h;
8554 }
8555
8556 @ The only information required about an elliptical pen is the overall
8557 transformation that has been applied to the original \&{pencircle}.
8558 @:pencircle_}{\&{pencircle} primitive@>
8559 Since it suffices to keep track of how the three points $(0,0)$, $(1,0)$,
8560 and $(0,1)$ are transformed, an elliptical pen can be stored in a single
8561 knot node and transformed as if it were a path.
8562
8563 @d pen_is_elliptical(A) ((A)==link((A)))
8564
8565 @c pointer mp_get_pen_circle (MP mp,scaled diam) {
8566   pointer h; /* the knot node to return */
8567   h=mp_get_node(mp, knot_node_size);
8568   link(h)=h; knil(h)=h;
8569   originator(h)=mp_program_code;
8570   x_coord(h)=0; y_coord(h)=0;
8571   left_x(h)=diam; left_y(h)=0;
8572   right_x(h)=0; right_y(h)=diam;
8573   return h;
8574 }
8575
8576 @ If the polygon being returned by |make_pen| has only one vertex, it will
8577 be interpreted as an elliptical pen.  This is no problem since a degenerate
8578 polygon can equally well be thought of as a degenerate ellipse.  We need only
8579 initialize the |left_x|, |left_y|, |right_x|, and |right_y| fields.
8580
8581 @<Make sure |h| isn't confused with an elliptical pen@>=
8582 if ( pen_is_elliptical( h) ){ 
8583   left_x(h)=x_coord(h); left_y(h)=y_coord(h);
8584   right_x(h)=x_coord(h); right_y(h)=y_coord(h);
8585 }
8586
8587 @ We have to cheat a little here but most operations on pens only use
8588 the first three words in each knot node.
8589 @^data structure assumptions@>
8590
8591 @<Initialize a pen at |test_pen| so that it fits in nine words@>=
8592 x_coord(test_pen)=-half_unit;
8593 y_coord(test_pen)=0;
8594 x_coord(test_pen+3)=half_unit;
8595 y_coord(test_pen+3)=0;
8596 x_coord(test_pen+6)=0;
8597 y_coord(test_pen+6)=unity;
8598 link(test_pen)=test_pen+3;
8599 link(test_pen+3)=test_pen+6;
8600 link(test_pen+6)=test_pen;
8601 knil(test_pen)=test_pen+6;
8602 knil(test_pen+3)=test_pen;
8603 knil(test_pen+6)=test_pen+3
8604
8605 @ Printing a polygonal pen is very much like printing a path
8606
8607 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
8608 void mp_pr_pen (MP mp,pointer h) {
8609   pointer p,q; /* for list traversal */
8610   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8611     @<Print the elliptical pen |h|@>;
8612   } else { 
8613     p=h;
8614     do {  
8615       mp_print_two(mp, x_coord(p),y_coord(p));
8616       mp_print_nl(mp, " .. ");
8617       @<Advance |p| making sure the links are OK and |return| if there is
8618         a problem@>;
8619      } while (p!=h);
8620      mp_print(mp, "cycle");
8621   }
8622 }
8623
8624 @ @<Advance |p| making sure the links are OK and |return| if there is...@>=
8625 q=link(p);
8626 if ( (q==null) || (knil(q)!=p) ) { 
8627   mp_print_nl(mp, "???"); return; /* this won't happen */
8628 @.???@>
8629 }
8630 p=q
8631
8632 @ @<Print the elliptical pen |h|@>=
8633
8634 mp_print(mp, "pencircle transformed (");
8635 mp_print_scaled(mp, x_coord(h));
8636 mp_print_char(mp, ',');
8637 mp_print_scaled(mp, y_coord(h));
8638 mp_print_char(mp, ',');
8639 mp_print_scaled(mp, left_x(h)-x_coord(h));
8640 mp_print_char(mp, ',');
8641 mp_print_scaled(mp, right_x(h)-x_coord(h));
8642 mp_print_char(mp, ',');
8643 mp_print_scaled(mp, left_y(h)-y_coord(h));
8644 mp_print_char(mp, ',');
8645 mp_print_scaled(mp, right_y(h)-y_coord(h));
8646 mp_print_char(mp, ')');
8647 }
8648
8649 @ Here us another version of |pr_pen| that prints the pen as a diagnostic
8650 message.
8651
8652 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
8653 void mp_print_pen (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) { 
8654   mp_print_diagnostic(mp, "Pen",s,nuline); mp_print_ln(mp);
8655 @.Pen at line...@>
8656   mp_pr_pen(mp, h);
8657   mp_end_diagnostic(mp, true);
8658 }
8659
8660 @ Making a polygonal pen into a path involves restoring the |left_type| and
8661 |right_type| fields and setting the control points so as to make a polygonal
8662 path.
8663
8664 @c 
8665 void mp_make_path (MP mp,pointer h) {
8666   pointer p; /* for traversing the knot list */
8667   small_number k; /* a loop counter */
8668   @<Other local variables in |make_path|@>;
8669   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8670     @<Make the elliptical pen |h| into a path@>;
8671   } else { 
8672     p=h;
8673     do {  
8674       left_type(p)=mp_explicit;
8675       right_type(p)=mp_explicit;
8676       @<copy the coordinates of knot |p| into its control points@>;
8677        p=link(p);
8678     } while (p!=h);
8679   }
8680 }
8681
8682 @ @<copy the coordinates of knot |p| into its control points@>=
8683 left_x(p)=x_coord(p);
8684 left_y(p)=y_coord(p);
8685 right_x(p)=x_coord(p);
8686 right_y(p)=y_coord(p)
8687
8688 @ We need an eight knot path to get a good approximation to an ellipse.
8689
8690 @<Make the elliptical pen |h| into a path@>=
8691
8692   @<Extract the transformation parameters from the elliptical pen~|h|@>;
8693   p=h;
8694   for (k=0;k<=7;k++ ) { 
8695     @<Initialize |p| as the |k|th knot of a circle of unit diameter,
8696       transforming it appropriately@>;
8697     if ( k==7 ) link(p)=h;  else link(p)=mp_get_node(mp, knot_node_size);
8698     p=link(p);
8699   }
8700 }
8701
8702 @ @<Extract the transformation parameters from the elliptical pen~|h|@>=
8703 center_x=x_coord(h);
8704 center_y=y_coord(h);
8705 width_x=left_x(h)-center_x;
8706 width_y=left_y(h)-center_y;
8707 height_x=right_x(h)-center_x;
8708 height_y=right_y(h)-center_y
8709
8710 @ @<Other local variables in |make_path|@>=
8711 scaled center_x,center_y; /* translation parameters for an elliptical pen */
8712 scaled width_x,width_y; /* the effect of a unit change in $x$ */
8713 scaled height_x,height_y; /* the effect of a unit change in $y$ */
8714 scaled dx,dy; /* the vector from knot |p| to its right control point */
8715 integer kk;
8716   /* |k| advanced $270^\circ$ around the ring (cf. $\sin\theta=\cos(\theta+270)$) */
8717
8718 @ The only tricky thing here are the tables |half_cos| and |d_cos| used to
8719 find the point $k/8$ of the way around the circle and the direction vector
8720 to use there.
8721
8722 @<Initialize |p| as the |k|th knot of a circle of unit diameter,...@>=
8723 kk=(k+6)% 8;
8724 x_coord(p)=center_x+mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[k],width_x)
8725            +mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[kk],height_x);
8726 y_coord(p)=center_y+mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[k],width_y)
8727            +mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[kk],height_y);
8728 dx=-mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[kk],width_x)
8729    +mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[k],height_x);
8730 dy=-mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[kk],width_y)
8731    +mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[k],height_y);
8732 right_x(p)=x_coord(p)+dx;
8733 right_y(p)=y_coord(p)+dy;
8734 left_x(p)=x_coord(p)-dx;
8735 left_y(p)=y_coord(p)-dy;
8736 left_type(p)=mp_explicit;
8737 right_type(p)=mp_explicit;
8738 originator(p)=mp_program_code
8739
8740 @ @<Glob...@>=
8741 fraction half_cos[8]; /* ${1\over2}\cos(45k)$ */
8742 fraction d_cos[8]; /* a magic constant times $\cos(45k)$ */
8743
8744 @ The magic constant for |d_cos| is the distance between $({1\over2},0)$ and
8745 $({1\over4}\sqrt2,{1\over4}\sqrt2)$ times the result of the |velocity|
8746 function for $\theta=\phi=22.5^\circ$.  This comes out to be
8747 $$ d = {\sqrt{2-\sqrt2}\over 3+3\cos22.5^\circ}
8748   \approx 0.132608244919772.
8749 $$
8750
8751 @<Set init...@>=
8752 mp->half_cos[0]=fraction_half;
8753 mp->half_cos[1]=94906266; /* $2^{26}\sqrt2\approx94906265.62$ */
8754 mp->half_cos[2]=0;
8755 mp->d_cos[0]=35596755; /* $2^{28}d\approx35596754.69$ */
8756 mp->d_cos[1]=25170707; /* $2^{27}\sqrt2\,d\approx25170706.63$ */
8757 mp->d_cos[2]=0;
8758 for (k=3;k<= 4;k++ ) { 
8759   mp->half_cos[k]=-mp->half_cos[4-k];
8760   mp->d_cos[k]=-mp->d_cos[4-k];
8761 }
8762 for (k=5;k<= 7;k++ ) { 
8763   mp->half_cos[k]=mp->half_cos[8-k];
8764   mp->d_cos[k]=mp->d_cos[8-k];
8765 }
8766
8767 @ The |convex_hull| function forces a pen polygon to be convex when it is
8768 returned by |make_pen| and after any subsequent transformation where rounding
8769 error might allow the convexity to be lost.
8770 The convex hull algorithm used here is described by F.~P. Preparata and
8771 M.~I. Shamos [{\sl Computational Geometry}, Springer-Verlag, 1985].
8772
8773 @<Declare a function called |convex_hull|@>=
8774 @<Declare a procedure called |move_knot|@>;
8775 pointer mp_convex_hull (MP mp,pointer h) { /* Make a polygonal pen convex */
8776   pointer l,r; /* the leftmost and rightmost knots */
8777   pointer p,q; /* knots being scanned */
8778   pointer s; /* the starting point for an upcoming scan */
8779   scaled dx,dy; /* a temporary pointer */
8780   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8781      return h;
8782   } else { 
8783     @<Set |l| to the leftmost knot in polygon~|h|@>;
8784     @<Set |r| to the rightmost knot in polygon~|h|@>;
8785     if ( l!=r ) { 
8786       s=link(r);
8787       @<Find any knots on the path from |l| to |r| above the |l|-|r| line and
8788         move them past~|r|@>;
8789       @<Find any knots on the path from |s| to |l| below the |l|-|r| line and
8790         move them past~|l|@>;
8791       @<Sort the path from |l| to |r| by increasing $x$@>;
8792       @<Sort the path from |r| to |l| by decreasing $x$@>;
8793     }
8794     if ( l!=link(l) ) {
8795       @<Do a Gramm scan and remove vertices where there is no left turn@>;
8796     }
8797     return l;
8798   }
8799 }
8800
8801 @ All comparisons are done primarily on $x$ and secondarily on $y$.
8802
8803 @<Set |l| to the leftmost knot in polygon~|h|@>=
8804 l=h;
8805 p=link(h);
8806 while ( p!=h ) { 
8807   if ( x_coord(p)<=x_coord(l) )
8808     if ( (x_coord(p)<x_coord(l)) || (y_coord(p)<y_coord(l)) )
8809       l=p;
8810   p=link(p);
8811 }
8812
8813 @ @<Set |r| to the rightmost knot in polygon~|h|@>=
8814 r=h;
8815 p=link(h);
8816 while ( p!=h ) { 
8817   if ( x_coord(p)>=x_coord(r) )
8818     if ( (x_coord(p)>x_coord(r)) || (y_coord(p)>y_coord(r)) )
8819       r=p;
8820   p=link(p);
8821 }
8822
8823 @ @<Find any knots on the path from |l| to |r| above the |l|-|r| line...@>=
8824 dx=x_coord(r)-x_coord(l);
8825 dy=y_coord(r)-y_coord(l);
8826 p=link(l);
8827 while ( p!=r ) { 
8828   q=link(p);
8829   if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(p)-y_coord(l),dy,x_coord(p)-x_coord(l))>0 )
8830     mp_move_knot(mp, p, r);
8831   p=q;
8832 }
8833
8834 @ The |move_knot| procedure removes |p| from a doubly linked list and inserts
8835 it after |q|.
8836
8837 @ @<Declare a procedure called |move_knot|@>=
8838 void mp_move_knot (MP mp,pointer p, pointer q) { 
8839   link(knil(p))=link(p);
8840   knil(link(p))=knil(p);
8841   knil(p)=q;
8842   link(p)=link(q);
8843   link(q)=p;
8844   knil(link(p))=p;
8845 }
8846
8847 @ @<Find any knots on the path from |s| to |l| below the |l|-|r| line...@>=
8848 p=s;
8849 while ( p!=l ) { 
8850   q=link(p);
8851   if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(p)-y_coord(l),dy,x_coord(p)-x_coord(l))<0 )
8852     mp_move_knot(mp, p,l);
8853   p=q;
8854 }
8855
8856 @ The list is likely to be in order already so we just do linear insertions.
8857 Secondary comparisons on $y$ ensure that the sort is consistent with the
8858 choice of |l| and |r|.
8859
8860 @<Sort the path from |l| to |r| by increasing $x$@>=
8861 p=link(l);
8862 while ( p!=r ) { 
8863   q=knil(p);
8864   while ( x_coord(q)>x_coord(p) ) q=knil(q);
8865   while ( x_coord(q)==x_coord(p) ) {
8866     if ( y_coord(q)>y_coord(p) ) q=knil(q); else break;
8867   }
8868   if ( q==knil(p) ) p=link(p);
8869   else { p=link(p); mp_move_knot(mp, knil(p),q); };
8870 }
8871
8872 @ @<Sort the path from |r| to |l| by decreasing $x$@>=
8873 p=link(r);
8874 while ( p!=l ){ 
8875   q=knil(p);
8876   while ( x_coord(q)<x_coord(p) ) q=knil(q);
8877   while ( x_coord(q)==x_coord(p) ) {
8878     if ( y_coord(q)<y_coord(p) ) q=knil(q); else break;
8879   }
8880   if ( q==knil(p) ) p=link(p);
8881   else { p=link(p); mp_move_knot(mp, knil(p),q); };
8882 }
8883
8884 @ The condition involving |ab_vs_cd| tests if there is not a left turn
8885 at knot |q|.  There usually will be a left turn so we streamline the case
8886 where the |then| clause is not executed.
8887
8888 @<Do a Gramm scan and remove vertices where there...@>=
8889
8890 p=l; q=link(l);
8891 while (1) { 
8892   dx=x_coord(q)-x_coord(p);
8893   dy=y_coord(q)-y_coord(p);
8894   p=q; q=link(q);
8895   if ( p==l ) break;
8896   if ( p!=r )
8897     if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(q)-y_coord(p),dy,x_coord(q)-x_coord(p))<=0 ) {
8898       @<Remove knot |p| and back up |p| and |q| but don't go past |l|@>;
8899     }
8900   }
8901 }
8902
8903 @ @<Remove knot |p| and back up |p| and |q| but don't go past |l|@>=
8904
8905 s=knil(p);
8906 mp_free_node(mp, p,knot_node_size);
8907 link(s)=q; knil(q)=s;
8908 if ( s==l ) p=s;
8909 else { p=knil(s); q=s; };
8910 }
8911
8912 @ The |find_offset| procedure sets global variables |(cur_x,cur_y)| to the
8913 offset associated with the given direction |(x,y)|.  If two different offsets
8914 apply, it chooses one of them.
8915
8916 @c 
8917 void mp_find_offset (MP mp,scaled x, scaled y, pointer h) {
8918   pointer p,q; /* consecutive knots */
8919   scaled wx,wy,hx,hy;
8920   /* the transformation matrix for an elliptical pen */
8921   fraction xx,yy; /* untransformed offset for an elliptical pen */
8922   fraction d; /* a temporary register */
8923   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8924     @<Find the offset for |(x,y)| on the elliptical pen~|h|@>
8925   } else { 
8926     q=h;
8927     do {  
8928       p=q; q=link(q);
8929     } while (! mp_ab_vs_cd(mp, x_coord(q)-x_coord(p),y, y_coord(q)-y_coord(p),x)>=0);
8930     do {  
8931       p=q; q=link(q);
8932     } while (! mp_ab_vs_cd(mp, x_coord(q)-x_coord(p),y, y_coord(q)-y_coord(p),x)<=0);
8933     mp->cur_x=x_coord(p);
8934     mp->cur_y=y_coord(p);
8935   }
8936 }
8937
8938 @ @<Glob...@>=
8939 scaled cur_x;
8940 scaled cur_y; /* all-purpose return value registers */
8941
8942 @ @<Find the offset for |(x,y)| on the elliptical pen~|h|@>=
8943 if ( (x==0) && (y==0) ) {
8944   mp->cur_x=x_coord(h); mp->cur_y=y_coord(h);  
8945 } else { 
8946   @<Find the non-constant part of the transformation for |h|@>;
8947   while ( (abs(x)<fraction_half) && (abs(y)<fraction_half) ){ 
8948     x+=x; y+=y;  
8949   };
8950   @<Make |(xx,yy)| the offset on the untransformed \&{pencircle} for the
8951     untransformed version of |(x,y)|@>;
8952   mp->cur_x=x_coord(h)+mp_take_fraction(mp, xx,wx)+mp_take_fraction(mp, yy,hx);
8953   mp->cur_y=y_coord(h)+mp_take_fraction(mp, xx,wy)+mp_take_fraction(mp, yy,hy);
8954 }
8955
8956 @ @<Find the non-constant part of the transformation for |h|@>=
8957 wx=left_x(h)-x_coord(h);
8958 wy=left_y(h)-y_coord(h);
8959 hx=right_x(h)-x_coord(h);
8960 hy=right_y(h)-y_coord(h)
8961
8962 @ @<Make |(xx,yy)| the offset on the untransformed \&{pencircle} for the...@>=
8963 yy=-(mp_take_fraction(mp, x,hy)+mp_take_fraction(mp, y,-hx));
8964 xx=mp_take_fraction(mp, x,-wy)+mp_take_fraction(mp, y,wx);
8965 d=mp_pyth_add(mp, xx,yy);
8966 if ( d>0 ) { 
8967   xx=half(mp_make_fraction(mp, xx,d));
8968   yy=half(mp_make_fraction(mp, yy,d));
8969 }
8970
8971 @ Finding the bounding box of a pen is easy except if the pen is elliptical.
8972 But we can handle that case by just calling |find_offset| twice.  The answer
8973 is stored in the global variables |minx|, |maxx|, |miny|, and |maxy|.
8974
8975 @c 
8976 void mp_pen_bbox (MP mp,pointer h) {
8977   pointer p; /* for scanning the knot list */
8978   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8979     @<Find the bounding box of an elliptical pen@>;
8980   } else { 
8981     minx=x_coord(h); maxx=minx;
8982     miny=y_coord(h); maxy=miny;
8983     p=link(h);
8984     while ( p!=h ) {
8985       if ( x_coord(p)<minx ) minx=x_coord(p);
8986       if ( y_coord(p)<miny ) miny=y_coord(p);
8987       if ( x_coord(p)>maxx ) maxx=x_coord(p);
8988       if ( y_coord(p)>maxy ) maxy=y_coord(p);
8989       p=link(p);
8990     }
8991   }
8992 }
8993
8994 @ @<Find the bounding box of an elliptical pen@>=
8995
8996 mp_find_offset(mp, 0,fraction_one,h);
8997 maxx=mp->cur_x;
8998 minx=2*x_coord(h)-mp->cur_x;
8999 mp_find_offset(mp, -fraction_one,0,h);
9000 maxy=mp->cur_y;
9001 miny=2*y_coord(h)-mp->cur_y;
9002 }
9003
9004 @* \[21] Edge structures.
9005 Now we come to \MP's internal scheme for representing pictures.
9006 The representation is very different from \MF's edge structures
9007 because \MP\ pictures contain \ps\ graphics objects instead of pixel
9008 images.  However, the basic idea is somewhat similar in that shapes
9009 are represented via their boundaries.
9010
9011 The main purpose of edge structures is to keep track of graphical objects
9012 until it is time to translate them into \ps.  Since \MP\ does not need to
9013 know anything about an edge structure other than how to translate it into
9014 \ps\ and how to find its bounding box, edge structures can be just linked
9015 lists of graphical objects.  \MP\ has no easy way to determine whether
9016 two such objects overlap, but it suffices to draw the first one first and
9017 let the second one overwrite it if necessary.
9018
9019 @<Types...@>=
9020 enum mp_graphical_object_code {
9021   @<Graphical object codes@>
9022 };
9023
9024 @ Let's consider the types of graphical objects one at a time.
9025 First of all, a filled contour is represented by a eight-word node.  The first
9026 word contains |type| and |link| fields, and the next six words contain a
9027 pointer to a cyclic path and the value to use for \ps' \&{currentrgbcolor}
9028 parameter.  If a pen is used for filling |pen_p|, |ljoin_val| and |miterlim_val|
9029 give the relevant information.
9030
9031 @d path_p(A) link((A)+1)
9032   /* a pointer to the path that needs filling */
9033 @d pen_p(A) info((A)+1)
9034   /* a pointer to the pen to fill or stroke with */
9035 @d color_model(A) type((A)+2) /*  the color model  */
9036 @d obj_red_loc(A) ((A)+3)  /* the first of three locations for the color */
9037 @d obj_cyan_loc obj_red_loc  /* the first of four locations for the color */
9038 @d obj_grey_loc obj_red_loc  /* the location for the color */
9039 @d red_val(A) mp->mem[(A)+3].sc
9040   /* the red component of the color in the range $0\ldots1$ */
9041 @d cyan_val red_val
9042 @d grey_val red_val
9043 @d green_val(A) mp->mem[(A)+4].sc
9044   /* the green component of the color in the range $0\ldots1$ */
9045 @d magenta_val green_val
9046 @d blue_val(A) mp->mem[(A)+5].sc
9047   /* the blue component of the color in the range $0\ldots1$ */
9048 @d yellow_val blue_val
9049 @d black_val(A) mp->mem[(A)+6].sc
9050   /* the blue component of the color in the range $0\ldots1$ */
9051 @d ljoin_val(A) name_type((A))  /* the value of \&{linejoin} */
9052 @:mp_linejoin_}{\&{linejoin} primitive@>
9053 @d miterlim_val(A) mp->mem[(A)+7].sc  /* the value of \&{miterlimit} */
9054 @:mp_miterlimit_}{\&{miterlimit} primitive@>
9055 @d obj_color_part(A) mp->mem[(A)+3-red_part].sc
9056   /* interpret an object pointer that has been offset by |red_part..blue_part| */
9057 @d pre_script(A) mp->mem[(A)+8].hh.lh
9058 @d post_script(A) mp->mem[(A)+8].hh.rh
9059 @d fill_node_size 9
9060
9061 @ @<Graphical object codes@>=
9062 mp_fill_code=1,
9063
9064 @ @c 
9065 pointer mp_new_fill_node (MP mp,pointer p) {
9066   /* make a fill node for cyclic path |p| and color black */
9067   pointer t; /* the new node */
9068   t=mp_get_node(mp, fill_node_size);
9069   type(t)=mp_fill_code;
9070   path_p(t)=p;
9071   pen_p(t)=null; /* |null| means don't use a pen */
9072   red_val(t)=0;
9073   green_val(t)=0;
9074   blue_val(t)=0;
9075   black_val(t)=0;
9076   color_model(t)=mp_uninitialized_model;
9077   pre_script(t)=null;
9078   post_script(t)=null;
9079   @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>;
9080   return t;
9081 }
9082
9083 @ @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>=
9084 if ( mp->internal[mp_linejoin]>unity ) ljoin_val(t)=2;
9085 else if ( mp->internal[mp_linejoin]>0 ) ljoin_val(t)=1;
9086 else ljoin_val(t)=0;
9087 if ( mp->internal[mp_miterlimit]<unity )
9088   miterlim_val(t)=unity;
9089 else
9090   miterlim_val(t)=mp->internal[mp_miterlimit]
9091
9092 @ A stroked path is represented by an eight-word node that is like a filled
9093 contour node except that it contains the current \&{linecap} value, a scale
9094 factor for the dash pattern, and a pointer that is non-null if the stroke
9095 is to be dashed.  The purpose of the scale factor is to allow a picture to
9096 be transformed without touching the picture that |dash_p| points to.
9097
9098 @d dash_p(A) link((A)+9)
9099   /* a pointer to the edge structure that gives the dash pattern */
9100 @d lcap_val(A) type((A)+9)
9101   /* the value of \&{linecap} */
9102 @:mp_linecap_}{\&{linecap} primitive@>
9103 @d dash_scale(A) mp->mem[(A)+10].sc /* dash lengths are scaled by this factor */
9104 @d stroked_node_size 11
9105
9106 @ @<Graphical object codes@>=
9107 mp_stroked_code=2,
9108
9109 @ @c 
9110 pointer mp_new_stroked_node (MP mp,pointer p) {
9111   /* make a stroked node for path |p| with |pen_p(p)| temporarily |null| */
9112   pointer t; /* the new node */
9113   t=mp_get_node(mp, stroked_node_size);
9114   type(t)=mp_stroked_code;
9115   path_p(t)=p; pen_p(t)=null;
9116   dash_p(t)=null;
9117   dash_scale(t)=unity;
9118   red_val(t)=0;
9119   green_val(t)=0;
9120   blue_val(t)=0;
9121   black_val(t)=0;
9122   color_model(t)=mp_uninitialized_model;
9123   pre_script(t)=null;
9124   post_script(t)=null;
9125   @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>;
9126   if ( mp->internal[mp_linecap]>unity ) lcap_val(t)=2;
9127   else if ( mp->internal[mp_linecap]>0 ) lcap_val(t)=1;
9128   else lcap_val(t)=0;
9129   return t;
9130 }
9131
9132 @ When a dashed line is computed in a transformed coordinate system, the dash
9133 lengths get scaled like the pen shape and we need to compensate for this.  Since
9134 there is no unique scale factor for an arbitrary transformation, we use the
9135 the square root of the determinant.  The properties of the determinant make it
9136 easier to maintain the |dash_scale|.  The computation is fairly straight-forward
9137 except for the initialization of the scale factor |s|.  The factor of 64 is
9138 needed because |square_rt| scales its result by $2^8$ while we need $2^{14}$
9139 to counteract the effect of |take_fraction|.
9140
9141 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9142 scaled mp_sqrt_det (MP mp,scaled a, scaled b, scaled c, scaled d) {
9143   scaled maxabs; /* $max(|a|,|b|,|c|,|d|)$ */
9144   integer s; /* amount by which the result of |square_rt| needs to be scaled */
9145   @<Initialize |maxabs|@>;
9146   s=64;
9147   while ( (maxabs<fraction_one) && (s>1) ){ 
9148     a+=a; b+=b; c+=c; d+=d;
9149     maxabs+=maxabs; s=halfp(s);
9150   }
9151   return s*mp_square_rt(mp, abs(mp_take_fraction(mp, a,d)-mp_take_fraction(mp, b,c)));
9152 }
9153 @#
9154 scaled mp_get_pen_scale (MP mp,pointer p) { 
9155   return mp_sqrt_det(mp, 
9156     left_x(p)-x_coord(p), right_x(p)-x_coord(p),
9157     left_y(p)-y_coord(p), right_y(p)-y_coord(p));
9158 }
9159
9160 @ @<Internal library ...@>=
9161 scaled mp_sqrt_det (MP mp,scaled a, scaled b, scaled c, scaled d) ;
9162
9163
9164 @ @<Initialize |maxabs|@>=
9165 maxabs=abs(a);
9166 if ( abs(b)>maxabs ) maxabs=abs(b);
9167 if ( abs(c)>maxabs ) maxabs=abs(c);
9168 if ( abs(d)>maxabs ) maxabs=abs(d)
9169
9170 @ When a picture contains text, this is represented by a fourteen-word node
9171 where the color information and |type| and |link| fields are augmented by
9172 additional fields that describe the text and  how it is transformed.
9173 The |path_p| and |pen_p| pointers are replaced by a number that identifies
9174 the font and a string number that gives the text to be displayed.
9175 The |width|, |height|, and |depth| fields
9176 give the dimensions of the text at its design size, and the remaining six
9177 words give a transformation to be applied to the text.  The |new_text_node|
9178 function initializes everything to default values so that the text comes out
9179 black with its reference point at the origin.
9180
9181 @d text_p(A) link((A)+1)  /* a string pointer for the text to display */
9182 @d font_n(A) info((A)+1)  /* the font number */
9183 @d width_val(A) mp->mem[(A)+7].sc  /* unscaled width of the text */
9184 @d height_val(A) mp->mem[(A)+9].sc  /* unscaled height of the text */
9185 @d depth_val(A) mp->mem[(A)+10].sc  /* unscaled depth of the text */
9186 @d text_tx_loc(A) ((A)+11)
9187   /* the first of six locations for transformation parameters */
9188 @d tx_val(A) mp->mem[(A)+11].sc  /* $x$ shift amount */
9189 @d ty_val(A) mp->mem[(A)+12].sc  /* $y$ shift amount */
9190 @d txx_val(A) mp->mem[(A)+13].sc  /* |txx| transformation parameter */
9191 @d txy_val(A) mp->mem[(A)+14].sc  /* |txy| transformation parameter */
9192 @d tyx_val(A) mp->mem[(A)+15].sc  /* |tyx| transformation parameter */
9193 @d tyy_val(A) mp->mem[(A)+16].sc  /* |tyy| transformation parameter */
9194 @d text_trans_part(A) mp->mem[(A)+11-x_part].sc
9195     /* interpret a text node pointer that has been offset by |x_part..yy_part| */
9196 @d text_node_size 17
9197
9198 @ @<Graphical object codes@>=
9199 mp_text_code=3,
9200
9201 @ @c @<Declare text measuring subroutines@>;
9202 pointer mp_new_text_node (MP mp,char *f,str_number s) {
9203   /* make a text node for font |f| and text string |s| */
9204   pointer t; /* the new node */
9205   t=mp_get_node(mp, text_node_size);
9206   type(t)=mp_text_code;
9207   text_p(t)=s;
9208   font_n(t)=mp_find_font(mp, f); /* this identifies the font */
9209   red_val(t)=0;
9210   green_val(t)=0;
9211   blue_val(t)=0;
9212   black_val(t)=0;
9213   color_model(t)=mp_uninitialized_model;
9214   pre_script(t)=null;
9215   post_script(t)=null;
9216   tx_val(t)=0; ty_val(t)=0;
9217   txx_val(t)=unity; txy_val(t)=0;
9218   tyx_val(t)=0; tyy_val(t)=unity;
9219   mp_set_text_box(mp, t); /* this finds the bounding box */
9220   return t;
9221 }
9222
9223 @ The last two types of graphical objects that can occur in an edge structure
9224 are clipping paths and \&{setbounds} paths.  These are slightly more difficult
9225 @:set_bounds_}{\&{setbounds} primitive@>
9226 to implement because we must keep track of exactly what is being clipped or
9227 bounded when pictures get merged together.  For this reason, each clipping or
9228 \&{setbounds} operation is represented by a pair of nodes:  first comes a
9229 two-word node whose |path_p| gives the relevant path, then there is the list
9230 of objects to clip or bound followed by a two-word node whose second word is
9231 unused.
9232
9233 Using at least two words for each graphical object node allows them all to be
9234 allocated and deallocated similarly with a global array |gr_object_size| to
9235 give the size in words for each object type.
9236
9237 @d start_clip_size 2
9238 @d start_bounds_size 2
9239 @d stop_clip_size 2 /* the second word is not used here */
9240 @d stop_bounds_size 2 /* the second word is not used here */
9241 @#
9242 @d stop_type(A) ((A)+2)
9243   /* matching |type| for |start_clip_code| or |start_bounds_code| */
9244 @d has_color(A) (type((A))<mp_start_clip_code)
9245   /* does a graphical object have color fields? */
9246 @d has_pen(A) (type((A))<mp_text_code)
9247   /* does a graphical object have a |pen_p| field? */
9248 @d is_start_or_stop(A) (type((A))>=mp_start_clip_code)
9249 @d is_stop(A) (type((A))>=mp_stop_clip_code)
9250
9251 @ @<Graphical object codes@>=
9252 mp_start_clip_code=4, /* |type| of a node that starts clipping */
9253 mp_start_bounds_code=5, /* |type| of a node that gives a \&{setbounds} path */
9254 mp_stop_clip_code=6, /* |type| of a node that stops clipping */
9255 mp_stop_bounds_code=7, /* |type| of a node that stops \&{setbounds} */
9256
9257
9258 @ @c 
9259 pointer mp_new_bounds_node (MP mp,pointer p, small_number  c) {
9260   /* make a node of type |c| where |p| is the clipping or \&{setbounds} path */
9261   pointer t; /* the new node */
9262   t=mp_get_node(mp, mp->gr_object_size[c]);
9263   type(t)=c;
9264   path_p(t)=p;
9265   return t;
9266 };
9267
9268 @ We need an array to keep track of the sizes of graphical objects.
9269
9270 @<Glob...@>=
9271 small_number gr_object_size[mp_stop_bounds_code+1];
9272
9273 @ @<Set init...@>=
9274 mp->gr_object_size[mp_fill_code]=fill_node_size;
9275 mp->gr_object_size[mp_stroked_code]=stroked_node_size;
9276 mp->gr_object_size[mp_text_code]=text_node_size;
9277 mp->gr_object_size[mp_start_clip_code]=start_clip_size;
9278 mp->gr_object_size[mp_stop_clip_code]=stop_clip_size;
9279 mp->gr_object_size[mp_start_bounds_code]=start_bounds_size;
9280 mp->gr_object_size[mp_stop_bounds_code]=stop_bounds_size;
9281
9282 @ All the essential information in an edge structure is encoded as a linked list
9283 of graphical objects as we have just seen, but it is helpful to add some
9284 redundant information.  A single edge structure might be used as a dash pattern
9285 many times, and it would be nice to avoid scanning the same structure
9286 repeatedly.  Thus, an edge structure known to be a suitable dash pattern
9287 has a header that gives a list of dashes in a sorted order designed for rapid
9288 translation into \ps.
9289
9290 Each dash is represented by a three-word node containing the initial and final
9291 $x$~coordinates as well as the usual |link| field.  The |link| fields points to
9292 the dash node with the next higher $x$-coordinates and the final link points
9293 to a special location called |null_dash|.  (There should be no overlap between
9294 dashes).  Since the $y$~coordinate of the dash pattern is needed to determine
9295 the period of repetition, this needs to be stored in the edge header along
9296 with a pointer to the list of dash nodes.
9297
9298 @d start_x(A) mp->mem[(A)+1].sc  /* the starting $x$~coordinate in a dash node */
9299 @d stop_x(A) mp->mem[(A)+2].sc  /* the ending $x$~coordinate in a dash node */
9300 @d dash_node_size 3
9301 @d dash_list link
9302   /* in an edge header this points to the first dash node */
9303 @d dash_y(A) mp->mem[(A)+1].sc  /* $y$ value for the dash list in an edge header */
9304
9305 @ It is also convenient for an edge header to contain the bounding
9306 box information needed by the \&{llcorner} and \&{urcorner} operators
9307 so that this does not have to be recomputed unnecessarily.  This is done by
9308 adding fields for the $x$~and $y$ extremes as well as a pointer that indicates
9309 how far the bounding box computation has gotten.  Thus if the user asks for
9310 the bounding box and then adds some more text to the picture before asking
9311 for more bounding box information, the second computation need only look at
9312 the additional text.
9313
9314 When the bounding box has not been computed, the |bblast| pointer points
9315 to a dummy link at the head of the graphical object list while the |minx_val|
9316 and |miny_val| fields contain |el_gordo| and the |maxx_val| and |maxy_val|
9317 fields contain |-el_gordo|.
9318
9319 Since the bounding box of pictures containing objects of type
9320 |mp_start_bounds_code| depends on the value of \&{truecorners}, the bounding box
9321 @:mp_true_corners_}{\&{truecorners} primitive@>
9322 data might not be valid for all values of this parameter.  Hence, the |bbtype|
9323 field is needed to keep track of this.
9324
9325 @d minx_val(A) mp->mem[(A)+2].sc
9326 @d miny_val(A) mp->mem[(A)+3].sc
9327 @d maxx_val(A) mp->mem[(A)+4].sc
9328 @d maxy_val(A) mp->mem[(A)+5].sc
9329 @d bblast(A) link((A)+6)  /* last item considered in bounding box computation */
9330 @d bbtype(A) info((A)+6)  /* tells how bounding box data depends on \&{truecorners} */
9331 @d dummy_loc(A) ((A)+7)  /* where the object list begins in an edge header */
9332 @d no_bounds 0
9333   /* |bbtype| value when bounding box data is valid for all \&{truecorners} values */
9334 @d bounds_set 1
9335   /* |bbtype| value when bounding box data is for \&{truecorners}${}\le 0$ */
9336 @d bounds_unset 2
9337   /* |bbtype| value when bounding box data is for \&{truecorners}${}>0$ */
9338
9339 @c 
9340 void mp_init_bbox (MP mp,pointer h) {
9341   /* Initialize the bounding box information in edge structure |h| */
9342   bblast(h)=dummy_loc(h);
9343   bbtype(h)=no_bounds;
9344   minx_val(h)=el_gordo;
9345   miny_val(h)=el_gordo;
9346   maxx_val(h)=-el_gordo;
9347   maxy_val(h)=-el_gordo;
9348 }
9349
9350 @ The only other entries in an edge header are a reference count in the first
9351 word and a pointer to the tail of the object list in the last word.
9352
9353 @d obj_tail(A) info((A)+7)  /* points to the last entry in the object list */
9354 @d edge_header_size 8
9355
9356 @c 
9357 void mp_init_edges (MP mp,pointer h) {
9358   /* initialize an edge header to null values */
9359   dash_list(h)=null_dash;
9360   obj_tail(h)=dummy_loc(h);
9361   link(dummy_loc(h))=null;
9362   ref_count(h)=null;
9363   mp_init_bbox(mp, h);
9364 }
9365
9366 @ Here is how edge structures are deleted.  The process can be recursive because
9367 of the need to dereference edge structures that are used as dash patterns.
9368 @^recursion@>
9369
9370 @d add_edge_ref(A) incr(ref_count((A)))
9371 @d delete_edge_ref(A) { if ( ref_count((A))==null ) mp_toss_edges(mp, (A));
9372   else decr(ref_count((A))); }
9373
9374 @<Declare the recycling subroutines@>=
9375 void mp_flush_dash_list (MP mp,pointer h);
9376 pointer mp_toss_gr_object (MP mp,pointer p) ;
9377 void mp_toss_edges (MP mp,pointer h) ;
9378
9379 @ @c void mp_toss_edges (MP mp,pointer h) {
9380   pointer p,q;  /* pointers that scan the list being recycled */
9381   pointer r; /* an edge structure that object |p| refers to */
9382   mp_flush_dash_list(mp, h);
9383   q=link(dummy_loc(h));
9384   while ( (q!=null) ) { 
9385     p=q; q=link(q);
9386     r=mp_toss_gr_object(mp, p);
9387     if ( r!=null ) delete_edge_ref(r);
9388   }
9389   mp_free_node(mp, h,edge_header_size);
9390 }
9391 void mp_flush_dash_list (MP mp,pointer h) {
9392   pointer p,q;  /* pointers that scan the list being recycled */
9393   q=dash_list(h);
9394   while ( q!=null_dash ) { 
9395     p=q; q=link(q);
9396     mp_free_node(mp, p,dash_node_size);
9397   }
9398   dash_list(h)=null_dash;
9399 }
9400 pointer mp_toss_gr_object (MP mp,pointer p) {
9401   /* returns an edge structure that needs to be dereferenced */
9402   pointer e; /* the edge structure to return */
9403   e=null;
9404   @<Prepare to recycle graphical object |p|@>;
9405   mp_free_node(mp, p,mp->gr_object_size[type(p)]);
9406   return e;
9407 }
9408
9409 @ @<Prepare to recycle graphical object |p|@>=
9410 switch (type(p)) {
9411 case mp_fill_code: 
9412   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9413   if ( pen_p(p)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(p));
9414   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9415   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9416   break;
9417 case mp_stroked_code: 
9418   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9419   if ( pen_p(p)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(p));
9420   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9421   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9422   e=dash_p(p);
9423   break;
9424 case mp_text_code: 
9425   delete_str_ref(text_p(p));
9426   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9427   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9428   break;
9429 case mp_start_clip_code:
9430 case mp_start_bounds_code: 
9431   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9432   break;
9433 case mp_stop_clip_code:
9434 case mp_stop_bounds_code: 
9435   break;
9436 } /* there are no other cases */
9437
9438 @ If we use |add_edge_ref| to ``copy'' edge structures, the real copying needs
9439 to be done before making a significant change to an edge structure.  Much of
9440 the work is done in a separate routine |copy_objects| that copies a list of
9441 graphical objects into a new edge header.
9442
9443 @c @<Declare a function called |copy_objects|@>;
9444 pointer mp_private_edges (MP mp,pointer h) {
9445   /* make a private copy of the edge structure headed by |h| */
9446   pointer hh;  /* the edge header for the new copy */
9447   pointer p,pp;  /* pointers for copying the dash list */
9448   if ( ref_count(h)==null ) {
9449     return h;
9450   } else { 
9451     decr(ref_count(h));
9452     hh=mp_copy_objects(mp, link(dummy_loc(h)),null);
9453     @<Copy the dash list from |h| to |hh|@>;
9454     @<Copy the bounding box information from |h| to |hh| and make |bblast(hh)|
9455       point into the new object list@>;
9456     return hh;
9457   }
9458 }
9459
9460 @ Here we use the fact that |dash_list(hh)=link(hh)|.
9461 @^data structure assumptions@>
9462
9463 @<Copy the dash list from |h| to |hh|@>=
9464 pp=hh; p=dash_list(h);
9465 while ( (p!=null_dash) ) { 
9466   link(pp)=mp_get_node(mp, dash_node_size);
9467   pp=link(pp);
9468   start_x(pp)=start_x(p);
9469   stop_x(pp)=stop_x(p);
9470   p=link(p);
9471 }
9472 link(pp)=null_dash;
9473 dash_y(hh)=dash_y(h)
9474
9475 @ @<Copy the bounding box information from |h| to |hh|...@>=
9476 minx_val(hh)=minx_val(h);
9477 miny_val(hh)=miny_val(h);
9478 maxx_val(hh)=maxx_val(h);
9479 maxy_val(hh)=maxy_val(h);
9480 bbtype(hh)=bbtype(h);
9481 p=dummy_loc(h); pp=dummy_loc(hh);
9482 while ((p!=bblast(h)) ) { 
9483   if ( p==null ) mp_confusion(mp, "bblast");
9484 @:this can't happen bblast}{\quad bblast@>
9485   p=link(p); pp=link(pp);
9486 }
9487 bblast(hh)=pp
9488
9489 @ Here is the promised routine for copying graphical objects into a new edge
9490 structure.  It starts copying at object~|p| and stops just before object~|q|.
9491 If |q| is null, it copies the entire sublist headed at |p|.  The resulting edge
9492 structure requires further initialization by |init_bbox|.
9493
9494 @<Declare a function called |copy_objects|@>=
9495 pointer mp_copy_objects (MP mp, pointer p, pointer q) {
9496   pointer hh;  /* the new edge header */
9497   pointer pp;  /* the last newly copied object */
9498   small_number k;  /* temporary register */
9499   hh=mp_get_node(mp, edge_header_size);
9500   dash_list(hh)=null_dash;
9501   ref_count(hh)=null;
9502   pp=dummy_loc(hh);
9503   while ( (p!=q) ) {
9504     @<Make |link(pp)| point to a copy of object |p|, and update |p| and |pp|@>;
9505   }
9506   obj_tail(hh)=pp;
9507   link(pp)=null;
9508   return hh;
9509 }
9510
9511 @ @<Make |link(pp)| point to a copy of object |p|, and update |p| and |pp|@>=
9512 { k=mp->gr_object_size[type(p)];
9513   link(pp)=mp_get_node(mp, k);
9514   pp=link(pp);
9515   while ( (k>0) ) { decr(k); mp->mem[pp+k]=mp->mem[p+k];  };
9516   @<Fix anything in graphical object |pp| that should differ from the
9517     corresponding field in |p|@>;
9518   p=link(p);
9519 }
9520
9521 @ @<Fix anything in graphical object |pp| that should differ from the...@>=
9522 switch (type(p)) {
9523 case mp_start_clip_code:
9524 case mp_start_bounds_code: 
9525   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9526   break;
9527 case mp_fill_code: 
9528   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9529   if ( pen_p(p)!=null ) pen_p(pp)=copy_pen(pen_p(p));
9530   break;
9531 case mp_stroked_code: 
9532   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9533   pen_p(pp)=copy_pen(pen_p(p));
9534   if ( dash_p(p)!=null ) add_edge_ref(dash_p(pp));
9535   break;
9536 case mp_text_code: 
9537   add_str_ref(text_p(pp));
9538   break;
9539 case mp_stop_clip_code:
9540 case mp_stop_bounds_code: 
9541   break;
9542 }  /* there are no other cases */
9543
9544 @ Here is one way to find an acceptable value for the second argument to
9545 |copy_objects|.  Given a non-null graphical object list, |skip_1component|
9546 skips past one picture component, where a ``picture component'' is a single
9547 graphical object, or a start bounds or start clip object and everything up
9548 through the matching stop bounds or stop clip object.  The macro version avoids
9549 procedure call overhead and error handling: |skip_component(p)(e)| advances |p|
9550 unless |p| points to a stop bounds or stop clip node, in which case it executes
9551 |e| instead.
9552
9553 @d skip_component(A)
9554     if ( ! is_start_or_stop((A)) ) (A)=link((A));
9555     else if ( ! is_stop((A)) ) (A)=mp_skip_1component(mp, (A));
9556     else 
9557
9558 @c 
9559 pointer mp_skip_1component (MP mp,pointer p) {
9560   integer lev; /* current nesting level */
9561   lev=0;
9562   do {  
9563    if ( is_start_or_stop(p) ) {
9564      if ( is_stop(p) ) decr(lev);  else incr(lev);
9565    }
9566    p=link(p);
9567   } while (lev!=0);
9568   return p;
9569 }
9570
9571 @ Here is a diagnostic routine for printing an edge structure in symbolic form.
9572
9573 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
9574 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>;
9575 void mp_print_edges (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) {
9576   pointer p;  /* a graphical object to be printed */
9577   pointer hh,pp;  /* temporary pointers */
9578   scaled scf;  /* a scale factor for the dash pattern */
9579   boolean ok_to_dash;  /* |false| for polygonal pen strokes */
9580   mp_print_diagnostic(mp, "Edge structure",s,nuline);
9581   p=dummy_loc(h);
9582   while ( link(p)!=null ) { 
9583     p=link(p);
9584     mp_print_ln(mp);
9585     switch (type(p)) {
9586       @<Cases for printing graphical object node |p|@>;
9587     default: 
9588           mp_print(mp, "[unknown object type!]");
9589           break;
9590     }
9591   }
9592   mp_print_nl(mp, "End edges");
9593   if ( p!=obj_tail(h) ) mp_print(mp, "?");
9594 @.End edges?@>
9595   mp_end_diagnostic(mp, true);
9596 }
9597
9598 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9599 case mp_fill_code: 
9600   mp_print(mp, "Filled contour ");
9601   mp_print_obj_color(mp, p);
9602   mp_print_char(mp, ':'); mp_print_ln(mp);
9603   mp_pr_path(mp, path_p(p)); mp_print_ln(mp);
9604   if ( (pen_p(p)!=null) ) {
9605     @<Print join type for graphical object |p|@>;
9606     mp_print(mp, " with pen"); mp_print_ln(mp);
9607     mp_pr_pen(mp, pen_p(p));
9608   }
9609   break;
9610
9611 @ @<Print join type for graphical object |p|@>=
9612 switch (ljoin_val(p)) {
9613 case 0:
9614   mp_print(mp, "mitered joins limited ");
9615   mp_print_scaled(mp, miterlim_val(p));
9616   break;
9617 case 1:
9618   mp_print(mp, "round joins");
9619   break;
9620 case 2:
9621   mp_print(mp, "beveled joins");
9622   break;
9623 default: 
9624   mp_print(mp, "?? joins");
9625 @.??@>
9626   break;
9627 }
9628
9629 @ For stroked nodes, we need to print |lcap_val(p)| as well.
9630
9631 @<Print join and cap types for stroked node |p|@>=
9632 switch (lcap_val(p)) {
9633 case 0:mp_print(mp, "butt"); break;
9634 case 1:mp_print(mp, "round"); break;
9635 case 2:mp_print(mp, "square"); break;
9636 default: mp_print(mp, "??"); break;
9637 @.??@>
9638 }
9639 mp_print(mp, " ends, ");
9640 @<Print join type for graphical object |p|@>
9641
9642 @ Here is a routine that prints the color of a graphical object if it isn't
9643 black (the default color).
9644
9645 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9646 @<Declare a procedure called |print_compact_node|@>;
9647 void mp_print_obj_color (MP mp,pointer p) { 
9648   if ( color_model(p)==mp_grey_model ) {
9649     if ( grey_val(p)>0 ) { 
9650       mp_print(mp, "greyed ");
9651       mp_print_compact_node(mp, obj_grey_loc(p),1);
9652     };
9653   } else if ( color_model(p)==mp_cmyk_model ) {
9654     if ( (cyan_val(p)>0) || (magenta_val(p)>0) || 
9655          (yellow_val(p)>0) || (black_val(p)>0) ) { 
9656       mp_print(mp, "processcolored ");
9657       mp_print_compact_node(mp, obj_cyan_loc(p),4);
9658     };
9659   } else if ( color_model(p)==mp_rgb_model ) {
9660     if ( (red_val(p)>0) || (green_val(p)>0) || (blue_val(p)>0) ) { 
9661       mp_print(mp, "colored "); 
9662       mp_print_compact_node(mp, obj_red_loc(p),3);
9663     };
9664   }
9665 }
9666
9667 @ We also need a procedure for printing consecutive scaled values as if they
9668 were a known big node.
9669
9670 @<Declare a procedure called |print_compact_node|@>=
9671 void mp_print_compact_node (MP mp,pointer p, small_number k) {
9672   pointer q;  /* last location to print */
9673   q=p+k-1;
9674   mp_print_char(mp, '(');
9675   while ( p<=q ){ 
9676     mp_print_scaled(mp, mp->mem[p].sc);
9677     if ( p<q ) mp_print_char(mp, ',');
9678     incr(p);
9679   }
9680   mp_print_char(mp, ')');
9681 }
9682
9683 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9684 case mp_stroked_code: 
9685   mp_print(mp, "Filled pen stroke ");
9686   mp_print_obj_color(mp, p);
9687   mp_print_char(mp, ':'); mp_print_ln(mp);
9688   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9689   if ( dash_p(p)!=null ) { 
9690     mp_print_nl(mp, "dashed (");
9691     @<Finish printing the dash pattern that |p| refers to@>;
9692   }
9693   mp_print_ln(mp);
9694   @<Print join and cap types for stroked node |p|@>;
9695   mp_print(mp, " with pen"); mp_print_ln(mp);
9696   if ( pen_p(p)==null ) mp_print(mp, "???"); /* shouldn't happen */
9697 @.???@>
9698   else mp_pr_pen(mp, pen_p(p));
9699   break;
9700
9701 @ Normally, the  |dash_list| field in an edge header is set to |null_dash|
9702 when it is not known to define a suitable dash pattern.  This is disallowed
9703 here because the |dash_p| field should never point to such an edge header.
9704 Note that memory is allocated for |start_x(null_dash)| and we are free to
9705 give it any convenient value.
9706
9707 @<Finish printing the dash pattern that |p| refers to@>=
9708 ok_to_dash=pen_is_elliptical(pen_p(p));
9709 if ( ! ok_to_dash ) scf=unity; else scf=dash_scale(p);
9710 hh=dash_p(p);
9711 pp=dash_list(hh);
9712 if ( (pp==null_dash) || (dash_y(hh)<0) ) {
9713   mp_print(mp, " ??");
9714 } else { start_x(null_dash)=start_x(pp)+dash_y(hh);
9715   while ( pp!=null_dash ) { 
9716     mp_print(mp, "on ");
9717     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, stop_x(pp)-start_x(pp),scf));
9718     mp_print(mp, " off ");
9719     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, start_x(link(pp))-stop_x(pp),scf));
9720     pp = link(pp);
9721     if ( pp!=null_dash ) mp_print_char(mp, ' ');
9722   }
9723   mp_print(mp, ") shifted ");
9724   mp_print_scaled(mp, -mp_take_scaled(mp, mp_dash_offset(mp, hh),scf));
9725   if ( ! ok_to_dash || (dash_y(hh)==0) ) mp_print(mp, " (this will be ignored)");
9726 }
9727
9728 @ @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9729 scaled mp_dash_offset (MP mp,pointer h) {
9730   scaled x;  /* the answer */
9731   if ( (dash_list(h)==null_dash) || (dash_y(h)<0) ) mp_confusion(mp, "dash0");
9732 @:this can't happen dash0}{\quad dash0@>
9733   if ( dash_y(h)==0 ) {
9734     x=0; 
9735   } else { 
9736     x=-(start_x(dash_list(h)) % dash_y(h));
9737     if ( x<0 ) x=x+dash_y(h);
9738   }
9739   return x;
9740 }
9741
9742 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9743 case mp_text_code: 
9744   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp,text_p(p));
9745   mp_print(mp, "\" infont \""); mp_print(mp, mp->font_name[font_n(p)]);
9746   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_ln(mp);
9747   mp_print_obj_color(mp, p);
9748   mp_print(mp, "transformed ");
9749   mp_print_compact_node(mp, text_tx_loc(p),6);
9750   break;
9751
9752 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9753 case mp_start_clip_code: 
9754   mp_print(mp, "clipping path:");
9755   mp_print_ln(mp);
9756   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9757   break;
9758 case mp_stop_clip_code: 
9759   mp_print(mp, "stop clipping");
9760   break;
9761
9762 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9763 case mp_start_bounds_code: 
9764   mp_print(mp, "setbounds path:");
9765   mp_print_ln(mp);
9766   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9767   break;
9768 case mp_stop_bounds_code: 
9769   mp_print(mp, "end of setbounds");
9770   break;
9771
9772 @ To initialize the |dash_list| field in an edge header~|h|, we need a
9773 subroutine that scans an edge structure and tries to interpret it as a dash
9774 pattern.  This can only be done when there are no filled regions or clipping
9775 paths and all the pen strokes have the same color.  The first step is to let
9776 $y_0$ be the initial $y$~coordinate of the first pen stroke.  Then we implicitly
9777 project all the pen stroke paths onto the line $y=y_0$ and require that there
9778 be no retracing.  If the resulting paths cover a range of $x$~coordinates of
9779 length $\Delta x$, we set |dash_y(h)| to the length of the dash pattern by
9780 finding the maximum of $\Delta x$ and the absolute value of~$y_0$.
9781
9782 @c @<Declare a procedure called |x_retrace_error|@>;
9783 pointer mp_make_dashes (MP mp,pointer h) { /* returns |h| or |null| */
9784   pointer p;  /* this scans the stroked nodes in the object list */
9785   pointer p0;  /* if not |null| this points to the first stroked node */
9786   pointer pp,qq,rr;  /* pointers into |path_p(p)| */
9787   pointer d,dd;  /* pointers used to create the dash list */
9788   @<Other local variables in |make_dashes|@>;
9789   scaled y0=0;  /* the initial $y$ coordinate */
9790   if ( dash_list(h)!=null_dash ) 
9791         return h;
9792   p0=null;
9793   p=link(dummy_loc(h));
9794   while ( p!=null ) { 
9795     if ( type(p)!=mp_stroked_code ) {
9796       @<Compain that the edge structure contains a node of the wrong type
9797         and |goto not_found|@>;
9798     }
9799     pp=path_p(p);
9800     if ( p0==null ){ p0=p; y0=y_coord(pp);  };
9801     @<Make |d| point to a new dash node created from stroke |p| and path |pp|
9802       or |goto not_found| if there is an error@>;
9803     @<Insert |d| into the dash list and |goto not_found| if there is an error@>;
9804     p=link(p);
9805   }
9806   if ( dash_list(h)==null_dash ) 
9807     goto NOT_FOUND; /* No error message */
9808   @<Scan |dash_list(h)| and deal with any dashes that are themselves dashed@>;
9809   @<Set |dash_y(h)| and merge the first and last dashes if necessary@>;
9810   return h;
9811 NOT_FOUND: 
9812   @<Flush the dash list, recycle |h| and return |null|@>;
9813 };
9814
9815 @ @<Compain that the edge structure contains a node of the wrong type...@>=
9816
9817 print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9818 help3("When you say `dashed p', picture p should not contain any")
9819   ("text, filled regions, or clipping paths.  This time it did")
9820   ("so I'll just make it a solid line instead.");
9821 mp_put_get_error(mp);
9822 goto NOT_FOUND;
9823 }
9824
9825 @ A similar error occurs when monotonicity fails.
9826
9827 @<Declare a procedure called |x_retrace_error|@>=
9828 void mp_x_retrace_error (MP mp) { 
9829 print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9830 help3("When you say `dashed p', every path in p should be monotone")
9831   ("in x and there must be no overlapping.  This failed")
9832   ("so I'll just make it a solid line instead.");
9833 mp_put_get_error(mp);
9834 }
9835
9836 @ We stash |p| in |info(d)| if |dash_p(p)<>0| so that subsequent processing can
9837 handle the case where the pen stroke |p| is itself dashed.
9838
9839 @<Make |d| point to a new dash node created from stroke |p| and path...@>=
9840 @<Make sure |p| and |p0| are the same color and |goto not_found| if there is
9841   an error@>;
9842 rr=pp;
9843 if ( link(pp)!=pp ) {
9844   do {  
9845     qq=rr; rr=link(rr);
9846     @<Check for retracing between knots |qq| and |rr| and |goto not_found|
9847       if there is a problem@>;
9848   } while (right_type(rr)!=mp_endpoint);
9849 }
9850 d=mp_get_node(mp, dash_node_size);
9851 if ( dash_p(p)==0 ) info(d)=0;  else info(d)=p;
9852 if ( x_coord(pp)<x_coord(rr) ) { 
9853   start_x(d)=x_coord(pp);
9854   stop_x(d)=x_coord(rr);
9855 } else { 
9856   start_x(d)=x_coord(rr);
9857   stop_x(d)=x_coord(pp);
9858 }
9859
9860 @ We also need to check for the case where the segment from |qq| to |rr| is
9861 monotone in $x$ but is reversed relative to the path from |pp| to |qq|.
9862
9863 @<Check for retracing between knots |qq| and |rr| and |goto not_found|...@>=
9864 x0=x_coord(qq);
9865 x1=right_x(qq);
9866 x2=left_x(rr);
9867 x3=x_coord(rr);
9868 if ( (x0>x1) || (x1>x2) || (x2>x3) ) {
9869   if ( (x0<x1) || (x1<x2) || (x2<x3) ) {
9870     if ( mp_ab_vs_cd(mp, x2-x1,x2-x1,x1-x0,x3-x2)>0 ) {
9871       mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;
9872     }
9873   }
9874 }
9875 if ( (x_coord(pp)>x0) || (x0>x3) ) {
9876   if ( (x_coord(pp)<x0) || (x0<x3) ) {
9877     mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;
9878   }
9879 }
9880
9881 @ @<Other local variables in |make_dashes|@>=
9882   scaled x0,x1,x2,x3;  /* $x$ coordinates of the segment from |qq| to |rr| */
9883
9884 @ @<Make sure |p| and |p0| are the same color and |goto not_found|...@>=
9885 if ( (red_val(p)!=red_val(p0)) || (black_val(p)!=black_val(p0)) ||
9886   (green_val(p)!=green_val(p0)) || (blue_val(p)!=blue_val(p0)) ) {
9887   print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9888   help3("When you say `dashed p', everything in picture p should")
9889     ("be the same color.  I can\'t handle your color changes")
9890     ("so I'll just make it a solid line instead.");
9891   mp_put_get_error(mp);
9892   goto NOT_FOUND;
9893 }
9894
9895 @ @<Insert |d| into the dash list and |goto not_found| if there is an error@>=
9896 start_x(null_dash)=stop_x(d);
9897 dd=h; /* this makes |link(dd)=dash_list(h)| */
9898 while ( start_x(link(dd))<stop_x(d) )
9899   dd=link(dd);
9900 if ( dd!=h ) {
9901   if ( (stop_x(dd)>start_x(d)) )
9902     { mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;  };
9903 }
9904 link(d)=link(dd);
9905 link(dd)=d
9906
9907 @ @<Set |dash_y(h)| and merge the first and last dashes if necessary@>=
9908 d=dash_list(h);
9909 while ( (link(d)!=null_dash) )
9910   d=link(d);
9911 dd=dash_list(h);
9912 dash_y(h)=stop_x(d)-start_x(dd);
9913 if ( abs(y0)>dash_y(h) ) {
9914   dash_y(h)=abs(y0);
9915 } else if ( d!=dd ) { 
9916   dash_list(h)=link(dd);
9917   stop_x(d)=stop_x(dd)+dash_y(h);
9918   mp_free_node(mp, dd,dash_node_size);
9919 }
9920
9921 @ We get here when the argument is a null picture or when there is an error.
9922 Recovering from an error involves making |dash_list(h)| empty to indicate
9923 that |h| is not known to be a valid dash pattern.  We also dereference |h|
9924 since it is not being used for the return value.
9925
9926 @<Flush the dash list, recycle |h| and return |null|@>=
9927 mp_flush_dash_list(mp, h);
9928 delete_edge_ref(h);
9929 return null
9930
9931 @ Having carefully saved the dashed stroked nodes in the
9932 corresponding dash nodes, we must be prepared to break up these dashes into
9933 smaller dashes.
9934
9935 @<Scan |dash_list(h)| and deal with any dashes that are themselves dashed@>=
9936 d=h;  /* now |link(d)=dash_list(h)| */
9937 while ( link(d)!=null_dash ) {
9938   ds=info(link(d));
9939   if ( ds==null ) { 
9940     d=link(d);
9941   } else {
9942     hh=dash_p(ds);
9943     hsf=dash_scale(ds);
9944     if ( (hh==null) ) mp_confusion(mp, "dash1");
9945 @:this can't happen dash0}{\quad dash1@>
9946     if ( dash_y(hh)==0 ) {
9947       d=link(d);
9948     } else { 
9949       if ( dash_list(hh)==null ) mp_confusion(mp, "dash1");
9950 @:this can't happen dash0}{\quad dash1@>
9951       @<Replace |link(d)| by a dashed version as determined by edge header
9952           |hh| and scale factor |ds|@>;
9953     }
9954   }
9955 }
9956
9957 @ @<Other local variables in |make_dashes|@>=
9958 pointer dln;  /* |link(d)| */
9959 pointer hh;  /* an edge header that tells how to break up |dln| */
9960 scaled hsf;  /* the dash pattern from |hh| gets scaled by this */
9961 pointer ds;  /* the stroked node from which |hh| and |hsf| are derived */
9962 scaled xoff;  /* added to $x$ values in |dash_list(hh)| to match |dln| */
9963
9964 @ @<Replace |link(d)| by a dashed version as determined by edge header...@>=
9965 dln=link(d);
9966 dd=dash_list(hh);
9967 xoff=start_x(dln)-mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))-
9968         mp_take_scaled(mp, hsf,mp_dash_offset(mp, hh));
9969 start_x(null_dash)=mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))
9970                    +mp_take_scaled(mp, hsf,dash_y(hh));
9971 stop_x(null_dash)=start_x(null_dash);
9972 @<Advance |dd| until finding the first dash that overlaps |dln| when
9973   offset by |xoff|@>;
9974 while ( start_x(dln)<=stop_x(dln) ) {
9975   @<If |dd| has `fallen off the end', back up to the beginning and fix |xoff|@>;
9976   @<Insert a dash between |d| and |dln| for the overlap with the offset version
9977     of |dd|@>;
9978   dd=link(dd);
9979   start_x(dln)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd));
9980 }
9981 link(d)=link(dln);
9982 mp_free_node(mp, dln,dash_node_size)
9983
9984 @ The name of this module is a bit of a lie because we actually just find the
9985 first |dd| where |take_scaled (hsf, stop_x(dd))| is large enough to make an
9986 overlap possible.  It could be that the unoffset version of dash |dln| falls
9987 in the gap between |dd| and its predecessor.
9988
9989 @<Advance |dd| until finding the first dash that overlaps |dln| when...@>=
9990 while ( xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd))<start_x(dln) ) {
9991   dd=link(dd);
9992 }
9993
9994 @ @<If |dd| has `fallen off the end', back up to the beginning and fix...@>=
9995 if ( dd==null_dash ) { 
9996   dd=dash_list(hh);
9997   xoff=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,dash_y(hh));
9998 }
9999
10000 @ At this point we already know that
10001 |start_x(dln)<=xoff+take_scaled(hsf,stop_x(dd))|.
10002
10003 @<Insert a dash between |d| and |dln| for the overlap with the offset...@>=
10004 if ( xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))<=stop_x(dln) ) {
10005   link(d)=mp_get_node(mp, dash_node_size);
10006   d=link(d);
10007   link(d)=dln;
10008   if ( start_x(dln)>xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd)))
10009     start_x(d)=start_x(dln);
10010   else 
10011     start_x(d)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd));
10012   if ( stop_x(dln)<xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd)) ) 
10013     stop_x(d)=stop_x(dln);
10014   else 
10015     stop_x(d)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd));
10016 }
10017
10018 @ The next major task is to update the bounding box information in an edge
10019 header~|h|. This is done via a procedure |adjust_bbox| that enlarges an edge
10020 header's bounding box to accommodate the box computed by |path_bbox| or
10021 |pen_bbox|. (This is stored in global variables |minx|, |miny|, |maxx|, and
10022 |maxy|.)
10023
10024 @c void mp_adjust_bbox (MP mp,pointer h) { 
10025   if ( minx<minx_val(h) ) minx_val(h)=minx;
10026   if ( miny<miny_val(h) ) miny_val(h)=miny;
10027   if ( maxx>maxx_val(h) ) maxx_val(h)=maxx;
10028   if ( maxy>maxy_val(h) ) maxy_val(h)=maxy;
10029 }
10030
10031 @ Here is a special routine for updating the bounding box information in
10032 edge header~|h| to account for the squared-off ends of a non-cyclic path~|p|
10033 that is to be stroked with the pen~|pp|.
10034
10035 @c void mp_box_ends (MP mp, pointer p, pointer pp, pointer h) {
10036   pointer q;  /* a knot node adjacent to knot |p| */
10037   fraction dx,dy;  /* a unit vector in the direction out of the path at~|p| */
10038   scaled d;  /* a factor for adjusting the length of |(dx,dy)| */
10039   scaled z;  /* a coordinate being tested against the bounding box */
10040   scaled xx,yy;  /* the extreme pen vertex in the |(dx,dy)| direction */
10041   integer i; /* a loop counter */
10042   if ( right_type(p)!=mp_endpoint ) { 
10043     q=link(p);
10044     while (1) { 
10045       @<Make |(dx,dy)| the final direction for the path segment from
10046         |q| to~|p|; set~|d|@>;
10047       d=mp_pyth_add(mp, dx,dy);
10048       if ( d>0 ) { 
10049          @<Normalize the direction |(dx,dy)| and find the pen offset |(xx,yy)|@>;
10050          for (i=1;i<= 2;i++) { 
10051            @<Use |(dx,dy)| to generate a vertex of the square end cap and
10052              update the bounding box to accommodate it@>;
10053            dx=-dx; dy=-dy; 
10054         }
10055       }
10056       if ( right_type(p)==mp_endpoint ) {
10057          return;
10058       } else {
10059         @<Advance |p| to the end of the path and make |q| the previous knot@>;
10060       } 
10061     }
10062   }
10063 }
10064
10065 @ @<Make |(dx,dy)| the final direction for the path segment from...@>=
10066 if ( q==link(p) ) { 
10067   dx=x_coord(p)-right_x(p);
10068   dy=y_coord(p)-right_y(p);
10069   if ( (dx==0)&&(dy==0) ) {
10070     dx=x_coord(p)-left_x(q);
10071     dy=y_coord(p)-left_y(q);
10072   }
10073 } else { 
10074   dx=x_coord(p)-left_x(p);
10075   dy=y_coord(p)-left_y(p);
10076   if ( (dx==0)&&(dy==0) ) {
10077     dx=x_coord(p)-right_x(q);
10078     dy=y_coord(p)-right_y(q);
10079   }
10080 }
10081 dx=x_coord(p)-x_coord(q);
10082 dy=y_coord(p)-y_coord(q)
10083
10084 @ @<Normalize the direction |(dx,dy)| and find the pen offset |(xx,yy)|@>=
10085 dx=mp_make_fraction(mp, dx,d);
10086 dy=mp_make_fraction(mp, dy,d);
10087 mp_find_offset(mp, -dy,dx,pp);
10088 xx=mp->cur_x; yy=mp->cur_y
10089
10090 @ @<Use |(dx,dy)| to generate a vertex of the square end cap and...@>=
10091 mp_find_offset(mp, dx,dy,pp);
10092 d=mp_take_fraction(mp, xx-mp->cur_x,dx)+mp_take_fraction(mp, yy-mp->cur_y,dy);
10093 if ( ((d<0)&&(i==1)) || ((d>0)&&(i==2))) 
10094   mp_confusion(mp, "box_ends");
10095 @:this can't happen box ends}{\quad\\{box\_ends}@>
10096 z=x_coord(p)+mp->cur_x+mp_take_fraction(mp, d,dx);
10097 if ( z<minx_val(h) ) minx_val(h)=z;
10098 if ( z>maxx_val(h) ) maxx_val(h)=z;
10099 z=y_coord(p)+mp->cur_y+mp_take_fraction(mp, d,dy);
10100 if ( z<miny_val(h) ) miny_val(h)=z;
10101 if ( z>maxy_val(h) ) maxy_val(h)=z
10102
10103 @ @<Advance |p| to the end of the path and make |q| the previous knot@>=
10104 do {  
10105   q=p;
10106   p=link(p);
10107 } while (right_type(p)!=mp_endpoint)
10108
10109 @ The major difficulty in finding the bounding box of an edge structure is the
10110 effect of clipping paths.  We treat them conservatively by only clipping to the
10111 clipping path's bounding box, but this still
10112 requires recursive calls to |set_bbox| in order to find the bounding box of
10113 @^recursion@>
10114 the objects to be clipped.  Such calls are distinguished by the fact that the
10115 boolean parameter |top_level| is false.
10116
10117 @c void mp_set_bbox (MP mp,pointer h, boolean top_level) {
10118   pointer p;  /* a graphical object being considered */
10119   scaled sminx,sminy,smaxx,smaxy;
10120   /* for saving the bounding box during recursive calls */
10121   scaled x0,x1,y0,y1;  /* temporary registers */
10122   integer lev;  /* nesting level for |mp_start_bounds_code| nodes */
10123   @<Wipe out any existing bounding box information if |bbtype(h)| is
10124   incompatible with |internal[mp_true_corners]|@>;
10125   while ( link(bblast(h))!=null ) { 
10126     p=link(bblast(h));
10127     bblast(h)=p;
10128     switch (type(p)) {
10129     case mp_stop_clip_code: 
10130       if ( top_level ) mp_confusion(mp, "bbox");  else return;
10131 @:this can't happen bbox}{\quad bbox@>
10132       break;
10133     @<Other cases for updating the bounding box based on the type of object |p|@>;
10134     } /* all cases are enumerated above */
10135   }
10136   if ( ! top_level ) mp_confusion(mp, "bbox");
10137 }
10138
10139 @ @<Internal library declarations@>=
10140 void mp_set_bbox (MP mp,pointer h, boolean top_level);
10141
10142 @ @<Wipe out any existing bounding box information if |bbtype(h)| is...@>=
10143 switch (bbtype(h)) {
10144 case no_bounds: 
10145   break;
10146 case bounds_set: 
10147   if ( mp->internal[mp_true_corners]>0 ) mp_init_bbox(mp, h);
10148   break;
10149 case bounds_unset: 
10150   if ( mp->internal[mp_true_corners]<=0 ) mp_init_bbox(mp, h);
10151   break;
10152 } /* there are no other cases */
10153
10154 @ @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10155 case mp_fill_code: 
10156   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10157   if ( pen_p(p)!=null ) { 
10158     x0=minx; y0=miny;
10159     x1=maxx; y1=maxy;
10160     mp_pen_bbox(mp, pen_p(p));
10161     minx=minx+x0;
10162     miny=miny+y0;
10163     maxx=maxx+x1;
10164     maxy=maxy+y1;
10165   }
10166   mp_adjust_bbox(mp, h);
10167   break;
10168
10169 @ @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10170 case mp_start_bounds_code: 
10171   if ( mp->internal[mp_true_corners]>0 ) {
10172     bbtype(h)=bounds_unset;
10173   } else { 
10174     bbtype(h)=bounds_set;
10175     mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10176     mp_adjust_bbox(mp, h);
10177     @<Scan to the matching |mp_stop_bounds_code| node and update |p| and
10178       |bblast(h)|@>;
10179   }
10180   break;
10181 case mp_stop_bounds_code: 
10182   if ( mp->internal[mp_true_corners]<=0 ) mp_confusion(mp, "bbox2");
10183 @:this can't happen bbox2}{\quad bbox2@>
10184   break;
10185
10186 @ @<Scan to the matching |mp_stop_bounds_code| node and update |p| and...@>=
10187 lev=1;
10188 while ( lev!=0 ) { 
10189   if ( link(p)==null ) mp_confusion(mp, "bbox2");
10190 @:this can't happen bbox2}{\quad bbox2@>
10191   p=link(p);
10192   if ( type(p)==mp_start_bounds_code ) incr(lev);
10193   else if ( type(p)==mp_stop_bounds_code ) decr(lev);
10194 }
10195 bblast(h)=p
10196
10197 @ It saves a lot of grief here to be slightly conservative and not account for
10198 omitted parts of dashed lines.  We also don't worry about the material omitted
10199 when using butt end caps.  The basic computation is for round end caps and
10200 |box_ends| augments it for square end caps.
10201
10202 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10203 case mp_stroked_code: 
10204   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10205   x0=minx; y0=miny;
10206   x1=maxx; y1=maxy;
10207   mp_pen_bbox(mp, pen_p(p));
10208   minx=minx+x0;
10209   miny=miny+y0;
10210   maxx=maxx+x1;
10211   maxy=maxy+y1;
10212   mp_adjust_bbox(mp, h);
10213   if ( (left_type(path_p(p))==mp_endpoint)&&(lcap_val(p)==2) )
10214     mp_box_ends(mp, path_p(p), pen_p(p), h);
10215   break;
10216
10217 @ The height width and depth information stored in a text node determines a
10218 rectangle that needs to be transformed according to the transformation
10219 parameters stored in the text node.
10220
10221 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10222 case mp_text_code: 
10223   x1=mp_take_scaled(mp, txx_val(p),width_val(p));
10224   y0=mp_take_scaled(mp, txy_val(p),-depth_val(p));
10225   y1=mp_take_scaled(mp, txy_val(p),height_val(p));
10226   minx=tx_val(p);
10227   maxx=minx;
10228   if ( y0<y1 ) { minx=minx+y0; maxx=maxx+y1;  }
10229   else         { minx=minx+y1; maxx=maxx+y0;  }
10230   if ( x1<0 ) minx=minx+x1;  else maxx=maxx+x1;
10231   x1=mp_take_scaled(mp, tyx_val(p),width_val(p));
10232   y0=mp_take_scaled(mp, tyy_val(p),-depth_val(p));
10233   y1=mp_take_scaled(mp, tyy_val(p),height_val(p));
10234   miny=ty_val(p);
10235   maxy=miny;
10236   if ( y0<y1 ) { miny=miny+y0; maxy=maxy+y1;  }
10237   else         { miny=miny+y1; maxy=maxy+y0;  }
10238   if ( x1<0 ) miny=miny+x1;  else maxy=maxy+x1;
10239   mp_adjust_bbox(mp, h);
10240   break;
10241
10242 @ This case involves a recursive call that advances |bblast(h)| to the node of
10243 type |mp_stop_clip_code| that matches |p|.
10244
10245 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10246 case mp_start_clip_code: 
10247   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10248   x0=minx; y0=miny;
10249   x1=maxx; y1=maxy;
10250   sminx=minx_val(h); sminy=miny_val(h);
10251   smaxx=maxx_val(h); smaxy=maxy_val(h);
10252   @<Reinitialize the bounding box in header |h| and call |set_bbox| recursively
10253     starting at |link(p)|@>;
10254   @<Clip the bounding box in |h| to the rectangle given by |x0|, |x1|,
10255     |y0|, |y1|@>;
10256   minx=sminx; miny=sminy;
10257   maxx=smaxx; maxy=smaxy;
10258   mp_adjust_bbox(mp, h);
10259   break;
10260
10261 @ @<Reinitialize the bounding box in header |h| and call |set_bbox|...@>=
10262 minx_val(h)=el_gordo;
10263 miny_val(h)=el_gordo;
10264 maxx_val(h)=-el_gordo;
10265 maxy_val(h)=-el_gordo;
10266 mp_set_bbox(mp, h,false)
10267
10268 @ @<Clip the bounding box in |h| to the rectangle given by |x0|, |x1|,...@>=
10269 if ( minx_val(h)<x0 ) minx_val(h)=x0;
10270 if ( miny_val(h)<y0 ) miny_val(h)=y0;
10271 if ( maxx_val(h)>x1 ) maxx_val(h)=x1;
10272 if ( maxy_val(h)>y1 ) maxy_val(h)=y1
10273
10274 @* \[22] Finding an envelope.
10275 When \MP\ has a path and a polygonal pen, it needs to express the desired
10276 shape in terms of things \ps\ can understand.  The present task is to compute
10277 a new path that describes the region to be filled.  It is convenient to
10278 define this as a two step process where the first step is determining what
10279 offset to use for each segment of the path.
10280
10281 @ Given a pointer |c| to a cyclic path,
10282 and a pointer~|h| to the first knot of a pen polygon,
10283 the |offset_prep| routine changes the path into cubics that are
10284 associated with particular pen offsets. Thus if the cubic between |p|
10285 and~|q| is associated with the |k|th offset and the cubic between |q| and~|r|
10286 has offset |l| then |info(q)=zero_off+l-k|. (The constant |zero_off| is added
10287 to because |l-k| could be negative.)
10288
10289 After overwriting the type information with offset differences, we no longer
10290 have a true path so we refer to the knot list returned by |offset_prep| as an
10291 ``envelope spec.''
10292 @^envelope spec@>
10293 Since an envelope spec only determines relative changes in pen offsets,
10294 |offset_prep| sets a global variable |spec_offset| to the relative change from
10295 |h| to the first offset.
10296
10297 @d zero_off 16384 /* added to offset changes to make them positive */
10298
10299 @<Glob...@>=
10300 integer spec_offset; /* number of pen edges between |h| and the initial offset */
10301
10302 @ @c @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>;
10303 pointer mp_offset_prep (MP mp,pointer c, pointer h) {
10304   halfword n; /* the number of vertices in the pen polygon */
10305   pointer p,q,r,w, ww; /* for list manipulation */
10306   integer k_needed; /* amount to be added to |info(p)| when it is computed */
10307   pointer w0; /* a pointer to pen offset to use just before |p| */
10308   scaled dxin,dyin; /* the direction into knot |p| */
10309   integer turn_amt; /* change in pen offsets for the current cubic */
10310   @<Other local variables for |offset_prep|@>;
10311   dx0=0; dy0=0;
10312   @<Initialize the pen size~|n|@>;
10313   @<Initialize the incoming direction and pen offset at |c|@>;
10314   p=c; k_needed=0;
10315   do {  
10316     q=link(p);
10317     @<Split the cubic between |p| and |q|, if necessary, into cubics
10318       associated with single offsets, after which |q| should
10319       point to the end of the final such cubic@>;
10320   NOT_FOUND:
10321     @<Advance |p| to node |q|, removing any ``dead'' cubics that
10322       might have been introduced by the splitting process@>;
10323   } while (q!=c);
10324   @<Fix the offset change in |info(c)| and set |c| to the return value of
10325     |offset_prep|@>;
10326   return c;
10327 }
10328
10329 @ We shall want to keep track of where certain knots on the cyclic path
10330 wind up in the envelope spec.  It doesn't suffice just to keep pointers to
10331 knot nodes because some nodes are deleted while removing dead cubics.  Thus
10332 |offset_prep| updates the following pointers
10333
10334 @<Glob...@>=
10335 pointer spec_p1;
10336 pointer spec_p2; /* pointers to distinguished knots */
10337
10338 @ @<Set init...@>=
10339 mp->spec_p1=null; mp->spec_p2=null;
10340
10341 @ @<Initialize the pen size~|n|@>=
10342 n=0; p=h;
10343 do {  
10344   incr(n);
10345   p=link(p);
10346 } while (p!=h)
10347
10348 @ Since the true incoming direction isn't known yet, we just pick a direction
10349 consistent with the pen offset~|h|.  If this is wrong, it can be corrected
10350 later.
10351
10352 @<Initialize the incoming direction and pen offset at |c|@>=
10353 dxin=x_coord(link(h))-x_coord(knil(h));
10354 dyin=y_coord(link(h))-y_coord(knil(h));
10355 if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
10356   dxin=y_coord(knil(h))-y_coord(h);
10357   dyin=x_coord(h)-x_coord(knil(h));
10358 }
10359 w0=h
10360
10361 @ We must be careful not to remove the only cubic in a cycle.
10362
10363 But we must also be careful for another reason. If the user-supplied
10364 path starts with a set of degenerate cubics, these should not be removed
10365 because at this point we cannot do so cleanly. The relevant bug is
10366 tracker id 267, bugs 52c, reported by Boguslav.
10367
10368 @<Advance |p| to node |q|, removing any ``dead'' cubics...@>=
10369 do { 
10370   r=link(p);
10371   if ( x_coord(p)==right_x(p) && y_coord(p)==right_y(p) &&
10372        x_coord(p)==left_x(r)  && y_coord(p)==left_y(r) &&
10373        x_coord(p)==x_coord(r) && y_coord(p)==y_coord(r) &&
10374        r!=p ) {
10375         if (1) { /* (r!=q) || (originator(r)!=mp_metapost_user) */
10376       @<Remove the cubic following |p| and update the data structures
10377         to merge |r| into |p|@>;
10378     }
10379   }
10380   p=r;
10381 } while (p!=q)
10382
10383 @ @<Remove the cubic following |p| and update the data structures...@>=
10384 { k_needed=info(p)-zero_off;
10385   if ( r==q ) { 
10386     q=p;
10387   } else { 
10388     info(p)=k_needed+info(r);
10389     k_needed=0;
10390   };
10391   if ( r==c ) { info(p)=info(c); c=p; };
10392   if ( r==mp->spec_p1 ) mp->spec_p1=p;
10393   if ( r==mp->spec_p2 ) mp->spec_p2=p;
10394   r=p; mp_remove_cubic(mp, p);
10395 }
10396
10397 @ Not setting the |info| field of the newly created knot allows the splitting
10398 routine to work for paths.
10399
10400 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10401 void mp_split_cubic (MP mp,pointer p, fraction t) { /* splits the cubic after |p| */
10402   scaled v; /* an intermediate value */
10403   pointer q,r; /* for list manipulation */
10404   q=link(p); r=mp_get_node(mp, knot_node_size); link(p)=r; link(r)=q;
10405   originator(r)=mp_program_code;
10406   left_type(r)=mp_explicit; right_type(r)=mp_explicit;
10407   v=t_of_the_way(right_x(p),left_x(q));
10408   right_x(p)=t_of_the_way(x_coord(p),right_x(p));
10409   left_x(q)=t_of_the_way(left_x(q),x_coord(q));
10410   left_x(r)=t_of_the_way(right_x(p),v);
10411   right_x(r)=t_of_the_way(v,left_x(q));
10412   x_coord(r)=t_of_the_way(left_x(r),right_x(r));
10413   v=t_of_the_way(right_y(p),left_y(q));
10414   right_y(p)=t_of_the_way(y_coord(p),right_y(p));
10415   left_y(q)=t_of_the_way(left_y(q),y_coord(q));
10416   left_y(r)=t_of_the_way(right_y(p),v);
10417   right_y(r)=t_of_the_way(v,left_y(q));
10418   y_coord(r)=t_of_the_way(left_y(r),right_y(r));
10419 }
10420
10421 @ This does not set |info(p)| or |right_type(p)|.
10422
10423 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10424 void mp_remove_cubic (MP mp,pointer p) { /* removes the dead cubic following~|p| */
10425   pointer q; /* the node that disappears */
10426   q=link(p); link(p)=link(q);
10427   right_x(p)=right_x(q); right_y(p)=right_y(q);
10428   mp_free_node(mp, q,knot_node_size);
10429 }
10430
10431 @ Let $d\prec d'$ mean that the counter-clockwise angle from $d$ to~$d'$ is
10432 strictly between zero and $180^\circ$.  Then we can define $d\preceq d'$ to
10433 mean that the angle could be zero or $180^\circ$. If $w_k=(u_k,v_k)$ is the
10434 $k$th pen offset, the $k$th pen edge direction is defined by the formula
10435 $$d_k=(u\k-u_k,\,v\k-v_k).$$
10436 When listed by increasing $k$, these directions occur in counter-clockwise
10437 order so that $d_k\preceq d\k$ for all~$k$.
10438 The goal of |offset_prep| is to find an offset index~|k| to associate with
10439 each cubic, such that the direction $d(t)$ of the cubic satisfies
10440 $$d_{k-1}\preceq d(t)\preceq d_k\qquad\hbox{for $0\le t\le 1$.}\eqno(*)$$
10441 We may have to split a cubic into many pieces before each
10442 piece corresponds to a unique offset.
10443
10444 @<Split the cubic between |p| and |q|, if necessary, into cubics...@>=
10445 info(p)=zero_off+k_needed;
10446 k_needed=0;
10447 @<Prepare for derivative computations;
10448   |goto not_found| if the current cubic is dead@>;
10449 @<Find the initial direction |(dx,dy)|@>;
10450 @<Update |info(p)| and find the offset $w_k$ such that
10451   $d_{k-1}\preceq(\\{dx},\\{dy})\prec d_k$; also advance |w0| for
10452   the direction change at |p|@>;
10453 @<Find the final direction |(dxin,dyin)|@>;
10454 @<Decide on the net change in pen offsets and set |turn_amt|@>;
10455 @<Complete the offset splitting process@>;
10456 w0=mp_pen_walk(mp, w0,turn_amt)
10457
10458 @ @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10459 pointer mp_pen_walk (MP mp,pointer w, integer k) {
10460   /* walk |k| steps around a pen from |w| */
10461   while ( k>0 ) { w=link(w); decr(k);  };
10462   while ( k<0 ) { w=knil(w); incr(k);  };
10463   return w;
10464 }
10465
10466 @ The direction of a cubic $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)=\bigl(x(t),y(t)\bigr)$ can be
10467 calculated from the quadratic polynomials
10468 ${1\over3}x'(t)=B(x_1-x_0,x_2-x_1,x_3-x_2;t)$ and
10469 ${1\over3}y'(t)=B(y_1-y_0,y_2-y_1,y_3-y_2;t)$.
10470 Since we may be calculating directions from several cubics
10471 split from the current one, it is desirable to do these calculations
10472 without losing too much precision. ``Scaled up'' values of the
10473 derivatives, which will be less tainted by accumulated errors than
10474 derivatives found from the cubics themselves, are maintained in
10475 local variables |x0|, |x1|, and |x2|, representing $X_0=2^l(x_1-x_0)$,
10476 $X_1=2^l(x_2-x_1)$, and $X_2=2^l(x_3-x_2)$; similarly |y0|, |y1|, and~|y2|
10477 represent $Y_0=2^l(y_1-y_0)$, $Y_1=2^l(y_2-y_1)$, and $Y_2=2^l(y_3-y_2)$.
10478
10479 @<Other local variables for |offset_prep|@>=
10480 integer x0,x1,x2,y0,y1,y2; /* representatives of derivatives */
10481 integer t0,t1,t2; /* coefficients of polynomial for slope testing */
10482 integer du,dv,dx,dy; /* for directions of the pen and the curve */
10483 integer dx0,dy0; /* initial direction for the first cubic in the curve */
10484 integer max_coef; /* used while scaling */
10485 integer x0a,x1a,x2a,y0a,y1a,y2a; /* intermediate values */
10486 fraction t; /* where the derivative passes through zero */
10487 fraction s; /* a temporary value */
10488
10489 @ @<Prepare for derivative computations...@>=
10490 x0=right_x(p)-x_coord(p);
10491 x2=x_coord(q)-left_x(q);
10492 x1=left_x(q)-right_x(p);
10493 y0=right_y(p)-y_coord(p); y2=y_coord(q)-left_y(q);
10494 y1=left_y(q)-right_y(p);
10495 max_coef=abs(x0);
10496 if ( abs(x1)>max_coef ) max_coef=abs(x1);
10497 if ( abs(x2)>max_coef ) max_coef=abs(x2);
10498 if ( abs(y0)>max_coef ) max_coef=abs(y0);
10499 if ( abs(y1)>max_coef ) max_coef=abs(y1);
10500 if ( abs(y2)>max_coef ) max_coef=abs(y2);
10501 if ( max_coef==0 ) goto NOT_FOUND;
10502 while ( max_coef<fraction_half ) {
10503   double(max_coef);
10504   double(x0); double(x1); double(x2);
10505   double(y0); double(y1); double(y2);
10506 }
10507
10508 @ Let us first solve a special case of the problem: Suppose we
10509 know an index~$k$ such that either (i)~$d(t)\succeq d_{k-1}$ for all~$t$
10510 and $d(0)\prec d_k$, or (ii)~$d(t)\preceq d_k$ for all~$t$ and
10511 $d(0)\succ d_{k-1}$.
10512 Then, in a sense, we're halfway done, since one of the two relations
10513 in $(*)$ is satisfied, and the other couldn't be satisfied for
10514 any other value of~|k|.
10515
10516 Actually, the conditions can be relaxed somewhat since a relation such as
10517 $d(t)\succeq d_{k-1}$ restricts $d(t)$ to a half plane when all that really
10518 matters is whether $d(t)$ crosses the ray in the $d_{k-1}$ direction from
10519 the origin.  The condition for case~(i) becomes $d_{k-1}\preceq d(0)\prec d_k$
10520 and $d(t)$ never crosses the $d_{k-1}$ ray in the clockwise direction.
10521 Case~(ii) is similar except $d(t)$ cannot cross the $d_k$ ray in the
10522 counterclockwise direction.
10523
10524 The |fin_offset_prep| subroutine solves the stated subproblem.
10525 It has a parameter called |rise| that is |1| in
10526 case~(i), |-1| in case~(ii). Parameters |x0| through |y2| represent
10527 the derivative of the cubic following |p|.
10528 The |w| parameter should point to offset~$w_k$ and |info(p)| should already
10529 be set properly.  The |turn_amt| parameter gives the absolute value of the
10530 overall net change in pen offsets.
10531
10532 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10533 void mp_fin_offset_prep (MP mp,pointer p, pointer w, integer 
10534   x0,integer x1, integer x2, integer y0, integer y1, integer y2, 
10535   integer rise, integer turn_amt)  {
10536   pointer ww; /* for list manipulation */
10537   scaled du,dv; /* for slope calculation */
10538   integer t0,t1,t2; /* test coefficients */
10539   fraction t; /* place where the derivative passes a critical slope */
10540   fraction s; /* slope or reciprocal slope */
10541   integer v; /* intermediate value for updating |x0..y2| */
10542   pointer q; /* original |link(p)| */
10543   q=link(p);
10544   while (1)  { 
10545     if ( rise>0 ) ww=link(w); /* a pointer to $w\k$ */
10546     else  ww=knil(w); /* a pointer to $w_{k-1}$ */
10547     @<Compute test coefficients |(t0,t1,t2)|
10548       for $d(t)$ versus $d_k$ or $d_{k-1}$@>;
10549     t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,t2);
10550     if ( t>=fraction_one ) {
10551       if ( turn_amt>0 ) t=fraction_one;  else return;
10552     }
10553     @<Split the cubic at $t$,
10554       and split off another cubic if the derivative crosses back@>;
10555     w=ww;
10556   }
10557 }
10558
10559 @ We want $B(\\{t0},\\{t1},\\{t2};t)$ to be the dot product of $d(t)$ with a
10560 $-90^\circ$ rotation of the vector from |w| to |ww|.  This makes the resulting
10561 function cross from positive to negative when $d_{k-1}\preceq d(t)\preceq d_k$
10562 begins to fail.
10563
10564 @<Compute test coefficients |(t0,t1,t2)| for $d(t)$ versus...@>=
10565 du=x_coord(ww)-x_coord(w); dv=y_coord(ww)-y_coord(w);
10566 if ( abs(du)>=abs(dv) ) {
10567   s=mp_make_fraction(mp, dv,du);
10568   t0=mp_take_fraction(mp, x0,s)-y0;
10569   t1=mp_take_fraction(mp, x1,s)-y1;
10570   t2=mp_take_fraction(mp, x2,s)-y2;
10571   if ( du<0 ) { negate(t0); negate(t1); negate(t2);  }
10572 } else { 
10573   s=mp_make_fraction(mp, du,dv);
10574   t0=x0-mp_take_fraction(mp, y0,s);
10575   t1=x1-mp_take_fraction(mp, y1,s);
10576   t2=x2-mp_take_fraction(mp, y2,s);
10577   if ( dv<0 ) { negate(t0); negate(t1); negate(t2);  }
10578 }
10579 if ( t0<0 ) t0=0 /* should be positive without rounding error */
10580
10581 @ The curve has crossed $d_k$ or $d_{k-1}$; its initial segment satisfies
10582 $(*)$, and it might cross again, yielding another solution of $(*)$.
10583
10584 @<Split the cubic at $t$, and split off another...@>=
10585
10586 mp_split_cubic(mp, p,t); p=link(p); info(p)=zero_off+rise;
10587 decr(turn_amt);
10588 v=t_of_the_way(x0,x1); x1=t_of_the_way(x1,x2);
10589 x0=t_of_the_way(v,x1);
10590 v=t_of_the_way(y0,y1); y1=t_of_the_way(y1,y2);
10591 y0=t_of_the_way(v,y1);
10592 if ( turn_amt<0 ) {
10593   t1=t_of_the_way(t1,t2);
10594   if ( t1>0 ) t1=0; /* without rounding error, |t1| would be |<=0| */
10595   t=mp_crossing_point(mp, 0,-t1,-t2);
10596   if ( t>fraction_one ) t=fraction_one;
10597   incr(turn_amt);
10598   if ( (t==fraction_one)&&(link(p)!=q) ) {
10599     info(link(p))=info(link(p))-rise;
10600   } else { 
10601     mp_split_cubic(mp, p,t); info(link(p))=zero_off-rise;
10602     v=t_of_the_way(x1,x2); x1=t_of_the_way(x0,x1);
10603     x2=t_of_the_way(x1,v);
10604     v=t_of_the_way(y1,y2); y1=t_of_the_way(y0,y1);
10605     y2=t_of_the_way(y1,v);
10606   }
10607 }
10608 }
10609
10610 @ Now we must consider the general problem of |offset_prep|, when
10611 nothing is known about a given cubic. We start by finding its
10612 direction in the vicinity of |t=0|.
10613
10614 If $z'(t)=0$, the given cubic is numerically unstable but |offset_prep|
10615 has not yet introduced any more numerical errors.  Thus we can compute
10616 the true initial direction for the given cubic, even if it is almost
10617 degenerate.
10618
10619 @<Find the initial direction |(dx,dy)|@>=
10620 dx=x0; dy=y0;
10621 if ( dx==0 && dy==0 ) { 
10622   dx=x1; dy=y1;
10623   if ( dx==0 && dy==0 ) { 
10624     dx=x2; dy=y2;
10625   }
10626 }
10627 if ( p==c ) { dx0=dx; dy0=dy;  }
10628
10629 @ @<Find the final direction |(dxin,dyin)|@>=
10630 dxin=x2; dyin=y2;
10631 if ( dxin==0 && dyin==0 ) {
10632   dxin=x1; dyin=y1;
10633   if ( dxin==0 && dyin==0 ) {
10634     dxin=x0; dyin=y0;
10635   }
10636 }
10637
10638 @ The next step is to bracket the initial direction between consecutive
10639 edges of the pen polygon.  We must be careful to turn clockwise only if
10640 this makes the turn less than $180^\circ$. (A $180^\circ$ turn must be
10641 counter-clockwise in order to make \&{doublepath} envelopes come out
10642 @:double_path_}{\&{doublepath} primitive@>
10643 right.) This code depends on |w0| being the offset for |(dxin,dyin)|.
10644
10645 @<Update |info(p)| and find the offset $w_k$ such that...@>=
10646 turn_amt=mp_get_turn_amt(mp,w0,dx,dy,(mp_ab_vs_cd(mp, dy,dxin,dx,dyin)>=0));
10647 w=mp_pen_walk(mp, w0, turn_amt);
10648 w0=w;
10649 info(p)=info(p)+turn_amt
10650
10651 @ Decide how many pen offsets to go away from |w| in order to find the offset
10652 for |(dx,dy)|, going counterclockwise if |ccw| is |true|.  This assumes that
10653 |w| is the offset for some direction $(x',y')$ from which the angle to |(dx,dy)|
10654 in the sense determined by |ccw| is less than or equal to $180^\circ$.
10655
10656 If the pen polygon has only two edges, they could both be parallel
10657 to |(dx,dy)|.  In this case, we must be careful to stop after crossing the first
10658 such edge in order to avoid an infinite loop.
10659
10660 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10661 integer mp_get_turn_amt (MP mp,pointer w, scaled  dx,
10662                          scaled dy, boolean  ccw) {
10663   pointer ww; /* a neighbor of knot~|w| */
10664   integer s; /* turn amount so far */
10665   integer t; /* |ab_vs_cd| result */
10666   s=0;
10667   if ( ccw ) { 
10668     ww=link(w);
10669     do {  
10670       t=mp_ab_vs_cd(mp, dy,(x_coord(ww)-x_coord(w)),
10671                         dx,(y_coord(ww)-y_coord(w)));
10672       if ( t<0 ) break;
10673       incr(s);
10674       w=ww; ww=link(ww);
10675     } while (t>0);
10676   } else { 
10677     ww=knil(w);
10678     while ( mp_ab_vs_cd(mp, dy,(x_coord(w)-x_coord(ww)),
10679                             dx,(y_coord(w)-y_coord(ww))) < 0) { 
10680       decr(s);
10681       w=ww; ww=knil(ww);
10682     }
10683   }
10684   return s;
10685 }
10686
10687 @ When we're all done, the final offset is |w0| and the final curve direction
10688 is |(dxin,dyin)|.  With this knowledge of the incoming direction at |c|, we
10689 can correct |info(c)| which was erroneously based on an incoming offset
10690 of~|h|.
10691
10692 @d fix_by(A) info(c)=info(c)+(A)
10693
10694 @<Fix the offset change in |info(c)| and set |c| to the return value of...@>=
10695 mp->spec_offset=info(c)-zero_off;
10696 if ( link(c)==c ) {
10697   info(c)=zero_off+n;
10698 } else { 
10699   fix_by(k_needed);
10700   while ( w0!=h ) { fix_by(1); w0=link(w0);  };
10701   while ( info(c)<=zero_off-n ) fix_by(n);
10702   while ( info(c)>zero_off ) fix_by(-n);
10703   if ( (info(c)!=zero_off)&&(mp_ab_vs_cd(mp, dy0,dxin,dx0,dyin)>=0) ) fix_by(n);
10704 }
10705 return c
10706
10707 @ Finally we want to reduce the general problem to situations that
10708 |fin_offset_prep| can handle. We split the cubic into at most three parts
10709 with respect to $d_{k-1}$, and apply |fin_offset_prep| to each part.
10710
10711 @<Complete the offset splitting process@>=
10712 ww=knil(w);
10713 @<Compute test coeff...@>;
10714 @<Find the first |t| where $d(t)$ crosses $d_{k-1}$ or set
10715   |t:=fraction_one+1|@>;
10716 if ( t>fraction_one ) {
10717   mp_fin_offset_prep(mp, p,w,x0,x1,x2,y0,y1,y2,1,turn_amt);
10718 } else {
10719   mp_split_cubic(mp, p,t); r=link(p);
10720   x1a=t_of_the_way(x0,x1); x1=t_of_the_way(x1,x2);
10721   x2a=t_of_the_way(x1a,x1);
10722   y1a=t_of_the_way(y0,y1); y1=t_of_the_way(y1,y2);
10723   y2a=t_of_the_way(y1a,y1);
10724   mp_fin_offset_prep(mp, p,w,x0,x1a,x2a,y0,y1a,y2a,1,0); x0=x2a; y0=y2a;
10725   info(r)=zero_off-1;
10726   if ( turn_amt>=0 ) {
10727     t1=t_of_the_way(t1,t2);
10728     if ( t1>0 ) t1=0;
10729     t=mp_crossing_point(mp, 0,-t1,-t2);
10730     if ( t>fraction_one ) t=fraction_one;
10731     @<Split off another rising cubic for |fin_offset_prep|@>;
10732     mp_fin_offset_prep(mp, r,ww,x0,x1,x2,y0,y1,y2,-1,0);
10733   } else {
10734     mp_fin_offset_prep(mp, r,ww,x0,x1,x2,y0,y1,y2,-1,(-1-turn_amt));
10735   }
10736 }
10737
10738 @ @<Split off another rising cubic for |fin_offset_prep|@>=
10739 mp_split_cubic(mp, r,t); info(link(r))=zero_off+1;
10740 x1a=t_of_the_way(x1,x2); x1=t_of_the_way(x0,x1);
10741 x0a=t_of_the_way(x1,x1a);
10742 y1a=t_of_the_way(y1,y2); y1=t_of_the_way(y0,y1);
10743 y0a=t_of_the_way(y1,y1a);
10744 mp_fin_offset_prep(mp, link(r),w,x0a,x1a,x2,y0a,y1a,y2,1,turn_amt);
10745 x2=x0a; y2=y0a
10746
10747 @ At this point, the direction of the incoming pen edge is |(-du,-dv)|.
10748 When the component of $d(t)$ perpendicular to |(-du,-dv)| crosses zero, we
10749 need to decide whether the directions are parallel or antiparallel.  We
10750 can test this by finding the dot product of $d(t)$ and |(-du,-dv)|, but this
10751 should be avoided when the value of |turn_amt| already determines the
10752 answer.  If |t2<0|, there is one crossing and it is antiparallel only if
10753 |turn_amt>=0|.  If |turn_amt<0|, there should always be at least one
10754 crossing and the first crossing cannot be antiparallel.
10755
10756 @<Find the first |t| where $d(t)$ crosses $d_{k-1}$ or set...@>=
10757 t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,t2);
10758 if ( turn_amt>=0 ) {
10759   if ( t2<0 ) {
10760     t=fraction_one+1;
10761   } else { 
10762     u0=t_of_the_way(x0,x1);
10763     u1=t_of_the_way(x1,x2);
10764     ss=mp_take_fraction(mp, -du,t_of_the_way(u0,u1));
10765     v0=t_of_the_way(y0,y1);
10766     v1=t_of_the_way(y1,y2);
10767     ss=ss+mp_take_fraction(mp, -dv,t_of_the_way(v0,v1));
10768     if ( ss<0 ) t=fraction_one+1;
10769   }
10770 } else if ( t>fraction_one ) {
10771   t=fraction_one;
10772 }
10773
10774 @ @<Other local variables for |offset_prep|@>=
10775 integer u0,u1,v0,v1; /* intermediate values for $d(t)$ calculation */
10776 integer ss = 0; /* the part of the dot product computed so far */
10777 int d_sign; /* sign of overall change in direction for this cubic */
10778
10779 @ If the cubic almost has a cusp, it is a numerically ill-conditioned
10780 problem to decide which way it loops around but that's OK as long we're
10781 consistent.  To make \&{doublepath} envelopes work properly, reversing
10782 the path should always change the sign of |turn_amt|.
10783
10784 @<Decide on the net change in pen offsets and set |turn_amt|@>=
10785 d_sign=mp_ab_vs_cd(mp, dx,dyin, dxin,dy);
10786 if ( d_sign==0 ) {
10787   if ( dx==0 ) {
10788     if ( dy>0 ) d_sign=1;  else d_sign=-1;
10789   } else {
10790     if ( dx>0 ) d_sign=1;  else d_sign=-1; 
10791   }
10792 }
10793 @<Make |ss| negative if and only if the total change in direction is
10794   more than $180^\circ$@>;
10795 turn_amt=mp_get_turn_amt(mp, w, dxin, dyin, (d_sign>0));
10796 if ( ss<0 ) turn_amt=turn_amt-d_sign*n
10797
10798 @ In order to be invariant under path reversal, the result of this computation
10799 should not change when |x0|, |y0|, $\ldots$ are all negated and |(x0,y0)| is
10800 then swapped with |(x2,y2)|.  We make use of the identities
10801 |take_fraction(-a,-b)=take_fraction(a,b)| and
10802 |t_of_the_way(-a,-b)=-(t_of_the_way(a,b))|.
10803
10804 @<Make |ss| negative if and only if the total change in direction is...@>=
10805 t0=half(mp_take_fraction(mp, x0,y2))-half(mp_take_fraction(mp, x2,y0));
10806 t1=half(mp_take_fraction(mp, x1,(y0+y2)))-half(mp_take_fraction(mp, y1,(x0+x2)));
10807 if ( t0==0 ) t0=d_sign; /* path reversal always negates |d_sign| */
10808 if ( t0>0 ) {
10809   t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,-t0);
10810   u0=t_of_the_way(x0,x1);
10811   u1=t_of_the_way(x1,x2);
10812   v0=t_of_the_way(y0,y1);
10813   v1=t_of_the_way(y1,y2);
10814 } else { 
10815   t=mp_crossing_point(mp, -t0,t1,t0);
10816   u0=t_of_the_way(x2,x1);
10817   u1=t_of_the_way(x1,x0);
10818   v0=t_of_the_way(y2,y1);
10819   v1=t_of_the_way(y1,y0);
10820 }
10821 ss=mp_take_fraction(mp, (x0+x2),t_of_the_way(u0,u1))+
10822    mp_take_fraction(mp, (y0+y2),t_of_the_way(v0,v1))
10823
10824 @ Here's a routine that prints an envelope spec in symbolic form.  It assumes
10825 that the |cur_pen| has not been walked around to the first offset.
10826
10827 @c 
10828 void mp_print_spec (MP mp,pointer cur_spec, pointer cur_pen, char *s) {
10829   pointer p,q; /* list traversal */
10830   pointer w; /* the current pen offset */
10831   mp_print_diagnostic(mp, "Envelope spec",s,true);
10832   p=cur_spec; w=mp_pen_walk(mp, cur_pen,mp->spec_offset);
10833   mp_print_ln(mp);
10834   mp_print_two(mp, x_coord(cur_spec),y_coord(cur_spec));
10835   mp_print(mp, " % beginning with offset ");
10836   mp_print_two(mp, x_coord(w),y_coord(w));
10837   do { 
10838     while (1) {  
10839       q=link(p);
10840       @<Print the cubic between |p| and |q|@>;
10841       p=q;
10842           if ((p==cur_spec) || (info(p)!=zero_off)) 
10843         break;
10844     }
10845     if ( info(p)!=zero_off ) {
10846       @<Update |w| as indicated by |info(p)| and print an explanation@>;
10847     }
10848   } while (p!=cur_spec);
10849   mp_print_nl(mp, " & cycle");
10850   mp_end_diagnostic(mp, true);
10851 }
10852
10853 @ @<Update |w| as indicated by |info(p)| and print an explanation@>=
10854
10855   w=mp_pen_walk(mp, w, (info(p)-zero_off));
10856   mp_print(mp, " % ");
10857   if ( info(p)>zero_off ) mp_print(mp, "counter");
10858   mp_print(mp, "clockwise to offset ");
10859   mp_print_two(mp, x_coord(w),y_coord(w));
10860 }
10861
10862 @ @<Print the cubic between |p| and |q|@>=
10863
10864   mp_print_nl(mp, "   ..controls ");
10865   mp_print_two(mp, right_x(p),right_y(p));
10866   mp_print(mp, " and ");
10867   mp_print_two(mp, left_x(q),left_y(q));
10868   mp_print_nl(mp, " ..");
10869   mp_print_two(mp, x_coord(q),y_coord(q));
10870 }
10871
10872 @ Once we have an envelope spec, the remaining task to construct the actual
10873 envelope by offsetting each cubic as determined by the |info| fields in
10874 the knots.  First we use |offset_prep| to convert the |c| into an envelope
10875 spec. Then we add the offsets so that |c| becomes a cyclic path that represents
10876 the envelope.
10877
10878 The |ljoin| and |miterlim| parameters control the treatment of points where the
10879 pen offset changes, and |lcap| controls the endpoints of a \&{doublepath}.
10880 The endpoints are easily located because |c| is given in undoubled form
10881 and then doubled in this procedure.  We use |spec_p1| and |spec_p2| to keep
10882 track of the endpoints and treat them like very sharp corners.
10883 Butt end caps are treated like beveled joins; round end caps are treated like
10884 round joins; and square end caps are achieved by setting |join_type:=3|.
10885
10886 None of these parameters apply to inside joins where the convolution tracing
10887 has retrograde lines.  In such cases we use a simple connect-the-endpoints
10888 approach that is achieved by setting |join_type:=2|.
10889
10890 @c @<Declare a function called |insert_knot|@>;
10891 pointer mp_make_envelope (MP mp,pointer c, pointer h, small_number ljoin,
10892   small_number lcap, scaled miterlim) {
10893   pointer p,q,r,q0; /* for manipulating the path */
10894   int join_type=0; /* codes |0..3| for mitered, round, beveled, or square */
10895   pointer w,w0; /* the pen knot for the current offset */
10896   scaled qx,qy; /* unshifted coordinates of |q| */
10897   halfword k,k0; /* controls pen edge insertion */
10898   @<Other local variables for |make_envelope|@>;
10899   dxin=0; dyin=0; dxout=0; dyout=0;
10900   mp->spec_p1=null; mp->spec_p2=null;
10901   @<If endpoint, double the path |c|, and set |spec_p1| and |spec_p2|@>;
10902   @<Use |offset_prep| to compute the envelope spec then walk |h| around to
10903     the initial offset@>;
10904   w=h;
10905   p=c;
10906   do {  
10907     q=link(p); q0=q;
10908     qx=x_coord(q); qy=y_coord(q);
10909     k=info(q);
10910     k0=k; w0=w;
10911     if ( k!=zero_off ) {
10912       @<Set |join_type| to indicate how to handle offset changes at~|q|@>;
10913     }
10914     @<Add offset |w| to the cubic from |p| to |q|@>;
10915     while ( k!=zero_off ) { 
10916       @<Step |w| and move |k| one step closer to |zero_off|@>;
10917       if ( (join_type==1)||(k==zero_off) )
10918          q=mp_insert_knot(mp, q,qx+x_coord(w),qy+y_coord(w));
10919     };
10920     if ( q!=link(p) ) {
10921       @<Set |p=link(p)| and add knots between |p| and |q| as
10922         required by |join_type|@>;
10923     }
10924     p=q;
10925   } while (q0!=c);
10926   return c;
10927 }
10928
10929 @ @<Use |offset_prep| to compute the envelope spec then walk |h| around to...@>=
10930 c=mp_offset_prep(mp, c,h);
10931 if ( mp->internal[mp_tracing_specs]>0 ) 
10932   mp_print_spec(mp, c,h,"");
10933 h=mp_pen_walk(mp, h,mp->spec_offset)
10934
10935 @ Mitered and squared-off joins depend on path directions that are difficult to
10936 compute for degenerate cubics.  The envelope spec computed by |offset_prep| can
10937 have degenerate cubics only if the entire cycle collapses to a single
10938 degenerate cubic.  Setting |join_type:=2| in this case makes the computed
10939 envelope degenerate as well.
10940
10941 @<Set |join_type| to indicate how to handle offset changes at~|q|@>=
10942 if ( k<zero_off ) {
10943   join_type=2;
10944 } else {
10945   if ( (q!=mp->spec_p1)&&(q!=mp->spec_p2) ) join_type=ljoin;
10946   else if ( lcap==2 ) join_type=3;
10947   else join_type=2-lcap;
10948   if ( (join_type==0)||(join_type==3) ) {
10949     @<Set the incoming and outgoing directions at |q|; in case of
10950       degeneracy set |join_type:=2|@>;
10951     if ( join_type==0 ) {
10952       @<If |miterlim| is less than the secant of half the angle at |q|
10953         then set |join_type:=2|@>;
10954     }
10955   }
10956 }
10957
10958 @ @<If |miterlim| is less than the secant of half the angle at |q|...@>=
10959
10960   tmp=mp_take_fraction(mp, miterlim,fraction_half+
10961       half(mp_take_fraction(mp, dxin,dxout)+mp_take_fraction(mp, dyin,dyout)));
10962   if ( tmp<unity )
10963     if ( mp_take_scaled(mp, miterlim,tmp)<unity ) join_type=2;
10964 }
10965
10966 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
10967 fraction dxin,dyin,dxout,dyout; /* directions at |q| when square or mitered */
10968 scaled tmp; /* a temporary value */
10969
10970 @ The coordinates of |p| have already been shifted unless |p| is the first
10971 knot in which case they get shifted at the very end.
10972
10973 @<Add offset |w| to the cubic from |p| to |q|@>=
10974 right_x(p)=right_x(p)+x_coord(w);
10975 right_y(p)=right_y(p)+y_coord(w);
10976 left_x(q)=left_x(q)+x_coord(w);
10977 left_y(q)=left_y(q)+y_coord(w);
10978 x_coord(q)=x_coord(q)+x_coord(w);
10979 y_coord(q)=y_coord(q)+y_coord(w);
10980 left_type(q)=mp_explicit;
10981 right_type(q)=mp_explicit
10982
10983 @ @<Step |w| and move |k| one step closer to |zero_off|@>=
10984 if ( k>zero_off ){ w=link(w); decr(k);  }
10985 else { w=knil(w); incr(k);  }
10986
10987 @ The cubic from |q| to the new knot at |(x,y)| becomes a line segment and
10988 the |right_x| and |right_y| fields of |r| are set from |q|.  This is done in
10989 case the cubic containing these control points is ``yet to be examined.''
10990
10991 @<Declare a function called |insert_knot|@>=
10992 pointer mp_insert_knot (MP mp,pointer q, scaled x, scaled y) {
10993   /* returns the inserted knot */
10994   pointer r; /* the new knot */
10995   r=mp_get_node(mp, knot_node_size);
10996   link(r)=link(q); link(q)=r;
10997   right_x(r)=right_x(q);
10998   right_y(r)=right_y(q);
10999   x_coord(r)=x;
11000   y_coord(r)=y;
11001   right_x(q)=x_coord(q);
11002   right_y(q)=y_coord(q);
11003   left_x(r)=x_coord(r);
11004   left_y(r)=y_coord(r);
11005   left_type(r)=mp_explicit;
11006   right_type(r)=mp_explicit;
11007   originator(r)=mp_program_code;
11008   return r;
11009 }
11010
11011 @ After setting |p:=link(p)|, either |join_type=1| or |q=link(p)|.
11012
11013 @<Set |p=link(p)| and add knots between |p| and |q| as...@>=
11014
11015   p=link(p);
11016   if ( (join_type==0)||(join_type==3) ) {
11017     if ( join_type==0 ) {
11018       @<Insert a new knot |r| between |p| and |q| as required for a mitered join@>
11019     } else {
11020       @<Make |r| the last of two knots inserted between |p| and |q| to form a
11021         squared join@>;
11022     }
11023     if ( r!=null ) { 
11024       right_x(r)=x_coord(r);
11025       right_y(r)=y_coord(r);
11026     }
11027   }
11028 }
11029
11030 @ For very small angles, adding a knot is unnecessary and would cause numerical
11031 problems, so we just set |r:=null| in that case.
11032
11033 @<Insert a new knot |r| between |p| and |q| as required for a mitered join@>=
11034
11035   det=mp_take_fraction(mp, dyout,dxin)-mp_take_fraction(mp, dxout,dyin);
11036   if ( abs(det)<26844 ) { 
11037      r=null; /* sine $<10^{-4}$ */
11038   } else { 
11039     tmp=mp_take_fraction(mp, x_coord(q)-x_coord(p),dyout)-
11040         mp_take_fraction(mp, y_coord(q)-y_coord(p),dxout);
11041     tmp=mp_make_fraction(mp, tmp,det);
11042     r=mp_insert_knot(mp, p,x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxin),
11043       y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyin));
11044   }
11045 }
11046
11047 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
11048 fraction det; /* a determinant used for mitered join calculations */
11049
11050 @ @<Make |r| the last of two knots inserted between |p| and |q| to form a...@>=
11051
11052   ht_x=y_coord(w)-y_coord(w0);
11053   ht_y=x_coord(w0)-x_coord(w);
11054   while ( (abs(ht_x)<fraction_half)&&(abs(ht_y)<fraction_half) ) { 
11055     ht_x+=ht_x; ht_y+=ht_y;
11056   }
11057   @<Scan the pen polygon between |w0| and |w| and make |max_ht| the range dot
11058     product with |(ht_x,ht_y)|@>;
11059   tmp=mp_make_fraction(mp, max_ht,mp_take_fraction(mp, dxin,ht_x)+
11060                                   mp_take_fraction(mp, dyin,ht_y));
11061   r=mp_insert_knot(mp, p,x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxin),
11062                          y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyin));
11063   tmp=mp_make_fraction(mp, max_ht,mp_take_fraction(mp, dxout,ht_x)+
11064                                   mp_take_fraction(mp, dyout,ht_y));
11065   r=mp_insert_knot(mp, r,x_coord(q)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxout),
11066                          y_coord(q)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyout));
11067 }
11068
11069 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
11070 fraction ht_x,ht_y; /* perpendicular to the segment from |p| to |q| */
11071 scaled max_ht; /* maximum height of the pen polygon above the |w0|-|w| line */
11072 halfword kk; /* keeps track of the pen vertices being scanned */
11073 pointer ww; /* the pen vertex being tested */
11074
11075 @ The dot product of the vector from |w0| to |ww| with |(ht_x,ht_y)| ranges
11076 from zero to |max_ht|.
11077
11078 @<Scan the pen polygon between |w0| and |w| and make |max_ht| the range...@>=
11079 max_ht=0;
11080 kk=zero_off;
11081 ww=w;
11082 while (1)  { 
11083   @<Step |ww| and move |kk| one step closer to |k0|@>;
11084   if ( kk==k0 ) break;
11085   tmp=mp_take_fraction(mp, (x_coord(ww)-x_coord(w0)),ht_x)+
11086       mp_take_fraction(mp, (y_coord(ww)-y_coord(w0)),ht_y);
11087   if ( tmp>max_ht ) max_ht=tmp;
11088 }
11089
11090
11091 @ @<Step |ww| and move |kk| one step closer to |k0|@>=
11092 if ( kk>k0 ) { ww=link(ww); decr(kk);  }
11093 else { ww=knil(ww); incr(kk);  }
11094
11095 @ @<If endpoint, double the path |c|, and set |spec_p1| and |spec_p2|@>=
11096 if ( left_type(c)==mp_endpoint ) { 
11097   mp->spec_p1=mp_htap_ypoc(mp, c);
11098   mp->spec_p2=mp->path_tail;
11099   originator(mp->spec_p1)=mp_program_code;
11100   link(mp->spec_p2)=link(mp->spec_p1);
11101   link(mp->spec_p1)=c;
11102   mp_remove_cubic(mp, mp->spec_p1);
11103   c=mp->spec_p1;
11104   if ( c!=link(c) ) {
11105     originator(mp->spec_p2)=mp_program_code;
11106     mp_remove_cubic(mp, mp->spec_p2);
11107   } else {
11108     @<Make |c| look like a cycle of length one@>;
11109   }
11110 }
11111
11112 @ @<Make |c| look like a cycle of length one@>=
11113
11114   left_type(c)=mp_explicit; right_type(c)=mp_explicit;
11115   left_x(c)=x_coord(c); left_y(c)=y_coord(c);
11116   right_x(c)=x_coord(c); right_y(c)=y_coord(c);
11117 }
11118
11119 @ In degenerate situations we might have to look at the knot preceding~|q|.
11120 That knot is |p| but if |p<>c|, its coordinates have already been offset by |w|.
11121
11122 @<Set the incoming and outgoing directions at |q|; in case of...@>=
11123 dxin=x_coord(q)-left_x(q);
11124 dyin=y_coord(q)-left_y(q);
11125 if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
11126   dxin=x_coord(q)-right_x(p);
11127   dyin=y_coord(q)-right_y(p);
11128   if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
11129     dxin=x_coord(q)-x_coord(p);
11130     dyin=y_coord(q)-y_coord(p);
11131     if ( p!=c ) { /* the coordinates of |p| have been offset by |w| */
11132       dxin=dxin+x_coord(w);
11133       dyin=dyin+y_coord(w);
11134     }
11135   }
11136 }
11137 tmp=mp_pyth_add(mp, dxin,dyin);
11138 if ( tmp==0 ) {
11139   join_type=2;
11140 } else { 
11141   dxin=mp_make_fraction(mp, dxin,tmp);
11142   dyin=mp_make_fraction(mp, dyin,tmp);
11143   @<Set the outgoing direction at |q|@>;
11144 }
11145
11146 @ If |q=c| then the coordinates of |r| and the control points between |q|
11147 and~|r| have already been offset by |h|.
11148
11149 @<Set the outgoing direction at |q|@>=
11150 dxout=right_x(q)-x_coord(q);
11151 dyout=right_y(q)-y_coord(q);
11152 if ( (dxout==0)&&(dyout==0) ) {
11153   r=link(q);
11154   dxout=left_x(r)-x_coord(q);
11155   dyout=left_y(r)-y_coord(q);
11156   if ( (dxout==0)&&(dyout==0) ) {
11157     dxout=x_coord(r)-x_coord(q);
11158     dyout=y_coord(r)-y_coord(q);
11159   }
11160 }
11161 if ( q==c ) {
11162   dxout=dxout-x_coord(h);
11163   dyout=dyout-y_coord(h);
11164 }
11165 tmp=mp_pyth_add(mp, dxout,dyout);
11166 if ( tmp==0 ) mp_confusion(mp, "degenerate spec");
11167 @:this can't happen degerate spec}{\quad degenerate spec@>
11168 dxout=mp_make_fraction(mp, dxout,tmp);
11169 dyout=mp_make_fraction(mp, dyout,tmp)
11170
11171 @* \[23] Direction and intersection times.
11172 A path of length $n$ is defined parametrically by functions $x(t)$ and
11173 $y(t)$, for |0<=t<=n|; we can regard $t$ as the ``time'' at which the path
11174 reaches the point $\bigl(x(t),y(t)\bigr)$.  In this section of the program
11175 we shall consider operations that determine special times associated with
11176 given paths: the first time that a path travels in a given direction, and
11177 a pair of times at which two paths cross each other.
11178
11179 @ Let's start with the easier task. The function |find_direction_time| is
11180 given a direction |(x,y)| and a path starting at~|h|. If the path never
11181 travels in direction |(x,y)|, the direction time will be~|-1|; otherwise
11182 it will be nonnegative.
11183
11184 Certain anomalous cases can arise: If |(x,y)=(0,0)|, so that the given
11185 direction is undefined, the direction time will be~0. If $\bigl(x'(t),
11186 y'(t)\bigr)=(0,0)$, so that the path direction is undefined, it will be
11187 assumed to match any given direction at time~|t|.
11188
11189 The routine solves this problem in nondegenerate cases by rotating the path
11190 and the given direction so that |(x,y)=(1,0)|; i.e., the main task will be
11191 to find when a given path first travels ``due east.''
11192
11193 @c 
11194 scaled mp_find_direction_time (MP mp,scaled x, scaled y, pointer h) {
11195   scaled max; /* $\max\bigl(\vert x\vert,\vert y\vert\bigr)$ */
11196   pointer p,q; /* for list traversal */
11197   scaled n; /* the direction time at knot |p| */
11198   scaled tt; /* the direction time within a cubic */
11199   @<Other local variables for |find_direction_time|@>;
11200   @<Normalize the given direction for better accuracy;
11201     but |return| with zero result if it's zero@>;
11202   n=0; p=h; phi=0;
11203   while (1) { 
11204     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) break;
11205     q=link(p);
11206     @<Rotate the cubic between |p| and |q|; then
11207       |goto found| if the rotated cubic travels due east at some time |tt|;
11208       but |break| if an entire cyclic path has been traversed@>;
11209     p=q; n=n+unity;
11210   }
11211   return (-unity);
11212 FOUND: 
11213   return (n+tt);
11214 }
11215
11216 @ @<Normalize the given direction for better accuracy...@>=
11217 if ( abs(x)<abs(y) ) { 
11218   x=mp_make_fraction(mp, x,abs(y));
11219   if ( y>0 ) y=fraction_one; else y=-fraction_one;
11220 } else if ( x==0 ) { 
11221   return 0;
11222 } else  { 
11223   y=mp_make_fraction(mp, y,abs(x));
11224   if ( x>0 ) x=fraction_one; else x=-fraction_one;
11225 }
11226
11227 @ Since we're interested in the tangent directions, we work with the
11228 derivative $${\textstyle1\over3}B'(x_0,x_1,x_2,x_3;t)=
11229 B(x_1-x_0,x_2-x_1,x_3-x_2;t)$$ instead of
11230 $B(x_0,x_1,x_2,x_3;t)$ itself. The derived coefficients are also scaled up
11231 in order to achieve better accuracy.
11232
11233 The given path may turn abruptly at a knot, and it might pass the critical
11234 tangent direction at such a time. Therefore we remember the direction |phi|
11235 in which the previous rotated cubic was traveling. (The value of |phi| will be
11236 undefined on the first cubic, i.e., when |n=0|.)
11237
11238 @<Rotate the cubic between |p| and |q|; then...@>=
11239 tt=0;
11240 @<Set local variables |x1,x2,x3| and |y1,y2,y3| to multiples of the control
11241   points of the rotated derivatives@>;
11242 if ( y1==0 ) if ( x1>=0 ) goto FOUND;
11243 if ( n>0 ) { 
11244   @<Exit to |found| if an eastward direction occurs at knot |p|@>;
11245   if ( p==h ) break;
11246   };
11247 if ( (x3!=0)||(y3!=0) ) phi=mp_n_arg(mp, x3,y3);
11248 @<Exit to |found| if the curve whose derivatives are specified by
11249   |x1,x2,x3,y1,y2,y3| travels eastward at some time~|tt|@>
11250
11251 @ @<Other local variables for |find_direction_time|@>=
11252 scaled x1,x2,x3,y1,y2,y3;  /* multiples of rotated derivatives */
11253 angle theta,phi; /* angles of exit and entry at a knot */
11254 fraction t; /* temp storage */
11255
11256 @ @<Set local variables |x1,x2,x3| and |y1,y2,y3| to multiples...@>=
11257 x1=right_x(p)-x_coord(p); x2=left_x(q)-right_x(p);
11258 x3=x_coord(q)-left_x(q);
11259 y1=right_y(p)-y_coord(p); y2=left_y(q)-right_y(p);
11260 y3=y_coord(q)-left_y(q);
11261 max=abs(x1);
11262 if ( abs(x2)>max ) max=abs(x2);
11263 if ( abs(x3)>max ) max=abs(x3);
11264 if ( abs(y1)>max ) max=abs(y1);
11265 if ( abs(y2)>max ) max=abs(y2);
11266 if ( abs(y3)>max ) max=abs(y3);
11267 if ( max==0 ) goto FOUND;
11268 while ( max<fraction_half ){ 
11269   max+=max; x1+=x1; x2+=x2; x3+=x3;
11270   y1+=y1; y2+=y2; y3+=y3;
11271 }
11272 t=x1; x1=mp_take_fraction(mp, x1,x)+mp_take_fraction(mp, y1,y);
11273 y1=mp_take_fraction(mp, y1,x)-mp_take_fraction(mp, t,y);
11274 t=x2; x2=mp_take_fraction(mp, x2,x)+mp_take_fraction(mp, y2,y);
11275 y2=mp_take_fraction(mp, y2,x)-mp_take_fraction(mp, t,y);
11276 t=x3; x3=mp_take_fraction(mp, x3,x)+mp_take_fraction(mp, y3,y);
11277 y3=mp_take_fraction(mp, y3,x)-mp_take_fraction(mp, t,y)
11278
11279 @ @<Exit to |found| if an eastward direction occurs at knot |p|@>=
11280 theta=mp_n_arg(mp, x1,y1);
11281 if ( theta>=0 ) if ( phi<=0 ) if ( phi>=theta-one_eighty_deg ) goto FOUND;
11282 if ( theta<=0 ) if ( phi>=0 ) if ( phi<=theta+one_eighty_deg ) goto FOUND
11283
11284 @ In this step we want to use the |crossing_point| routine to find the
11285 roots of the quadratic equation $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$.
11286 Several complications arise: If the quadratic equation has a double root,
11287 the curve never crosses zero, and |crossing_point| will find nothing;
11288 this case occurs iff $y_1y_3=y_2^2$ and $y_1y_2<0$. If the quadratic
11289 equation has simple roots, or only one root, we may have to negate it
11290 so that $B(y_1,y_2,y_3;t)$ crosses from positive to negative at its first root.
11291 And finally, we need to do special things if $B(y_1,y_2,y_3;t)$ is
11292 identically zero.
11293
11294 @ @<Exit to |found| if the curve whose derivatives are specified by...@>=
11295 if ( x1<0 ) if ( x2<0 ) if ( x3<0 ) goto DONE;
11296 if ( mp_ab_vs_cd(mp, y1,y3,y2,y2)==0 ) {
11297   @<Handle the test for eastward directions when $y_1y_3=y_2^2$;
11298     either |goto found| or |goto done|@>;
11299 }
11300 if ( y1<=0 ) {
11301   if ( y1<0 ) { y1=-y1; y2=-y2; y3=-y3; }
11302   else if ( y2>0 ){ y2=-y2; y3=-y3; };
11303 }
11304 @<Check the places where $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$ to see if
11305   $B(x_1,x_2,x_3;t)\ge0$@>;
11306 DONE:
11307
11308 @ The quadratic polynomial $B(y_1,y_2,y_3;t)$ begins |>=0| and has at most
11309 two roots, because we know that it isn't identically zero.
11310
11311 It must be admitted that the |crossing_point| routine is not perfectly accurate;
11312 rounding errors might cause it to find a root when $y_1y_3>y_2^2$, or to
11313 miss the roots when $y_1y_3<y_2^2$. The rotation process is itself
11314 subject to rounding errors. Yet this code optimistically tries to
11315 do the right thing.
11316
11317 @d we_found_it { tt=(t+04000) / 010000; goto FOUND; }
11318
11319 @<Check the places where $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$...@>=
11320 t=mp_crossing_point(mp, y1,y2,y3);
11321 if ( t>fraction_one ) goto DONE;
11322 y2=t_of_the_way(y2,y3);
11323 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11324 x2=t_of_the_way(x2,x3);
11325 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11326 if ( x1>=0 ) we_found_it;
11327 if ( y2>0 ) y2=0;
11328 tt=t; t=mp_crossing_point(mp, 0,-y2,-y3);
11329 if ( t>fraction_one ) goto DONE;
11330 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11331 x2=t_of_the_way(x2,x3);
11332 if ( t_of_the_way(x1,x2)>=0 ) { 
11333   t=t_of_the_way(tt,fraction_one); we_found_it;
11334 }
11335
11336 @ @<Handle the test for eastward directions when $y_1y_3=y_2^2$;
11337     either |goto found| or |goto done|@>=
11338
11339   if ( mp_ab_vs_cd(mp, y1,y2,0,0)<0 ) {
11340     t=mp_make_fraction(mp, y1,y1-y2);
11341     x1=t_of_the_way(x1,x2);
11342     x2=t_of_the_way(x2,x3);
11343     if ( t_of_the_way(x1,x2)>=0 ) we_found_it;
11344   } else if ( y3==0 ) {
11345     if ( y1==0 ) {
11346       @<Exit to |found| if the derivative $B(x_1,x_2,x_3;t)$ becomes |>=0|@>;
11347     } else if ( x3>=0 ) {
11348       tt=unity; goto FOUND;
11349     }
11350   }
11351   goto DONE;
11352 }
11353
11354 @ At this point we know that the derivative of |y(t)| is identically zero,
11355 and that |x1<0|; but either |x2>=0| or |x3>=0|, so there's some hope of
11356 traveling east.
11357
11358 @<Exit to |found| if the derivative $B(x_1,x_2,x_3;t)$ becomes |>=0|...@>=
11359
11360   t=mp_crossing_point(mp, -x1,-x2,-x3);
11361   if ( t<=fraction_one ) we_found_it;
11362   if ( mp_ab_vs_cd(mp, x1,x3,x2,x2)<=0 ) { 
11363     t=mp_make_fraction(mp, x1,x1-x2); we_found_it;
11364   }
11365 }
11366
11367 @ The intersection of two cubics can be found by an interesting variant
11368 of the general bisection scheme described in the introduction to
11369 |crossing_point|.\
11370 Given $w(t)=B(w_0,w_1,w_2,w_3;t)$ and $z(t)=B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$,
11371 we wish to find a pair of times $(t_1,t_2)$ such that $w(t_1)=z(t_2)$,
11372 if an intersection exists. First we find the smallest rectangle that
11373 encloses the points $\{w_0,w_1,w_2,w_3\}$ and check that it overlaps
11374 the smallest rectangle that encloses
11375 $\{z_0,z_1,z_2,z_3\}$; if not, the cubics certainly don't intersect.
11376 But if the rectangles do overlap, we bisect the intervals, getting
11377 new cubics $w'$ and~$w''$, $z'$~and~$z''$; the intersection routine first
11378 tries for an intersection between $w'$ and~$z'$, then (if unsuccessful)
11379 between $w'$ and~$z''$, then (if still unsuccessful) between $w''$ and~$z'$,
11380 finally (if thrice unsuccessful) between $w''$ and~$z''$. After $l$~successful
11381 levels of bisection we will have determined the intersection times $t_1$
11382 and~$t_2$ to $l$~bits of accuracy.
11383
11384 \def\submin{_{\rm min}} \def\submax{_{\rm max}}
11385 As before, it is better to work with the numbers $W_k=2^l(w_k-w_{k-1})$
11386 and $Z_k=2^l(z_k-z_{k-1})$ rather than the coefficients $w_k$ and $z_k$
11387 themselves. We also need one other quantity, $\Delta=2^l(w_0-z_0)$,
11388 to determine when the enclosing rectangles overlap. Here's why:
11389 The $x$~coordinates of~$w(t)$ are between $u\submin$ and $u\submax$,
11390 and the $x$~coordinates of~$z(t)$ are between $x\submin$ and $x\submax$,
11391 if we write $w_k=(u_k,v_k)$ and $z_k=(x_k,y_k)$ and $u\submin=
11392 \min(u_0,u_1,u_2,u_3)$, etc. These intervals of $x$~coordinates
11393 overlap if and only if $u\submin\L x\submax$ and
11394 $x\submin\L u\submax$. Letting
11395 $$U\submin=\min(0,U_1,U_1+U_2,U_1+U_2+U_3),\;
11396   U\submax=\max(0,U_1,U_1+U_2,U_1+U_2+U_3),$$
11397 we have $u\submin=2^lu_0+U\submin$, etc.; the condition for overlap
11398 reduces to
11399 $$X\submin-U\submax\L 2^l(u_0-x_0)\L X\submax-U\submin.$$
11400 Thus we want to maintain the quantity $2^l(u_0-x_0)$; similarly,
11401 the quantity $2^l(v_0-y_0)$ accounts for the $y$~coordinates. The
11402 coordinates of $\Delta=2^l(w_0-z_0)$ must stay bounded as $l$ increases,
11403 because of the overlap condition; i.e., we know that $X\submin$,
11404 $X\submax$, and their relatives are bounded, hence $X\submax-
11405 U\submin$ and $X\submin-U\submax$ are bounded.
11406
11407 @ Incidentally, if the given cubics intersect more than once, the process
11408 just sketched will not necessarily find the lexicographically smallest pair
11409 $(t_1,t_2)$. The solution actually obtained will be smallest in ``shuffled
11410 order''; i.e., if $t_1=(.a_1a_2\ldots a_{16})_2$ and
11411 $t_2=(.b_1b_2\ldots b_{16})_2$, then we will minimize
11412 $a_1b_1a_2b_2\ldots a_{16}b_{16}$, not
11413 $a_1a_2\ldots a_{16}b_1b_2\ldots b_{16}$.
11414 Shuffled order agrees with lexicographic order if all pairs of solutions
11415 $(t_1,t_2)$ and $(t_1',t_2')$ have the property that $t_1<t_1'$ iff
11416 $t_2<t_2'$; but in general, lexicographic order can be quite different,
11417 and the bisection algorithm would be substantially less efficient if it were
11418 constrained by lexicographic order.
11419
11420 For example, suppose that an overlap has been found for $l=3$ and
11421 $(t_1,t_2)= (.101,.011)$ in binary, but that no overlap is produced by
11422 either of the alternatives $(.1010,.0110)$, $(.1010,.0111)$ at level~4.
11423 Then there is probably an intersection in one of the subintervals
11424 $(.1011,.011x)$; but lexicographic order would require us to explore
11425 $(.1010,.1xxx)$ and $(.1011,.00xx)$ and $(.1011,.010x)$ first. We wouldn't
11426 want to store all of the subdivision data for the second path, so the
11427 subdivisions would have to be regenerated many times. Such inefficiencies
11428 would be associated with every `1' in the binary representation of~$t_1$.
11429
11430 @ The subdivision process introduces rounding errors, hence we need to
11431 make a more liberal test for overlap. It is not hard to show that the
11432 computed values of $U_i$ differ from the truth by at most~$l$, on
11433 level~$l$, hence $U\submin$ and $U\submax$ will be at most $3l$ in error.
11434 If $\beta$ is an upper bound on the absolute error in the computed
11435 components of $\Delta=(|delx|,|dely|)$ on level~$l$, we will replace
11436 the test `$X\submin-U\submax\L|delx|$' by the more liberal test
11437 `$X\submin-U\submax\L|delx|+|tol|$', where $|tol|=6l+\beta$.
11438
11439 More accuracy is obtained if we try the algorithm first with |tol=0|;
11440 the more liberal tolerance is used only if an exact approach fails.
11441 It is convenient to do this double-take by letting `3' in the preceding
11442 paragraph be a parameter, which is first 0, then 3.
11443
11444 @<Glob...@>=
11445 unsigned int tol_step; /* either 0 or 3, usually */
11446
11447 @ We shall use an explicit stack to implement the recursive bisection
11448 method described above. The |bisect_stack| array will contain numerous 5-word
11449 packets like $(U_1,U_2,U_3,U\submin,U\submax)$, as well as 20-word packets
11450 comprising the 5-word packets for $U$, $V$, $X$, and~$Y$.
11451
11452 The following macros define the allocation of stack positions to
11453 the quantities needed for bisection-intersection.
11454
11455 @d stack_1(A) mp->bisect_stack[(A)] /* $U_1$, $V_1$, $X_1$, or $Y_1$ */
11456 @d stack_2(A) mp->bisect_stack[(A)+1] /* $U_2$, $V_2$, $X_2$, or $Y_2$ */
11457 @d stack_3(A) mp->bisect_stack[(A)+2] /* $U_3$, $V_3$, $X_3$, or $Y_3$ */
11458 @d stack_min(A) mp->bisect_stack[(A)+3]
11459   /* $U\submin$, $V\submin$, $X\submin$, or $Y\submin$ */
11460 @d stack_max(A) mp->bisect_stack[(A)+4]
11461   /* $U\submax$, $V\submax$, $X\submax$, or $Y\submax$ */
11462 @d int_packets 20 /* number of words to represent $U_k$, $V_k$, $X_k$, and $Y_k$ */
11463 @#
11464 @d u_packet(A) ((A)-5)
11465 @d v_packet(A) ((A)-10)
11466 @d x_packet(A) ((A)-15)
11467 @d y_packet(A) ((A)-20)
11468 @d l_packets (mp->bisect_ptr-int_packets)
11469 @d r_packets mp->bisect_ptr
11470 @d ul_packet u_packet(l_packets) /* base of $U'_k$ variables */
11471 @d vl_packet v_packet(l_packets) /* base of $V'_k$ variables */
11472 @d xl_packet x_packet(l_packets) /* base of $X'_k$ variables */
11473 @d yl_packet y_packet(l_packets) /* base of $Y'_k$ variables */
11474 @d ur_packet u_packet(r_packets) /* base of $U''_k$ variables */
11475 @d vr_packet v_packet(r_packets) /* base of $V''_k$ variables */
11476 @d xr_packet x_packet(r_packets) /* base of $X''_k$ variables */
11477 @d yr_packet y_packet(r_packets) /* base of $Y''_k$ variables */
11478 @#
11479 @d u1l stack_1(ul_packet) /* $U'_1$ */
11480 @d u2l stack_2(ul_packet) /* $U'_2$ */
11481 @d u3l stack_3(ul_packet) /* $U'_3$ */
11482 @d v1l stack_1(vl_packet) /* $V'_1$ */
11483 @d v2l stack_2(vl_packet) /* $V'_2$ */
11484 @d v3l stack_3(vl_packet) /* $V'_3$ */
11485 @d x1l stack_1(xl_packet) /* $X'_1$ */
11486 @d x2l stack_2(xl_packet) /* $X'_2$ */
11487 @d x3l stack_3(xl_packet) /* $X'_3$ */
11488 @d y1l stack_1(yl_packet) /* $Y'_1$ */
11489 @d y2l stack_2(yl_packet) /* $Y'_2$ */
11490 @d y3l stack_3(yl_packet) /* $Y'_3$ */
11491 @d u1r stack_1(ur_packet) /* $U''_1$ */
11492 @d u2r stack_2(ur_packet) /* $U''_2$ */
11493 @d u3r stack_3(ur_packet) /* $U''_3$ */
11494 @d v1r stack_1(vr_packet) /* $V''_1$ */
11495 @d v2r stack_2(vr_packet) /* $V''_2$ */
11496 @d v3r stack_3(vr_packet) /* $V''_3$ */
11497 @d x1r stack_1(xr_packet) /* $X''_1$ */
11498 @d x2r stack_2(xr_packet) /* $X''_2$ */
11499 @d x3r stack_3(xr_packet) /* $X''_3$ */
11500 @d y1r stack_1(yr_packet) /* $Y''_1$ */
11501 @d y2r stack_2(yr_packet) /* $Y''_2$ */
11502 @d y3r stack_3(yr_packet) /* $Y''_3$ */
11503 @#
11504 @d stack_dx mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr] /* stacked value of |delx| */
11505 @d stack_dy mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+1] /* stacked value of |dely| */
11506 @d stack_tol mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+2] /* stacked value of |tol| */
11507 @d stack_uv mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+3] /* stacked value of |uv| */
11508 @d stack_xy mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+4] /* stacked value of |xy| */
11509 @d int_increment (int_packets+int_packets+5) /* number of stack words per level */
11510
11511 @<Glob...@>=
11512 integer *bisect_stack;
11513 unsigned int bisect_ptr;
11514
11515 @ @<Allocate or initialize ...@>=
11516 mp->bisect_stack = xmalloc((bistack_size+1),sizeof(integer));
11517
11518 @ @<Dealloc variables@>=
11519 xfree(mp->bisect_stack);
11520
11521 @ @<Check the ``constant''...@>=
11522 if ( int_packets+17*int_increment>bistack_size ) mp->bad=19;
11523
11524 @ Computation of the min and max is a tedious but fairly fast sequence of
11525 instructions; exactly four comparisons are made in each branch.
11526
11527 @d set_min_max(A) 
11528   if ( stack_1((A))<0 ) {
11529     if ( stack_3((A))>=0 ) {
11530       if ( stack_2((A))<0 ) stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11531       else stack_min((A))=stack_1((A));
11532       stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11533       if ( stack_max((A))<0 ) stack_max((A))=0;
11534     } else { 
11535       stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11536       if ( stack_min((A))>stack_1((A)) ) stack_min((A))=stack_1((A));
11537       stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11538       if ( stack_max((A))<0 ) stack_max((A))=0;
11539     }
11540   } else if ( stack_3((A))<=0 ) {
11541     if ( stack_2((A))>0 ) stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11542     else stack_max((A))=stack_1((A));
11543     stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11544     if ( stack_min((A))>0 ) stack_min((A))=0;
11545   } else  { 
11546     stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11547     if ( stack_max((A))<stack_1((A)) ) stack_max((A))=stack_1((A));
11548     stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11549     if ( stack_min((A))>0 ) stack_min((A))=0;
11550   }
11551
11552 @ It's convenient to keep the current values of $l$, $t_1$, and $t_2$ in
11553 the integer form $2^l+2^lt_1$ and $2^l+2^lt_2$. The |cubic_intersection|
11554 routine uses global variables |cur_t| and |cur_tt| for this purpose;
11555 after successful completion, |cur_t| and |cur_tt| will contain |unity|
11556 plus the |scaled| values of $t_1$ and~$t_2$.
11557
11558 The values of |cur_t| and |cur_tt| will be set to zero if |cubic_intersection|
11559 finds no intersection. The routine gives up and gives an approximate answer
11560 if it has backtracked
11561 more than 5000 times (otherwise there are cases where several minutes
11562 of fruitless computation would be possible).
11563
11564 @d max_patience 5000
11565
11566 @<Glob...@>=
11567 integer cur_t;integer cur_tt; /* controls and results of |cubic_intersection| */
11568 integer time_to_go; /* this many backtracks before giving up */
11569 integer max_t; /* maximum of $2^{l+1}$ so far achieved */
11570
11571 @ The given cubics $B(w_0,w_1,w_2,w_3;t)$ and
11572 $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$ are specified in adjacent knot nodes |(p,link(p))|
11573 and |(pp,link(pp))|, respectively.
11574
11575 @c void mp_cubic_intersection (MP mp,pointer p, pointer pp) {
11576   pointer q,qq; /* |link(p)|, |link(pp)| */
11577   mp->time_to_go=max_patience; mp->max_t=2;
11578   @<Initialize for intersections at level zero@>;
11579 CONTINUE:
11580   while (1) { 
11581     if ( mp->delx-mp->tol<=stack_max(x_packet(mp->xy))-stack_min(u_packet(mp->uv)))
11582     if ( mp->delx+mp->tol>=stack_min(x_packet(mp->xy))-stack_max(u_packet(mp->uv)))
11583     if ( mp->dely-mp->tol<=stack_max(y_packet(mp->xy))-stack_min(v_packet(mp->uv)))
11584     if ( mp->dely+mp->tol>=stack_min(y_packet(mp->xy))-stack_max(v_packet(mp->uv))) 
11585     { 
11586       if ( mp->cur_t>=mp->max_t ){ 
11587         if ( mp->max_t==two ) { /* we've done 17 bisections */ 
11588            mp->cur_t=halfp(mp->cur_t+1); mp->cur_tt=halfp(mp->cur_tt+1); return;
11589         }
11590         mp->max_t+=mp->max_t; mp->appr_t=mp->cur_t; mp->appr_tt=mp->cur_tt;
11591       }
11592       @<Subdivide for a new level of intersection@>;
11593       goto CONTINUE;
11594     }
11595     if ( mp->time_to_go>0 ) {
11596       decr(mp->time_to_go);
11597     } else { 
11598       while ( mp->appr_t<unity ) { 
11599         mp->appr_t+=mp->appr_t; mp->appr_tt+=mp->appr_tt;
11600       }
11601       mp->cur_t=mp->appr_t; mp->cur_tt=mp->appr_tt; return;
11602     }
11603     @<Advance to the next pair |(cur_t,cur_tt)|@>;
11604   }
11605 }
11606
11607 @ The following variables are global, although they are used only by
11608 |cubic_intersection|, because it is necessary on some machines to
11609 split |cubic_intersection| up into two procedures.
11610
11611 @<Glob...@>=
11612 integer delx;integer dely; /* the components of $\Delta=2^l(w_0-z_0)$ */
11613 integer tol; /* bound on the uncertainly in the overlap test */
11614 unsigned int uv;
11615 unsigned int xy; /* pointers to the current packets of interest */
11616 integer three_l; /* |tol_step| times the bisection level */
11617 integer appr_t;integer appr_tt; /* best approximations known to the answers */
11618
11619 @ We shall assume that the coordinates are sufficiently non-extreme that
11620 integer overflow will not occur.
11621
11622 @<Initialize for intersections at level zero@>=
11623 q=link(p); qq=link(pp); mp->bisect_ptr=int_packets;
11624 u1r=right_x(p)-x_coord(p); u2r=left_x(q)-right_x(p);
11625 u3r=x_coord(q)-left_x(q); set_min_max(ur_packet);
11626 v1r=right_y(p)-y_coord(p); v2r=left_y(q)-right_y(p);
11627 v3r=y_coord(q)-left_y(q); set_min_max(vr_packet);
11628 x1r=right_x(pp)-x_coord(pp); x2r=left_x(qq)-right_x(pp);
11629 x3r=x_coord(qq)-left_x(qq); set_min_max(xr_packet);
11630 y1r=right_y(pp)-y_coord(pp); y2r=left_y(qq)-right_y(pp);
11631 y3r=y_coord(qq)-left_y(qq); set_min_max(yr_packet);
11632 mp->delx=x_coord(p)-x_coord(pp); mp->dely=y_coord(p)-y_coord(pp);
11633 mp->tol=0; mp->uv=r_packets; mp->xy=r_packets; 
11634 mp->three_l=0; mp->cur_t=1; mp->cur_tt=1
11635
11636 @ @<Subdivide for a new level of intersection@>=
11637 stack_dx=mp->delx; stack_dy=mp->dely; stack_tol=mp->tol; 
11638 stack_uv=mp->uv; stack_xy=mp->xy;
11639 mp->bisect_ptr=mp->bisect_ptr+int_increment;
11640 mp->cur_t+=mp->cur_t; mp->cur_tt+=mp->cur_tt;
11641 u1l=stack_1(u_packet(mp->uv)); u3r=stack_3(u_packet(mp->uv));
11642 u2l=half(u1l+stack_2(u_packet(mp->uv)));
11643 u2r=half(u3r+stack_2(u_packet(mp->uv)));
11644 u3l=half(u2l+u2r); u1r=u3l;
11645 set_min_max(ul_packet); set_min_max(ur_packet);
11646 v1l=stack_1(v_packet(mp->uv)); v3r=stack_3(v_packet(mp->uv));
11647 v2l=half(v1l+stack_2(v_packet(mp->uv)));
11648 v2r=half(v3r+stack_2(v_packet(mp->uv)));
11649 v3l=half(v2l+v2r); v1r=v3l;
11650 set_min_max(vl_packet); set_min_max(vr_packet);
11651 x1l=stack_1(x_packet(mp->xy)); x3r=stack_3(x_packet(mp->xy));
11652 x2l=half(x1l+stack_2(x_packet(mp->xy)));
11653 x2r=half(x3r+stack_2(x_packet(mp->xy)));
11654 x3l=half(x2l+x2r); x1r=x3l;
11655 set_min_max(xl_packet); set_min_max(xr_packet);
11656 y1l=stack_1(y_packet(mp->xy)); y3r=stack_3(y_packet(mp->xy));
11657 y2l=half(y1l+stack_2(y_packet(mp->xy)));
11658 y2r=half(y3r+stack_2(y_packet(mp->xy)));
11659 y3l=half(y2l+y2r); y1r=y3l;
11660 set_min_max(yl_packet); set_min_max(yr_packet);
11661 mp->uv=l_packets; mp->xy=l_packets;
11662 mp->delx+=mp->delx; mp->dely+=mp->dely;
11663 mp->tol=mp->tol-mp->three_l+mp->tol_step; 
11664 mp->tol+=mp->tol; mp->three_l=mp->three_l+mp->tol_step
11665
11666 @ @<Advance to the next pair |(cur_t,cur_tt)|@>=
11667 NOT_FOUND: 
11668 if ( odd(mp->cur_tt) ) {
11669   if ( odd(mp->cur_t) ) {
11670      @<Descend to the previous level and |goto not_found|@>;
11671   } else { 
11672     incr(mp->cur_t);
11673     mp->delx=mp->delx+stack_1(u_packet(mp->uv))+stack_2(u_packet(mp->uv))
11674       +stack_3(u_packet(mp->uv));
11675     mp->dely=mp->dely+stack_1(v_packet(mp->uv))+stack_2(v_packet(mp->uv))
11676       +stack_3(v_packet(mp->uv));
11677     mp->uv=mp->uv+int_packets; /* switch from |l_packet| to |r_packet| */
11678     decr(mp->cur_tt); mp->xy=mp->xy-int_packets; 
11679          /* switch from |r_packet| to |l_packet| */
11680     mp->delx=mp->delx+stack_1(x_packet(mp->xy))+stack_2(x_packet(mp->xy))
11681       +stack_3(x_packet(mp->xy));
11682     mp->dely=mp->dely+stack_1(y_packet(mp->xy))+stack_2(y_packet(mp->xy))
11683       +stack_3(y_packet(mp->xy));
11684   }
11685 } else { 
11686   incr(mp->cur_tt); mp->tol=mp->tol+mp->three_l;
11687   mp->delx=mp->delx-stack_1(x_packet(mp->xy))-stack_2(x_packet(mp->xy))
11688     -stack_3(x_packet(mp->xy));
11689   mp->dely=mp->dely-stack_1(y_packet(mp->xy))-stack_2(y_packet(mp->xy))
11690     -stack_3(y_packet(mp->xy));
11691   mp->xy=mp->xy+int_packets; /* switch from |l_packet| to |r_packet| */
11692 }
11693
11694 @ @<Descend to the previous level...@>=
11695
11696   mp->cur_t=halfp(mp->cur_t); mp->cur_tt=halfp(mp->cur_tt);
11697   if ( mp->cur_t==0 ) return;
11698   mp->bisect_ptr=mp->bisect_ptr-int_increment; 
11699   mp->three_l=mp->three_l-mp->tol_step;
11700   mp->delx=stack_dx; mp->dely=stack_dy; mp->tol=stack_tol; 
11701   mp->uv=stack_uv; mp->xy=stack_xy;
11702   goto NOT_FOUND;
11703 }
11704
11705 @ The |path_intersection| procedure is much simpler.
11706 It invokes |cubic_intersection| in lexicographic order until finding a
11707 pair of cubics that intersect. The final intersection times are placed in
11708 |cur_t| and~|cur_tt|.
11709
11710 @c void mp_path_intersection (MP mp,pointer h, pointer hh) {
11711   pointer p,pp; /* link registers that traverse the given paths */
11712   integer n,nn; /* integer parts of intersection times, minus |unity| */
11713   @<Change one-point paths into dead cycles@>;
11714   mp->tol_step=0;
11715   do {  
11716     n=-unity; p=h;
11717     do {  
11718       if ( right_type(p)!=mp_endpoint ) { 
11719         nn=-unity; pp=hh;
11720         do {  
11721           if ( right_type(pp)!=mp_endpoint )  { 
11722             mp_cubic_intersection(mp, p,pp);
11723             if ( mp->cur_t>0 ) { 
11724               mp->cur_t=mp->cur_t+n; mp->cur_tt=mp->cur_tt+nn; 
11725               return;
11726             }
11727           }
11728           nn=nn+unity; pp=link(pp);
11729         } while (pp!=hh);
11730       }
11731       n=n+unity; p=link(p);
11732     } while (p!=h);
11733     mp->tol_step=mp->tol_step+3;
11734   } while (mp->tol_step<=3);
11735   mp->cur_t=-unity; mp->cur_tt=-unity;
11736 }
11737
11738 @ @<Change one-point paths...@>=
11739 if ( right_type(h)==mp_endpoint ) {
11740   right_x(h)=x_coord(h); left_x(h)=x_coord(h);
11741   right_y(h)=y_coord(h); left_y(h)=y_coord(h); right_type(h)=mp_explicit;
11742 }
11743 if ( right_type(hh)==mp_endpoint ) {
11744   right_x(hh)=x_coord(hh); left_x(hh)=x_coord(hh);
11745   right_y(hh)=y_coord(hh); left_y(hh)=y_coord(hh); right_type(hh)=mp_explicit;
11746 }
11747
11748 @* \[24] Dynamic linear equations.
11749 \MP\ users define variables implicitly by stating equations that should be
11750 satisfied; the computer is supposed to be smart enough to solve those equations.
11751 And indeed, the computer tries valiantly to do so, by distinguishing five
11752 different types of numeric values:
11753
11754 \smallskip\hang
11755 |type(p)=mp_known| is the nice case, when |value(p)| is the |scaled| value
11756 of the variable whose address is~|p|.
11757
11758 \smallskip\hang
11759 |type(p)=mp_dependent| means that |value(p)| is not present, but |dep_list(p)|
11760 points to a {\sl dependency list\/} that expresses the value of variable~|p|
11761 as a |scaled| number plus a sum of independent variables with |fraction|
11762 coefficients.
11763
11764 \smallskip\hang
11765 |type(p)=mp_independent| means that |value(p)=64s+m|, where |s>0| is a ``serial
11766 number'' reflecting the time this variable was first used in an equation;
11767 also |0<=m<64|, and each dependent variable
11768 that refers to this one is actually referring to the future value of
11769 this variable times~$2^m$. (Usually |m=0|, but higher degrees of
11770 scaling are sometimes needed to keep the coefficients in dependency lists
11771 from getting too large. The value of~|m| will always be even.)
11772
11773 \smallskip\hang
11774 |type(p)=mp_numeric_type| means that variable |p| hasn't appeared in an
11775 equation before, but it has been explicitly declared to be numeric.
11776
11777 \smallskip\hang
11778 |type(p)=undefined| means that variable |p| hasn't appeared before.
11779
11780 \smallskip\noindent
11781 We have actually discussed these five types in the reverse order of their
11782 history during a computation: Once |known|, a variable never again
11783 becomes |dependent|; once |dependent|, it almost never again becomes
11784 |mp_independent|; once |mp_independent|, it never again becomes |mp_numeric_type|;
11785 and once |mp_numeric_type|, it never again becomes |undefined| (except
11786 of course when the user specifically decides to scrap the old value
11787 and start again). A backward step may, however, take place: Sometimes
11788 a |dependent| variable becomes |mp_independent| again, when one of the
11789 independent variables it depends on is reverting to |undefined|.
11790
11791
11792 The next patch detects overflow of independent-variable serial
11793 numbers. Diagnosed and patched by Thorsten Dahlheimer.
11794
11795 @d s_scale 64 /* the serial numbers are multiplied by this factor */
11796 @d max_indep_vars 0177777777 /* $2^{25}-1$ */
11797 @d max_serial_no 017777777700 /* |max_indep_vars*s_scale| */
11798 @d new_indep(A)  /* create a new independent variable */
11799   { if ( mp->serial_no==max_serial_no )
11800     mp_fatal_error(mp, "variable instance identifiers exhausted");
11801   type((A))=mp_independent; mp->serial_no=mp->serial_no+s_scale;
11802   value((A))=mp->serial_no;
11803   }
11804
11805 @<Glob...@>=
11806 integer serial_no; /* the most recent serial number, times |s_scale| */
11807
11808 @ @<Make variable |q+s| newly independent@>=new_indep(q+s)
11809
11810 @ But how are dependency lists represented? It's simple: The linear combination
11811 $\alpha_1v_1+\cdots+\alpha_kv_k+\beta$ appears in |k+1| value nodes. If
11812 |q=dep_list(p)| points to this list, and if |k>0|, then |value(q)=
11813 @t$\alpha_1$@>| (which is a |fraction|); |info(q)| points to the location
11814 of $\alpha_1$; and |link(p)| points to the dependency list
11815 $\alpha_2v_2+\cdots+\alpha_kv_k+\beta$. On the other hand if |k=0|,
11816 then |value(q)=@t$\beta$@>| (which is |scaled|) and |info(q)=null|.
11817 The independent variables $v_1$, \dots,~$v_k$ have been sorted so that
11818 they appear in decreasing order of their |value| fields (i.e., of
11819 their serial numbers). \ (It is convenient to use decreasing order,
11820 since |value(null)=0|. If the independent variables were not sorted by
11821 serial number but by some other criterion, such as their location in |mem|,
11822 the equation-solving mechanism would be too system-dependent, because
11823 the ordering can affect the computed results.)
11824
11825 The |link| field in the node that contains the constant term $\beta$ is
11826 called the {\sl final link\/} of the dependency list. \MP\ maintains
11827 a doubly-linked master list of all dependency lists, in terms of a permanently
11828 allocated node
11829 in |mem| called |dep_head|. If there are no dependencies, we have
11830 |link(dep_head)=dep_head| and |prev_dep(dep_head)=dep_head|;
11831 otherwise |link(dep_head)| points to the first dependent variable, say~|p|,
11832 and |prev_dep(p)=dep_head|. We have |type(p)=mp_dependent|, and |dep_list(p)|
11833 points to its dependency list. If the final link of that dependency list
11834 occurs in location~|q|, then |link(q)| points to the next dependent
11835 variable (say~|r|); and we have |prev_dep(r)=q|, etc.
11836
11837 @d dep_list(A) link(value_loc((A)))
11838   /* half of the |value| field in a |dependent| variable */
11839 @d prev_dep(A) info(value_loc((A)))
11840   /* the other half; makes a doubly linked list */
11841 @d dep_node_size 2 /* the number of words per dependency node */
11842
11843 @<Initialize table entries...@>= mp->serial_no=0;
11844 link(dep_head)=dep_head; prev_dep(dep_head)=dep_head;
11845 info(dep_head)=null; dep_list(dep_head)=null;
11846
11847 @ Actually the description above contains a little white lie. There's
11848 another kind of variable called |mp_proto_dependent|, which is
11849 just like a |dependent| one except that the $\alpha$ coefficients
11850 in its dependency list are |scaled| instead of being fractions.
11851 Proto-dependency lists are mixed with dependency lists in the
11852 nodes reachable from |dep_head|.
11853
11854 @ Here is a procedure that prints a dependency list in symbolic form.
11855 The second parameter should be either |dependent| or |mp_proto_dependent|,
11856 to indicate the scaling of the coefficients.
11857
11858 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
11859 void mp_print_dependency (MP mp,pointer p, small_number t) {
11860   integer v; /* a coefficient */
11861   pointer pp,q; /* for list manipulation */
11862   pp=p;
11863   while (1) { 
11864     v=abs(value(p)); q=info(p);
11865     if ( q==null ) { /* the constant term */
11866       if ( (v!=0)||(p==pp) ) {
11867          if ( value(p)>0 ) if ( p!=pp ) mp_print_char(mp, '+');
11868          mp_print_scaled(mp, value(p));
11869       }
11870       return;
11871     }
11872     @<Print the coefficient, unless it's $\pm1.0$@>;
11873     if ( type(q)!=mp_independent ) mp_confusion(mp, "dep");
11874 @:this can't happen dep}{\quad dep@>
11875     mp_print_variable_name(mp, q); v=value(q) % s_scale;
11876     while ( v>0 ) { mp_print(mp, "*4"); v=v-2; }
11877     p=link(p);
11878   }
11879 }
11880
11881 @ @<Print the coefficient, unless it's $\pm1.0$@>=
11882 if ( value(p)<0 ) mp_print_char(mp, '-');
11883 else if ( p!=pp ) mp_print_char(mp, '+');
11884 if ( t==mp_dependent ) v=mp_round_fraction(mp, v);
11885 if ( v!=unity ) mp_print_scaled(mp, v)
11886
11887 @ The maximum absolute value of a coefficient in a given dependency list
11888 is returned by the following simple function.
11889
11890 @c fraction mp_max_coef (MP mp,pointer p) {
11891   fraction x; /* the maximum so far */
11892   x=0;
11893   while ( info(p)!=null ) {
11894     if ( abs(value(p))>x ) x=abs(value(p));
11895     p=link(p);
11896   }
11897   return x;
11898 }
11899
11900 @ One of the main operations needed on dependency lists is to add a multiple
11901 of one list to the other; we call this |p_plus_fq|, where |p| and~|q| point
11902 to dependency lists and |f| is a fraction.
11903
11904 If the coefficient of any independent variable becomes |coef_bound| or
11905 more, in absolute value, this procedure changes the type of that variable
11906 to `|independent_needing_fix|', and sets the global variable |fix_needed|
11907 to~|true|. The value of $|coef_bound|=\mu$ is chosen so that
11908 $\mu^2+\mu<8$; this means that the numbers we deal with won't
11909 get too large. (Instead of the ``optimum'' $\mu=(\sqrt{33}-1)/2\approx
11910 2.3723$, the safer value 7/3 is taken as the threshold.)
11911
11912 The changes mentioned in the preceding paragraph are actually done only if
11913 the global variable |watch_coefs| is |true|. But it usually is; in fact,
11914 it is |false| only when \MP\ is making a dependency list that will soon
11915 be equated to zero.
11916
11917 Several procedures that act on dependency lists, including |p_plus_fq|,
11918 set the global variable |dep_final| to the final (constant term) node of
11919 the dependency list that they produce.
11920
11921 @d coef_bound 04525252525 /* |fraction| approximation to 7/3 */
11922 @d independent_needing_fix 0
11923
11924 @<Glob...@>=
11925 boolean fix_needed; /* does at least one |independent| variable need scaling? */
11926 boolean watch_coefs; /* should we scale coefficients that exceed |coef_bound|? */
11927 pointer dep_final; /* location of the constant term and final link */
11928
11929 @ @<Set init...@>=
11930 mp->fix_needed=false; mp->watch_coefs=true;
11931
11932 @ The |p_plus_fq| procedure has a fourth parameter, |t|, that should be
11933 set to |mp_proto_dependent| if |p| is a proto-dependency list. In this
11934 case |f| will be |scaled|, not a |fraction|. Similarly, the fifth parameter~|tt|
11935 should be |mp_proto_dependent| if |q| is a proto-dependency list.
11936
11937 List |q| is unchanged by the operation; but list |p| is totally destroyed.
11938
11939 The final link of the dependency list or proto-dependency list returned
11940 by |p_plus_fq| is the same as the original final link of~|p|. Indeed, the
11941 constant term of the result will be located in the same |mem| location
11942 as the original constant term of~|p|.
11943
11944 Coefficients of the result are assumed to be zero if they are less than
11945 a certain threshold. This compensates for inevitable rounding errors,
11946 and tends to make more variables `|known|'. The threshold is approximately
11947 $10^{-5}$ in the case of normal dependency lists, $10^{-4}$ for
11948 proto-dependencies.
11949
11950 @d fraction_threshold 2685 /* a |fraction| coefficient less than this is zeroed */
11951 @d half_fraction_threshold 1342 /* half of |fraction_threshold| */
11952 @d scaled_threshold 8 /* a |scaled| coefficient less than this is zeroed */
11953 @d half_scaled_threshold 4 /* half of |scaled_threshold| */
11954
11955 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
11956 pointer mp_p_plus_fq ( MP mp, pointer p, integer f, 
11957                       pointer q, small_number t, small_number tt) ;
11958
11959 @ @c
11960 pointer mp_p_plus_fq ( MP mp, pointer p, integer f, 
11961                       pointer q, small_number t, small_number tt) {
11962   pointer pp,qq; /* |info(p)| and |info(q)|, respectively */
11963   pointer r,s; /* for list manipulation */
11964   integer mp_threshold; /* defines a neighborhood of zero */
11965   integer v; /* temporary register */
11966   if ( t==mp_dependent ) mp_threshold=fraction_threshold;
11967   else mp_threshold=scaled_threshold;
11968   r=temp_head; pp=info(p); qq=info(q);
11969   while (1) {
11970     if ( pp==qq ) {
11971       if ( pp==null ) {
11972        break;
11973       } else {
11974         @<Contribute a term from |p|, plus |f| times the
11975           corresponding term from |q|@>
11976       }
11977     } else if ( value(pp)<value(qq) ) {
11978       @<Contribute a term from |q|, multiplied by~|f|@>
11979     } else { 
11980      link(r)=p; r=p; p=link(p); pp=info(p);
11981     }
11982   }
11983   if ( t==mp_dependent )
11984     value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),mp_take_fraction(mp, value(q),f));
11985   else  
11986     value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),mp_take_scaled(mp, value(q),f));
11987   link(r)=p; mp->dep_final=p; 
11988   return link(temp_head);
11989 }
11990
11991 @ @<Contribute a term from |p|, plus |f|...@>=
11992
11993   if ( tt==mp_dependent ) v=value(p)+mp_take_fraction(mp, f,value(q));
11994   else v=value(p)+mp_take_scaled(mp, f,value(q));
11995   value(p)=v; s=p; p=link(p);
11996   if ( abs(v)<mp_threshold ) {
11997     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
11998   } else {
11999     if ( (abs(v)>=coef_bound)  && mp->watch_coefs ) { 
12000       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
12001     }
12002     link(r)=s; r=s;
12003   };
12004   pp=info(p); q=link(q); qq=info(q);
12005 }
12006
12007 @ @<Contribute a term from |q|, multiplied by~|f|@>=
12008
12009   if ( tt==mp_dependent ) v=mp_take_fraction(mp, f,value(q));
12010   else v=mp_take_scaled(mp, f,value(q));
12011   if ( abs(v)>halfp(mp_threshold) ) { 
12012     s=mp_get_node(mp, dep_node_size); info(s)=qq; value(s)=v;
12013     if ( (abs(v)>=coef_bound) && mp->watch_coefs ) { 
12014       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
12015     }
12016     link(r)=s; r=s;
12017   }
12018   q=link(q); qq=info(q);
12019 }
12020
12021 @ It is convenient to have another subroutine for the special case
12022 of |p_plus_fq| when |f=1.0|. In this routine lists |p| and |q| are
12023 both of the same type~|t| (either |dependent| or |mp_proto_dependent|).
12024
12025 @c pointer mp_p_plus_q (MP mp,pointer p, pointer q, small_number t) {
12026   pointer pp,qq; /* |info(p)| and |info(q)|, respectively */
12027   pointer r,s; /* for list manipulation */
12028   integer mp_threshold; /* defines a neighborhood of zero */
12029   integer v; /* temporary register */
12030   if ( t==mp_dependent ) mp_threshold=fraction_threshold;
12031   else mp_threshold=scaled_threshold;
12032   r=temp_head; pp=info(p); qq=info(q);
12033   while (1) {
12034     if ( pp==qq ) {
12035       if ( pp==null ) {
12036         break;
12037       } else {
12038         @<Contribute a term from |p|, plus the
12039           corresponding term from |q|@>
12040       }
12041     } else if ( value(pp)<value(qq) ) {
12042       s=mp_get_node(mp, dep_node_size); info(s)=qq; value(s)=value(q);
12043       q=link(q); qq=info(q); link(r)=s; r=s;
12044     } else { 
12045       link(r)=p; r=p; p=link(p); pp=info(p);
12046     }
12047   }
12048   value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),value(q));
12049   link(r)=p; mp->dep_final=p; 
12050   return link(temp_head);
12051 }
12052
12053 @ @<Contribute a term from |p|, plus the...@>=
12054
12055   v=value(p)+value(q);
12056   value(p)=v; s=p; p=link(p); pp=info(p);
12057   if ( abs(v)<mp_threshold ) {
12058     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12059   } else { 
12060     if ( (abs(v)>=coef_bound ) && mp->watch_coefs ) {
12061       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
12062     }
12063     link(r)=s; r=s;
12064   }
12065   q=link(q); qq=info(q);
12066 }
12067
12068 @ A somewhat simpler routine will multiply a dependency list
12069 by a given constant~|v|. The constant is either a |fraction| less than
12070 |fraction_one|, or it is |scaled|. In the latter case we might be forced to
12071 convert a dependency list to a proto-dependency list.
12072 Parameters |t0| and |t1| are the list types before and after;
12073 they should agree unless |t0=mp_dependent| and |t1=mp_proto_dependent|
12074 and |v_is_scaled=true|.
12075
12076 @c pointer mp_p_times_v (MP mp,pointer p, integer v, small_number t0,
12077                          small_number t1, boolean v_is_scaled) {
12078   pointer r,s; /* for list manipulation */
12079   integer w; /* tentative coefficient */
12080   integer mp_threshold;
12081   boolean scaling_down;
12082   if ( t0!=t1 ) scaling_down=true; else scaling_down=! v_is_scaled;
12083   if ( t1==mp_dependent ) mp_threshold=half_fraction_threshold;
12084   else mp_threshold=half_scaled_threshold;
12085   r=temp_head;
12086   while ( info(p)!=null ) {    
12087     if ( scaling_down ) w=mp_take_fraction(mp, v,value(p));
12088     else w=mp_take_scaled(mp, v,value(p));
12089     if ( abs(w)<=mp_threshold ) { 
12090       s=link(p); mp_free_node(mp, p,dep_node_size); p=s;
12091     } else {
12092       if ( abs(w)>=coef_bound ) { 
12093         mp->fix_needed=true; type(info(p))=independent_needing_fix;
12094       }
12095       link(r)=p; r=p; value(p)=w; p=link(p);
12096     }
12097   }
12098   link(r)=p;
12099   if ( v_is_scaled ) value(p)=mp_take_scaled(mp, value(p),v);
12100   else value(p)=mp_take_fraction(mp, value(p),v);
12101   return link(temp_head);
12102 };
12103
12104 @ Similarly, we sometimes need to divide a dependency list
12105 by a given |scaled| constant.
12106
12107 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12108 pointer mp_p_over_v (MP mp,pointer p, scaled v, small_number 
12109   t0, small_number t1) ;
12110
12111 @ @c
12112 pointer mp_p_over_v (MP mp,pointer p, scaled v, small_number 
12113   t0, small_number t1) {
12114   pointer r,s; /* for list manipulation */
12115   integer w; /* tentative coefficient */
12116   integer mp_threshold;
12117   boolean scaling_down;
12118   if ( t0!=t1 ) scaling_down=true; else scaling_down=false;
12119   if ( t1==mp_dependent ) mp_threshold=half_fraction_threshold;
12120   else mp_threshold=half_scaled_threshold;
12121   r=temp_head;
12122   while ( info( p)!=null ) {
12123     if ( scaling_down ) {
12124       if ( abs(v)<02000000 ) w=mp_make_scaled(mp, value(p),v*010000);
12125       else w=mp_make_scaled(mp, mp_round_fraction(mp, value(p)),v);
12126     } else {
12127       w=mp_make_scaled(mp, value(p),v);
12128     }
12129     if ( abs(w)<=mp_threshold ) {
12130       s=link(p); mp_free_node(mp, p,dep_node_size); p=s;
12131     } else { 
12132       if ( abs(w)>=coef_bound ) {
12133          mp->fix_needed=true; type(info(p))=independent_needing_fix;
12134       }
12135       link(r)=p; r=p; value(p)=w; p=link(p);
12136     }
12137   }
12138   link(r)=p; value(p)=mp_make_scaled(mp, value(p),v);
12139   return link(temp_head);
12140 };
12141
12142 @ Here's another utility routine for dependency lists. When an independent
12143 variable becomes dependent, we want to remove it from all existing
12144 dependencies. The |p_with_x_becoming_q| function computes the
12145 dependency list of~|p| after variable~|x| has been replaced by~|q|.
12146
12147 This procedure has basically the same calling conventions as |p_plus_fq|:
12148 List~|q| is unchanged; list~|p| is destroyed; the constant node and the
12149 final link are inherited from~|p|; and the fourth parameter tells whether
12150 or not |p| is |mp_proto_dependent|. However, the global variable |dep_final|
12151 is not altered if |x| does not occur in list~|p|.
12152
12153 @c pointer mp_p_with_x_becoming_q (MP mp,pointer p,
12154            pointer x, pointer q, small_number t) {
12155   pointer r,s; /* for list manipulation */
12156   integer v; /* coefficient of |x| */
12157   integer sx; /* serial number of |x| */
12158   s=p; r=temp_head; sx=value(x);
12159   while ( value(info(s))>sx ) { r=s; s=link(s); };
12160   if ( info(s)!=x ) { 
12161     return p;
12162   } else { 
12163     link(temp_head)=p; link(r)=link(s); v=value(s);
12164     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12165     return mp_p_plus_fq(mp, link(temp_head),v,q,t,mp_dependent);
12166   }
12167 }
12168
12169 @ Here's a simple procedure that reports an error when a variable
12170 has just received a known value that's out of the required range.
12171
12172 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12173 void mp_val_too_big (MP mp,scaled x) ;
12174
12175 @ @c void mp_val_too_big (MP mp,scaled x) { 
12176   if ( mp->internal[mp_warning_check]>0 ) { 
12177     print_err("Value is too large ("); mp_print_scaled(mp, x); mp_print_char(mp, ')');
12178 @.Value is too large@>
12179     help4("The equation I just processed has given some variable")
12180       ("a value of 4096 or more. Continue and I'll try to cope")
12181       ("with that big value; but it might be dangerous.")
12182       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
12183     mp_error(mp);
12184   }
12185 }
12186
12187 @ When a dependent variable becomes known, the following routine
12188 removes its dependency list. Here |p| points to the variable, and
12189 |q| points to the dependency list (which is one node long).
12190
12191 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12192 void mp_make_known (MP mp,pointer p, pointer q) ;
12193
12194 @ @c void mp_make_known (MP mp,pointer p, pointer q) {
12195   int t; /* the previous type */
12196   prev_dep(link(q))=prev_dep(p);
12197   link(prev_dep(p))=link(q); t=type(p);
12198   type(p)=mp_known; value(p)=value(q); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
12199   if ( abs(value(p))>=fraction_one ) mp_val_too_big(mp, value(p));
12200   if (( mp->internal[mp_tracing_equations]>0) && mp_interesting(mp, p) ) {
12201     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "#### ");
12202 @:]]]\#\#\#\#_}{\.{\#\#\#\#}@>
12203     mp_print_variable_name(mp, p); 
12204     mp_print_char(mp, '='); mp_print_scaled(mp, value(p));
12205     mp_end_diagnostic(mp, false);
12206   }
12207   if (( mp->cur_exp==p ) && mp->cur_type==t ) {
12208     mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=value(p);
12209     mp_free_node(mp, p,value_node_size);
12210   }
12211 }
12212
12213 @ The |fix_dependencies| routine is called into action when |fix_needed|
12214 has been triggered. The program keeps a list~|s| of independent variables
12215 whose coefficients must be divided by~4.
12216
12217 In unusual cases, this fixup process might reduce one or more coefficients
12218 to zero, so that a variable will become known more or less by default.
12219
12220 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12221 void mp_fix_dependencies (MP mp);
12222
12223 @ @c void mp_fix_dependencies (MP mp) {
12224   pointer p,q,r,s,t; /* list manipulation registers */
12225   pointer x; /* an independent variable */
12226   r=link(dep_head); s=null;
12227   while ( r!=dep_head ){ 
12228     t=r;
12229     @<Run through the dependency list for variable |t|, fixing
12230       all nodes, and ending with final link~|q|@>;
12231     r=link(q);
12232     if ( q==dep_list(t) ) mp_make_known(mp, t,q);
12233   }
12234   while ( s!=null ) { 
12235     p=link(s); x=info(s); free_avail(s); s=p;
12236     type(x)=mp_independent; value(x)=value(x)+2;
12237   }
12238   mp->fix_needed=false;
12239 }
12240
12241 @ @d independent_being_fixed 1 /* this variable already appears in |s| */
12242
12243 @<Run through the dependency list for variable |t|...@>=
12244 r=value_loc(t); /* |link(r)=dep_list(t)| */
12245 while (1) { 
12246   q=link(r); x=info(q);
12247   if ( x==null ) break;
12248   if ( type(x)<=independent_being_fixed ) {
12249     if ( type(x)<independent_being_fixed ) {
12250       p=mp_get_avail(mp); link(p)=s; s=p;
12251       info(s)=x; type(x)=independent_being_fixed;
12252     }
12253     value(q)=value(q) / 4;
12254     if ( value(q)==0 ) {
12255       link(r)=link(q); mp_free_node(mp, q,dep_node_size); q=r;
12256     }
12257   }
12258   r=q;
12259 }
12260
12261
12262 @ The |new_dep| routine installs a dependency list~|p| into the value node~|q|,
12263 linking it into the list of all known dependencies. We assume that
12264 |dep_final| points to the final node of list~|p|.
12265
12266 @c void mp_new_dep (MP mp,pointer q, pointer p) {
12267   pointer r; /* what used to be the first dependency */
12268   dep_list(q)=p; prev_dep(q)=dep_head;
12269   r=link(dep_head); link(mp->dep_final)=r; prev_dep(r)=mp->dep_final;
12270   link(dep_head)=q;
12271 }
12272
12273 @ Here is one of the ways a dependency list gets started.
12274 The |const_dependency| routine produces a list that has nothing but
12275 a constant term.
12276
12277 @c pointer mp_const_dependency (MP mp, scaled v) {
12278   mp->dep_final=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12279   value(mp->dep_final)=v; info(mp->dep_final)=null;
12280   return mp->dep_final;
12281 }
12282
12283 @ And here's a more interesting way to start a dependency list from scratch:
12284 The parameter to |single_dependency| is the location of an
12285 independent variable~|x|, and the result is the simple dependency list
12286 `|x+0|'.
12287
12288 In the unlikely event that the given independent variable has been doubled so
12289 often that we can't refer to it with a nonzero coefficient,
12290 |single_dependency| returns the simple list `0'.  This case can be
12291 recognized by testing that the returned list pointer is equal to
12292 |dep_final|.
12293
12294 @c pointer mp_single_dependency (MP mp,pointer p) {
12295   pointer q; /* the new dependency list */
12296   integer m; /* the number of doublings */
12297   m=value(p) % s_scale;
12298   if ( m>28 ) {
12299     return mp_const_dependency(mp, 0);
12300   } else { 
12301     q=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12302     value(q)=two_to_the(28-m); info(q)=p;
12303     link(q)=mp_const_dependency(mp, 0);
12304     return q;
12305   }
12306 }
12307
12308 @ We sometimes need to make an exact copy of a dependency list.
12309
12310 @c pointer mp_copy_dep_list (MP mp,pointer p) {
12311   pointer q; /* the new dependency list */
12312   q=mp_get_node(mp, dep_node_size); mp->dep_final=q;
12313   while (1) { 
12314     info(mp->dep_final)=info(p); value(mp->dep_final)=value(p);
12315     if ( info(mp->dep_final)==null ) break;
12316     link(mp->dep_final)=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12317     mp->dep_final=link(mp->dep_final); p=link(p);
12318   }
12319   return q;
12320 }
12321
12322 @ But how do variables normally become known? Ah, now we get to the heart of the
12323 equation-solving mechanism. The |linear_eq| procedure is given a |dependent|
12324 or |mp_proto_dependent| list,~|p|, in which at least one independent variable
12325 appears. It equates this list to zero, by choosing an independent variable
12326 with the largest coefficient and making it dependent on the others. The
12327 newly dependent variable is eliminated from all current dependencies,
12328 thereby possibly making other dependent variables known.
12329
12330 The given list |p| is, of course, totally destroyed by all this processing.
12331
12332 @c void mp_linear_eq (MP mp, pointer p, small_number t) {
12333   pointer q,r,s; /* for link manipulation */
12334   pointer x; /* the variable that loses its independence */
12335   integer n; /* the number of times |x| had been halved */
12336   integer v; /* the coefficient of |x| in list |p| */
12337   pointer prev_r; /* lags one step behind |r| */
12338   pointer final_node; /* the constant term of the new dependency list */
12339   integer w; /* a tentative coefficient */
12340    @<Find a node |q| in list |p| whose coefficient |v| is largest@>;
12341   x=info(q); n=value(x) % s_scale;
12342   @<Divide list |p| by |-v|, removing node |q|@>;
12343   if ( mp->internal[mp_tracing_equations]>0 ) {
12344     @<Display the new dependency@>;
12345   }
12346   @<Simplify all existing dependencies by substituting for |x|@>;
12347   @<Change variable |x| from |independent| to |dependent| or |known|@>;
12348   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
12349 }
12350
12351 @ @<Find a node |q| in list |p| whose coefficient |v| is largest@>=
12352 q=p; r=link(p); v=value(q);
12353 while ( info(r)!=null ) { 
12354   if ( abs(value(r))>abs(v) ) { q=r; v=value(r); };
12355   r=link(r);
12356 }
12357
12358 @ Here we want to change the coefficients from |scaled| to |fraction|,
12359 except in the constant term. In the common case of a trivial equation
12360 like `\.{x=3.14}', we will have |v=-fraction_one|, |q=p|, and |t=mp_dependent|.
12361
12362 @<Divide list |p| by |-v|, removing node |q|@>=
12363 s=temp_head; link(s)=p; r=p;
12364 do { 
12365   if ( r==q ) {
12366     link(s)=link(r); mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12367   } else  { 
12368     w=mp_make_fraction(mp, value(r),v);
12369     if ( abs(w)<=half_fraction_threshold ) {
12370       link(s)=link(r); mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12371     } else { 
12372       value(r)=-w; s=r;
12373     }
12374   }
12375   r=link(s);
12376 } while (info(r)!=null);
12377 if ( t==mp_proto_dependent ) {
12378   value(r)=-mp_make_scaled(mp, value(r),v);
12379 } else if ( v!=-fraction_one ) {
12380   value(r)=-mp_make_fraction(mp, value(r),v);
12381 }
12382 final_node=r; p=link(temp_head)
12383
12384 @ @<Display the new dependency@>=
12385 if ( mp_interesting(mp, x) ) {
12386   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "## "); 
12387   mp_print_variable_name(mp, x);
12388 @:]]]\#\#_}{\.{\#\#}@>
12389   w=n;
12390   while ( w>0 ) { mp_print(mp, "*4"); w=w-2;  };
12391   mp_print_char(mp, '='); mp_print_dependency(mp, p,mp_dependent); 
12392   mp_end_diagnostic(mp, false);
12393 }
12394
12395 @ @<Simplify all existing dependencies by substituting for |x|@>=
12396 prev_r=dep_head; r=link(dep_head);
12397 while ( r!=dep_head ) {
12398   s=dep_list(r); q=mp_p_with_x_becoming_q(mp, s,x,p,type(r));
12399   if ( info(q)==null ) {
12400     mp_make_known(mp, r,q);
12401   } else { 
12402     dep_list(r)=q;
12403     do {  q=link(q); } while (info(q)!=null);
12404     prev_r=q;
12405   }
12406   r=link(prev_r);
12407 }
12408
12409 @ @<Change variable |x| from |independent| to |dependent| or |known|@>=
12410 if ( n>0 ) @<Divide list |p| by $2^n$@>;
12411 if ( info(p)==null ) {
12412   type(x)=mp_known;
12413   value(x)=value(p);
12414   if ( abs(value(x))>=fraction_one ) mp_val_too_big(mp, value(x));
12415   mp_free_node(mp, p,dep_node_size);
12416   if ( mp->cur_exp==x ) if ( mp->cur_type==mp_independent ) {
12417     mp->cur_exp=value(x); mp->cur_type=mp_known;
12418     mp_free_node(mp, x,value_node_size);
12419   }
12420 } else { 
12421   type(x)=mp_dependent; mp->dep_final=final_node; mp_new_dep(mp, x,p);
12422   if ( mp->cur_exp==x ) if ( mp->cur_type==mp_independent ) mp->cur_type=mp_dependent;
12423 }
12424
12425 @ @<Divide list |p| by $2^n$@>=
12426
12427   s=temp_head; link(temp_head)=p; r=p;
12428   do {  
12429     if ( n>30 ) w=0;
12430     else w=value(r) / two_to_the(n);
12431     if ( (abs(w)<=half_fraction_threshold)&&(info(r)!=null) ) {
12432       link(s)=link(r);
12433       mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12434     } else { 
12435       value(r)=w; s=r;
12436     }
12437     r=link(s);
12438   } while (info(s)!=null);
12439   p=link(temp_head);
12440 }
12441
12442 @ The |check_mem| procedure, which is used only when \MP\ is being
12443 debugged, makes sure that the current dependency lists are well formed.
12444
12445 @<Check the list of linear dependencies@>=
12446 q=dep_head; p=link(q);
12447 while ( p!=dep_head ) {
12448   if ( prev_dep(p)!=q ) {
12449     mp_print_nl(mp, "Bad PREVDEP at "); mp_print_int(mp, p);
12450 @.Bad PREVDEP...@>
12451   }
12452   p=dep_list(p);
12453   while (1) {
12454     r=info(p); q=p; p=link(q);
12455     if ( r==null ) break;
12456     if ( value(info(p))>=value(r) ) {
12457       mp_print_nl(mp, "Out of order at "); mp_print_int(mp, p);
12458 @.Out of order...@>
12459     }
12460   }
12461 }
12462
12463 @* \[25] Dynamic nonlinear equations.
12464 Variables of numeric type are maintained by the general scheme of
12465 independent, dependent, and known values that we have just studied;
12466 and the components of pair and transform variables are handled in the
12467 same way. But \MP\ also has five other types of values: \&{boolean},
12468 \&{string}, \&{pen}, \&{path}, and \&{picture}; what about them?
12469
12470 Equations are allowed between nonlinear quantities, but only in a
12471 simple form. Two variables that haven't yet been assigned values are
12472 either equal to each other, or they're not.
12473
12474 Before a boolean variable has received a value, its type is |mp_unknown_boolean|;
12475 similarly, there are variables whose type is |mp_unknown_string|, |mp_unknown_pen|,
12476 |mp_unknown_path|, and |mp_unknown_picture|. In such cases the value is either
12477 |null| (which means that no other variables are equivalent to this one), or
12478 it points to another variable of the same undefined type. The pointers in the
12479 latter case form a cycle of nodes, which we shall call a ``ring.''
12480 Rings of undefined variables may include capsules, which arise as
12481 intermediate results within expressions or as \&{expr} parameters to macros.
12482
12483 When one member of a ring receives a value, the same value is given to
12484 all the other members. In the case of paths and pictures, this implies
12485 making separate copies of a potentially large data structure; users should
12486 restrain their enthusiasm for such generality, unless they have lots and
12487 lots of memory space.
12488
12489 @ The following procedure is called when a capsule node is being
12490 added to a ring (e.g., when an unknown variable is mentioned in an expression).
12491
12492 @c pointer mp_new_ring_entry (MP mp,pointer p) {
12493   pointer q; /* the new capsule node */
12494   q=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(q)=mp_capsule;
12495   type(q)=type(p);
12496   if ( value(p)==null ) value(q)=p; else value(q)=value(p);
12497   value(p)=q;
12498   return q;
12499 }
12500
12501 @ Conversely, we might delete a capsule or a variable before it becomes known.
12502 The following procedure simply detaches a quantity from its ring,
12503 without recycling the storage.
12504
12505 @<Declare the recycling subroutines@>=
12506 void mp_ring_delete (MP mp,pointer p) {
12507   pointer q; 
12508   q=value(p);
12509   if ( q!=null ) if ( q!=p ){ 
12510     while ( value(q)!=p ) q=value(q);
12511     value(q)=value(p);
12512   }
12513 }
12514
12515 @ Eventually there might be an equation that assigns values to all of the
12516 variables in a ring. The |nonlinear_eq| subroutine does the necessary
12517 propagation of values.
12518
12519 If the parameter |flush_p| is |true|, node |p| itself needn't receive a
12520 value, it will soon be recycled.
12521
12522 @c void mp_nonlinear_eq (MP mp,integer v, pointer p, boolean flush_p) {
12523   small_number t; /* the type of ring |p| */
12524   pointer q,r; /* link manipulation registers */
12525   t=type(p)-unknown_tag; q=value(p);
12526   if ( flush_p ) type(p)=mp_vacuous; else p=q;
12527   do {  
12528     r=value(q); type(q)=t;
12529     switch (t) {
12530     case mp_boolean_type: value(q)=v; break;
12531     case mp_string_type: value(q)=v; add_str_ref(v); break;
12532     case mp_pen_type: value(q)=copy_pen(v); break;
12533     case mp_path_type: value(q)=mp_copy_path(mp, v); break;
12534     case mp_picture_type: value(q)=v; add_edge_ref(v); break;
12535     } /* there ain't no more cases */
12536     q=r;
12537   } while (q!=p);
12538 }
12539
12540 @ If two members of rings are equated, and if they have the same type,
12541 the |ring_merge| procedure is called on to make them equivalent.
12542
12543 @c void mp_ring_merge (MP mp,pointer p, pointer q) {
12544   pointer r; /* traverses one list */
12545   r=value(p);
12546   while ( r!=p ) {
12547     if ( r==q ) {
12548       @<Exclaim about a redundant equation@>;
12549       return;
12550     };
12551     r=value(r);
12552   }
12553   r=value(p); value(p)=value(q); value(q)=r;
12554 }
12555
12556 @ @<Exclaim about a redundant equation@>=
12557
12558   print_err("Redundant equation");
12559 @.Redundant equation@>
12560   help2("I already knew that this equation was true.")
12561    ("But perhaps no harm has been done; let's continue.");
12562   mp_put_get_error(mp);
12563 }
12564
12565 @* \[26] Introduction to the syntactic routines.
12566 Let's pause a moment now and try to look at the Big Picture.
12567 The \MP\ program consists of three main parts: syntactic routines,
12568 semantic routines, and output routines. The chief purpose of the
12569 syntactic routines is to deliver the user's input to the semantic routines,
12570 while parsing expressions and locating operators and operands. The
12571 semantic routines act as an interpreter responding to these operators,
12572 which may be regarded as commands. And the output routines are
12573 periodically called on to produce compact font descriptions that can be
12574 used for typesetting or for making interim proof drawings. We have
12575 discussed the basic data structures and many of the details of semantic
12576 operations, so we are good and ready to plunge into the part of \MP\ that
12577 actually controls the activities.
12578
12579 Our current goal is to come to grips with the |get_next| procedure,
12580 which is the keystone of \MP's input mechanism. Each call of |get_next|
12581 sets the value of three variables |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|,
12582 representing the next input token.
12583 $$\vbox{\halign{#\hfil\cr
12584   \hbox{|cur_cmd| denotes a command code from the long list of codes
12585    given earlier;}\cr
12586   \hbox{|cur_mod| denotes a modifier of the command code;}\cr
12587   \hbox{|cur_sym| is the hash address of the symbolic token that was
12588    just scanned,}\cr
12589   \hbox{\qquad or zero in the case of a numeric or string
12590    or capsule token.}\cr}}$$
12591 Underlying this external behavior of |get_next| is all the machinery
12592 necessary to convert from character files to tokens. At a given time we
12593 may be only partially finished with the reading of several files (for
12594 which \&{input} was specified), and partially finished with the expansion
12595 of some user-defined macros and/or some macro parameters, and partially
12596 finished reading some text that the user has inserted online,
12597 and so on. When reading a character file, the characters must be
12598 converted to tokens; comments and blank spaces must
12599 be removed, numeric and string tokens must be evaluated.
12600
12601 To handle these situations, which might all be present simultaneously,
12602 \MP\ uses various stacks that hold information about the incomplete
12603 activities, and there is a finite state control for each level of the
12604 input mechanism. These stacks record the current state of an implicitly
12605 recursive process, but the |get_next| procedure is not recursive.
12606
12607 @<Glob...@>=
12608 eight_bits cur_cmd; /* current command set by |get_next| */
12609 integer cur_mod; /* operand of current command */
12610 halfword cur_sym; /* hash address of current symbol */
12611
12612 @ The |print_cmd_mod| routine prints a symbolic interpretation of a
12613 command code and its modifier.
12614 It consists of a rather tedious sequence of print
12615 commands, and most of it is essentially an inverse to the |primitive|
12616 routine that enters a \MP\ primitive into |hash| and |eqtb|. Therefore almost
12617 all of this procedure appears elsewhere in the program, together with the
12618 corresponding |primitive| calls.
12619
12620 @<Declare the procedure called |print_cmd_mod|@>=
12621 void mp_print_cmd_mod (MP mp,integer c, integer m) { 
12622  switch (c) {
12623   @<Cases of |print_cmd_mod| for symbolic printing of primitives@>
12624   default: mp_print(mp, "[unknown command code!]"); break;
12625   }
12626 }
12627
12628 @ Here is a procedure that displays a given command in braces, in the
12629 user's transcript file.
12630
12631 @d show_cur_cmd_mod mp_show_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod)
12632
12633 @c 
12634 void mp_show_cmd_mod (MP mp,integer c, integer m) { 
12635   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{");
12636   mp_print_cmd_mod(mp, c,m); mp_print_char(mp, '}');
12637   mp_end_diagnostic(mp, false);
12638 }
12639
12640 @* \[27] Input stacks and states.
12641 The state of \MP's input mechanism appears in the input stack, whose
12642 entries are records with five fields, called |index|, |start|, |loc|,
12643 |limit|, and |name|. The top element of this stack is maintained in a
12644 global variable for which no subscripting needs to be done; the other
12645 elements of the stack appear in an array. Hence the stack is declared thus:
12646
12647 @<Types...@>=
12648 typedef struct {
12649   quarterword index_field;
12650   halfword start_field, loc_field, limit_field, name_field;
12651 } in_state_record;
12652
12653 @ @<Glob...@>=
12654 in_state_record *input_stack;
12655 integer input_ptr; /* first unused location of |input_stack| */
12656 integer max_in_stack; /* largest value of |input_ptr| when pushing */
12657 in_state_record cur_input; /* the ``top'' input state */
12658 int stack_size; /* maximum number of simultaneous input sources */
12659
12660 @ @<Allocate or initialize ...@>=
12661 mp->stack_size = 300;
12662 mp->input_stack = xmalloc((mp->stack_size+1),sizeof(in_state_record));
12663
12664 @ @<Dealloc variables@>=
12665 xfree(mp->input_stack);
12666
12667 @ We've already defined the special variable |loc==cur_input.loc_field|
12668 in our discussion of basic input-output routines. The other components of
12669 |cur_input| are defined in the same way:
12670
12671 @d index mp->cur_input.index_field /* reference for buffer information */
12672 @d start mp->cur_input.start_field /* starting position in |buffer| */
12673 @d limit mp->cur_input.limit_field /* end of current line in |buffer| */
12674 @d name mp->cur_input.name_field /* name of the current file */
12675
12676 @ Let's look more closely now at the five control variables
12677 (|index|,~|start|,~|loc|,~|limit|,~|name|),
12678 assuming that \MP\ is reading a line of characters that have been input
12679 from some file or from the user's terminal. There is an array called
12680 |buffer| that acts as a stack of all lines of characters that are
12681 currently being read from files, including all lines on subsidiary
12682 levels of the input stack that are not yet completed. \MP\ will return to
12683 the other lines when it is finished with the present input file.
12684
12685 (Incidentally, on a machine with byte-oriented addressing, it would be
12686 appropriate to combine |buffer| with the |str_pool| array,
12687 letting the buffer entries grow downward from the top of the string pool
12688 and checking that these two tables don't bump into each other.)
12689
12690 The line we are currently working on begins in position |start| of the
12691 buffer; the next character we are about to read is |buffer[loc]|; and
12692 |limit| is the location of the last character present. We always have
12693 |loc<=limit|. For convenience, |buffer[limit]| has been set to |"%"|, so
12694 that the end of a line is easily sensed.
12695
12696 The |name| variable is a string number that designates the name of
12697 the current file, if we are reading an ordinary text file.  Special codes
12698 |is_term..max_spec_src| indicate other sources of input text.
12699
12700 @d is_term 0 /* |name| value when reading from the terminal for normal input */
12701 @d is_read 1 /* |name| value when executing a \&{readstring} or \&{readfrom} */
12702 @d is_scantok 2 /* |name| value when reading text generated by \&{scantokens} */
12703 @d max_spec_src is_scantok
12704
12705 @ Additional information about the current line is available via the
12706 |index| variable, which counts how many lines of characters are present
12707 in the buffer below the current level. We have |index=0| when reading
12708 from the terminal and prompting the user for each line; then if the user types,
12709 e.g., `\.{input figs}', we will have |index=1| while reading
12710 the file \.{figs.mp}. However, it does not follow that |index| is the
12711 same as the input stack pointer, since many of the levels on the input
12712 stack may come from token lists and some |index| values may correspond
12713 to \.{MPX} files that are not currently on the stack.
12714
12715 The global variable |in_open| is equal to the highest |index| value counting
12716 \.{MPX} files but excluding token-list input levels.  Thus, the number of
12717 partially read lines in the buffer is |in_open+1| and we have |in_open>=index|
12718 when we are not reading a token list.
12719
12720 If we are not currently reading from the terminal,
12721 we are reading from the file variable |input_file[index]|. We use
12722 the notation |terminal_input| as a convenient abbreviation for |name=is_term|,
12723 and |cur_file| as an abbreviation for |input_file[index]|.
12724
12725 When \MP\ is not reading from the terminal, the global variable |line| contains
12726 the line number in the current file, for use in error messages. More precisely,
12727 |line| is a macro for |line_stack[index]| and the |line_stack| array gives
12728 the line number for each file in the |input_file| array.
12729
12730 When an \.{MPX} file is opened the file name is stored in the |mpx_name|
12731 array so that the name doesn't get lost when the file is temporarily removed
12732 from the input stack.
12733 Thus when |input_file[k]| is an \.{MPX} file, its name is |mpx_name[k]|
12734 and it contains translated \TeX\ pictures for |input_file[k-1]|.
12735 Since this is not an \.{MPX} file, we have
12736 $$ \hbox{|mpx_name[k-1]<=absent|}. $$
12737 This |name| field is set to |finished| when |input_file[k]| is completely
12738 read.
12739
12740 If more information about the input state is needed, it can be
12741 included in small arrays like those shown here. For example,
12742 the current page or segment number in the input file might be put
12743 into a variable |page|, that is really a macro for the current entry
12744 in `\ignorespaces|page_stack:array[0..max_in_open] of integer|\unskip'
12745 by analogy with |line_stack|.
12746 @^system dependencies@>
12747
12748 @d terminal_input (name==is_term) /* are we reading from the terminal? */
12749 @d cur_file mp->input_file[index] /* the current |FILE *| variable */
12750 @d line mp->line_stack[index] /* current line number in the current source file */
12751 @d in_name mp->iname_stack[index] /* a string used to construct \.{MPX} file names */
12752 @d in_area mp->iarea_stack[index] /* another string for naming \.{MPX} files */
12753 @d absent 1 /* |name_field| value for unused |mpx_in_stack| entries */
12754 @d mpx_reading (mp->mpx_name[index]>absent)
12755   /* when reading a file, is it an \.{MPX} file? */
12756 @d finished 0
12757   /* |name_field| value when the corresponding \.{MPX} file is finished */
12758
12759 @<Glob...@>=
12760 integer in_open; /* the number of lines in the buffer, less one */
12761 unsigned int open_parens; /* the number of open text files */
12762 FILE  * *input_file ;
12763 integer *line_stack ; /* the line number for each file */
12764 char *  *iname_stack; /* used for naming \.{MPX} files */
12765 char *  *iarea_stack; /* used for naming \.{MPX} files */
12766 halfword*mpx_name  ;
12767
12768 @ @<Allocate or ...@>=
12769 mp->input_file  = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(FILE *));
12770 mp->line_stack  = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(integer));
12771 mp->iname_stack = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(char *));
12772 mp->iarea_stack = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(char *));
12773 mp->mpx_name    = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(halfword));
12774 {
12775   int k;
12776   for (k=0;k<=mp->max_in_open;k++) {
12777     mp->iname_stack[k] =NULL;
12778     mp->iarea_stack[k] =NULL;
12779   }
12780 }
12781
12782 @ @<Dealloc variables@>=
12783 {
12784   int l;
12785   for (l=0;l<=mp->max_in_open;l++) {
12786     xfree(mp->iname_stack[l]);
12787     xfree(mp->iarea_stack[l]);
12788   }
12789 }
12790 xfree(mp->input_file);
12791 xfree(mp->line_stack);
12792 xfree(mp->iname_stack);
12793 xfree(mp->iarea_stack);
12794 xfree(mp->mpx_name);
12795
12796
12797 @ However, all this discussion about input state really applies only to the
12798 case that we are inputting from a file. There is another important case,
12799 namely when we are currently getting input from a token list. In this case
12800 |index>max_in_open|, and the conventions about the other state variables
12801 are different:
12802
12803 \yskip\hang|loc| is a pointer to the current node in the token list, i.e.,
12804 the node that will be read next. If |loc=null|, the token list has been
12805 fully read.
12806
12807 \yskip\hang|start| points to the first node of the token list; this node
12808 may or may not contain a reference count, depending on the type of token
12809 list involved.
12810
12811 \yskip\hang|token_type|, which takes the place of |index| in the
12812 discussion above, is a code number that explains what kind of token list
12813 is being scanned.
12814
12815 \yskip\hang|name| points to the |eqtb| address of the control sequence
12816 being expanded, if the current token list is a macro not defined by
12817 \&{vardef}. Macros defined by \&{vardef} have |name=null|; their name
12818 can be deduced by looking at their first two parameters.
12819
12820 \yskip\hang|param_start|, which takes the place of |limit|, tells where
12821 the parameters of the current macro or loop text begin in the |param_stack|.
12822
12823 \yskip\noindent The |token_type| can take several values, depending on
12824 where the current token list came from:
12825
12826 \yskip
12827 \indent|forever_text|, if the token list being scanned is the body of
12828 a \&{forever} loop;
12829
12830 \indent|loop_text|, if the token list being scanned is the body of
12831 a \&{for} or \&{forsuffixes} loop;
12832
12833 \indent|parameter|, if a \&{text} or \&{suffix} parameter is being scanned;
12834
12835 \indent|backed_up|, if the token list being scanned has been inserted as
12836 `to be read again'.
12837
12838 \indent|inserted|, if the token list being scanned has been inserted as
12839 part of error recovery;
12840
12841 \indent|macro|, if the expansion of a user-defined symbolic token is being
12842 scanned.
12843
12844 \yskip\noindent
12845 The token list begins with a reference count if and only if |token_type=
12846 macro|.
12847 @^reference counts@>
12848
12849 @d token_type index /* type of current token list */
12850 @d token_state (index>(int)mp->max_in_open) /* are we scanning a token list? */
12851 @d file_state (index<=(int)mp->max_in_open) /* are we scanning a file line? */
12852 @d param_start limit /* base of macro parameters in |param_stack| */
12853 @d forever_text (mp->max_in_open+1) /* |token_type| code for loop texts */
12854 @d loop_text (mp->max_in_open+2) /* |token_type| code for loop texts */
12855 @d parameter (mp->max_in_open+3) /* |token_type| code for parameter texts */
12856 @d backed_up (mp->max_in_open+4) /* |token_type| code for texts to be reread */
12857 @d inserted (mp->max_in_open+5) /* |token_type| code for inserted texts */
12858 @d macro (mp->max_in_open+6) /* |token_type| code for macro replacement texts */
12859
12860 @ The |param_stack| is an auxiliary array used to hold pointers to the token
12861 lists for parameters at the current level and subsidiary levels of input.
12862 This stack grows at a different rate from the others.
12863
12864 @<Glob...@>=
12865 pointer *param_stack;  /* token list pointers for parameters */
12866 integer param_ptr; /* first unused entry in |param_stack| */
12867 integer max_param_stack;  /* largest value of |param_ptr| */
12868
12869 @ @<Allocate or initialize ...@>=
12870 mp->param_stack = xmalloc((mp->param_size+1),sizeof(pointer));
12871
12872 @ @<Dealloc variables@>=
12873 xfree(mp->param_stack);
12874
12875 @ Notice that the |line| isn't valid when |token_state| is true because it
12876 depends on |index|.  If we really need to know the line number for the
12877 topmost file in the index stack we use the following function.  If a page
12878 number or other information is needed, this routine should be modified to
12879 compute it as well.
12880 @^system dependencies@>
12881
12882 @<Declare a function called |true_line|@>=
12883 integer mp_true_line (MP mp) {
12884   int k; /* an index into the input stack */
12885   if ( file_state && (name>max_spec_src) ) {
12886      return line;
12887   } else { 
12888     k=mp->input_ptr;
12889     while ((k>0) &&
12890            ((mp->input_stack[(k-1)].index_field>mp->max_in_open)||
12891             (mp->input_stack[(k-1)].name_field<=max_spec_src))) {
12892       decr(k);
12893     }
12894     return mp->line_stack[(k-1)];
12895   }
12896   return 0; 
12897 }
12898
12899 @ Thus, the ``current input state'' can be very complicated indeed; there
12900 can be many levels and each level can arise in a variety of ways. The
12901 |show_context| procedure, which is used by \MP's error-reporting routine to
12902 print out the current input state on all levels down to the most recent
12903 line of characters from an input file, illustrates most of these conventions.
12904 The global variable |file_ptr| contains the lowest level that was
12905 displayed by this procedure.
12906
12907 @<Glob...@>=
12908 integer file_ptr; /* shallowest level shown by |show_context| */
12909
12910 @ The status at each level is indicated by printing two lines, where the first
12911 line indicates what was read so far and the second line shows what remains
12912 to be read. The context is cropped, if necessary, so that the first line
12913 contains at most |half_error_line| characters, and the second contains
12914 at most |error_line|. Non-current input levels whose |token_type| is
12915 `|backed_up|' are shown only if they have not been fully read.
12916
12917 @c void mp_show_context (MP mp) { /* prints where the scanner is */
12918   int old_setting; /* saved |selector| setting */
12919   @<Local variables for formatting calculations@>
12920   mp->file_ptr=mp->input_ptr; mp->input_stack[mp->file_ptr]=mp->cur_input;
12921   /* store current state */
12922   while (1) { 
12923     mp->cur_input=mp->input_stack[mp->file_ptr]; /* enter into the context */
12924     @<Display the current context@>;
12925     if ( file_state )
12926       if ( (name>max_spec_src) || (mp->file_ptr==0) ) break;
12927     decr(mp->file_ptr);
12928   }
12929   mp->cur_input=mp->input_stack[mp->input_ptr]; /* restore original state */
12930 }
12931
12932 @ @<Display the current context@>=
12933 if ( (mp->file_ptr==mp->input_ptr) || file_state ||
12934    (token_type!=backed_up) || (loc!=null) ) {
12935     /* we omit backed-up token lists that have already been read */
12936   mp->tally=0; /* get ready to count characters */
12937   old_setting=mp->selector;
12938   if ( file_state ) {
12939     @<Print location of current line@>;
12940     @<Pseudoprint the line@>;
12941   } else { 
12942     @<Print type of token list@>;
12943     @<Pseudoprint the token list@>;
12944   }
12945   mp->selector=old_setting; /* stop pseudoprinting */
12946   @<Print two lines using the tricky pseudoprinted information@>;
12947 }
12948
12949 @ This routine should be changed, if necessary, to give the best possible
12950 indication of where the current line resides in the input file.
12951 For example, on some systems it is best to print both a page and line number.
12952 @^system dependencies@>
12953
12954 @<Print location of current line@>=
12955 if ( name>max_spec_src ) {
12956   mp_print_nl(mp, "l."); mp_print_int(mp, mp_true_line(mp));
12957 } else if ( terminal_input ) {
12958   if ( mp->file_ptr==0 ) mp_print_nl(mp, "<*>");
12959   else mp_print_nl(mp, "<insert>");
12960 } else if ( name==is_scantok ) {
12961   mp_print_nl(mp, "<scantokens>");
12962 } else {
12963   mp_print_nl(mp, "<read>");
12964 }
12965 mp_print_char(mp, ' ')
12966
12967 @ Can't use case statement here because the |token_type| is not
12968 a constant expression.
12969
12970 @<Print type of token list@>=
12971 {
12972   if(token_type==forever_text) {
12973     mp_print_nl(mp, "<forever> ");
12974   } else if (token_type==loop_text) {
12975     @<Print the current loop value@>;
12976   } else if (token_type==parameter) {
12977     mp_print_nl(mp, "<argument> "); 
12978   } else if (token_type==backed_up) { 
12979     if ( loc==null ) mp_print_nl(mp, "<recently read> ");
12980     else mp_print_nl(mp, "<to be read again> ");
12981   } else if (token_type==inserted) {
12982     mp_print_nl(mp, "<inserted text> ");
12983   } else if (token_type==macro) {
12984     mp_print_ln(mp);
12985     if ( name!=null ) mp_print_text(name);
12986     else @<Print the name of a \&{vardef}'d macro@>;
12987     mp_print(mp, "->");
12988   } else {
12989     mp_print_nl(mp, "?");/* this should never happen */
12990 @.?\relax@>
12991   }
12992 }
12993
12994 @ The parameter that corresponds to a loop text is either a token list
12995 (in the case of \&{forsuffixes}) or a ``capsule'' (in the case of \&{for}).
12996 We'll discuss capsules later; for now, all we need to know is that
12997 the |link| field in a capsule parameter is |void| and that
12998 |print_exp(p,0)| displays the value of capsule~|p| in abbreviated form.
12999
13000 @<Print the current loop value@>=
13001 { mp_print_nl(mp, "<for("); p=mp->param_stack[param_start];
13002   if ( p!=null ) {
13003     if ( link(p)==mp_void ) mp_print_exp(mp, p,0); /* we're in a \&{for} loop */
13004     else mp_show_token_list(mp, p,null,20,mp->tally);
13005   }
13006   mp_print(mp, ")> ");
13007 }
13008
13009 @ The first two parameters of a macro defined by \&{vardef} will be token
13010 lists representing the macro's prefix and ``at point.'' By putting these
13011 together, we get the macro's full name.
13012
13013 @<Print the name of a \&{vardef}'d macro@>=
13014 { p=mp->param_stack[param_start];
13015   if ( p==null ) {
13016     mp_show_token_list(mp, mp->param_stack[param_start+1],null,20,mp->tally);
13017   } else { 
13018     q=p;
13019     while ( link(q)!=null ) q=link(q);
13020     link(q)=mp->param_stack[param_start+1];
13021     mp_show_token_list(mp, p,null,20,mp->tally);
13022     link(q)=null;
13023   }
13024 }
13025
13026 @ Now it is necessary to explain a little trick. We don't want to store a long
13027 string that corresponds to a token list, because that string might take up
13028 lots of memory; and we are printing during a time when an error message is
13029 being given, so we dare not do anything that might overflow one of \MP's
13030 tables. So `pseudoprinting' is the answer: We enter a mode of printing
13031 that stores characters into a buffer of length |error_line|, where character
13032 $k+1$ is placed into \hbox{|trick_buf[k mod error_line]|} if
13033 |k<trick_count|, otherwise character |k| is dropped. Initially we set
13034 |tally:=0| and |trick_count:=1000000|; then when we reach the
13035 point where transition from line 1 to line 2 should occur, we
13036 set |first_count:=tally| and |trick_count:=@tmax@>(error_line,
13037 tally+1+error_line-half_error_line)|. At the end of the
13038 pseudoprinting, the values of |first_count|, |tally|, and
13039 |trick_count| give us all the information we need to print the two lines,
13040 and all of the necessary text is in |trick_buf|.
13041
13042 Namely, let |l| be the length of the descriptive information that appears
13043 on the first line. The length of the context information gathered for that
13044 line is |k=first_count|, and the length of the context information
13045 gathered for line~2 is $m=\min(|tally|, |trick_count|)-k$. If |l+k<=h|,
13046 where |h=half_error_line|, we print |trick_buf[0..k-1]| after the
13047 descriptive information on line~1, and set |n:=l+k|; here |n| is the
13048 length of line~1. If $l+k>h$, some cropping is necessary, so we set |n:=h|
13049 and print `\.{...}' followed by
13050 $$\hbox{|trick_buf[(l+k-h+3)..k-1]|,}$$
13051 where subscripts of |trick_buf| are circular modulo |error_line|. The
13052 second line consists of |n|~spaces followed by |trick_buf[k..(k+m-1)]|,
13053 unless |n+m>error_line|; in the latter case, further cropping is done.
13054 This is easier to program than to explain.
13055
13056 @<Local variables for formatting...@>=
13057 int i; /* index into |buffer| */
13058 integer l; /* length of descriptive information on line 1 */
13059 integer m; /* context information gathered for line 2 */
13060 int n; /* length of line 1 */
13061 integer p; /* starting or ending place in |trick_buf| */
13062 integer q; /* temporary index */
13063
13064 @ The following code tells the print routines to gather
13065 the desired information.
13066
13067 @d begin_pseudoprint { 
13068   l=mp->tally; mp->tally=0; mp->selector=pseudo;
13069   mp->trick_count=1000000;
13070 }
13071 @d set_trick_count {
13072   mp->first_count=mp->tally;
13073   mp->trick_count=mp->tally+1+mp->error_line-mp->half_error_line;
13074   if ( mp->trick_count<mp->error_line ) mp->trick_count=mp->error_line;
13075 }
13076
13077 @ And the following code uses the information after it has been gathered.
13078
13079 @<Print two lines using the tricky pseudoprinted information@>=
13080 if ( mp->trick_count==1000000 ) set_trick_count;
13081   /* |set_trick_count| must be performed */
13082 if ( mp->tally<mp->trick_count ) m=mp->tally-mp->first_count;
13083 else m=mp->trick_count-mp->first_count; /* context on line 2 */
13084 if ( l+mp->first_count<=mp->half_error_line ) {
13085   p=0; n=l+mp->first_count;
13086 } else  { 
13087   mp_print(mp, "..."); p=l+mp->first_count-mp->half_error_line+3;
13088   n=mp->half_error_line;
13089 }
13090 for (q=p;q<=mp->first_count-1;q++) {
13091   mp_print_char(mp, mp->trick_buf[q % mp->error_line]);
13092 }
13093 mp_print_ln(mp);
13094 for (q=1;q<=n;q++) {
13095   mp_print_char(mp, ' '); /* print |n| spaces to begin line~2 */
13096 }
13097 if ( m+n<=mp->error_line ) p=mp->first_count+m; 
13098 else p=mp->first_count+(mp->error_line-n-3);
13099 for (q=mp->first_count;q<=p-1;q++) {
13100   mp_print_char(mp, mp->trick_buf[q % mp->error_line]);
13101 }
13102 if ( m+n>mp->error_line ) mp_print(mp, "...")
13103
13104 @ But the trick is distracting us from our current goal, which is to
13105 understand the input state. So let's concentrate on the data structures that
13106 are being pseudoprinted as we finish up the |show_context| procedure.
13107
13108 @<Pseudoprint the line@>=
13109 begin_pseudoprint;
13110 if ( limit>0 ) {
13111   for (i=start;i<=limit-1;i++) {
13112     if ( i==loc ) set_trick_count;
13113     mp_print_str(mp, mp->buffer[i]);
13114   }
13115 }
13116
13117 @ @<Pseudoprint the token list@>=
13118 begin_pseudoprint;
13119 if ( token_type!=macro ) mp_show_token_list(mp, start,loc,100000,0);
13120 else mp_show_macro(mp, start,loc,100000)
13121
13122 @ Here is the missing piece of |show_token_list| that is activated when the
13123 token beginning line~2 is about to be shown:
13124
13125 @<Do magic computation@>=set_trick_count
13126
13127 @* \[28] Maintaining the input stacks.
13128 The following subroutines change the input status in commonly needed ways.
13129
13130 First comes |push_input|, which stores the current state and creates a
13131 new level (having, initially, the same properties as the old).
13132
13133 @d push_input  { /* enter a new input level, save the old */
13134   if ( mp->input_ptr>mp->max_in_stack ) {
13135     mp->max_in_stack=mp->input_ptr;
13136     if ( mp->input_ptr==mp->stack_size ) {
13137       int l = (mp->stack_size+(mp->stack_size>>2));
13138       XREALLOC(mp->input_stack, l, in_state_record);
13139       mp->stack_size = l;
13140     }         
13141   }
13142   mp->input_stack[mp->input_ptr]=mp->cur_input; /* stack the record */
13143   incr(mp->input_ptr);
13144 }
13145
13146 @ And of course what goes up must come down.
13147
13148 @d pop_input { /* leave an input level, re-enter the old */
13149     decr(mp->input_ptr); mp->cur_input=mp->input_stack[mp->input_ptr];
13150   }
13151
13152 @ Here is a procedure that starts a new level of token-list input, given
13153 a token list |p| and its type |t|. If |t=macro|, the calling routine should
13154 set |name|, reset~|loc|, and increase the macro's reference count.
13155
13156 @d back_list(A) mp_begin_token_list(mp, (A),backed_up) /* backs up a simple token list */
13157
13158 @c void mp_begin_token_list (MP mp,pointer p, quarterword t)  { 
13159   push_input; start=p; token_type=t;
13160   param_start=mp->param_ptr; loc=p;
13161 }
13162
13163 @ When a token list has been fully scanned, the following computations
13164 should be done as we leave that level of input.
13165 @^inner loop@>
13166
13167 @c void mp_end_token_list (MP mp) { /* leave a token-list input level */
13168   pointer p; /* temporary register */
13169   if ( token_type>=backed_up ) { /* token list to be deleted */
13170     if ( token_type<=inserted ) { 
13171       mp_flush_token_list(mp, start); goto DONE;
13172     } else {
13173       mp_delete_mac_ref(mp, start); /* update reference count */
13174     }
13175   }
13176   while ( mp->param_ptr>param_start ) { /* parameters must be flushed */
13177     decr(mp->param_ptr);
13178     p=mp->param_stack[mp->param_ptr];
13179     if ( p!=null ) {
13180       if ( link(p)==mp_void ) { /* it's an \&{expr} parameter */
13181         mp_recycle_value(mp, p); mp_free_node(mp, p,value_node_size);
13182       } else {
13183         mp_flush_token_list(mp, p); /* it's a \&{suffix} or \&{text} parameter */
13184       }
13185     }
13186   }
13187 DONE: 
13188   pop_input; check_interrupt;
13189 }
13190
13191 @ The contents of |cur_cmd,cur_mod,cur_sym| are placed into an equivalent
13192 token by the |cur_tok| routine.
13193 @^inner loop@>
13194
13195 @c @<Declare the procedure called |make_exp_copy|@>;
13196 pointer mp_cur_tok (MP mp) {
13197   pointer p; /* a new token node */
13198   small_number save_type; /* |cur_type| to be restored */
13199   integer save_exp; /* |cur_exp| to be restored */
13200   if ( mp->cur_sym==0 ) {
13201     if ( mp->cur_cmd==capsule_token ) {
13202       save_type=mp->cur_type; save_exp=mp->cur_exp;
13203       mp_make_exp_copy(mp, mp->cur_mod); p=mp_stash_cur_exp(mp); link(p)=null;
13204       mp->cur_type=save_type; mp->cur_exp=save_exp;
13205     } else { 
13206       p=mp_get_node(mp, token_node_size);
13207       value(p)=mp->cur_mod; name_type(p)=mp_token;
13208       if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) type(p)=mp_known;
13209       else type(p)=mp_string_type;
13210     }
13211   } else { 
13212     fast_get_avail(p); info(p)=mp->cur_sym;
13213   }
13214   return p;
13215 }
13216
13217 @ Sometimes \MP\ has read too far and wants to ``unscan'' what it has
13218 seen. The |back_input| procedure takes care of this by putting the token
13219 just scanned back into the input stream, ready to be read again.
13220 If |cur_sym<>0|, the values of |cur_cmd| and |cur_mod| are irrelevant.
13221
13222 @<Declarations@>= 
13223 void mp_back_input (MP mp);
13224
13225 @ @c void mp_back_input (MP mp) {/* undoes one token of input */
13226   pointer p; /* a token list of length one */
13227   p=mp_cur_tok(mp);
13228   while ( token_state &&(loc==null) ) 
13229     mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
13230   back_list(p);
13231 }
13232
13233 @ The |back_error| routine is used when we want to restore or replace an
13234 offending token just before issuing an error message.  We disable interrupts
13235 during the call of |back_input| so that the help message won't be lost.
13236
13237 @<Declarations@>=
13238 void mp_error (MP mp);
13239 void mp_back_error (MP mp);
13240
13241 @ @c void mp_back_error (MP mp) { /* back up one token and call |error| */
13242   mp->OK_to_interrupt=false; 
13243   mp_back_input(mp); 
13244   mp->OK_to_interrupt=true; mp_error(mp);
13245 }
13246 void mp_ins_error (MP mp) { /* back up one inserted token and call |error| */
13247   mp->OK_to_interrupt=false; 
13248   mp_back_input(mp); token_type=inserted;
13249   mp->OK_to_interrupt=true; mp_error(mp);
13250 }
13251
13252 @ The |begin_file_reading| procedure starts a new level of input for lines
13253 of characters to be read from a file, or as an insertion from the
13254 terminal. It does not take care of opening the file, nor does it set |loc|
13255 or |limit| or |line|.
13256 @^system dependencies@>
13257
13258 @c void mp_begin_file_reading (MP mp) { 
13259   if ( mp->in_open==mp->max_in_open ) 
13260     mp_overflow(mp, "text input levels",mp->max_in_open);
13261 @:MetaPost capacity exceeded text input levels}{\quad text input levels@>
13262   if ( mp->first==mp->buf_size ) 
13263     mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
13264   incr(mp->in_open); push_input; index=mp->in_open;
13265   mp->mpx_name[index]=absent;
13266   start=mp->first;
13267   name=is_term; /* |terminal_input| is now |true| */
13268 }
13269
13270 @ Conversely, the variables must be downdated when such a level of input
13271 is finished.  Any associated \.{MPX} file must also be closed and popped
13272 off the file stack.
13273
13274 @c void mp_end_file_reading (MP mp) { 
13275   if ( mp->in_open>index ) {
13276     if ( (mp->mpx_name[mp->in_open]==absent)||(name<=max_spec_src) ) {
13277       mp_confusion(mp, "endinput");
13278 @:this can't happen endinput}{\quad endinput@>
13279     } else { 
13280       fclose(mp->input_file[mp->in_open]); /* close an \.{MPX} file */
13281       delete_str_ref(mp->mpx_name[mp->in_open]);
13282       decr(mp->in_open);
13283     }
13284   }
13285   mp->first=start;
13286   if ( index!=mp->in_open ) mp_confusion(mp, "endinput");
13287   if ( name>max_spec_src ) {
13288     fclose(cur_file);
13289     delete_str_ref(name);
13290     xfree(in_name); 
13291     xfree(in_area);
13292   }
13293   pop_input; decr(mp->in_open);
13294 }
13295
13296 @ Here is a function that tries to resume input from an \.{MPX} file already
13297 associated with the current input file.  It returns |false| if this doesn't
13298 work.
13299
13300 @c boolean mp_begin_mpx_reading (MP mp) { 
13301   if ( mp->in_open!=index+1 ) {
13302      return false;
13303   } else { 
13304     if ( mp->mpx_name[mp->in_open]<=absent ) mp_confusion(mp, "mpx");
13305 @:this can't happen mpx}{\quad mpx@>
13306     if ( mp->first==mp->buf_size ) 
13307       mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
13308     push_input; index=mp->in_open;
13309     start=mp->first;
13310     name=mp->mpx_name[mp->in_open]; add_str_ref(name);
13311     @<Put an empty line in the input buffer@>;
13312     return true;
13313   }
13314 }
13315
13316 @ This procedure temporarily stops reading an \.{MPX} file.
13317
13318 @c void mp_end_mpx_reading (MP mp) { 
13319   if ( mp->in_open!=index ) mp_confusion(mp, "mpx");
13320 @:this can't happen mpx}{\quad mpx@>
13321   if ( loc<limit ) {
13322     @<Complain that we are not at the end of a line in the \.{MPX} file@>;
13323   }
13324   mp->first=start;
13325   pop_input;
13326 }
13327
13328 @ Here we enforce a restriction that simplifies the input stacks considerably.
13329 This should not inconvenience the user because \.{MPX} files are generated
13330 by an auxiliary program called \.{DVItoMP}.
13331
13332 @ @<Complain that we are not at the end of a line in the \.{MPX} file@>=
13333
13334 print_err("`mpxbreak' must be at the end of a line");
13335 help4("This file contains picture expressions for btex...etex")
13336   ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
13337   ("but this one seems to be messed up.  I'm going to ignore")
13338   ("the rest of this line.");
13339 mp_error(mp);
13340 }
13341
13342 @ In order to keep the stack from overflowing during a long sequence of
13343 inserted `\.{show}' commands, the following routine removes completed
13344 error-inserted lines from memory.
13345
13346 @c void mp_clear_for_error_prompt (MP mp) { 
13347   while ( file_state && terminal_input &&
13348     (mp->input_ptr>0)&&(loc==limit) ) mp_end_file_reading(mp);
13349   mp_print_ln(mp); clear_terminal;
13350 }
13351
13352 @ To get \MP's whole input mechanism going, we perform the following
13353 actions.
13354
13355 @<Initialize the input routines@>=
13356 { mp->input_ptr=0; mp->max_in_stack=0;
13357   mp->in_open=0; mp->open_parens=0; mp->max_buf_stack=0;
13358   mp->param_ptr=0; mp->max_param_stack=0;
13359   mp->first=1;
13360   start=1; index=0; line=0; name=is_term;
13361   mp->mpx_name[0]=absent;
13362   mp->force_eof=false;
13363   if ( ! mp_init_terminal(mp) ) mp_jump_out(mp);
13364   limit=mp->last; mp->first=mp->last+1; 
13365   /* |init_terminal| has set |loc| and |last| */
13366 }
13367
13368 @* \[29] Getting the next token.
13369 The heart of \MP's input mechanism is the |get_next| procedure, which
13370 we shall develop in the next few sections of the program. Perhaps we
13371 shouldn't actually call it the ``heart,'' however; it really acts as \MP's
13372 eyes and mouth, reading the source files and gobbling them up. And it also
13373 helps \MP\ to regurgitate stored token lists that are to be processed again.
13374
13375 The main duty of |get_next| is to input one token and to set |cur_cmd|
13376 and |cur_mod| to that token's command code and modifier. Furthermore, if
13377 the input token is a symbolic token, that token's |hash| address
13378 is stored in |cur_sym|; otherwise |cur_sym| is set to zero.
13379
13380 Underlying this simple description is a certain amount of complexity
13381 because of all the cases that need to be handled.
13382 However, the inner loop of |get_next| is reasonably short and fast.
13383
13384 @ Before getting into |get_next|, we need to consider a mechanism by which
13385 \MP\ helps keep errors from propagating too far. Whenever the program goes
13386 into a mode where it keeps calling |get_next| repeatedly until a certain
13387 condition is met, it sets |scanner_status| to some value other than |normal|.
13388 Then if an input file ends, or if an `\&{outer}' symbol appears,
13389 an appropriate error recovery will be possible.
13390
13391 The global variable |warning_info| helps in this error recovery by providing
13392 additional information. For example, |warning_info| might indicate the
13393 name of a macro whose replacement text is being scanned.
13394
13395 @d normal 0 /* |scanner_status| at ``quiet times'' */
13396 @d skipping 1 /* |scanner_status| when false conditional text is being skipped */
13397 @d flushing 2 /* |scanner_status| when junk after a statement is being ignored */
13398 @d absorbing 3 /* |scanner_status| when a \&{text} parameter is being scanned */
13399 @d var_defining 4 /* |scanner_status| when a \&{vardef} is being scanned */
13400 @d op_defining 5 /* |scanner_status| when a macro \&{def} is being scanned */
13401 @d loop_defining 6 /* |scanner_status| when a \&{for} loop is being scanned */
13402 @d tex_flushing 7 /* |scanner_status| when skipping \TeX\ material */
13403
13404 @<Glob...@>=
13405 integer scanner_status; /* are we scanning at high speed? */
13406 integer warning_info; /* if so, what else do we need to know,
13407     in case an error occurs? */
13408
13409 @ @<Initialize the input routines@>=
13410 mp->scanner_status=normal;
13411
13412 @ The following subroutine
13413 is called when an `\&{outer}' symbolic token has been scanned or
13414 when the end of a file has been reached. These two cases are distinguished
13415 by |cur_sym|, which is zero at the end of a file.
13416
13417 @c boolean mp_check_outer_validity (MP mp) {
13418   pointer p; /* points to inserted token list */
13419   if ( mp->scanner_status==normal ) {
13420     return true;
13421   } else if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) {
13422     @<Check if the file has ended while flushing \TeX\ material and set the
13423       result value for |check_outer_validity|@>;
13424   } else { 
13425     mp->deletions_allowed=false;
13426     @<Back up an outer symbolic token so that it can be reread@>;
13427     if ( mp->scanner_status>skipping ) {
13428       @<Tell the user what has run away and try to recover@>;
13429     } else { 
13430       print_err("Incomplete if; all text was ignored after line ");
13431 @.Incomplete if...@>
13432       mp_print_int(mp, mp->warning_info);
13433       help3("A forbidden `outer' token occurred in skipped text.")
13434         ("This kind of error happens when you say `if...' and forget")
13435         ("the matching `fi'. I've inserted a `fi'; this might work.");
13436       if ( mp->cur_sym==0 ) 
13437         mp->help_line[2]="The file ended while I was skipping conditional text.";
13438       mp->cur_sym=frozen_fi; mp_ins_error(mp);
13439     }
13440     mp->deletions_allowed=true; 
13441         return false;
13442   }
13443 }
13444
13445 @ @<Check if the file has ended while flushing \TeX\ material and set...@>=
13446 if ( mp->cur_sym!=0 ) { 
13447    return true;
13448 } else { 
13449   mp->deletions_allowed=false;
13450   print_err("TeX mode didn't end; all text was ignored after line ");
13451   mp_print_int(mp, mp->warning_info);
13452   help2("The file ended while I was looking for the `etex' to")
13453     ("finish this TeX material.  I've inserted `etex' now.");
13454   mp->cur_sym = frozen_etex;
13455   mp_ins_error(mp);
13456   mp->deletions_allowed=true;
13457   return false;
13458 }
13459
13460 @ @<Back up an outer symbolic token so that it can be reread@>=
13461 if ( mp->cur_sym!=0 ) {
13462   p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->cur_sym;
13463   back_list(p); /* prepare to read the symbolic token again */
13464 }
13465
13466 @ @<Tell the user what has run away...@>=
13467
13468   mp_runaway(mp); /* print the definition-so-far */
13469   if ( mp->cur_sym==0 ) {
13470     print_err("File ended");
13471 @.File ended while scanning...@>
13472   } else { 
13473     print_err("Forbidden token found");
13474 @.Forbidden token found...@>
13475   }
13476   mp_print(mp, " while scanning ");
13477   help4("I suspect you have forgotten an `enddef',")
13478     ("causing me to read past where you wanted me to stop.")
13479     ("I'll try to recover; but if the error is serious,")
13480     ("you'd better type `E' or `X' now and fix your file.");
13481   switch (mp->scanner_status) {
13482     @<Complete the error message,
13483       and set |cur_sym| to a token that might help recover from the error@>
13484   } /* there are no other cases */
13485   mp_ins_error(mp);
13486 }
13487
13488 @ As we consider various kinds of errors, it is also appropriate to
13489 change the first line of the help message just given; |help_line[3]|
13490 points to the string that might be changed.
13491
13492 @<Complete the error message,...@>=
13493 case flushing: 
13494   mp_print(mp, "to the end of the statement");
13495   mp->help_line[3]="A previous error seems to have propagated,";
13496   mp->cur_sym=frozen_semicolon;
13497   break;
13498 case absorbing: 
13499   mp_print(mp, "a text argument");
13500   mp->help_line[3]="It seems that a right delimiter was left out,";
13501   if ( mp->warning_info==0 ) {
13502     mp->cur_sym=frozen_end_group;
13503   } else { 
13504     mp->cur_sym=frozen_right_delimiter;
13505     equiv(frozen_right_delimiter)=mp->warning_info;
13506   }
13507   break;
13508 case var_defining:
13509 case op_defining: 
13510   mp_print(mp, "the definition of ");
13511   if ( mp->scanner_status==op_defining ) 
13512      mp_print_text(mp->warning_info);
13513   else 
13514      mp_print_variable_name(mp, mp->warning_info);
13515   mp->cur_sym=frozen_end_def;
13516   break;
13517 case loop_defining: 
13518   mp_print(mp, "the text of a "); 
13519   mp_print_text(mp->warning_info);
13520   mp_print(mp, " loop");
13521   mp->help_line[3]="I suspect you have forgotten an `endfor',";
13522   mp->cur_sym=frozen_end_for;
13523   break;
13524
13525 @ The |runaway| procedure displays the first part of the text that occurred
13526 when \MP\ began its special |scanner_status|, if that text has been saved.
13527
13528 @<Declare the procedure called |runaway|@>=
13529 void mp_runaway (MP mp) { 
13530   if ( mp->scanner_status>flushing ) { 
13531      mp_print_nl(mp, "Runaway ");
13532          switch (mp->scanner_status) { 
13533          case absorbing: mp_print(mp, "text?"); break;
13534          case var_defining: 
13535      case op_defining: mp_print(mp,"definition?"); break;
13536      case loop_defining: mp_print(mp, "loop?"); break;
13537      } /* there are no other cases */
13538      mp_print_ln(mp); 
13539      mp_show_token_list(mp, link(hold_head),null,mp->error_line-10,0);
13540   }
13541 }
13542
13543 @ We need to mention a procedure that may be called by |get_next|.
13544
13545 @<Declarations@>= 
13546 void mp_firm_up_the_line (MP mp);
13547
13548 @ And now we're ready to take the plunge into |get_next| itself.
13549 Note that the behavior depends on the |scanner_status| because percent signs
13550 and double quotes need to be passed over when skipping TeX material.
13551
13552 @c 
13553 void mp_get_next (MP mp) {
13554   /* sets |cur_cmd|, |cur_mod|, |cur_sym| to next token */
13555 @^inner loop@>
13556   /*restart*/ /* go here to get the next input token */
13557   /*exit*/ /* go here when the next input token has been got */
13558   /*|common_ending|*/ /* go here to finish getting a symbolic token */
13559   /*found*/ /* go here when the end of a symbolic token has been found */
13560   /*switch*/ /* go here to branch on the class of an input character */
13561   /*|start_numeric_token|,|start_decimal_token|,|fin_numeric_token|,|done|*/
13562     /* go here at crucial stages when scanning a number */
13563   int k; /* an index into |buffer| */
13564   ASCII_code c; /* the current character in the buffer */
13565   ASCII_code class; /* its class number */
13566   integer n,f; /* registers for decimal-to-binary conversion */
13567 RESTART: 
13568   mp->cur_sym=0;
13569   if ( file_state ) {
13570     @<Input from external file; |goto restart| if no input found,
13571     or |return| if a non-symbolic token is found@>;
13572   } else {
13573     @<Input from token list; |goto restart| if end of list or
13574       if a parameter needs to be expanded,
13575       or |return| if a non-symbolic token is found@>;
13576   }
13577 COMMON_ENDING: 
13578   @<Finish getting the symbolic token in |cur_sym|;
13579    |goto restart| if it is illegal@>;
13580 }
13581
13582 @ When a symbolic token is declared to be `\&{outer}', its command code
13583 is increased by |outer_tag|.
13584 @^inner loop@>
13585
13586 @<Finish getting the symbolic token in |cur_sym|...@>=
13587 mp->cur_cmd=eq_type(mp->cur_sym); mp->cur_mod=equiv(mp->cur_sym);
13588 if ( mp->cur_cmd>=outer_tag ) {
13589   if ( mp_check_outer_validity(mp) ) 
13590     mp->cur_cmd=mp->cur_cmd-outer_tag;
13591   else 
13592     goto RESTART;
13593 }
13594
13595 @ A percent sign appears in |buffer[limit]|; this makes it unnecessary
13596 to have a special test for end-of-line.
13597 @^inner loop@>
13598
13599 @<Input from external file;...@>=
13600
13601 SWITCH: 
13602   c=mp->buffer[loc]; incr(loc); class=mp->char_class[c];
13603   switch (class) {
13604   case digit_class: goto START_NUMERIC_TOKEN; break;
13605   case period_class: 
13606     class=mp->char_class[mp->buffer[loc]];
13607     if ( class>period_class ) {
13608       goto SWITCH;
13609     } else if ( class<period_class ) { /* |class=digit_class| */
13610       n=0; goto START_DECIMAL_TOKEN;
13611     }
13612 @:. }{\..\ token@>
13613     break;
13614   case space_class: goto SWITCH; break;
13615   case percent_class: 
13616     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) {
13617       if ( loc<limit ) goto SWITCH;
13618     }
13619     @<Move to next line of file, or |goto restart| if there is no next line@>;
13620     check_interrupt;
13621     goto SWITCH;
13622     break;
13623   case string_class: 
13624     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) goto SWITCH;
13625     else @<Get a string token and |return|@>;
13626     break;
13627   case isolated_classes: 
13628     k=loc-1; goto FOUND; break;
13629   case invalid_class: 
13630     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) goto SWITCH;
13631     else @<Decry the invalid character and |goto restart|@>;
13632     break;
13633   default: break; /* letters, etc. */
13634   }
13635   k=loc-1;
13636   while ( mp->char_class[mp->buffer[loc]]==class ) incr(loc);
13637   goto FOUND;
13638 START_NUMERIC_TOKEN:
13639   @<Get the integer part |n| of a numeric token;
13640     set |f:=0| and |goto fin_numeric_token| if there is no decimal point@>;
13641 START_DECIMAL_TOKEN:
13642   @<Get the fraction part |f| of a numeric token@>;
13643 FIN_NUMERIC_TOKEN:
13644   @<Pack the numeric and fraction parts of a numeric token
13645     and |return|@>;
13646 FOUND: 
13647   mp->cur_sym=mp_id_lookup(mp, k,loc-k);
13648 }
13649
13650 @ We go to |restart| instead of to |SWITCH|, because |state| might equal
13651 |token_list| after the error has been dealt with
13652 (cf.\ |clear_for_error_prompt|).
13653
13654 @<Decry the invalid...@>=
13655
13656   print_err("Text line contains an invalid character");
13657 @.Text line contains...@>
13658   help2("A funny symbol that I can\'t read has just been input.")
13659     ("Continue, and I'll forget that it ever happened.");
13660   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13661   goto RESTART;
13662 }
13663
13664 @ @<Get a string token and |return|@>=
13665
13666   if ( mp->buffer[loc]=='"' ) {
13667     mp->cur_mod=rts("");
13668   } else { 
13669     k=loc; mp->buffer[limit+1]='"';
13670     do {  
13671      incr(loc);
13672     } while (mp->buffer[loc]!='"');
13673     if ( loc>limit ) {
13674       @<Decry the missing string delimiter and |goto restart|@>;
13675     }
13676     if ( loc==k+1 ) {
13677       mp->cur_mod=mp->buffer[k];
13678     } else { 
13679       str_room(loc-k);
13680       do {  
13681         append_char(mp->buffer[k]); incr(k);
13682       } while (k!=loc);
13683       mp->cur_mod=mp_make_string(mp);
13684     }
13685   }
13686   incr(loc); mp->cur_cmd=string_token; 
13687   return;
13688 }
13689
13690 @ We go to |restart| after this error message, not to |SWITCH|,
13691 because the |clear_for_error_prompt| routine might have reinstated
13692 |token_state| after |error| has finished.
13693
13694 @<Decry the missing string delimiter and |goto restart|@>=
13695
13696   loc=limit; /* the next character to be read on this line will be |"%"| */
13697   print_err("Incomplete string token has been flushed");
13698 @.Incomplete string token...@>
13699   help3("Strings should finish on the same line as they began.")
13700     ("I've deleted the partial string; you might want to")
13701     ("insert another by typing, e.g., `I\"new string\"'.");
13702   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp);
13703   mp->deletions_allowed=true; 
13704   goto RESTART;
13705 }
13706
13707 @ @<Get the integer part |n| of a numeric token...@>=
13708 n=c-'0';
13709 while ( mp->char_class[mp->buffer[loc]]==digit_class ) {
13710   if ( n<32768 ) n=10*n+mp->buffer[loc]-'0';
13711   incr(loc);
13712 }
13713 if ( mp->buffer[loc]=='.' ) 
13714   if ( mp->char_class[mp->buffer[loc+1]]==digit_class ) 
13715     goto DONE;
13716 f=0; 
13717 goto FIN_NUMERIC_TOKEN;
13718 DONE: incr(loc)
13719
13720 @ @<Get the fraction part |f| of a numeric token@>=
13721 k=0;
13722 do { 
13723   if ( k<17 ) { /* digits for |k>=17| cannot affect the result */
13724     mp->dig[k]=mp->buffer[loc]-'0'; incr(k);
13725   }
13726   incr(loc);
13727 } while (mp->char_class[mp->buffer[loc]]==digit_class);
13728 f=mp_round_decimals(mp, k);
13729 if ( f==unity ) {
13730   incr(n); f=0;
13731 }
13732
13733 @ @<Pack the numeric and fraction parts of a numeric token and |return|@>=
13734 if ( n<32768 ) {
13735   @<Set |cur_mod:=n*unity+f| and check if it is uncomfortably large@>;
13736 } else if ( mp->scanner_status!=tex_flushing ) {
13737   print_err("Enormous number has been reduced");
13738 @.Enormous number...@>
13739   help2("I can\'t handle numbers bigger than 32767.99998;")
13740     ("so I've changed your constant to that maximum amount.");
13741   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13742   mp->cur_mod=el_gordo;
13743 }
13744 mp->cur_cmd=numeric_token; return
13745
13746 @ @<Set |cur_mod:=n*unity+f| and check if it is uncomfortably large@>=
13747
13748   mp->cur_mod=n*unity+f;
13749   if ( mp->cur_mod>=fraction_one ) {
13750     if ( (mp->internal[mp_warning_check]>0) &&
13751          (mp->scanner_status!=tex_flushing) ) {
13752       print_err("Number is too large (");
13753       mp_print_scaled(mp, mp->cur_mod);
13754       mp_print_char(mp, ')');
13755       help3("It is at least 4096. Continue and I'll try to cope")
13756       ("with that big value; but it might be dangerous.")
13757       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
13758       mp_error(mp);
13759     }
13760   }
13761 }
13762
13763 @ Let's consider now what happens when |get_next| is looking at a token list.
13764 @^inner loop@>
13765
13766 @<Input from token list;...@>=
13767 if ( loc>=mp->hi_mem_min ) { /* one-word token */
13768   mp->cur_sym=info(loc); loc=link(loc); /* move to next */
13769   if ( mp->cur_sym>=expr_base ) {
13770     if ( mp->cur_sym>=suffix_base ) {
13771       @<Insert a suffix or text parameter and |goto restart|@>;
13772     } else { 
13773       mp->cur_cmd=capsule_token;
13774       mp->cur_mod=mp->param_stack[param_start+mp->cur_sym-(expr_base)];
13775       mp->cur_sym=0; return;
13776     }
13777   }
13778 } else if ( loc>null ) {
13779   @<Get a stored numeric or string or capsule token and |return|@>
13780 } else { /* we are done with this token list */
13781   mp_end_token_list(mp); goto RESTART; /* resume previous level */
13782 }
13783
13784 @ @<Insert a suffix or text parameter...@>=
13785
13786   if ( mp->cur_sym>=text_base ) mp->cur_sym=mp->cur_sym-mp->param_size;
13787   /* |param_size=text_base-suffix_base| */
13788   mp_begin_token_list(mp,
13789                       mp->param_stack[param_start+mp->cur_sym-(suffix_base)],
13790                       parameter);
13791   goto RESTART;
13792 }
13793
13794 @ @<Get a stored numeric or string or capsule token...@>=
13795
13796   if ( name_type(loc)==mp_token ) {
13797     mp->cur_mod=value(loc);
13798     if ( type(loc)==mp_known ) {
13799       mp->cur_cmd=numeric_token;
13800     } else { 
13801       mp->cur_cmd=string_token; add_str_ref(mp->cur_mod);
13802     }
13803   } else { 
13804     mp->cur_mod=loc; mp->cur_cmd=capsule_token;
13805   };
13806   loc=link(loc); return;
13807 }
13808
13809 @ All of the easy branches of |get_next| have now been taken care of.
13810 There is one more branch.
13811
13812 @<Move to next line of file, or |goto restart|...@>=
13813 if ( name>max_spec_src ) {
13814   @<Read next line of file into |buffer|, or
13815     |goto restart| if the file has ended@>;
13816 } else { 
13817   if ( mp->input_ptr>0 ) {
13818      /* text was inserted during error recovery or by \&{scantokens} */
13819     mp_end_file_reading(mp); goto RESTART; /* resume previous level */
13820   }
13821   if ( mp->selector<log_only || mp->selector>=write_file) mp_open_log_file(mp);
13822   if ( mp->interaction>mp_nonstop_mode ) {
13823     if ( limit==start ) /* previous line was empty */
13824       mp_print_nl(mp, "(Please type a command or say `end')");
13825 @.Please type...@>
13826     mp_print_ln(mp); mp->first=start;
13827     prompt_input("*"); /* input on-line into |buffer| */
13828 @.*\relax@>
13829     limit=mp->last; mp->buffer[limit]='%';
13830     mp->first=limit+1; loc=start;
13831   } else {
13832     mp_fatal_error(mp, "*** (job aborted, no legal end found)");
13833 @.job aborted@>
13834     /* nonstop mode, which is intended for overnight batch processing,
13835     never waits for on-line input */
13836   }
13837 }
13838
13839 @ The global variable |force_eof| is normally |false|; it is set |true|
13840 by an \&{endinput} command.
13841
13842 @<Glob...@>=
13843 boolean force_eof; /* should the next \&{input} be aborted early? */
13844
13845 @ We must decrement |loc| in order to leave the buffer in a valid state
13846 when an error condition causes us to |goto restart| without calling
13847 |end_file_reading|.
13848
13849 @<Read next line of file into |buffer|, or
13850   |goto restart| if the file has ended@>=
13851
13852   incr(line); mp->first=start;
13853   if ( ! mp->force_eof ) {
13854     if ( mp_input_ln(mp, cur_file,true) ) /* not end of file */
13855       mp_firm_up_the_line(mp); /* this sets |limit| */
13856     else 
13857       mp->force_eof=true;
13858   };
13859   if ( mp->force_eof ) {
13860     mp->force_eof=false;
13861     decr(loc);
13862     if ( mpx_reading ) {
13863       @<Complain that the \.{MPX} file ended unexpectly; then set
13864         |cur_sym:=frozen_mpx_break| and |goto comon_ending|@>;
13865     } else { 
13866       mp_print_char(mp, ')'); decr(mp->open_parens);
13867       update_terminal; /* show user that file has been read */
13868       mp_end_file_reading(mp); /* resume previous level */
13869       if ( mp_check_outer_validity(mp) ) goto  RESTART;  
13870       else goto RESTART;
13871     }
13872   }
13873   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start; /* ready to read */
13874 }
13875
13876 @ We should never actually come to the end of an \.{MPX} file because such
13877 files should have an \&{mpxbreak} after the translation of the last
13878 \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} block.
13879
13880 @<Complain that the \.{MPX} file ended unexpectly; then set...@>=
13881
13882   mp->mpx_name[index]=finished;
13883   print_err("mpx file ended unexpectedly");
13884   help4("The file had too few picture expressions for btex...etex")
13885     ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
13886     ("but this one got messed up.  You might want to insert a")
13887     ("picture expression now.");
13888   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13889   mp->cur_sym=frozen_mpx_break; goto COMMON_ENDING;
13890 }
13891
13892 @ Sometimes we want to make it look as though we have just read a blank line
13893 without really doing so.
13894
13895 @<Put an empty line in the input buffer@>=
13896 mp->last=mp->first; limit=mp->last; /* simulate |input_ln| and |firm_up_the_line| */
13897 mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start
13898
13899 @ If the user has set the |mp_pausing| parameter to some positive value,
13900 and if nonstop mode has not been selected, each line of input is displayed
13901 on the terminal and the transcript file, followed by `\.{=>}'.
13902 \MP\ waits for a response. If the response is null (i.e., if nothing is
13903 typed except perhaps a few blank spaces), the original
13904 line is accepted as it stands; otherwise the line typed is
13905 used instead of the line in the file.
13906
13907 @c void mp_firm_up_the_line (MP mp) {
13908   size_t k; /* an index into |buffer| */
13909   limit=mp->last;
13910   if ( mp->internal[mp_pausing]>0 ) if ( mp->interaction>mp_nonstop_mode ) {
13911     wake_up_terminal; mp_print_ln(mp);
13912     if ( start<limit ) {
13913       for (k=(size_t)start;k<=(size_t)(limit-1);k++) {
13914         mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
13915       } 
13916     }
13917     mp->first=limit; prompt_input("=>"); /* wait for user response */
13918 @.=>@>
13919     if ( mp->last>mp->first ) {
13920       for (k=mp->first;k<=mp->last-1;k++) { /* move line down in buffer */
13921         mp->buffer[k+start-mp->first]=mp->buffer[k];
13922       }
13923       limit=start+mp->last-mp->first;
13924     }
13925   }
13926 }
13927
13928 @* \[30] Dealing with \TeX\ material.
13929 The \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} and \&{verbatimtex}$\,\ldots\,$\&{etex}
13930 features need to be implemented at a low level in the scanning process
13931 so that \MP\ can stay in synch with the a preprocessor that treats
13932 blocks of \TeX\ material as they occur in the input file without trying
13933 to expand \MP\ macros.  Thus we need a special version of |get_next|
13934 that does not expand macros and such but does handle \&{btex},
13935 \&{verbatimtex}, etc.
13936
13937 The special version of |get_next| is called |get_t_next|.  It works by flushing
13938 \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} and \&{verbatimtex}\allowbreak
13939 $\,\ldots\,$\&{etex} blocks, switching to the \.{MPX} file when it sees
13940 \&{btex}, and switching back when it sees \&{mpxbreak}.
13941
13942 @d btex_code 0
13943 @d verbatim_code 1
13944
13945 @ @<Put each...@>=
13946 mp_primitive(mp, "btex",start_tex,btex_code);
13947 @:btex_}{\&{btex} primitive@>
13948 mp_primitive(mp, "verbatimtex",start_tex,verbatim_code);
13949 @:verbatimtex_}{\&{verbatimtex} primitive@>
13950 mp_primitive(mp, "etex",etex_marker,0); mp->eqtb[frozen_etex]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
13951 @:etex_}{\&{etex} primitive@>
13952 mp_primitive(mp, "mpxbreak",mpx_break,0); mp->eqtb[frozen_mpx_break]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
13953 @:mpx_break_}{\&{mpxbreak} primitive@>
13954
13955 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
13956 case start_tex: if ( m==btex_code ) mp_print(mp, "btex");
13957   else mp_print(mp, "verbatimtex"); break;
13958 case etex_marker: mp_print(mp, "etex"); break;
13959 case mpx_break: mp_print(mp, "mpxbreak"); break;
13960
13961 @ Actually, |get_t_next| is a macro that avoids procedure overhead except
13962 in the unusual case where \&{btex}, \&{verbatimtex}, \&{etex}, or \&{mpxbreak}
13963 is encountered.
13964
13965 @d get_t_next {mp_get_next(mp); if ( mp->cur_cmd<=max_pre_command ) mp_t_next(mp); }
13966
13967 @<Declarations@>=
13968 void mp_start_mpx_input (MP mp);
13969
13970 @ @c 
13971 void mp_t_next (MP mp) {
13972   int old_status; /* saves the |scanner_status| */
13973   integer old_info; /* saves the |warning_info| */
13974   while ( mp->cur_cmd<=max_pre_command ) {
13975     if ( mp->cur_cmd==mpx_break ) {
13976       if ( ! file_state || (mp->mpx_name[index]==absent) ) {
13977         @<Complain about a misplaced \&{mpxbreak}@>;
13978       } else { 
13979         mp_end_mpx_reading(mp); 
13980         goto TEX_FLUSH;
13981       }
13982     } else if ( mp->cur_cmd==start_tex ) {
13983       if ( token_state || (name<=max_spec_src) ) {
13984         @<Complain that we are not reading a file@>;
13985       } else if ( mpx_reading ) {
13986         @<Complain that \.{MPX} files cannot contain \TeX\ material@>;
13987       } else if ( (mp->cur_mod!=verbatim_code)&&
13988                   (mp->mpx_name[index]!=finished) ) {
13989         if ( ! mp_begin_mpx_reading(mp) ) mp_start_mpx_input(mp);
13990       } else {
13991         goto TEX_FLUSH;
13992       }
13993     } else {
13994        @<Complain about a misplaced \&{etex}@>;
13995     }
13996     goto COMMON_ENDING;
13997   TEX_FLUSH: 
13998     @<Flush the \TeX\ material@>;
13999   COMMON_ENDING: 
14000     mp_get_next(mp);
14001   }
14002 }
14003
14004 @ We could be in the middle of an operation such as skipping false conditional
14005 text when \TeX\ material is encountered, so we must be careful to save the
14006 |scanner_status|.
14007
14008 @<Flush the \TeX\ material@>=
14009 old_status=mp->scanner_status;
14010 old_info=mp->warning_info;
14011 mp->scanner_status=tex_flushing;
14012 mp->warning_info=line;
14013 do {  mp_get_next(mp); } while (mp->cur_cmd!=etex_marker);
14014 mp->scanner_status=old_status;
14015 mp->warning_info=old_info
14016
14017 @ @<Complain that \.{MPX} files cannot contain \TeX\ material@>=
14018 { print_err("An mpx file cannot contain btex or verbatimtex blocks");
14019 help4("This file contains picture expressions for btex...etex")
14020   ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
14021   ("but this one seems to be messed up.  I'll just keep going")
14022   ("and hope for the best.");
14023 mp_error(mp);
14024 }
14025
14026 @ @<Complain that we are not reading a file@>=
14027 { print_err("You can only use `btex' or `verbatimtex' in a file");
14028 help3("I'll have to ignore this preprocessor command because it")
14029   ("only works when there is a file to preprocess.  You might")
14030   ("want to delete everything up to the next `etex`.");
14031 mp_error(mp);
14032 }
14033
14034 @ @<Complain about a misplaced \&{mpxbreak}@>=
14035 { print_err("Misplaced mpxbreak");
14036 help2("I'll ignore this preprocessor command because it")
14037   ("doesn't belong here");
14038 mp_error(mp);
14039 }
14040
14041 @ @<Complain about a misplaced \&{etex}@>=
14042 { print_err("Extra etex will be ignored");
14043 help1("There is no btex or verbatimtex for this to match");
14044 mp_error(mp);
14045 }
14046
14047 @* \[31] Scanning macro definitions.
14048 \MP\ has a variety of ways to tuck tokens away into token lists for later
14049 use: Macros can be defined with \&{def}, \&{vardef}, \&{primarydef}, etc.;
14050 repeatable code can be defined with \&{for}, \&{forever}, \&{forsuffixes}.
14051 All such operations are handled by the routines in this part of the program.
14052
14053 The modifier part of each command code is zero for the ``ending delimiters''
14054 like \&{enddef} and \&{endfor}.
14055
14056 @d start_def 1 /* command modifier for \&{def} */
14057 @d var_def 2 /* command modifier for \&{vardef} */
14058 @d end_def 0 /* command modifier for \&{enddef} */
14059 @d start_forever 1 /* command modifier for \&{forever} */
14060 @d end_for 0 /* command modifier for \&{endfor} */
14061
14062 @<Put each...@>=
14063 mp_primitive(mp, "def",macro_def,start_def);
14064 @:def_}{\&{def} primitive@>
14065 mp_primitive(mp, "vardef",macro_def,var_def);
14066 @:var_def_}{\&{vardef} primitive@>
14067 mp_primitive(mp, "primarydef",macro_def,secondary_primary_macro);
14068 @:primary_def_}{\&{primarydef} primitive@>
14069 mp_primitive(mp, "secondarydef",macro_def,tertiary_secondary_macro);
14070 @:secondary_def_}{\&{secondarydef} primitive@>
14071 mp_primitive(mp, "tertiarydef",macro_def,expression_tertiary_macro);
14072 @:tertiary_def_}{\&{tertiarydef} primitive@>
14073 mp_primitive(mp, "enddef",macro_def,end_def); mp->eqtb[frozen_end_def]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14074 @:end_def_}{\&{enddef} primitive@>
14075 @#
14076 mp_primitive(mp, "for",iteration,expr_base);
14077 @:for_}{\&{for} primitive@>
14078 mp_primitive(mp, "forsuffixes",iteration,suffix_base);
14079 @:for_suffixes_}{\&{forsuffixes} primitive@>
14080 mp_primitive(mp, "forever",iteration,start_forever);
14081 @:forever_}{\&{forever} primitive@>
14082 mp_primitive(mp, "endfor",iteration,end_for); mp->eqtb[frozen_end_for]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14083 @:end_for_}{\&{endfor} primitive@>
14084
14085 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14086 case macro_def:
14087   if ( m<=var_def ) {
14088     if ( m==start_def ) mp_print(mp, "def");
14089     else if ( m<start_def ) mp_print(mp, "enddef");
14090     else mp_print(mp, "vardef");
14091   } else if ( m==secondary_primary_macro ) { 
14092     mp_print(mp, "primarydef");
14093   } else if ( m==tertiary_secondary_macro ) { 
14094     mp_print(mp, "secondarydef");
14095   } else { 
14096     mp_print(mp, "tertiarydef");
14097   }
14098   break;
14099 case iteration: 
14100   if ( m<=start_forever ) {
14101     if ( m==start_forever ) mp_print(mp, "forever"); 
14102     else mp_print(mp, "endfor");
14103   } else if ( m==expr_base ) {
14104     mp_print(mp, "for"); 
14105   } else { 
14106     mp_print(mp, "forsuffixes");
14107   }
14108   break;
14109
14110 @ Different macro-absorbing operations have different syntaxes, but they
14111 also have a lot in common. There is a list of special symbols that are to
14112 be replaced by parameter tokens; there is a special command code that
14113 ends the definition; the quotation conventions are identical.  Therefore
14114 it makes sense to have most of the work done by a single subroutine. That
14115 subroutine is called |scan_toks|.
14116
14117 The first parameter to |scan_toks| is the command code that will
14118 terminate scanning (either |macro_def|, |loop_repeat|, or |iteration|).
14119
14120 The second parameter, |subst_list|, points to a (possibly empty) list
14121 of two-word nodes whose |info| and |value| fields specify symbol tokens
14122 before and after replacement. The list will be returned to free storage
14123 by |scan_toks|.
14124
14125 The third parameter is simply appended to the token list that is built.
14126 And the final parameter tells how many of the special operations
14127 \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, and \.{\AT!\#} are to be replaced by suffix parameters.
14128 When such parameters are present, they are called \.{(SUFFIX0)},
14129 \.{(SUFFIX1)}, and \.{(SUFFIX2)}.
14130
14131 @c pointer mp_scan_toks (MP mp,command_code terminator, pointer 
14132   subst_list, pointer tail_end, small_number suffix_count) {
14133   pointer p; /* tail of the token list being built */
14134   pointer q; /* temporary for link management */
14135   integer balance; /* left delimiters minus right delimiters */
14136   p=hold_head; balance=1; link(hold_head)=null;
14137   while (1) { 
14138     get_t_next;
14139     if ( mp->cur_sym>0 ) {
14140       @<Substitute for |cur_sym|, if it's on the |subst_list|@>;
14141       if ( mp->cur_cmd==terminator ) {
14142         @<Adjust the balance; |break| if it's zero@>;
14143       } else if ( mp->cur_cmd==macro_special ) {
14144         @<Handle quoted symbols, \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, or \.{\AT!\#}@>;
14145       }
14146     }
14147     link(p)=mp_cur_tok(mp); p=link(p);
14148   }
14149   link(p)=tail_end; mp_flush_node_list(mp, subst_list);
14150   return link(hold_head);
14151 }
14152
14153 @ @<Substitute for |cur_sym|...@>=
14154
14155   q=subst_list;
14156   while ( q!=null ) {
14157     if ( info(q)==mp->cur_sym ) {
14158       mp->cur_sym=value(q); mp->cur_cmd=relax; break;
14159     }
14160     q=link(q);
14161   }
14162 }
14163
14164 @ @<Adjust the balance; |break| if it's zero@>=
14165 if ( mp->cur_mod>0 ) {
14166   incr(balance);
14167 } else { 
14168   decr(balance);
14169   if ( balance==0 )
14170     break;
14171 }
14172
14173 @ Four commands are intended to be used only within macro texts: \&{quote},
14174 \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, and \.{\AT!\#}. They are variants of a single command
14175 code called |macro_special|.
14176
14177 @d quote 0 /* |macro_special| modifier for \&{quote} */
14178 @d macro_prefix 1 /* |macro_special| modifier for \.{\#\AT!} */
14179 @d macro_at 2 /* |macro_special| modifier for \.{\AT!} */
14180 @d macro_suffix 3 /* |macro_special| modifier for \.{\AT!\#} */
14181
14182 @<Put each...@>=
14183 mp_primitive(mp, "quote",macro_special,quote);
14184 @:quote_}{\&{quote} primitive@>
14185 mp_primitive(mp, "#@@",macro_special,macro_prefix);
14186 @:]]]\#\AT!_}{\.{\#\AT!} primitive@>
14187 mp_primitive(mp, "@@",macro_special,macro_at);
14188 @:]]]\AT!_}{\.{\AT!} primitive@>
14189 mp_primitive(mp, "@@#",macro_special,macro_suffix);
14190 @:]]]\AT!\#_}{\.{\AT!\#} primitive@>
14191
14192 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14193 case macro_special: 
14194   switch (m) {
14195   case macro_prefix: mp_print(mp, "#@@"); break;
14196   case macro_at: mp_print_char(mp, '@@'); break;
14197   case macro_suffix: mp_print(mp, "@@#"); break;
14198   default: mp_print(mp, "quote"); break;
14199   }
14200   break;
14201
14202 @ @<Handle quoted...@>=
14203
14204   if ( mp->cur_mod==quote ) { get_t_next; } 
14205   else if ( mp->cur_mod<=suffix_count ) 
14206     mp->cur_sym=suffix_base-1+mp->cur_mod;
14207 }
14208
14209 @ Here is a routine that's used whenever a token will be redefined. If
14210 the user's token is unredefinable, the `|frozen_inaccessible|' token is
14211 substituted; the latter is redefinable but essentially impossible to use,
14212 hence \MP's tables won't get fouled up.
14213
14214 @c void mp_get_symbol (MP mp) { /* sets |cur_sym| to a safe symbol */
14215 RESTART: 
14216   get_t_next;
14217   if ( (mp->cur_sym==0)||(mp->cur_sym>frozen_inaccessible) ) {
14218     print_err("Missing symbolic token inserted");
14219 @.Missing symbolic token...@>
14220     help3("Sorry: You can\'t redefine a number, string, or expr.")
14221       ("I've inserted an inaccessible symbol so that your")
14222       ("definition will be completed without mixing me up too badly.");
14223     if ( mp->cur_sym>0 )
14224       mp->help_line[2]="Sorry: You can\'t redefine my error-recovery tokens.";
14225     else if ( mp->cur_cmd==string_token ) 
14226       delete_str_ref(mp->cur_mod);
14227     mp->cur_sym=frozen_inaccessible; mp_ins_error(mp); goto RESTART;
14228   }
14229 }
14230
14231 @ Before we actually redefine a symbolic token, we need to clear away its
14232 former value, if it was a variable. The following stronger version of
14233 |get_symbol| does that.
14234
14235 @c void mp_get_clear_symbol (MP mp) { 
14236   mp_get_symbol(mp); mp_clear_symbol(mp, mp->cur_sym,false);
14237 }
14238
14239 @ Here's another little subroutine; it checks that an equals sign
14240 or assignment sign comes along at the proper place in a macro definition.
14241
14242 @c void mp_check_equals (MP mp) { 
14243   if ( mp->cur_cmd!=equals ) if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
14244      mp_missing_err(mp, "=");
14245 @.Missing `='@>
14246     help5("The next thing in this `def' should have been `=',")
14247       ("because I've already looked at the definition heading.")
14248       ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
14249       ("was present. Everything from here to `enddef'")
14250       ("will be the replacement text of this macro.");
14251     mp_back_error(mp);
14252   }
14253 }
14254
14255 @ A \&{primarydef}, \&{secondarydef}, or \&{tertiarydef} is rather easily
14256 handled now that we have |scan_toks|.  In this case there are
14257 two parameters, which will be \.{EXPR0} and \.{EXPR1} (i.e.,
14258 |expr_base| and |expr_base+1|).
14259
14260 @c void mp_make_op_def (MP mp) {
14261   command_code m; /* the type of definition */
14262   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
14263   m=mp->cur_mod;
14264   mp_get_symbol(mp); q=mp_get_node(mp, token_node_size);
14265   info(q)=mp->cur_sym; value(q)=expr_base;
14266   mp_get_clear_symbol(mp); mp->warning_info=mp->cur_sym;
14267   mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14268   info(p)=mp->cur_sym; value(p)=expr_base+1; link(p)=q;
14269   get_t_next; mp_check_equals(mp);
14270   mp->scanner_status=op_defining; q=mp_get_avail(mp); ref_count(q)=null;
14271   r=mp_get_avail(mp); link(q)=r; info(r)=general_macro;
14272   link(r)=mp_scan_toks(mp, macro_def,p,null,0);
14273   mp->scanner_status=normal; eq_type(mp->warning_info)=m;
14274   equiv(mp->warning_info)=q; mp_get_x_next(mp);
14275 }
14276
14277 @ Parameters to macros are introduced by the keywords \&{expr},
14278 \&{suffix}, \&{text}, \&{primary}, \&{secondary}, and \&{tertiary}.
14279
14280 @<Put each...@>=
14281 mp_primitive(mp, "expr",param_type,expr_base);
14282 @:expr_}{\&{expr} primitive@>
14283 mp_primitive(mp, "suffix",param_type,suffix_base);
14284 @:suffix_}{\&{suffix} primitive@>
14285 mp_primitive(mp, "text",param_type,text_base);
14286 @:text_}{\&{text} primitive@>
14287 mp_primitive(mp, "primary",param_type,primary_macro);
14288 @:primary_}{\&{primary} primitive@>
14289 mp_primitive(mp, "secondary",param_type,secondary_macro);
14290 @:secondary_}{\&{secondary} primitive@>
14291 mp_primitive(mp, "tertiary",param_type,tertiary_macro);
14292 @:tertiary_}{\&{tertiary} primitive@>
14293
14294 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14295 case param_type:
14296   if ( m>=expr_base ) {
14297     if ( m==expr_base ) mp_print(mp, "expr");
14298     else if ( m==suffix_base ) mp_print(mp, "suffix");
14299     else mp_print(mp, "text");
14300   } else if ( m<secondary_macro ) {
14301     mp_print(mp, "primary");
14302   } else if ( m==secondary_macro ) {
14303     mp_print(mp, "secondary");
14304   } else {
14305     mp_print(mp, "tertiary");
14306   }
14307   break;
14308
14309 @ Let's turn next to the more complex processing associated with \&{def}
14310 and \&{vardef}. When the following procedure is called, |cur_mod|
14311 should be either |start_def| or |var_def|.
14312
14313 @c @<Declare the procedure called |check_delimiter|@>;
14314 @<Declare the function called |scan_declared_variable|@>;
14315 void mp_scan_def (MP mp) {
14316   int m; /* the type of definition */
14317   int n; /* the number of special suffix parameters */
14318   int k; /* the total number of parameters */
14319   int c; /* the kind of macro we're defining */
14320   pointer r; /* parameter-substitution list */
14321   pointer q; /* tail of the macro token list */
14322   pointer p; /* temporary storage */
14323   halfword base; /* |expr_base|, |suffix_base|, or |text_base| */
14324   pointer l_delim,r_delim; /* matching delimiters */
14325   m=mp->cur_mod; c=general_macro; link(hold_head)=null;
14326   q=mp_get_avail(mp); ref_count(q)=null; r=null;
14327   @<Scan the token or variable to be defined;
14328     set |n|, |scanner_status|, and |warning_info|@>;
14329   k=n;
14330   if ( mp->cur_cmd==left_delimiter ) {
14331     @<Absorb delimited parameters, putting them into lists |q| and |r|@>;
14332   }
14333   if ( mp->cur_cmd==param_type ) {
14334     @<Absorb undelimited parameters, putting them into list |r|@>;
14335   }
14336   mp_check_equals(mp);
14337   p=mp_get_avail(mp); info(p)=c; link(q)=p;
14338   @<Attach the replacement text to the tail of node |p|@>;
14339   mp->scanner_status=normal; mp_get_x_next(mp);
14340 }
14341
14342 @ We don't put `|frozen_end_group|' into the replacement text of
14343 a \&{vardef}, because the user may want to redefine `\.{endgroup}'.
14344
14345 @<Attach the replacement text to the tail of node |p|@>=
14346 if ( m==start_def ) {
14347   link(p)=mp_scan_toks(mp, macro_def,r,null,n);
14348 } else { 
14349   q=mp_get_avail(mp); info(q)=mp->bg_loc; link(p)=q;
14350   p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->eg_loc;
14351   link(q)=mp_scan_toks(mp, macro_def,r,p,n);
14352 }
14353 if ( mp->warning_info==bad_vardef ) 
14354   mp_flush_token_list(mp, value(bad_vardef))
14355
14356 @ @<Glob...@>=
14357 int bg_loc;
14358 int eg_loc; /* hash addresses of `\.{begingroup}' and `\.{endgroup}' */
14359
14360 @ @<Scan the token or variable to be defined;...@>=
14361 if ( m==start_def ) {
14362   mp_get_clear_symbol(mp); mp->warning_info=mp->cur_sym; get_t_next;
14363   mp->scanner_status=op_defining; n=0;
14364   eq_type(mp->warning_info)=defined_macro; equiv(mp->warning_info)=q;
14365 } else { 
14366   p=mp_scan_declared_variable(mp);
14367   mp_flush_variable(mp, equiv(info(p)),link(p),true);
14368   mp->warning_info=mp_find_variable(mp, p); mp_flush_list(mp, p);
14369   if ( mp->warning_info==null ) @<Change to `\.{a bad variable}'@>;
14370   mp->scanner_status=var_defining; n=2;
14371   if ( mp->cur_cmd==macro_special ) if ( mp->cur_mod==macro_suffix ) {/* \.{\AT!\#} */
14372     n=3; get_t_next;
14373   }
14374   type(mp->warning_info)=mp_unsuffixed_macro-2+n; value(mp->warning_info)=q;
14375 } /* |mp_suffixed_macro=mp_unsuffixed_macro+1| */
14376
14377 @ @<Change to `\.{a bad variable}'@>=
14378
14379   print_err("This variable already starts with a macro");
14380 @.This variable already...@>
14381   help2("After `vardef a' you can\'t say `vardef a.b'.")
14382     ("So I'll have to discard this definition.");
14383   mp_error(mp); mp->warning_info=bad_vardef;
14384 }
14385
14386 @ @<Initialize table entries...@>=
14387 name_type(bad_vardef)=mp_root; link(bad_vardef)=frozen_bad_vardef;
14388 equiv(frozen_bad_vardef)=bad_vardef; eq_type(frozen_bad_vardef)=tag_token;
14389
14390 @ @<Absorb delimited parameters, putting them into lists |q| and |r|@>=
14391 do {  
14392   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; get_t_next;
14393   if ( (mp->cur_cmd==param_type)&&(mp->cur_mod>=expr_base) ) {
14394    base=mp->cur_mod;
14395   } else { 
14396     print_err("Missing parameter type; `expr' will be assumed");
14397 @.Missing parameter type@>
14398     help1("You should've had `expr' or `suffix' or `text' here.");
14399     mp_back_error(mp); base=expr_base;
14400   }
14401   @<Absorb parameter tokens for type |base|@>;
14402   mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
14403   get_t_next;
14404 } while (mp->cur_cmd==left_delimiter)
14405
14406 @ @<Absorb parameter tokens for type |base|@>=
14407 do { 
14408   link(q)=mp_get_avail(mp); q=link(q); info(q)=base+k;
14409   mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size); 
14410   value(p)=base+k; info(p)=mp->cur_sym;
14411   if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14412 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
14413   incr(k); link(p)=r; r=p; get_t_next;
14414 } while (mp->cur_cmd==comma)
14415
14416 @ @<Absorb undelimited parameters, putting them into list |r|@>=
14417
14418   p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14419   if ( mp->cur_mod<expr_base ) {
14420     c=mp->cur_mod; value(p)=expr_base+k;
14421   } else { 
14422     value(p)=mp->cur_mod+k;
14423     if ( mp->cur_mod==expr_base ) c=expr_macro;
14424     else if ( mp->cur_mod==suffix_base ) c=suffix_macro;
14425     else c=text_macro;
14426   }
14427   if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14428   incr(k); mp_get_symbol(mp); info(p)=mp->cur_sym; link(p)=r; r=p; get_t_next;
14429   if ( c==expr_macro ) if ( mp->cur_cmd==of_token ) {
14430     c=of_macro; p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14431     if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14432     value(p)=expr_base+k; mp_get_symbol(mp); info(p)=mp->cur_sym;
14433     link(p)=r; r=p; get_t_next;
14434   }
14435 }
14436
14437 @* \[32] Expanding the next token.
14438 Only a few command codes |<min_command| can possibly be returned by
14439 |get_t_next|; in increasing order, they are
14440 |if_test|, |fi_or_else|, |input|, |iteration|, |repeat_loop|,
14441 |exit_test|, |relax|, |scan_tokens|, |expand_after|, and |defined_macro|.
14442
14443 \MP\ usually gets the next token of input by saying |get_x_next|. This is
14444 like |get_t_next| except that it keeps getting more tokens until
14445 finding |cur_cmd>=min_command|. In other words, |get_x_next| expands
14446 macros and removes conditionals or iterations or input instructions that
14447 might be present.
14448
14449 It follows that |get_x_next| might invoke itself recursively. In fact,
14450 there is massive recursion, since macro expansion can involve the
14451 scanning of arbitrarily complex expressions, which in turn involve
14452 macro expansion and conditionals, etc.
14453 @^recursion@>
14454
14455 Therefore it's necessary to declare a whole bunch of |forward|
14456 procedures at this point, and to insert some other procedures
14457 that will be invoked by |get_x_next|.
14458
14459 @<Declarations@>= 
14460 void mp_scan_primary (MP mp);
14461 void mp_scan_secondary (MP mp);
14462 void mp_scan_tertiary (MP mp);
14463 void mp_scan_expression (MP mp);
14464 void mp_scan_suffix (MP mp);
14465 @<Declare the procedure called |macro_call|@>;
14466 void mp_get_boolean (MP mp);
14467 void mp_pass_text (MP mp);
14468 void mp_conditional (MP mp);
14469 void mp_start_input (MP mp);
14470 void mp_begin_iteration (MP mp);
14471 void mp_resume_iteration (MP mp);
14472 void mp_stop_iteration (MP mp);
14473
14474 @ An auxiliary subroutine called |expand| is used by |get_x_next|
14475 when it has to do exotic expansion commands.
14476
14477 @c void mp_expand (MP mp) {
14478   pointer p; /* for list manipulation */
14479   size_t k; /* something that we hope is |<=buf_size| */
14480   pool_pointer j; /* index into |str_pool| */
14481   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) 
14482     if ( mp->cur_cmd!=defined_macro )
14483       show_cur_cmd_mod;
14484   switch (mp->cur_cmd)  {
14485   case if_test:
14486     mp_conditional(mp); /* this procedure is discussed in Part 36 below */
14487     break;
14488   case fi_or_else:
14489     @<Terminate the current conditional and skip to \&{fi}@>;
14490     break;
14491   case input:
14492     @<Initiate or terminate input from a file@>;
14493     break;
14494   case iteration:
14495     if ( mp->cur_mod==end_for ) {
14496       @<Scold the user for having an extra \&{endfor}@>;
14497     } else {
14498       mp_begin_iteration(mp); /* this procedure is discussed in Part 37 below */
14499     }
14500     break;
14501   case repeat_loop: 
14502     @<Repeat a loop@>;
14503     break;
14504   case exit_test: 
14505     @<Exit a loop if the proper time has come@>;
14506     break;
14507   case relax: 
14508     break;
14509   case expand_after: 
14510     @<Expand the token after the next token@>;
14511     break;
14512   case scan_tokens: 
14513     @<Put a string into the input buffer@>;
14514     break;
14515   case defined_macro:
14516    mp_macro_call(mp, mp->cur_mod,null,mp->cur_sym);
14517    break;
14518   }; /* there are no other cases */
14519 };
14520
14521 @ @<Scold the user...@>=
14522
14523   print_err("Extra `endfor'");
14524 @.Extra `endfor'@>
14525   help2("I'm not currently working on a for loop,")
14526     ("so I had better not try to end anything.");
14527   mp_error(mp);
14528 }
14529
14530 @ The processing of \&{input} involves the |start_input| subroutine,
14531 which will be declared later; the processing of \&{endinput} is trivial.
14532
14533 @<Put each...@>=
14534 mp_primitive(mp, "input",input,0);
14535 @:input_}{\&{input} primitive@>
14536 mp_primitive(mp, "endinput",input,1);
14537 @:end_input_}{\&{endinput} primitive@>
14538
14539 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
14540 case input: 
14541   if ( m==0 ) mp_print(mp, "input");
14542   else mp_print(mp, "endinput");
14543   break;
14544
14545 @ @<Initiate or terminate input...@>=
14546 if ( mp->cur_mod>0 ) mp->force_eof=true;
14547 else mp_start_input(mp)
14548
14549 @ We'll discuss the complicated parts of loop operations later. For now
14550 it suffices to know that there's a global variable called |loop_ptr|
14551 that will be |null| if no loop is in progress.
14552
14553 @<Repeat a loop@>=
14554 { while ( token_state &&(loc==null) ) 
14555     mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
14556   if ( mp->loop_ptr==null ) {
14557     print_err("Lost loop");
14558 @.Lost loop@>
14559     help2("I'm confused; after exiting from a loop, I still seem")
14560       ("to want to repeat it. I'll try to forget the problem.");
14561     mp_error(mp);
14562   } else {
14563     mp_resume_iteration(mp); /* this procedure is in Part 37 below */
14564   }
14565 }
14566
14567 @ @<Exit a loop if the proper time has come@>=
14568 { mp_get_boolean(mp);
14569   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) 
14570     mp_show_cmd_mod(mp, nullary,mp->cur_exp);
14571   if ( mp->cur_exp==true_code ) {
14572     if ( mp->loop_ptr==null ) {
14573       print_err("No loop is in progress");
14574 @.No loop is in progress@>
14575       help1("Why say `exitif' when there's nothing to exit from?");
14576       if ( mp->cur_cmd==semicolon ) mp_error(mp); else mp_back_error(mp);
14577     } else {
14578      @<Exit prematurely from an iteration@>;
14579     }
14580   } else if ( mp->cur_cmd!=semicolon ) {
14581     mp_missing_err(mp, ";");
14582 @.Missing `;'@>
14583     help2("After `exitif <boolean exp>' I expect to see a semicolon.")
14584     ("I shall pretend that one was there."); mp_back_error(mp);
14585   }
14586 }
14587
14588 @ Here we use the fact that |forever_text| is the only |token_type| that
14589 is less than |loop_text|.
14590
14591 @<Exit prematurely...@>=
14592 { p=null;
14593   do {  
14594     if ( file_state ) {
14595       mp_end_file_reading(mp);
14596     } else { 
14597       if ( token_type<=loop_text ) p=start;
14598       mp_end_token_list(mp);
14599     }
14600   } while (p==null);
14601   if ( p!=info(mp->loop_ptr) ) mp_fatal_error(mp, "*** (loop confusion)");
14602 @.loop confusion@>
14603   mp_stop_iteration(mp); /* this procedure is in Part 34 below */
14604 }
14605
14606 @ @<Expand the token after the next token@>=
14607 { get_t_next;
14608   p=mp_cur_tok(mp); get_t_next;
14609   if ( mp->cur_cmd<min_command ) mp_expand(mp); 
14610   else mp_back_input(mp);
14611   back_list(p);
14612 }
14613
14614 @ @<Put a string into the input buffer@>=
14615 { mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
14616   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
14617     mp_disp_err(mp, null,"Not a string");
14618 @.Not a string@>
14619     help2("I'm going to flush this expression, since")
14620        ("scantokens should be followed by a known string.");
14621     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
14622   } else { 
14623     mp_back_input(mp);
14624     if ( length(mp->cur_exp)>0 )
14625        @<Pretend we're reading a new one-line file@>;
14626   }
14627 }
14628
14629 @ @<Pretend we're reading a new one-line file@>=
14630 { mp_begin_file_reading(mp); name=is_scantok;
14631   k=mp->first+length(mp->cur_exp);
14632   if ( k>=mp->max_buf_stack ) {
14633     while ( k>=mp->buf_size ) {
14634       mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
14635     }
14636     mp->max_buf_stack=k+1;
14637   }
14638   j=mp->str_start[mp->cur_exp]; limit=k;
14639   while ( mp->first<(size_t)limit ) {
14640     mp->buffer[mp->first]=mp->str_pool[j]; incr(j); incr(mp->first);
14641   }
14642   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start; 
14643   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
14644 }
14645
14646 @ Here finally is |get_x_next|.
14647
14648 The expression scanning routines to be considered later
14649 communicate via the global quantities |cur_type| and |cur_exp|;
14650 we must be very careful to save and restore these quantities while
14651 macros are being expanded.
14652 @^inner loop@>
14653
14654 @<Declarations@>=
14655 void mp_get_x_next (MP mp);
14656
14657 @ @c void mp_get_x_next (MP mp) {
14658   pointer save_exp; /* a capsule to save |cur_type| and |cur_exp| */
14659   get_t_next;
14660   if ( mp->cur_cmd<min_command ) {
14661     save_exp=mp_stash_cur_exp(mp);
14662     do {  
14663       if ( mp->cur_cmd==defined_macro ) 
14664         mp_macro_call(mp, mp->cur_mod,null,mp->cur_sym);
14665       else 
14666         mp_expand(mp);
14667       get_t_next;
14668      } while (mp->cur_cmd<min_command);
14669      mp_unstash_cur_exp(mp, save_exp); /* that restores |cur_type| and |cur_exp| */
14670   }
14671 }
14672
14673 @ Now let's consider the |macro_call| procedure, which is used to start up
14674 all user-defined macros. Since the arguments to a macro might be expressions,
14675 |macro_call| is recursive.
14676 @^recursion@>
14677
14678 The first parameter to |macro_call| points to the reference count of the
14679 token list that defines the macro. The second parameter contains any
14680 arguments that have already been parsed (see below).  The third parameter
14681 points to the symbolic token that names the macro. If the third parameter
14682 is |null|, the macro was defined by \&{vardef}, so its name can be
14683 reconstructed from the prefix and ``at'' arguments found within the
14684 second parameter.
14685
14686 What is this second parameter? It's simply a linked list of one-word items,
14687 whose |info| fields point to the arguments. In other words, if |arg_list=null|,
14688 no arguments have been scanned yet; otherwise |info(arg_list)| points to
14689 the first scanned argument, and |link(arg_list)| points to the list of
14690 further arguments (if any).
14691
14692 Arguments of type \&{expr} are so-called capsules, which we will
14693 discuss later when we concentrate on expressions; they can be
14694 recognized easily because their |link| field is |void|. Arguments of type
14695 \&{suffix} and \&{text} are token lists without reference counts.
14696
14697 @ After argument scanning is complete, the arguments are moved to the
14698 |param_stack|. (They can't be put on that stack any sooner, because
14699 the stack is growing and shrinking in unpredictable ways as more arguments
14700 are being acquired.)  Then the macro body is fed to the scanner; i.e.,
14701 the replacement text of the macro is placed at the top of the \MP's
14702 input stack, so that |get_t_next| will proceed to read it next.
14703
14704 @<Declare the procedure called |macro_call|@>=
14705 @<Declare the procedure called |print_macro_name|@>;
14706 @<Declare the procedure called |print_arg|@>;
14707 @<Declare the procedure called |scan_text_arg|@>;
14708 void mp_macro_call (MP mp,pointer def_ref, pointer arg_list, 
14709                     pointer macro_name) ;
14710
14711 @ @c
14712 void mp_macro_call (MP mp,pointer def_ref, pointer arg_list, 
14713                     pointer macro_name) {
14714   /* invokes a user-defined control sequence */
14715   pointer r; /* current node in the macro's token list */
14716   pointer p,q; /* for list manipulation */
14717   integer n; /* the number of arguments */
14718   pointer tail = 0; /* tail of the argument list */
14719   pointer l_delim=0,r_delim=0; /* a delimiter pair */
14720   r=link(def_ref); add_mac_ref(def_ref);
14721   if ( arg_list==null ) {
14722     n=0;
14723   } else {
14724    @<Determine the number |n| of arguments already supplied,
14725     and set |tail| to the tail of |arg_list|@>;
14726   }
14727   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) {
14728     @<Show the text of the macro being expanded, and the existing arguments@>;
14729   }
14730   @<Scan the remaining arguments, if any; set |r| to the first token
14731     of the replacement text@>;
14732   @<Feed the arguments and replacement text to the scanner@>;
14733 }
14734
14735 @ @<Show the text of the macro...@>=
14736 mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_ln(mp); 
14737 mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14738 if ( n==3 ) mp_print(mp, "@@#"); /* indicate a suffixed macro */
14739 mp_show_macro(mp, def_ref,null,100000);
14740 if ( arg_list!=null ) {
14741   n=0; p=arg_list;
14742   do {  
14743     q=info(p);
14744     mp_print_arg(mp, q,n,0);
14745     incr(n); p=link(p);
14746   } while (p!=null);
14747 }
14748 mp_end_diagnostic(mp, false)
14749
14750
14751 @ @<Declare the procedure called |print_macro_name|@>=
14752 void mp_print_macro_name (MP mp,pointer a, pointer n);
14753
14754 @ @c
14755 void mp_print_macro_name (MP mp,pointer a, pointer n) {
14756   pointer p,q; /* they traverse the first part of |a| */
14757   if ( n!=null ) {
14758     mp_print_text(n);
14759   } else  { 
14760     p=info(a);
14761     if ( p==null ) {
14762       mp_print_text(info(info(link(a))));
14763     } else { 
14764       q=p;
14765       while ( link(q)!=null ) q=link(q);
14766       link(q)=info(link(a));
14767       mp_show_token_list(mp, p,null,1000,0);
14768       link(q)=null;
14769     }
14770   }
14771 }
14772
14773 @ @<Declare the procedure called |print_arg|@>=
14774 void mp_print_arg (MP mp,pointer q, integer n, pointer b) ;
14775
14776 @ @c
14777 void mp_print_arg (MP mp,pointer q, integer n, pointer b) {
14778   if ( link(q)==mp_void ) mp_print_nl(mp, "(EXPR");
14779   else if ( (b<text_base)&&(b!=text_macro) ) mp_print_nl(mp, "(SUFFIX");
14780   else mp_print_nl(mp, "(TEXT");
14781   mp_print_int(mp, n); mp_print(mp, ")<-");
14782   if ( link(q)==mp_void ) mp_print_exp(mp, q,1);
14783   else mp_show_token_list(mp, q,null,1000,0);
14784 }
14785
14786 @ @<Determine the number |n| of arguments already supplied...@>=
14787 {  
14788   n=1; tail=arg_list;
14789   while ( link(tail)!=null ) { 
14790     incr(n); tail=link(tail);
14791   }
14792 }
14793
14794 @ @<Scan the remaining arguments, if any; set |r|...@>=
14795 mp->cur_cmd=comma+1; /* anything |<>comma| will do */
14796 while ( info(r)>=expr_base ) { 
14797   @<Scan the delimited argument represented by |info(r)|@>;
14798   r=link(r);
14799 };
14800 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
14801   print_err("Too many arguments to ");
14802 @.Too many arguments...@>
14803   mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name); mp_print_char(mp, ';');
14804   mp_print_nl(mp, "  Missing `"); mp_print_text(r_delim);
14805 @.Missing `)'...@>
14806   mp_print(mp, "' has been inserted");
14807   help3("I'm going to assume that the comma I just read was a")
14808    ("right delimiter, and then I'll begin expanding the macro.")
14809    ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14810   mp_error(mp);
14811 }
14812 if ( info(r)!=general_macro ) {
14813   @<Scan undelimited argument(s)@>;
14814 }
14815 r=link(r)
14816
14817 @ At this point, the reader will find it advisable to review the explanation
14818 of token list format that was presented earlier, paying special attention to
14819 the conventions that apply only at the beginning of a macro's token list.
14820
14821 On the other hand, the reader will have to take the expression-parsing
14822 aspects of the following program on faith; we will explain |cur_type|
14823 and |cur_exp| later. (Several things in this program depend on each other,
14824 and it's necessary to jump into the circle somewhere.)
14825
14826 @<Scan the delimited argument represented by |info(r)|@>=
14827 if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
14828   mp_get_x_next(mp);
14829   if ( mp->cur_cmd!=left_delimiter ) {
14830     print_err("Missing argument to ");
14831 @.Missing argument...@>
14832     mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14833     help3("That macro has more parameters than you thought.")
14834      ("I'll continue by pretending that each missing argument")
14835      ("is either zero or null.");
14836     if ( info(r)>=suffix_base ) {
14837       mp->cur_exp=null; mp->cur_type=mp_token_list;
14838     } else { 
14839       mp->cur_exp=0; mp->cur_type=mp_known;
14840     }
14841     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=right_delimiter; 
14842     goto FOUND;
14843   }
14844   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod;
14845 }
14846 @<Scan the argument represented by |info(r)|@>;
14847 if ( mp->cur_cmd!=comma ) 
14848   @<Check that the proper right delimiter was present@>;
14849 FOUND:  
14850 @<Append the current expression to |arg_list|@>
14851
14852 @ @<Check that the proper right delim...@>=
14853 if ( (mp->cur_cmd!=right_delimiter)||(mp->cur_mod!=l_delim) ) {
14854   if ( info(link(r))>=expr_base ) {
14855     mp_missing_err(mp, ",");
14856 @.Missing `,'@>
14857     help3("I've finished reading a macro argument and am about to")
14858       ("read another; the arguments weren't delimited correctly.")
14859        ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14860     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=comma;
14861   } else { 
14862     mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
14863 @.Missing `)'@>
14864     help2("I've gotten to the end of the macro parameter list.")
14865        ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14866     mp_back_error(mp);
14867   }
14868 }
14869
14870 @ A \&{suffix} or \&{text} parameter will be have been scanned as
14871 a token list pointed to by |cur_exp|, in which case we will have
14872 |cur_type=token_list|.
14873
14874 @<Append the current expression to |arg_list|@>=
14875
14876   p=mp_get_avail(mp);
14877   if ( mp->cur_type==mp_token_list ) info(p)=mp->cur_exp;
14878   else info(p)=mp_stash_cur_exp(mp);
14879   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) {
14880     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_arg(mp, info(p),n,info(r)); 
14881     mp_end_diagnostic(mp, false);
14882   }
14883   if ( arg_list==null ) arg_list=p;
14884   else link(tail)=p;
14885   tail=p; incr(n);
14886 }
14887
14888 @ @<Scan the argument represented by |info(r)|@>=
14889 if ( info(r)>=text_base ) {
14890   mp_scan_text_arg(mp, l_delim,r_delim);
14891 } else { 
14892   mp_get_x_next(mp);
14893   if ( info(r)>=suffix_base ) mp_scan_suffix(mp);
14894   else mp_scan_expression(mp);
14895 }
14896
14897 @ The parameters to |scan_text_arg| are either a pair of delimiters
14898 or zero; the latter case is for undelimited text arguments, which
14899 end with the first semicolon or \&{endgroup} or \&{end} that is not
14900 contained in a group.
14901
14902 @<Declare the procedure called |scan_text_arg|@>=
14903 void mp_scan_text_arg (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) ;
14904
14905 @ @c
14906 void mp_scan_text_arg (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) {
14907   integer balance; /* excess of |l_delim| over |r_delim| */
14908   pointer p; /* list tail */
14909   mp->warning_info=l_delim; mp->scanner_status=absorbing;
14910   p=hold_head; balance=1; link(hold_head)=null;
14911   while (1)  { 
14912     get_t_next;
14913     if ( l_delim==0 ) {
14914       @<Adjust the balance for an undelimited argument; |break| if done@>;
14915     } else {
14916           @<Adjust the balance for a delimited argument; |break| if done@>;
14917     }
14918     link(p)=mp_cur_tok(mp); p=link(p);
14919   }
14920   mp->cur_exp=link(hold_head); mp->cur_type=mp_token_list;
14921   mp->scanner_status=normal;
14922 };
14923
14924 @ @<Adjust the balance for a delimited argument...@>=
14925 if ( mp->cur_cmd==right_delimiter ) { 
14926   if ( mp->cur_mod==l_delim ) { 
14927     decr(balance);
14928     if ( balance==0 ) break;
14929   }
14930 } else if ( mp->cur_cmd==left_delimiter ) {
14931   if ( mp->cur_mod==r_delim ) incr(balance);
14932 }
14933
14934 @ @<Adjust the balance for an undelimited...@>=
14935 if ( end_of_statement ) { /* |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop| */
14936   if ( balance==1 ) { break; }
14937   else  { if ( mp->cur_cmd==end_group ) decr(balance); }
14938 } else if ( mp->cur_cmd==begin_group ) { 
14939   incr(balance); 
14940 }
14941
14942 @ @<Scan undelimited argument(s)@>=
14943
14944   if ( info(r)<text_macro ) {
14945     mp_get_x_next(mp);
14946     if ( info(r)!=suffix_macro ) {
14947       if ( (mp->cur_cmd==equals)||(mp->cur_cmd==assignment) ) mp_get_x_next(mp);
14948     }
14949   }
14950   switch (info(r)) {
14951   case primary_macro:mp_scan_primary(mp); break;
14952   case secondary_macro:mp_scan_secondary(mp); break;
14953   case tertiary_macro:mp_scan_tertiary(mp); break;
14954   case expr_macro:mp_scan_expression(mp); break;
14955   case of_macro:
14956     @<Scan an expression followed by `\&{of} $\langle$primary$\rangle$'@>;
14957     break;
14958   case suffix_macro:
14959     @<Scan a suffix with optional delimiters@>;
14960     break;
14961   case text_macro:mp_scan_text_arg(mp, 0,0); break;
14962   } /* there are no other cases */
14963   mp_back_input(mp); 
14964   @<Append the current expression to |arg_list|@>;
14965 }
14966
14967 @ @<Scan an expression followed by `\&{of} $\langle$primary$\rangle$'@>=
14968
14969   mp_scan_expression(mp); p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp_stash_cur_exp(mp);
14970   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) { 
14971     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_arg(mp, info(p),n,0); 
14972     mp_end_diagnostic(mp, false);
14973   }
14974   if ( arg_list==null ) arg_list=p; else link(tail)=p;
14975   tail=p;incr(n);
14976   if ( mp->cur_cmd!=of_token ) {
14977     mp_missing_err(mp, "of"); mp_print(mp, " for ");
14978 @.Missing `of'@>
14979     mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14980     help1("I've got the first argument; will look now for the other.");
14981     mp_back_error(mp);
14982   }
14983   mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
14984 }
14985
14986 @ @<Scan a suffix with optional delimiters@>=
14987
14988   if ( mp->cur_cmd!=left_delimiter ) {
14989     l_delim=null;
14990   } else { 
14991     l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp);
14992   };
14993   mp_scan_suffix(mp);
14994   if ( l_delim!=null ) {
14995     if ((mp->cur_cmd!=right_delimiter)||(mp->cur_mod!=l_delim) ) {
14996       mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
14997 @.Missing `)'@>
14998       help2("I've gotten to the end of the macro parameter list.")
14999          ("You might want to delete some tokens before continuing.");
15000       mp_back_error(mp);
15001     }
15002     mp_get_x_next(mp);
15003   }
15004 }
15005
15006 @ Before we put a new token list on the input stack, it is wise to clean off
15007 all token lists that have recently been depleted. Then a user macro that ends
15008 with a call to itself will not require unbounded stack space.
15009
15010 @<Feed the arguments and replacement text to the scanner@>=
15011 while ( token_state &&(loc==null) ) mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
15012 if ( mp->param_ptr+n>mp->max_param_stack ) {
15013   mp->max_param_stack=mp->param_ptr+n;
15014   if ( mp->max_param_stack>mp->param_size )
15015     mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
15016 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
15017 }
15018 mp_begin_token_list(mp, def_ref,macro); name=macro_name; loc=r;
15019 if ( n>0 ) {
15020   p=arg_list;
15021   do {  
15022    mp->param_stack[mp->param_ptr]=info(p); incr(mp->param_ptr); p=link(p);
15023   } while (p!=null);
15024   mp_flush_list(mp, arg_list);
15025 }
15026
15027 @ It's sometimes necessary to put a single argument onto |param_stack|.
15028 The |stack_argument| subroutine does this.
15029
15030 @c void mp_stack_argument (MP mp,pointer p) { 
15031   if ( mp->param_ptr==mp->max_param_stack ) {
15032     incr(mp->max_param_stack);
15033     if ( mp->max_param_stack>mp->param_size )
15034       mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
15035 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
15036   }
15037   mp->param_stack[mp->param_ptr]=p; incr(mp->param_ptr);
15038 }
15039
15040 @* \[33] Conditional processing.
15041 Let's consider now the way \&{if} commands are handled.
15042
15043 Conditions can be inside conditions, and this nesting has a stack
15044 that is independent of other stacks.
15045 Four global variables represent the top of the condition stack:
15046 |cond_ptr| points to pushed-down entries, if~any; |cur_if| tells whether
15047 we are processing \&{if} or \&{elseif}; |if_limit| specifies
15048 the largest code of a |fi_or_else| command that is syntactically legal;
15049 and |if_line| is the line number at which the current conditional began.
15050
15051 If no conditions are currently in progress, the condition stack has the
15052 special state |cond_ptr=null|, |if_limit=normal|, |cur_if=0|, |if_line=0|.
15053 Otherwise |cond_ptr| points to a two-word node; the |type|, |name_type|, and
15054 |link| fields of the first word contain |if_limit|, |cur_if|, and
15055 |cond_ptr| at the next level, and the second word contains the
15056 corresponding |if_line|.
15057
15058 @d if_node_size 2 /* number of words in stack entry for conditionals */
15059 @d if_line_field(A) mp->mem[(A)+1].cint
15060 @d if_code 1 /* code for \&{if} being evaluated */
15061 @d fi_code 2 /* code for \&{fi} */
15062 @d else_code 3 /* code for \&{else} */
15063 @d else_if_code 4 /* code for \&{elseif} */
15064
15065 @<Glob...@>=
15066 pointer cond_ptr; /* top of the condition stack */
15067 integer if_limit; /* upper bound on |fi_or_else| codes */
15068 small_number cur_if; /* type of conditional being worked on */
15069 integer if_line; /* line where that conditional began */
15070
15071 @ @<Set init...@>=
15072 mp->cond_ptr=null; mp->if_limit=normal; mp->cur_if=0; mp->if_line=0;
15073
15074 @ @<Put each...@>=
15075 mp_primitive(mp, "if",if_test,if_code);
15076 @:if_}{\&{if} primitive@>
15077 mp_primitive(mp, "fi",fi_or_else,fi_code); mp->eqtb[frozen_fi]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
15078 @:fi_}{\&{fi} primitive@>
15079 mp_primitive(mp, "else",fi_or_else,else_code);
15080 @:else_}{\&{else} primitive@>
15081 mp_primitive(mp, "elseif",fi_or_else,else_if_code);
15082 @:else_if_}{\&{elseif} primitive@>
15083
15084 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
15085 case if_test:
15086 case fi_or_else: 
15087   switch (m) {
15088   case if_code:mp_print(mp, "if"); break;
15089   case fi_code:mp_print(mp, "fi");  break;
15090   case else_code:mp_print(mp, "else"); break;
15091   default: mp_print(mp, "elseif"); break;
15092   }
15093   break;
15094
15095 @ Here is a procedure that ignores text until coming to an \&{elseif},
15096 \&{else}, or \&{fi} at level zero of $\&{if}\ldots\&{fi}$
15097 nesting. After it has acted, |cur_mod| will indicate the token that
15098 was found.
15099
15100 \MP's smallest two command codes are |if_test| and |fi_or_else|; this
15101 makes the skipping process a bit simpler.
15102
15103 @c 
15104 void mp_pass_text (MP mp) {
15105   integer l = 0;
15106   mp->scanner_status=skipping;
15107   mp->warning_info=mp_true_line(mp);
15108   while (1)  { 
15109     get_t_next;
15110     if ( mp->cur_cmd<=fi_or_else ) {
15111       if ( mp->cur_cmd<fi_or_else ) {
15112         incr(l);
15113       } else { 
15114         if ( l==0 ) break;
15115         if ( mp->cur_mod==fi_code ) decr(l);
15116       }
15117     } else {
15118       @<Decrease the string reference count,
15119        if the current token is a string@>;
15120     }
15121   }
15122   mp->scanner_status=normal;
15123 }
15124
15125 @ @<Decrease the string reference count...@>=
15126 if ( mp->cur_cmd==string_token ) { delete_str_ref(mp->cur_mod); }
15127
15128 @ When we begin to process a new \&{if}, we set |if_limit:=if_code|; then
15129 if \&{elseif} or \&{else} or \&{fi} occurs before the current \&{if}
15130 condition has been evaluated, a colon will be inserted.
15131 A construction like `\.{if fi}' would otherwise get \MP\ confused.
15132
15133 @<Push the condition stack@>=
15134 { p=mp_get_node(mp, if_node_size); link(p)=mp->cond_ptr; type(p)=mp->if_limit;
15135   name_type(p)=mp->cur_if; if_line_field(p)=mp->if_line;
15136   mp->cond_ptr=p; mp->if_limit=if_code; mp->if_line=mp_true_line(mp); 
15137   mp->cur_if=if_code;
15138 }
15139
15140 @ @<Pop the condition stack@>=
15141 { p=mp->cond_ptr; mp->if_line=if_line_field(p);
15142   mp->cur_if=name_type(p); mp->if_limit=type(p); mp->cond_ptr=link(p);
15143   mp_free_node(mp, p,if_node_size);
15144 }
15145
15146 @ Here's a procedure that changes the |if_limit| code corresponding to
15147 a given value of |cond_ptr|.
15148
15149 @c void mp_change_if_limit (MP mp,small_number l, pointer p) {
15150   pointer q;
15151   if ( p==mp->cond_ptr ) {
15152     mp->if_limit=l; /* that's the easy case */
15153   } else  { 
15154     q=mp->cond_ptr;
15155     while (1) { 
15156       if ( q==null ) mp_confusion(mp, "if");
15157 @:this can't happen if}{\quad if@>
15158       if ( link(q)==p ) { 
15159         type(q)=l; return;
15160       }
15161       q=link(q);
15162     }
15163   }
15164 }
15165
15166 @ The user is supposed to put colons into the proper parts of conditional
15167 statements. Therefore, \MP\ has to check for their presence.
15168
15169 @c 
15170 void mp_check_colon (MP mp) { 
15171   if ( mp->cur_cmd!=colon ) { 
15172     mp_missing_err(mp, ":");
15173 @.Missing `:'@>
15174     help2("There should've been a colon after the condition.")
15175          ("I shall pretend that one was there.");;
15176     mp_back_error(mp);
15177   }
15178 }
15179
15180 @ A condition is started when the |get_x_next| procedure encounters
15181 an |if_test| command; in that case |get_x_next| calls |conditional|,
15182 which is a recursive procedure.
15183 @^recursion@>
15184
15185 @c void mp_conditional (MP mp) {
15186   pointer save_cond_ptr; /* |cond_ptr| corresponding to this conditional */
15187   int new_if_limit; /* future value of |if_limit| */
15188   pointer p; /* temporary register */
15189   @<Push the condition stack@>; 
15190   save_cond_ptr=mp->cond_ptr;
15191 RESWITCH: 
15192   mp_get_boolean(mp); new_if_limit=else_if_code;
15193   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
15194     @<Display the boolean value of |cur_exp|@>;
15195   }
15196 FOUND: 
15197   mp_check_colon(mp);
15198   if ( mp->cur_exp==true_code ) {
15199     mp_change_if_limit(mp, new_if_limit,save_cond_ptr);
15200     return; /* wait for \&{elseif}, \&{else}, or \&{fi} */
15201   };
15202   @<Skip to \&{elseif} or \&{else} or \&{fi}, then |goto done|@>;
15203 DONE: 
15204   mp->cur_if=mp->cur_mod; mp->if_line=mp_true_line(mp);
15205   if ( mp->cur_mod==fi_code ) {
15206     @<Pop the condition stack@>
15207   } else if ( mp->cur_mod==else_if_code ) {
15208     goto RESWITCH;
15209   } else  { 
15210     mp->cur_exp=true_code; new_if_limit=fi_code; mp_get_x_next(mp); 
15211     goto FOUND;
15212   }
15213 }
15214
15215 @ In a construction like `\&{if} \&{if} \&{true}: $0=1$: \\{foo}
15216 \&{else}: \\{bar} \&{fi}', the first \&{else}
15217 that we come to after learning that the \&{if} is false is not the
15218 \&{else} we're looking for. Hence the following curious logic is needed.
15219
15220 @<Skip to \&{elseif}...@>=
15221 while (1) { 
15222   mp_pass_text(mp);
15223   if ( mp->cond_ptr==save_cond_ptr ) goto DONE;
15224   else if ( mp->cur_mod==fi_code ) @<Pop the condition stack@>;
15225 }
15226
15227
15228 @ @<Display the boolean value...@>=
15229 { mp_begin_diagnostic(mp);
15230   if ( mp->cur_exp==true_code ) mp_print(mp, "{true}");
15231   else mp_print(mp, "{false}");
15232   mp_end_diagnostic(mp, false);
15233 }
15234
15235 @ The processing of conditionals is complete except for the following
15236 code, which is actually part of |get_x_next|. It comes into play when
15237 \&{elseif}, \&{else}, or \&{fi} is scanned.
15238
15239 @<Terminate the current conditional and skip to \&{fi}@>=
15240 if ( mp->cur_mod>mp->if_limit ) {
15241   if ( mp->if_limit==if_code ) { /* condition not yet evaluated */
15242     mp_missing_err(mp, ":");
15243 @.Missing `:'@>
15244     mp_back_input(mp); mp->cur_sym=frozen_colon; mp_ins_error(mp);
15245   } else  { 
15246     print_err("Extra "); mp_print_cmd_mod(mp, fi_or_else,mp->cur_mod);
15247 @.Extra else@>
15248 @.Extra elseif@>
15249 @.Extra fi@>
15250     help1("I'm ignoring this; it doesn't match any if.");
15251     mp_error(mp);
15252   }
15253 } else  { 
15254   while ( mp->cur_mod!=fi_code ) mp_pass_text(mp); /* skip to \&{fi} */
15255   @<Pop the condition stack@>;
15256 }
15257
15258 @* \[34] Iterations.
15259 To bring our treatment of |get_x_next| to a close, we need to consider what
15260 \MP\ does when it sees \&{for}, \&{forsuffixes}, and \&{forever}.
15261
15262 There's a global variable |loop_ptr| that keeps track of the \&{for} loops
15263 that are currently active. If |loop_ptr=null|, no loops are in progress;
15264 otherwise |info(loop_ptr)| points to the iterative text of the current
15265 (innermost) loop, and |link(loop_ptr)| points to the data for any other
15266 loops that enclose the current one.
15267
15268 A loop-control node also has two other fields, called |loop_type| and
15269 |loop_list|, whose contents depend on the type of loop:
15270
15271 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=null| means that |loop_list(loop_ptr)|
15272 points to a list of one-word nodes whose |info| fields point to the
15273 remaining argument values of a suffix list and expression list.
15274
15275 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=mp_void| means that the current loop is
15276 `\&{forever}'.
15277
15278 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=progression_flag| means that
15279 |p=loop_list(loop_ptr)| points to a ``progression node'' and |value(p)|,
15280 |step_size(p)|, and |final_value(p)| contain the data for an arithmetic
15281 progression.
15282
15283 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=p>mp_void| means that |p| points to an edge
15284 header and |loop_list(loop_ptr)| points into the graphical object list for
15285 that edge header.
15286
15287 \yskip\noindent In the case of a progression node, the first word is not used
15288 because the link field of words in the dynamic memory area cannot be arbitrary.
15289
15290 @d loop_list_loc(A) ((A)+1) /* where the |loop_list| field resides */
15291 @d loop_type(A) info(loop_list_loc((A))) /* the type of \&{for} loop */
15292 @d loop_list(A) link(loop_list_loc((A))) /* the remaining list elements */
15293 @d loop_node_size 2 /* the number of words in a loop control node */
15294 @d progression_node_size 4 /* the number of words in a progression node */
15295 @d step_size(A) mp->mem[(A)+2].sc /* the step size in an arithmetic progression */
15296 @d final_value(A) mp->mem[(A)+3].sc /* the final value in an arithmetic progression */
15297 @d progression_flag (null+2)
15298   /* |loop_type| value when |loop_list| points to a progression node */
15299
15300 @<Glob...@>=
15301 pointer loop_ptr; /* top of the loop-control-node stack */
15302
15303 @ @<Set init...@>=
15304 mp->loop_ptr=null;
15305
15306 @ If the expressions that define an arithmetic progression in
15307 a \&{for} loop don't have known numeric values, the |bad_for|
15308 subroutine screams at the user.
15309
15310 @c void mp_bad_for (MP mp, char * s) {
15311   mp_disp_err(mp, null,"Improper "); /* show the bad expression above the message */
15312 @.Improper...replaced by 0@>
15313   mp_print(mp, s); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
15314   help4("When you say `for x=a step b until c',")
15315     ("the initial value `a' and the step size `b'")
15316     ("and the final value `c' must have known numeric values.")
15317     ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
15318   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
15319 };
15320
15321 @ Here's what \MP\ does when \&{for}, \&{forsuffixes}, or \&{forever}
15322 has just been scanned. (This code requires slight familiarity with
15323 expression-parsing routines that we have not yet discussed; but it seems
15324 to belong in the present part of the program, even though the original author
15325 didn't write it until later. The reader may wish to come back to it.)
15326
15327 @c void mp_begin_iteration (MP mp) {
15328   halfword m; /* |expr_base| (\&{for}) or |suffix_base| (\&{forsuffixes}) */
15329   halfword n; /* hash address of the current symbol */
15330   pointer s; /* the new loop-control node */
15331   pointer p; /* substitution list for |scan_toks| */
15332   pointer q;  /* link manipulation register */
15333   pointer pp; /* a new progression node */
15334   m=mp->cur_mod; n=mp->cur_sym; s=mp_get_node(mp, loop_node_size);
15335   if ( m==start_forever ){ 
15336     loop_type(s)=mp_void; p=null; mp_get_x_next(mp);
15337   } else { 
15338     mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size);
15339     info(p)=mp->cur_sym; value(p)=m;
15340     mp_get_x_next(mp);
15341     if ( mp->cur_cmd==within_token ) {
15342       @<Set up a picture iteration@>;
15343     } else { 
15344       @<Check for the |"="| or |":="| in a loop header@>;
15345       @<Scan the values to be used in the loop@>;
15346     }
15347   }
15348   @<Check for the presence of a colon@>;
15349   @<Scan the loop text and put it on the loop control stack@>;
15350   mp_resume_iteration(mp);
15351 }
15352
15353 @ @<Check for the |"="| or |":="| in a loop header@>=
15354 if ( (mp->cur_cmd!=equals)&&(mp->cur_cmd!=assignment) ) { 
15355   mp_missing_err(mp, "=");
15356 @.Missing `='@>
15357   help3("The next thing in this loop should have been `=' or `:='.")
15358     ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
15359     ("was present, and I'll look for the values next.");
15360   mp_back_error(mp);
15361 }
15362
15363 @ @<Check for the presence of a colon@>=
15364 if ( mp->cur_cmd!=colon ) { 
15365   mp_missing_err(mp, ":");
15366 @.Missing `:'@>
15367   help3("The next thing in this loop should have been a `:'.")
15368     ("So I'll pretend that a colon was present;")
15369     ("everything from here to `endfor' will be iterated.");
15370   mp_back_error(mp);
15371 }
15372
15373 @ We append a special |frozen_repeat_loop| token in place of the
15374 `\&{endfor}' at the end of the loop. This will come through \MP's scanner
15375 at the proper time to cause the loop to be repeated.
15376
15377 (If the user tries some shenanigan like `\&{for} $\ldots$ \&{let} \&{endfor}',
15378 he will be foiled by the |get_symbol| routine, which keeps frozen
15379 tokens unchanged. Furthermore the |frozen_repeat_loop| is an \&{outer}
15380 token, so it won't be lost accidentally.)
15381
15382 @ @<Scan the loop text...@>=
15383 q=mp_get_avail(mp); info(q)=frozen_repeat_loop;
15384 mp->scanner_status=loop_defining; mp->warning_info=n;
15385 info(s)=mp_scan_toks(mp, iteration,p,q,0); mp->scanner_status=normal;
15386 link(s)=mp->loop_ptr; mp->loop_ptr=s
15387
15388 @ @<Initialize table...@>=
15389 eq_type(frozen_repeat_loop)=repeat_loop+outer_tag;
15390 text(frozen_repeat_loop)=intern(" ENDFOR");
15391
15392 @ The loop text is inserted into \MP's scanning apparatus by the
15393 |resume_iteration| routine.
15394
15395 @c void mp_resume_iteration (MP mp) {
15396   pointer p,q; /* link registers */
15397   p=loop_type(mp->loop_ptr);
15398   if ( p==progression_flag ) { 
15399     p=loop_list(mp->loop_ptr); /* now |p| points to a progression node */
15400     mp->cur_exp=value(p);
15401     if ( @<The arithmetic progression has ended@> ) {
15402       mp_stop_iteration(mp);
15403       return;
15404     }
15405     mp->cur_type=mp_known; q=mp_stash_cur_exp(mp); /* make |q| an \&{expr} argument */
15406     value(p)=mp->cur_exp+step_size(p); /* set |value(p)| for the next iteration */
15407   } else if ( p==null ) { 
15408     p=loop_list(mp->loop_ptr);
15409     if ( p==null ) {
15410       mp_stop_iteration(mp);
15411       return;
15412     }
15413     loop_list(mp->loop_ptr)=link(p); q=info(p); free_avail(p);
15414   } else if ( p==mp_void ) { 
15415     mp_begin_token_list(mp, info(mp->loop_ptr),forever_text); return;
15416   } else {
15417     @<Make |q| a capsule containing the next picture component from
15418       |loop_list(loop_ptr)| or |goto not_found|@>;
15419   }
15420   mp_begin_token_list(mp, info(mp->loop_ptr),loop_text);
15421   mp_stack_argument(mp, q);
15422   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
15423      @<Trace the start of a loop@>;
15424   }
15425   return;
15426 NOT_FOUND:
15427   mp_stop_iteration(mp);
15428 }
15429
15430 @ @<The arithmetic progression has ended@>=
15431 ((step_size(p)>0)&&(mp->cur_exp>final_value(p)))||
15432  ((step_size(p)<0)&&(mp->cur_exp<final_value(p)))
15433
15434 @ @<Trace the start of a loop@>=
15435
15436   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{loop value=");
15437 @.loop value=n@>
15438   if ( (q!=null)&&(link(q)==mp_void) ) mp_print_exp(mp, q,1);
15439   else mp_show_token_list(mp, q,null,50,0);
15440   mp_print_char(mp, '}'); mp_end_diagnostic(mp, false);
15441 }
15442
15443 @ @<Make |q| a capsule containing the next picture component from...@>=
15444 { q=loop_list(mp->loop_ptr);
15445   if ( q==null ) goto NOT_FOUND;
15446   skip_component(q) goto NOT_FOUND;
15447   mp->cur_exp=mp_copy_objects(mp, loop_list(mp->loop_ptr),q);
15448   mp_init_bbox(mp, mp->cur_exp);
15449   mp->cur_type=mp_picture_type;
15450   loop_list(mp->loop_ptr)=q;
15451   q=mp_stash_cur_exp(mp);
15452 }
15453
15454 @ A level of loop control disappears when |resume_iteration| has decided
15455 not to resume, or when an \&{exitif} construction has removed the loop text
15456 from the input stack.
15457
15458 @c void mp_stop_iteration (MP mp) {
15459   pointer p,q; /* the usual */
15460   p=loop_type(mp->loop_ptr);
15461   if ( p==progression_flag )  {
15462     mp_free_node(mp, loop_list(mp->loop_ptr),progression_node_size);
15463   } else if ( p==null ){ 
15464     q=loop_list(mp->loop_ptr);
15465     while ( q!=null ) {
15466       p=info(q);
15467       if ( p!=null ) {
15468         if ( link(p)==mp_void ) { /* it's an \&{expr} parameter */
15469           mp_recycle_value(mp, p); mp_free_node(mp, p,value_node_size);
15470         } else {
15471           mp_flush_token_list(mp, p); /* it's a \&{suffix} or \&{text} parameter */
15472         }
15473       }
15474       p=q; q=link(q); free_avail(p);
15475     }
15476   } else if ( p>progression_flag ) {
15477     delete_edge_ref(p);
15478   }
15479   p=mp->loop_ptr; mp->loop_ptr=link(p); mp_flush_token_list(mp, info(p));
15480   mp_free_node(mp, p,loop_node_size);
15481 }
15482
15483 @ Now that we know all about loop control, we can finish up
15484 the missing portion of |begin_iteration| and we'll be done.
15485
15486 The following code is performed after the `\.=' has been scanned in
15487 a \&{for} construction (if |m=expr_base|) or a \&{forsuffixes} construction
15488 (if |m=suffix_base|).
15489
15490 @<Scan the values to be used in the loop@>=
15491 loop_type(s)=null; q=loop_list_loc(s); link(q)=null; /* |link(q)=loop_list(s)| */
15492 do {  
15493   mp_get_x_next(mp);
15494   if ( m!=expr_base ) {
15495     mp_scan_suffix(mp);
15496   } else { 
15497     if ( mp->cur_cmd>=colon ) if ( mp->cur_cmd<=comma ) 
15498           goto CONTINUE;
15499     mp_scan_expression(mp);
15500     if ( mp->cur_cmd==step_token ) if ( q==loop_list_loc(s) ) {
15501       @<Prepare for step-until construction and |break|@>;
15502     }
15503     mp->cur_exp=mp_stash_cur_exp(mp);
15504   }
15505   link(q)=mp_get_avail(mp); q=link(q); 
15506   info(q)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
15507 CONTINUE:
15508   ;
15509 } while (mp->cur_cmd==comma)
15510
15511 @ @<Prepare for step-until construction and |break|@>=
15512
15513   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "initial value");
15514   pp=mp_get_node(mp, progression_node_size); value(pp)=mp->cur_exp;
15515   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
15516   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "step size");
15517   step_size(pp)=mp->cur_exp;
15518   if ( mp->cur_cmd!=until_token ) { 
15519     mp_missing_err(mp, "until");
15520 @.Missing `until'@>
15521     help2("I assume you meant to say `until' after `step'.")
15522       ("So I'll look for the final value and colon next.");
15523     mp_back_error(mp);
15524   }
15525   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
15526   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "final value");
15527   final_value(pp)=mp->cur_exp; loop_list(s)=pp;
15528   loop_type(s)=progression_flag; 
15529   break;
15530 }
15531
15532 @ The last case is when we have just seen ``\&{within}'', and we need to
15533 parse a picture expression and prepare to iterate over it.
15534
15535 @<Set up a picture iteration@>=
15536 { mp_get_x_next(mp);
15537   mp_scan_expression(mp);
15538   @<Make sure the current expression is a known picture@>;
15539   loop_type(s)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
15540   q=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
15541   if ( q!= null ) 
15542     if ( is_start_or_stop(q) )
15543       if ( mp_skip_1component(mp, q)==null ) q=link(q);
15544   loop_list(s)=q;
15545 }
15546
15547 @ @<Make sure the current expression is a known picture@>=
15548 if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
15549   mp_disp_err(mp, null,"Improper iteration spec has been replaced by nullpicture");
15550   help1("When you say `for x in p', p must be a known picture.");
15551   mp_put_get_flush_error(mp, mp_get_node(mp, edge_header_size));
15552   mp_init_edges(mp, mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_picture_type;
15553 }
15554
15555 @* \[35] File names.
15556 It's time now to fret about file names.  Besides the fact that different
15557 operating systems treat files in different ways, we must cope with the
15558 fact that completely different naming conventions are used by different
15559 groups of people. The following programs show what is required for one
15560 particular operating system; similar routines for other systems are not
15561 difficult to devise.
15562 @^system dependencies@>
15563
15564 \MP\ assumes that a file name has three parts: the name proper; its
15565 ``extension''; and a ``file area'' where it is found in an external file
15566 system.  The extension of an input file is assumed to be
15567 `\.{.mp}' unless otherwise specified; it is `\.{.log}' on the
15568 transcript file that records each run of \MP; it is `\.{.tfm}' on the font
15569 metric files that describe characters in any fonts created by \MP; it is
15570 `\.{.ps}' or `.{\it nnn}' for some number {\it nnn} on the \ps\ output files;
15571 and it is `\.{.mem}' on the mem files written by \.{INIMP} to initialize \MP.
15572 The file area can be arbitrary on input files, but files are usually
15573 output to the user's current area.  If an input file cannot be
15574 found on the specified area, \MP\ will look for it on a special system
15575 area; this special area is intended for commonly used input files.
15576
15577 Simple uses of \MP\ refer only to file names that have no explicit
15578 extension or area. For example, a person usually says `\.{input} \.{cmr10}'
15579 instead of `\.{input} \.{cmr10.new}'. Simple file
15580 names are best, because they make the \MP\ source files portable;
15581 whenever a file name consists entirely of letters and digits, it should be
15582 treated in the same way by all implementations of \MP. However, users
15583 need the ability to refer to other files in their environment, especially
15584 when responding to error messages concerning unopenable files; therefore
15585 we want to let them use the syntax that appears in their favorite
15586 operating system.
15587
15588 @ \MP\ uses the same conventions that have proved to be satisfactory for
15589 \TeX\ and \MF. In order to isolate the system-dependent aspects of file names,
15590 @^system dependencies@>
15591 the system-independent parts of \MP\ are expressed in terms
15592 of three system-dependent
15593 procedures called |begin_name|, |more_name|, and |end_name|. In
15594 essence, if the user-specified characters of the file name are $c_1\ldots c_n$,
15595 the system-independent driver program does the operations
15596 $$|begin_name|;\,|more_name|(c_1);\,\ldots\,;|more_name|(c_n);
15597 \,|end_name|.$$
15598 These three procedures communicate with each other via global variables.
15599 Afterwards the file name will appear in the string pool as three strings
15600 called |cur_name|\penalty10000\hskip-.05em,
15601 |cur_area|, and |cur_ext|; the latter two are null (i.e.,
15602 |""|), unless they were explicitly specified by the user.
15603
15604 Actually the situation is slightly more complicated, because \MP\ needs
15605 to know when the file name ends. The |more_name| routine is a function
15606 (with side effects) that returns |true| on the calls |more_name|$(c_1)$,
15607 \dots, |more_name|$(c_{n-1})$. The final call |more_name|$(c_n)$
15608 returns |false|; or, it returns |true| and $c_n$ is the last character
15609 on the current input line. In other words,
15610 |more_name| is supposed to return |true| unless it is sure that the
15611 file name has been completely scanned; and |end_name| is supposed to be able
15612 to finish the assembly of |cur_name|, |cur_area|, and |cur_ext| regardless of
15613 whether $|more_name|(c_n)$ returned |true| or |false|.
15614
15615 @<Glob...@>=
15616 char * cur_name; /* name of file just scanned */
15617 char * cur_area; /* file area just scanned, or \.{""} */
15618 char * cur_ext; /* file extension just scanned, or \.{""} */
15619
15620 @ It is easier to maintain reference counts if we assign initial values.
15621
15622 @<Set init...@>=
15623 mp->cur_name=xstrdup(""); 
15624 mp->cur_area=xstrdup(""); 
15625 mp->cur_ext=xstrdup("");
15626
15627 @ @<Dealloc variables@>=
15628 xfree(mp->cur_area);
15629 xfree(mp->cur_name);
15630 xfree(mp->cur_ext);
15631
15632 @ The file names we shall deal with for illustrative purposes have the
15633 following structure:  If the name contains `\.>' or `\.:', the file area
15634 consists of all characters up to and including the final such character;
15635 otherwise the file area is null.  If the remaining file name contains
15636 `\..', the file extension consists of all such characters from the first
15637 remaining `\..' to the end, otherwise the file extension is null.
15638 @^system dependencies@>
15639
15640 We can scan such file names easily by using two global variables that keep track
15641 of the occurrences of area and extension delimiters.  Note that these variables
15642 cannot be of type |pool_pointer| because a string pool compaction could occur
15643 while scanning a file name.
15644
15645 @<Glob...@>=
15646 integer area_delimiter;
15647   /* most recent `\.>' or `\.:' relative to |str_start[str_ptr]| */
15648 integer ext_delimiter; /* the relevant `\..', if any */
15649
15650 @ Input files that can't be found in the user's area may appear in standard
15651 system areas called |MP_area| and |MF_area|.  (The latter is used when the file
15652 extension is |".mf"|.)  The standard system area for font metric files
15653 to be read is |MP_font_area|.
15654 This system area name will, of course, vary from place to place.
15655 @^system dependencies@>
15656
15657 @d MP_area "MPinputs:"
15658 @.MPinputs@>
15659 @d MF_area "MFinputs:"
15660 @.MFinputs@>
15661 @d MP_font_area ""
15662 @.TeXfonts@>
15663
15664 @ Here now is the first of the system-dependent routines for file name scanning.
15665 @^system dependencies@>
15666
15667 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15668 void mp_begin_name (MP mp) { 
15669   xfree(mp->cur_name); 
15670   xfree(mp->cur_area); 
15671   xfree(mp->cur_ext);
15672   mp->area_delimiter=-1; 
15673   mp->ext_delimiter=-1;
15674 }
15675
15676 @ And here's the second.
15677 @^system dependencies@>
15678
15679 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15680 boolean mp_more_name (MP mp, ASCII_code c) { 
15681   if (c==' ') {
15682     return false;
15683   } else { 
15684     if ( (c=='>')||(c==':') ) { 
15685       mp->area_delimiter=mp->pool_ptr; 
15686       mp->ext_delimiter=-1;
15687     } else if ( (c=='.')&&(mp->ext_delimiter<0) ) {
15688       mp->ext_delimiter=mp->pool_ptr;
15689     }
15690     str_room(1); append_char(c); /* contribute |c| to the current string */
15691     return true;
15692   }
15693 }
15694
15695 @ The third.
15696 @^system dependencies@>
15697
15698 @d copy_pool_segment(A,B,C) { 
15699       A = xmalloc(C+1,sizeof(char)); 
15700       strncpy(A,(char *)(mp->str_pool+B),C);  
15701       A[C] = 0;}
15702
15703 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15704 void mp_end_name (MP mp) {
15705   pool_pointer s; /* length of area, name, and extension */
15706   unsigned int len;
15707   /* "my/w.mp" */
15708   s = mp->str_start[mp->str_ptr];
15709   if ( mp->area_delimiter<0 ) {    
15710     mp->cur_area=xstrdup("");
15711   } else {
15712     len = mp->area_delimiter-s; 
15713     copy_pool_segment(mp->cur_area,s,len);
15714     s += len+1;
15715   }
15716   if ( mp->ext_delimiter<0 ) {
15717     mp->cur_ext=xstrdup("");
15718     len = mp->pool_ptr-s; 
15719   } else {
15720     copy_pool_segment(mp->cur_ext,mp->ext_delimiter,(mp->pool_ptr-mp->ext_delimiter));
15721     len = mp->ext_delimiter-s;
15722   }
15723   copy_pool_segment(mp->cur_name,s,len);
15724   mp->pool_ptr=s; /* don't need this partial string */
15725 }
15726
15727 @ Conversely, here is a routine that takes three strings and prints a file
15728 name that might have produced them. (The routine is system dependent, because
15729 some operating systems put the file area last instead of first.)
15730 @^system dependencies@>
15731
15732 @<Basic printing...@>=
15733 void mp_print_file_name (MP mp, char * n, char * a, char * e) { 
15734   mp_print(mp, a); mp_print(mp, n); mp_print(mp, e);
15735 };
15736
15737 @ Another system-dependent routine is needed to convert three internal
15738 \MP\ strings
15739 to the |name_of_file| value that is used to open files. The present code
15740 allows both lowercase and uppercase letters in the file name.
15741 @^system dependencies@>
15742
15743 @d append_to_name(A) { c=(A); 
15744   if ( k<file_name_size ) {
15745     mp->name_of_file[k]=xchr(c);
15746     incr(k);
15747   }
15748 }
15749
15750 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15751 void mp_pack_file_name (MP mp, char *n, char *a, char *e) {
15752   integer k; /* number of positions filled in |name_of_file| */
15753   ASCII_code c; /* character being packed */
15754   char *j; /* a character  index */
15755   k=0;
15756   assert(n);
15757   if (a!=NULL) {
15758     for (j=a;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15759   }
15760   for (j=n;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15761   if (e!=NULL) {
15762     for (j=e;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15763   }
15764   mp->name_of_file[k]=0;
15765   mp->name_length=k; 
15766 }
15767
15768 @ @<Internal library declarations@>=
15769 void mp_pack_file_name (MP mp, char *n, char *a, char *e) ;
15770
15771 @ A messier routine is also needed, since mem file names must be scanned
15772 before \MP's string mechanism has been initialized. We shall use the
15773 global variable |MP_mem_default| to supply the text for default system areas
15774 and extensions related to mem files.
15775 @^system dependencies@>
15776
15777 @d mem_default_length 9 /* length of the |MP_mem_default| string */
15778 @d mem_ext_length 4 /* length of its `\.{.mem}' part */
15779 @d mem_extension ".mem" /* the extension, as a \.{WEB} constant */
15780
15781 @<Glob...@>=
15782 char *MP_mem_default;
15783 char *mem_name; /* for commandline */
15784
15785 @ @<Option variables@>=
15786 char *mem_name; /* for commandline */
15787
15788 @ @<Allocate or initialize ...@>=
15789 mp->MP_mem_default = xstrdup("plain.mem");
15790 mp->mem_name = xstrdup(opt->mem_name);
15791 @.plain@>
15792 @^system dependencies@>
15793
15794 @ @<Dealloc variables@>=
15795 xfree(mp->MP_mem_default);
15796 xfree(mp->mem_name);
15797
15798 @ @<Check the ``constant'' values for consistency@>=
15799 if ( mem_default_length>file_name_size ) mp->bad=20;
15800
15801 @ Here is the messy routine that was just mentioned. It sets |name_of_file|
15802 from the first |n| characters of |MP_mem_default|, followed by
15803 |buffer[a..b-1]|, followed by the last |mem_ext_length| characters of
15804 |MP_mem_default|.
15805
15806 We dare not give error messages here, since \MP\ calls this routine before
15807 the |error| routine is ready to roll. Instead, we simply drop excess characters,
15808 since the error will be detected in another way when a strange file name
15809 isn't found.
15810 @^system dependencies@>
15811
15812 @c void mp_pack_buffered_name (MP mp,small_number n, integer a,
15813                                integer b) {
15814   integer k; /* number of positions filled in |name_of_file| */
15815   ASCII_code c; /* character being packed */
15816   integer j; /* index into |buffer| or |MP_mem_default| */
15817   if ( n+b-a+1+mem_ext_length>file_name_size )
15818     b=a+file_name_size-n-1-mem_ext_length;
15819   k=0;
15820   for (j=0;j<n;j++) {
15821     append_to_name(xord((int)mp->MP_mem_default[j]));
15822   }
15823   for (j=a;j<b;j++) {
15824     append_to_name(mp->buffer[j]);
15825   }
15826   for (j=mem_default_length-mem_ext_length;
15827       j<mem_default_length;j++) {
15828     append_to_name(xord((int)mp->MP_mem_default[j]));
15829   } 
15830   mp->name_of_file[k]=0;
15831   mp->name_length=k; 
15832 }
15833
15834 @ Here is the only place we use |pack_buffered_name|. This part of the program
15835 becomes active when a ``virgin'' \MP\ is trying to get going, just after
15836 the preliminary initialization, or when the user is substituting another
15837 mem file by typing `\.\&' after the initial `\.{**}' prompt.  The buffer
15838 contains the first line of input in |buffer[loc..(last-1)]|, where
15839 |loc<last| and |buffer[loc]<>" "|.
15840
15841 @<Declarations@>=
15842 boolean mp_open_mem_file (MP mp) ;
15843
15844 @ @c
15845 boolean mp_open_mem_file (MP mp) {
15846   int j; /* the first space after the file name */
15847   if (mp->mem_name!=NULL) {
15848     mp->mem_file = mp_open_file(mp, mp->mem_name, "rb", mp_filetype_memfile);
15849     if ( mp->mem_file ) return true;
15850   }
15851   j=loc;
15852   if ( mp->buffer[loc]=='&' ) {
15853     incr(loc); j=loc; mp->buffer[mp->last]=' ';
15854     while ( mp->buffer[j]!=' ' ) incr(j);
15855     mp_pack_buffered_name(mp, 0,loc,j); /* try first without the system file area */
15856     if ( mp_w_open_in(mp, &mp->mem_file) ) goto FOUND;
15857     wake_up_terminal;
15858     wterm_ln("Sorry, I can\'t find that mem file; will try PLAIN.");
15859 @.Sorry, I can't find...@>
15860     update_terminal;
15861   }
15862   /* now pull out all the stops: try for the system \.{plain} file */
15863   mp_pack_buffered_name(mp, mem_default_length-mem_ext_length,0,0);
15864   if ( ! mp_w_open_in(mp, &mp->mem_file) ) {
15865     wake_up_terminal;
15866     wterm_ln("I can\'t find the PLAIN mem file!\n");
15867 @.I can't find PLAIN...@>
15868 @.plain@>
15869     return false;
15870   }
15871 FOUND:
15872   loc=j; return true;
15873 }
15874
15875 @ Operating systems often make it possible to determine the exact name (and
15876 possible version number) of a file that has been opened. The following routine,
15877 which simply makes a \MP\ string from the value of |name_of_file|, should
15878 ideally be changed to deduce the full name of file~|f|, which is the file
15879 most recently opened, if it is possible to do this in a \PASCAL\ program.
15880 @^system dependencies@>
15881
15882 @<Declarations@>=
15883 #define mp_a_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
15884 #define mp_b_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
15885 #define mp_w_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
15886
15887 @ @c 
15888 str_number mp_make_name_string (MP mp) {
15889   int k; /* index into |name_of_file| */
15890   str_room(mp->name_length);
15891   for (k=0;k<mp->name_length;k++) {
15892     append_char(xord((int)mp->name_of_file[k]));
15893   }
15894   return mp_make_string(mp);
15895 }
15896
15897 @ Now let's consider the ``driver''
15898 routines by which \MP\ deals with file names
15899 in a system-independent manner.  First comes a procedure that looks for a
15900 file name in the input by taking the information from the input buffer.
15901 (We can't use |get_next|, because the conversion to tokens would
15902 destroy necessary information.)
15903
15904 This procedure doesn't allow semicolons or percent signs to be part of
15905 file names, because of other conventions of \MP.
15906 {\sl The {\logos METAFONT\/}book} doesn't
15907 use semicolons or percents immediately after file names, but some users
15908 no doubt will find it natural to do so; therefore system-dependent
15909 changes to allow such characters in file names should probably
15910 be made with reluctance, and only when an entire file name that
15911 includes special characters is ``quoted'' somehow.
15912 @^system dependencies@>
15913
15914 @c void mp_scan_file_name (MP mp) { 
15915   mp_begin_name(mp);
15916   while ( mp->buffer[loc]==' ' ) incr(loc);
15917   while (1) { 
15918     if ( (mp->buffer[loc]==';')||(mp->buffer[loc]=='%') ) break;
15919     if ( ! mp_more_name(mp, mp->buffer[loc]) ) break;
15920     incr(loc);
15921   }
15922   mp_end_name(mp);
15923 }
15924
15925 @ Here is another version that takes its input from a string.
15926
15927 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15928 void mp_str_scan_file (MP mp,  str_number s) {
15929   pool_pointer p,q; /* current position and stopping point */
15930   mp_begin_name(mp);
15931   p=mp->str_start[s]; q=str_stop(s);
15932   while ( p<q ){ 
15933     if ( ! mp_more_name(mp, mp->str_pool[p]) ) break;
15934     incr(p);
15935   }
15936   mp_end_name(mp);
15937 }
15938
15939 @ And one that reads from a |char*|.
15940
15941 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15942 void mp_ptr_scan_file (MP mp,  char *s) {
15943   char *p, *q; /* current position and stopping point */
15944   mp_begin_name(mp);
15945   p=s; q=p+strlen(s);
15946   while ( p<q ){ 
15947     if ( ! mp_more_name(mp, *p)) break;
15948     p++;
15949   }
15950   mp_end_name(mp);
15951 }
15952
15953
15954 @ The global variable |job_name| contains the file name that was first
15955 \&{input} by the user. This name is extended by `\.{.log}' and `\.{ps}' and
15956 `\.{.mem}' and `\.{.tfm}' in order to make the names of \MP's output files.
15957
15958 @<Glob...@>=
15959 char *job_name; /* principal file name */
15960 boolean log_opened; /* has the transcript file been opened? */
15961 char *log_name; /* full name of the log file */
15962
15963 @ @<Option variables@>=
15964 char *job_name; /* principal file name */
15965
15966 @ Initially |job_name=NULL|; it becomes nonzero as soon as the true name is known.
15967 We have |job_name=NULL| if and only if the `\.{log}' file has not been opened,
15968 except of course for a short time just after |job_name| has become nonzero.
15969
15970 @<Allocate or ...@>=
15971 mp->job_name=opt->job_name; 
15972 mp->log_opened=false;
15973
15974 @ @<Dealloc variables@>=
15975 xfree(mp->job_name);
15976
15977 @ Here is a routine that manufactures the output file names, assuming that
15978 |job_name<>0|. It ignores and changes the current settings of |cur_area|
15979 and |cur_ext|.
15980
15981 @d pack_cur_name mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area,mp->cur_ext)
15982
15983 @<Declarations@>=
15984 void mp_pack_job_name (MP mp, char *s) ;
15985
15986 @ @c void mp_pack_job_name (MP mp, char  *s) { /* |s = ".log"|, |".mem"|, |".ps"|, or .\\{nnn} */
15987   xfree(mp->cur_name); mp->cur_name=xstrdup(mp->job_name);
15988   xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(""); 
15989   xfree(mp->cur_ext);  mp->cur_ext=xstrdup(s);
15990   pack_cur_name;
15991 }
15992
15993 @ If some trouble arises when \MP\ tries to open a file, the following
15994 routine calls upon the user to supply another file name. Parameter~|s|
15995 is used in the error message to identify the type of file; parameter~|e|
15996 is the default extension if none is given. Upon exit from the routine,
15997 variables |cur_name|, |cur_area|, |cur_ext|, and |name_of_file| are
15998 ready for another attempt at file opening.
15999
16000 @<Declarations@>=
16001 void mp_prompt_file_name (MP mp,char * s, char * e) ;
16002
16003 @ @c void mp_prompt_file_name (MP mp,char * s, char * e) {
16004   size_t k; /* index into |buffer| */
16005   char * saved_cur_name;
16006   if ( mp->interaction==mp_scroll_mode ) 
16007         wake_up_terminal;
16008   if (strcmp(s,"input file name")==0) {
16009         print_err("I can\'t find file `");
16010 @.I can't find file x@>
16011   } else {
16012         print_err("I can\'t write on file `");
16013   }
16014 @.I can't write on file x@>
16015   mp_print_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area,mp->cur_ext); 
16016   mp_print(mp, "'.");
16017   if (strcmp(e,"")==0) 
16018         mp_show_context(mp);
16019   mp_print_nl(mp, "Please type another "); mp_print(mp, s);
16020 @.Please type...@>
16021   if ( mp->interaction<mp_scroll_mode )
16022     mp_fatal_error(mp, "*** (job aborted, file error in nonstop mode)");
16023 @.job aborted, file error...@>
16024   saved_cur_name = xstrdup(mp->cur_name);
16025   clear_terminal; prompt_input(": "); @<Scan file name in the buffer@>;
16026   if (strcmp(mp->cur_ext,"")==0) 
16027         mp->cur_ext=e;
16028   if (strlen(mp->cur_name)==0) {
16029     mp->cur_name=saved_cur_name;
16030   } else {
16031     xfree(saved_cur_name);
16032   }
16033   pack_cur_name;
16034 }
16035
16036 @ @<Scan file name in the buffer@>=
16037
16038   mp_begin_name(mp); k=mp->first;
16039   while ( (mp->buffer[k]==' ')&&(k<mp->last) ) incr(k);
16040   while (1) { 
16041     if ( k==mp->last ) break;
16042     if ( ! mp_more_name(mp, mp->buffer[k]) ) break;
16043     incr(k);
16044   }
16045   mp_end_name(mp);
16046 }
16047
16048 @ The |open_log_file| routine is used to open the transcript file and to help
16049 it catch up to what has previously been printed on the terminal.
16050
16051 @c void mp_open_log_file (MP mp) {
16052   int old_setting; /* previous |selector| setting */
16053   int k; /* index into |months| and |buffer| */
16054   int l; /* end of first input line */
16055   integer m; /* the current month */
16056   char *months="JANFEBMARAPRMAYJUNJULAUGSEPOCTNOVDEC"; 
16057     /* abbreviations of month names */
16058   old_setting=mp->selector;
16059   if ( mp->job_name==NULL ) {
16060      mp->job_name=xstrdup("mpout");
16061   }
16062   mp_pack_job_name(mp,".log");
16063   while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->log_file, mp_filetype_log) ) {
16064     @<Try to get a different log file name@>;
16065   }
16066   mp->log_name=xstrdup(mp->name_of_file);
16067   mp->selector=log_only; mp->log_opened=true;
16068   @<Print the banner line, including the date and time@>;
16069   mp->input_stack[mp->input_ptr]=mp->cur_input; 
16070     /* make sure bottom level is in memory */
16071   mp_print_nl(mp, "**");
16072 @.**@>
16073   l=mp->input_stack[0].limit_field-1; /* last position of first line */
16074   for (k=0;k<=l;k++) mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
16075   mp_print_ln(mp); /* now the transcript file contains the first line of input */
16076   mp->selector=old_setting+2; /* |log_only| or |term_and_log| */
16077 }
16078
16079 @ @<Dealloc variables@>=
16080 xfree(mp->log_name);
16081
16082 @ Sometimes |open_log_file| is called at awkward moments when \MP\ is
16083 unable to print error messages or even to |show_context|.
16084 The |prompt_file_name| routine can result in a |fatal_error|, but the |error|
16085 routine will not be invoked because |log_opened| will be false.
16086
16087 The normal idea of |mp_batch_mode| is that nothing at all should be written
16088 on the terminal. However, in the unusual case that
16089 no log file could be opened, we make an exception and allow
16090 an explanatory message to be seen.
16091
16092 Incidentally, the program always refers to the log file as a `\.{transcript
16093 file}', because some systems cannot use the extension `\.{.log}' for
16094 this file.
16095
16096 @<Try to get a different log file name@>=
16097 {  
16098   mp->selector=term_only;
16099   mp_prompt_file_name(mp, "transcript file name",".log");
16100 }
16101
16102 @ @<Print the banner...@>=
16103
16104   wlog(banner);
16105   mp_print(mp, mp->mem_ident); mp_print(mp, "  ");
16106   mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day])); 
16107   mp_print_char(mp, ' ');
16108   m=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]);
16109   for (k=3*m-3;k<3*m;k++) { wlog_chr(months[k]); }
16110   mp_print_char(mp, ' '); 
16111   mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year])); 
16112   mp_print_char(mp, ' ');
16113   m=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]);
16114   mp_print_dd(mp, m / 60); mp_print_char(mp, ':'); mp_print_dd(mp, m % 60);
16115 }
16116
16117 @ The |try_extension| function tries to open an input file determined by
16118 |cur_name|, |cur_area|, and the argument |ext|.  It returns |false| if it
16119 can't find the file in |cur_area| or the appropriate system area.
16120
16121 @c boolean mp_try_extension (MP mp,char *ext) { 
16122   mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area, ext);
16123   in_name=xstrdup(mp->cur_name); 
16124   in_area=xstrdup(mp->cur_area);
16125   if ( mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program) ) {
16126     return true;
16127   } else { 
16128     if (strcmp(ext,".mf")==0 ) in_area=xstrdup(MF_area);
16129     else in_area=xstrdup(MP_area);
16130     mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,in_area,ext);
16131     return mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program);
16132   }
16133   return false;
16134 }
16135
16136 @ Let's turn now to the procedure that is used to initiate file reading
16137 when an `\.{input}' command is being processed.
16138
16139 @c void mp_start_input (MP mp) { /* \MP\ will \.{input} something */
16140   char *fname = NULL;
16141   @<Put the desired file name in |(cur_name,cur_ext,cur_area)|@>;
16142   while (1) { 
16143     mp_begin_file_reading(mp); /* set up |cur_file| and new level of input */
16144     if ( strlen(mp->cur_ext)==0 ) {
16145       if ( mp_try_extension(mp, ".mp") ) break;
16146       else if ( mp_try_extension(mp, "") ) break;
16147       else if ( mp_try_extension(mp, ".mf") ) break;
16148       /* |else do_nothing; | */
16149     } else if ( mp_try_extension(mp, mp->cur_ext) ) {
16150       break;
16151     }
16152     mp_end_file_reading(mp); /* remove the level that didn't work */
16153     mp_prompt_file_name(mp, "input file name","");
16154   }
16155   name=mp_a_make_name_string(mp, cur_file);
16156   fname = xstrdup(mp->name_of_file);
16157   if ( mp->job_name==NULL ) {
16158     mp->job_name=xstrdup(mp->cur_name); 
16159     mp_open_log_file(mp);
16160   } /* |open_log_file| doesn't |show_context|, so |limit|
16161         and |loc| needn't be set to meaningful values yet */
16162   if ( ((int)mp->term_offset+(int)strlen(fname)) > (mp->max_print_line-2)) mp_print_ln(mp);
16163   else if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_char(mp, ' ');
16164   mp_print_char(mp, '('); incr(mp->open_parens); mp_print(mp, fname); 
16165   xfree(fname);
16166   update_terminal;
16167   @<Flush |name| and replace it with |cur_name| if it won't be needed@>;
16168   @<Read the first line of the new file@>;
16169 }
16170
16171 @ This code should be omitted if |a_make_name_string| returns something other
16172 than just a copy of its argument and the full file name is needed for opening
16173 \.{MPX} files or implementing the switch-to-editor option.
16174 @^system dependencies@>
16175
16176 @<Flush |name| and replace it with |cur_name| if it won't be needed@>=
16177 mp_flush_string(mp, name); name=rts(mp->cur_name); xfree(mp->cur_name)
16178
16179 @ Here we have to remember to tell the |input_ln| routine not to
16180 start with a |get|. If the file is empty, it is considered to
16181 contain a single blank line.
16182 @^system dependencies@>
16183
16184 @<Read the first line...@>=
16185
16186   line=1;
16187   (void)mp_input_ln(mp, cur_file,false); 
16188   mp_firm_up_the_line(mp);
16189   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start;
16190 }
16191
16192 @ @<Put the desired file name in |(cur_name,cur_ext,cur_area)|@>=
16193 while ( token_state &&(loc==null) ) mp_end_token_list(mp);
16194 if ( token_state ) { 
16195   print_err("File names can't appear within macros");
16196 @.File names can't...@>
16197   help3("Sorry...I've converted what follows to tokens,")
16198     ("possibly garbaging the name you gave.")
16199     ("Please delete the tokens and insert the name again.");
16200   mp_error(mp);
16201 }
16202 if ( file_state ) {
16203   mp_scan_file_name(mp);
16204 } else { 
16205    xfree(mp->cur_name); mp->cur_name=xstrdup(""); 
16206    xfree(mp->cur_ext);  mp->cur_ext =xstrdup(""); 
16207    xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(""); 
16208 }
16209
16210 @ Sometimes we need to deal with two file names at once.  This procedure
16211 copies the given string into a special array for an old file name.
16212
16213 @c void mp_copy_old_name (MP mp,str_number s) {
16214   integer k; /* number of positions filled in |old_file_name| */
16215   pool_pointer j; /* index into |str_pool| */
16216   k=0;
16217   for (j=mp->str_start[s];j<=str_stop(s)-1;j++) { 
16218     incr(k);
16219     if ( k<=file_name_size ) 
16220       mp->old_file_name[k]=xchr(mp->str_pool[j]);
16221   }
16222   mp->old_file_name[++k] = 0;
16223 }
16224
16225 @ @<Glob...@>=
16226 char old_file_name[file_name_size+1];  /* analogous to |name_of_file| */
16227
16228 @ The following simple routine starts reading the \.{MPX} file associated
16229 with the current input file.
16230
16231 @c void mp_start_mpx_input (MP mp) {
16232   mp_pack_file_name(mp, in_name, in_area, ".mpx");
16233   @<Try to make sure |name_of_file| refers to a valid \.{MPX} file and
16234     |goto not_found| if there is a problem@>;
16235   mp_begin_file_reading(mp);
16236   if ( ! mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program) ) {
16237     mp_end_file_reading(mp);
16238     goto NOT_FOUND;
16239   }
16240   name=mp_a_make_name_string(mp, cur_file);
16241   mp->mpx_name[index]=name; add_str_ref(name);
16242   @<Read the first line of the new file@>;
16243   return;
16244 NOT_FOUND: 
16245     @<Explain that the \.{MPX} file can't be read and |succumb|@>;
16246 }
16247
16248 @ This should ideally be changed to do whatever is necessary to create the
16249 \.{MPX} file given by |name_of_file| if it does not exist or if it is out
16250 of date.  This requires invoking \.{MPtoTeX} on the |old_file_name| and passing
16251 the results through \TeX\ and \.{DVItoMP}.  (It is possible to use a
16252 completely different typesetting program if suitable postprocessor is
16253 available to perform the function of \.{DVItoMP}.)
16254 @^system dependencies@>
16255
16256 @ @<Exported types@>=
16257 typedef int (*mp_run_make_mpx_command)(MP mp, char *origname, char *mtxname);
16258
16259 @ @<Glob...@>=
16260 mp_run_make_mpx_command run_make_mpx;
16261
16262 @ @<Option variables@>=
16263 mp_run_make_mpx_command run_make_mpx;
16264
16265 @ @<Allocate or initialize ...@>=
16266 set_callback_option(run_make_mpx);
16267
16268 @ @<Internal library declarations@>=
16269 int mp_run_make_mpx (MP mp, char *origname, char *mtxname);
16270
16271 @ The default does nothing.
16272 @c 
16273 int mp_run_make_mpx (MP mp, char *origname, char *mtxname) {
16274   if (mp && origname && mtxname) /* for -W */
16275     return false;
16276   return false;
16277 }
16278
16279
16280
16281 @ @<Try to make sure |name_of_file| refers to a valid \.{MPX} file and
16282   |goto not_found| if there is a problem@>=
16283 mp_copy_old_name(mp, name);
16284 if (!(mp->run_make_mpx)(mp, mp->old_file_name, mp->name_of_file))
16285    goto NOT_FOUND
16286
16287 @ @<Explain that the \.{MPX} file can't be read and |succumb|@>=
16288 if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
16289 mp_print_nl(mp, ">> ");
16290 mp_print(mp, mp->old_file_name);
16291 mp_print_nl(mp, ">> ");
16292 mp_print(mp, mp->name_of_file);
16293 mp_print_nl(mp, "! Unable to make mpx file");
16294 help4("The two files given above are one of your source files")
16295   ("and an auxiliary file I need to read to find out what your")
16296   ("btex..etex blocks mean. If you don't know why I had trouble,")
16297   ("try running it manually through MPtoTeX, TeX, and DVItoMP");
16298 succumb;
16299
16300 @ The last file-opening commands are for files accessed via the \&{readfrom}
16301 @:read_from_}{\&{readfrom} primitive@>
16302 operator and the \&{write} command.  Such files are stored in separate arrays.
16303 @:write_}{\&{write} primitive@>
16304
16305 @<Types in the outer block@>=
16306 typedef unsigned int readf_index; /* |0..max_read_files| */
16307 typedef unsigned int write_index;  /* |0..max_write_files| */
16308
16309 @ @<Glob...@>=
16310 readf_index max_read_files; /* maximum number of simultaneously open \&{readfrom} files */
16311 FILE ** rd_file; /* \&{readfrom} files */
16312 char ** rd_fname; /* corresponding file name or 0 if file not open */
16313 readf_index read_files; /* number of valid entries in the above arrays */
16314 write_index max_write_files; /* maximum number of simultaneously open \&{write} */
16315 FILE ** wr_file; /* \&{write} files */
16316 char ** wr_fname; /* corresponding file name or 0 if file not open */
16317 write_index write_files; /* number of valid entries in the above arrays */
16318
16319 @ @<Allocate or initialize ...@>=
16320 mp->max_read_files=8;
16321 mp->rd_file = xmalloc((mp->max_read_files+1),sizeof(FILE *));
16322 mp->rd_fname = xmalloc((mp->max_read_files+1),sizeof(char *));
16323 memset(mp->rd_fname, 0, sizeof(char *)*(mp->max_read_files+1));
16324 mp->read_files=0;
16325 mp->max_write_files=8;
16326 mp->wr_file = xmalloc((mp->max_write_files+1),sizeof(FILE *));
16327 mp->wr_fname = xmalloc((mp->max_write_files+1),sizeof(char *));
16328 memset(mp->wr_fname, 0, sizeof(char *)*(mp->max_write_files+1));
16329 mp->write_files=0;
16330
16331
16332 @ This routine starts reading the file named by string~|s| without setting
16333 |loc|, |limit|, or |name|.  It returns |false| if the file is empty or cannot
16334 be opened.  Otherwise it updates |rd_file[n]| and |rd_fname[n]|.
16335
16336 @c boolean mp_start_read_input (MP mp,char *s, readf_index  n) {
16337   mp_ptr_scan_file(mp, s);
16338   pack_cur_name;
16339   mp_begin_file_reading(mp);
16340   if ( ! mp_a_open_in(mp, &mp->rd_file[n], mp_filetype_text) ) 
16341         goto NOT_FOUND;
16342   if ( ! mp_input_ln(mp, mp->rd_file[n], false) ) {
16343     fclose(mp->rd_file[n]); 
16344         goto NOT_FOUND; 
16345   }
16346   mp->rd_fname[n]=xstrdup(mp->name_of_file);
16347   return true;
16348 NOT_FOUND: 
16349   mp_end_file_reading(mp);
16350   return false;
16351 }
16352
16353 @ Open |wr_file[n]| using file name~|s| and update |wr_fname[n]|.
16354
16355 @<Declarations@>=
16356 void mp_open_write_file (MP mp, char *s, readf_index  n) ;
16357
16358 @ @c void mp_open_write_file (MP mp,char *s, readf_index  n) {
16359   mp_ptr_scan_file(mp, s);
16360   pack_cur_name;
16361   while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->wr_file[n], mp_filetype_text) )
16362     mp_prompt_file_name(mp, "file name for write output","");
16363   mp->wr_fname[n]=xstrdup(mp->name_of_file);
16364 }
16365
16366
16367 @* \[36] Introduction to the parsing routines.
16368 We come now to the central nervous system that sparks many of \MP's activities.
16369 By evaluating expressions, from their primary constituents to ever larger
16370 subexpressions, \MP\ builds the structures that ultimately define complete
16371 pictures or fonts of type.
16372
16373 Four mutually recursive subroutines are involved in this process: We call them
16374 $$\hbox{|scan_primary|, |scan_secondary|, |scan_tertiary|,
16375 and |scan_expression|.}$$
16376 @^recursion@>
16377 Each of them is parameterless and begins with the first token to be scanned
16378 already represented in |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|. After execution,
16379 the value of the primary or secondary or tertiary or expression that was
16380 found will appear in the global variables |cur_type| and |cur_exp|. The
16381 token following the expression will be represented in |cur_cmd|, |cur_mod|,
16382 and |cur_sym|.
16383
16384 Technically speaking, the parsing algorithms are ``LL(1),'' more or less;
16385 backup mechanisms have been added in order to provide reasonable error
16386 recovery.
16387
16388 @<Glob...@>=
16389 small_number cur_type; /* the type of the expression just found */
16390 integer cur_exp; /* the value of the expression just found */
16391
16392 @ @<Set init...@>=
16393 mp->cur_exp=0;
16394
16395 @ Many different kinds of expressions are possible, so it is wise to have
16396 precise descriptions of what |cur_type| and |cur_exp| mean in all cases:
16397
16398 \smallskip\hang
16399 |cur_type=mp_vacuous| means that this expression didn't turn out to have a
16400 value at all, because it arose from a \&{begingroup}$\,\ldots\,$\&{endgroup}
16401 construction in which there was no expression before the \&{endgroup}.
16402 In this case |cur_exp| has some irrelevant value.
16403
16404 \smallskip\hang
16405 |cur_type=mp_boolean_type| means that |cur_exp| is either |true_code|
16406 or |false_code|.
16407
16408 \smallskip\hang
16409 |cur_type=mp_unknown_boolean| means that |cur_exp| points to a capsule
16410 node that is in the ring of variables equivalent
16411 to at least one undefined boolean variable.
16412
16413 \smallskip\hang
16414 |cur_type=mp_string_type| means that |cur_exp| is a string number (i.e., an
16415 integer in the range |0<=cur_exp<str_ptr|). That string's reference count
16416 includes this particular reference.
16417
16418 \smallskip\hang
16419 |cur_type=mp_unknown_string| means that |cur_exp| points to a capsule
16420 node that is in the ring of variables equivalent
16421 to at least one undefined string variable.
16422
16423 \smallskip\hang
16424 |cur_type=mp_pen_type| means that |cur_exp| points to a node in a pen.  Nobody
16425 else points to any of the nodes in this pen.  The pen may be polygonal or
16426 elliptical.
16427
16428 \smallskip\hang
16429 |cur_type=mp_unknown_pen| means that |cur_exp| points to a capsule
16430 node that is in the ring of variables equivalent
16431 to at least one undefined pen variable.
16432
16433 \smallskip\hang
16434 |cur_type=mp_path_type| means that |cur_exp| points to a the first node of
16435 a path; nobody else points to this particular path. The control points of
16436 the path will have been chosen.
16437
16438 \smallskip\hang
16439 |cur_type=mp_unknown_path| means that |cur_exp| points to a capsule
16440 node that is in the ring of variables equivalent
16441 to at least one undefined path variable.
16442
16443 \smallskip\hang
16444 |cur_type=mp_picture_type| means that |cur_exp| points to an edge header node.
16445 There may be other pointers to this particular set of edges.  The header node
16446 contains a reference count that includes this particular reference.
16447
16448 \smallskip\hang
16449 |cur_type=mp_unknown_picture| means that |cur_exp| points to a capsule
16450 node that is in the ring of variables equivalent
16451 to at least one undefined picture variable.
16452
16453 \smallskip\hang
16454 |cur_type=mp_transform_type| means that |cur_exp| points to a |mp_transform_type|
16455 capsule node. The |value| part of this capsule
16456 points to a transform node that contains six numeric values,
16457 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16458
16459 \smallskip\hang
16460 |cur_type=mp_color_type| means that |cur_exp| points to a |color_type|
16461 capsule node. The |value| part of this capsule
16462 points to a color node that contains three numeric values,
16463 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16464
16465 \smallskip\hang
16466 |cur_type=mp_cmykcolor_type| means that |cur_exp| points to a |mp_cmykcolor_type|
16467 capsule node. The |value| part of this capsule
16468 points to a color node that contains four numeric values,
16469 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16470
16471 \smallskip\hang
16472 |cur_type=mp_pair_type| means that |cur_exp| points to a capsule
16473 node whose type is |mp_pair_type|. The |value| part of this capsule
16474 points to a pair node that contains two numeric values,
16475 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16476
16477 \smallskip\hang
16478 |cur_type=mp_known| means that |cur_exp| is a |scaled| value.
16479
16480 \smallskip\hang
16481 |cur_type=mp_dependent| means that |cur_exp| points to a capsule node whose type
16482 is |dependent|. The |dep_list| field in this capsule points to the associated
16483 dependency list.
16484
16485 \smallskip\hang
16486 |cur_type=mp_proto_dependent| means that |cur_exp| points to a |mp_proto_dependent|
16487 capsule node. The |dep_list| field in this capsule
16488 points to the associated dependency list.
16489
16490 \smallskip\hang
16491 |cur_type=independent| means that |cur_exp| points to a capsule node
16492 whose type is |independent|. This somewhat unusual case can arise, for
16493 example, in the expression
16494 `$x+\&{begingroup}\penalty0\,\&{string}\,x; 0\,\&{endgroup}$'.
16495
16496 \smallskip\hang
16497 |cur_type=mp_token_list| means that |cur_exp| points to a linked list of
16498 tokens. This case arises only on the left-hand side of an assignment
16499 (`\.{:=}') operation, under very special circumstances.
16500
16501 \smallskip\noindent
16502 The possible settings of |cur_type| have been listed here in increasing
16503 numerical order. Notice that |cur_type| will never be |mp_numeric_type| or
16504 |suffixed_macro| or |mp_unsuffixed_macro|, although variables of those types
16505 are allowed.  Conversely, \MP\ has no variables of type |mp_vacuous| or
16506 |token_list|.
16507
16508 @ Capsules are two-word nodes that have a similar meaning
16509 to |cur_type| and |cur_exp|. Such nodes have |name_type=capsule|
16510 and |link<=mp_void|; and their |type| field is one of the possibilities for
16511 |cur_type| listed above.
16512
16513 The |value| field of a capsule is, in most cases, the value that
16514 corresponds to its |type|, as |cur_exp| corresponds to |cur_type|.
16515 However, when |cur_exp| would point to a capsule,
16516 no extra layer of indirection is present; the |value|
16517 field is what would have been called |value(cur_exp)| if it had not been
16518 encapsulated.  Furthermore, if the type is |dependent| or
16519 |mp_proto_dependent|, the |value| field of a capsule is replaced by
16520 |dep_list| and |prev_dep| fields, since dependency lists in capsules are
16521 always part of the general |dep_list| structure.
16522
16523 The |get_x_next| routine is careful not to change the values of |cur_type|
16524 and |cur_exp| when it gets an expanded token. However, |get_x_next| might
16525 call a macro, which might parse an expression, which might execute lots of
16526 commands in a group; hence it's possible that |cur_type| might change
16527 from, say, |mp_unknown_boolean| to |mp_boolean_type|, or from |dependent| to
16528 |known| or |independent|, during the time |get_x_next| is called. The
16529 programs below are careful to stash sensitive intermediate results in
16530 capsules, so that \MP's generality doesn't cause trouble.
16531
16532 Here's a procedure that illustrates these conventions. It takes
16533 the contents of $(|cur_type|\kern-.3pt,|cur_exp|\kern-.3pt)$
16534 and stashes them away in a
16535 capsule. It is not used when |cur_type=mp_token_list|.
16536 After the operation, |cur_type=mp_vacuous|; hence there is no need to
16537 copy path lists or to update reference counts, etc.
16538
16539 The special link |mp_void| is put on the capsule returned by
16540 |stash_cur_exp|, because this procedure is used to store macro parameters
16541 that must be easily distinguishable from token lists.
16542
16543 @<Declare the stashing/unstashing routines@>=
16544 pointer mp_stash_cur_exp (MP mp) {
16545   pointer p; /* the capsule that will be returned */
16546   switch (mp->cur_type) {
16547   case unknown_types:
16548   case mp_transform_type:
16549   case mp_color_type:
16550   case mp_pair_type:
16551   case mp_dependent:
16552   case mp_proto_dependent:
16553   case mp_independent: 
16554   case mp_cmykcolor_type:
16555     p=mp->cur_exp;
16556     break;
16557   default: 
16558     p=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(p)=mp_capsule;
16559     type(p)=mp->cur_type; value(p)=mp->cur_exp;
16560     break;
16561   }
16562   mp->cur_type=mp_vacuous; link(p)=mp_void; 
16563   return p;
16564 }
16565
16566 @ The inverse of |stash_cur_exp| is the following procedure, which
16567 deletes an unnecessary capsule and puts its contents into |cur_type|
16568 and |cur_exp|.
16569
16570 The program steps of \MP\ can be divided into two categories: those in
16571 which |cur_type| and |cur_exp| are ``alive'' and those in which they are
16572 ``dead,'' in the sense that |cur_type| and |cur_exp| contain relevant
16573 information or not. It's important not to ignore them when they're alive,
16574 and it's important not to pay attention to them when they're dead.
16575
16576 There's also an intermediate category: If |cur_type=mp_vacuous|, then
16577 |cur_exp| is irrelevant, hence we can proceed without caring if |cur_type|
16578 and |cur_exp| are alive or dead. In such cases we say that |cur_type|
16579 and |cur_exp| are {\sl dormant}. It is permissible to call |get_x_next|
16580 only when they are alive or dormant.
16581
16582 The \\{stash} procedure above assumes that |cur_type| and |cur_exp|
16583 are alive or dormant. The \\{unstash} procedure assumes that they are
16584 dead or dormant; it resuscitates them.
16585
16586 @<Declare the stashing/unstashing...@>=
16587 void mp_unstash_cur_exp (MP mp,pointer p) ;
16588
16589 @ @c
16590 void mp_unstash_cur_exp (MP mp,pointer p) { 
16591   mp->cur_type=type(p);
16592   switch (mp->cur_type) {
16593   case unknown_types:
16594   case mp_transform_type:
16595   case mp_color_type:
16596   case mp_pair_type:
16597   case mp_dependent: 
16598   case mp_proto_dependent:
16599   case mp_independent:
16600   case mp_cmykcolor_type: 
16601     mp->cur_exp=p;
16602     break;
16603   default:
16604     mp->cur_exp=value(p);
16605     mp_free_node(mp, p,value_node_size);
16606     break;
16607   }
16608 }
16609
16610 @ The following procedure prints the values of expressions in an
16611 abbreviated format. If its first parameter |p| is null, the value of
16612 |(cur_type,cur_exp)| is displayed; otherwise |p| should be a capsule
16613 containing the desired value. The second parameter controls the amount of
16614 output. If it is~0, dependency lists will be abbreviated to
16615 `\.{linearform}' unless they consist of a single term.  If it is greater
16616 than~1, complicated structures (pens, pictures, and paths) will be displayed
16617 in full.
16618
16619 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
16620 @<Declare the procedure called |print_dp|@>;
16621 @<Declare the stashing/unstashing routines@>;
16622 void mp_print_exp (MP mp,pointer p, small_number verbosity) {
16623   boolean restore_cur_exp; /* should |cur_exp| be restored? */
16624   small_number t; /* the type of the expression */
16625   pointer q; /* a big node being displayed */
16626   integer v=0; /* the value of the expression */
16627   if ( p!=null ) {
16628     restore_cur_exp=false;
16629   } else { 
16630     p=mp_stash_cur_exp(mp); restore_cur_exp=true;
16631   }
16632   t=type(p);
16633   if ( t<mp_dependent ) v=value(p); else if ( t<mp_independent ) v=dep_list(p);
16634   @<Print an abbreviated value of |v| with format depending on |t|@>;
16635   if ( restore_cur_exp ) mp_unstash_cur_exp(mp, p);
16636 }
16637
16638 @ @<Print an abbreviated value of |v| with format depending on |t|@>=
16639 switch (t) {
16640 case mp_vacuous:mp_print(mp, "mp_vacuous"); break;
16641 case mp_boolean_type:
16642   if ( v==true_code ) mp_print(mp, "true"); else mp_print(mp, "false");
16643   break;
16644 case unknown_types: case mp_numeric_type:
16645   @<Display a variable that's been declared but not defined@>;
16646   break;
16647 case mp_string_type:
16648   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp, v); mp_print_char(mp, '"');
16649   break;
16650 case mp_pen_type: case mp_path_type: case mp_picture_type:
16651   @<Display a complex type@>;
16652   break;
16653 case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_pair_type: case mp_cmykcolor_type:
16654   if ( v==null ) mp_print_type(mp, t);
16655   else @<Display a big node@>;
16656   break;
16657 case mp_known:mp_print_scaled(mp, v); break;
16658 case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
16659   mp_print_dp(mp, t,v,verbosity);
16660   break;
16661 case mp_independent:mp_print_variable_name(mp, p); break;
16662 default: mp_confusion(mp, "exp"); break;
16663 @:this can't happen exp}{\quad exp@>
16664 }
16665
16666 @ @<Display a big node@>=
16667
16668   mp_print_char(mp, '('); q=v+mp->big_node_size[t];
16669   do {  
16670     if ( type(v)==mp_known ) mp_print_scaled(mp, value(v));
16671     else if ( type(v)==mp_independent ) mp_print_variable_name(mp, v);
16672     else mp_print_dp(mp, type(v),dep_list(v),verbosity);
16673     v=v+2;
16674     if ( v!=q ) mp_print_char(mp, ',');
16675   } while (v!=q);
16676   mp_print_char(mp, ')');
16677 }
16678
16679 @ Values of type \&{picture}, \&{path}, and \&{pen} are displayed verbosely
16680 in the log file only, unless the user has given a positive value to
16681 \\{tracingonline}.
16682
16683 @<Display a complex type@>=
16684 if ( verbosity<=1 ) {
16685   mp_print_type(mp, t);
16686 } else { 
16687   if ( mp->selector==term_and_log )
16688    if ( mp->internal[mp_tracing_online]<=0 ) {
16689     mp->selector=term_only;
16690     mp_print_type(mp, t); mp_print(mp, " (see the transcript file)");
16691     mp->selector=term_and_log;
16692   };
16693   switch (t) {
16694   case mp_pen_type:mp_print_pen(mp, v,"",false); break;
16695   case mp_path_type:mp_print_path(mp, v,"",false); break;
16696   case mp_picture_type:mp_print_edges(mp, v,"",false); break;
16697   } /* there are no other cases */
16698 }
16699
16700 @ @<Declare the procedure called |print_dp|@>=
16701 void mp_print_dp (MP mp,small_number t, pointer p, 
16702                   small_number verbosity)  {
16703   pointer q; /* the node following |p| */
16704   q=link(p);
16705   if ( (info(q)==null) || (verbosity>0) ) mp_print_dependency(mp, p,t);
16706   else mp_print(mp, "linearform");
16707 }
16708
16709 @ The displayed name of a variable in a ring will not be a capsule unless
16710 the ring consists entirely of capsules.
16711
16712 @<Display a variable that's been declared but not defined@>=
16713 { mp_print_type(mp, t);
16714 if ( v!=null )
16715   { mp_print_char(mp, ' ');
16716   while ( (name_type(v)==mp_capsule) && (v!=p) ) v=value(v);
16717   mp_print_variable_name(mp, v);
16718   };
16719 }
16720
16721 @ When errors are detected during parsing, it is often helpful to
16722 display an expression just above the error message, using |exp_err|
16723 or |disp_err| instead of |print_err|.
16724
16725 @d exp_err(A) mp_disp_err(mp, null,(A)) /* displays the current expression */
16726
16727 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
16728 void mp_disp_err (MP mp,pointer p, char *s) { 
16729   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
16730   mp_print_nl(mp, ">> ");
16731 @.>>@>
16732   mp_print_exp(mp, p,1); /* ``medium verbose'' printing of the expression */
16733   if (strlen(s)) { 
16734     mp_print_nl(mp, "! "); mp_print(mp, s);
16735 @.!\relax@>
16736   }
16737 }
16738
16739 @ If |cur_type| and |cur_exp| contain relevant information that should
16740 be recycled, we will use the following procedure, which changes |cur_type|
16741 to |known| and stores a given value in |cur_exp|. We can think of |cur_type|
16742 and |cur_exp| as either alive or dormant after this has been done,
16743 because |cur_exp| will not contain a pointer value.
16744
16745 @ @c void mp_flush_cur_exp (MP mp,scaled v) { 
16746   switch (mp->cur_type) {
16747   case unknown_types: case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_pair_type:
16748   case mp_dependent: case mp_proto_dependent: case mp_independent: case mp_cmykcolor_type:
16749     mp_recycle_value(mp, mp->cur_exp); 
16750     mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
16751     break;
16752   case mp_string_type:
16753     delete_str_ref(mp->cur_exp); break;
16754   case mp_pen_type: case mp_path_type: 
16755     mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp); break;
16756   case mp_picture_type:
16757     delete_edge_ref(mp->cur_exp); break;
16758   default: 
16759     break;
16760   }
16761   mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=v;
16762 }
16763
16764 @ There's a much more general procedure that is capable of releasing
16765 the storage associated with any two-word value packet.
16766
16767 @<Declare the recycling subroutines@>=
16768 void mp_recycle_value (MP mp,pointer p) ;
16769
16770 @ @c void mp_recycle_value (MP mp,pointer p) {
16771   small_number t; /* a type code */
16772   integer vv; /* another value */
16773   pointer q,r,s,pp; /* link manipulation registers */
16774   integer v=0; /* a value */
16775   t=type(p);
16776   if ( t<mp_dependent ) v=value(p);
16777   switch (t) {
16778   case undefined: case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
16779   case mp_numeric_type:
16780     break;
16781   case unknown_types:
16782     mp_ring_delete(mp, p); break;
16783   case mp_string_type:
16784     delete_str_ref(v); break;
16785   case mp_path_type: case mp_pen_type:
16786     mp_toss_knot_list(mp, v); break;
16787   case mp_picture_type:
16788     delete_edge_ref(v); break;
16789   case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type: case mp_color_type:
16790   case mp_transform_type:
16791     @<Recycle a big node@>; break; 
16792   case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
16793     @<Recycle a dependency list@>; break;
16794   case mp_independent:
16795     @<Recycle an independent variable@>; break;
16796   case mp_token_list: case mp_structured:
16797     mp_confusion(mp, "recycle"); break;
16798 @:this can't happen recycle}{\quad recycle@>
16799   case mp_unsuffixed_macro: case mp_suffixed_macro:
16800     mp_delete_mac_ref(mp, value(p)); break;
16801   } /* there are no other cases */
16802   type(p)=undefined;
16803 }
16804
16805 @ @<Recycle a big node@>=
16806 if ( v!=null ){ 
16807   q=v+mp->big_node_size[t];
16808   do {  
16809     q=q-2; mp_recycle_value(mp, q);
16810   } while (q!=v);
16811   mp_free_node(mp, v,mp->big_node_size[t]);
16812 }
16813
16814 @ @<Recycle a dependency list@>=
16815
16816   q=dep_list(p);
16817   while ( info(q)!=null ) q=link(q);
16818   link(prev_dep(p))=link(q);
16819   prev_dep(link(q))=prev_dep(p);
16820   link(q)=null; mp_flush_node_list(mp, dep_list(p));
16821 }
16822
16823 @ When an independent variable disappears, it simply fades away, unless
16824 something depends on it. In the latter case, a dependent variable whose
16825 coefficient of dependence is maximal will take its place.
16826 The relevant algorithm is due to Ignacio~A. Zabala, who implemented it
16827 as part of his Ph.D. thesis (Stanford University, December 1982).
16828 @^Zabala Salelles, Ignacio Andres@>
16829
16830 For example, suppose that variable $x$ is being recycled, and that the
16831 only variables depending on~$x$ are $y=2x+a$ and $z=x+b$. In this case
16832 we want to make $y$ independent and $z=.5y-.5a+b$; no other variables
16833 will depend on~$y$. If $\\{tracingequations}>0$ in this situation,
16834 we will print `\.{\#\#\# -2x=-y+a}'.
16835
16836 There's a slight complication, however: An independent variable $x$
16837 can occur both in dependency lists and in proto-dependency lists.
16838 This makes it necessary to be careful when deciding which coefficient
16839 is maximal.
16840
16841 Furthermore, this complication is not so slight when
16842 a proto-dependent variable is chosen to become independent. For example,
16843 suppose that $y=2x+100a$ is proto-dependent while $z=x+b$ is dependent;
16844 then we must change $z=.5y-50a+b$ to a proto-dependency, because of the
16845 large coefficient `50'.
16846
16847 In order to deal with these complications without wasting too much time,
16848 we shall link together the occurrences of~$x$ among all the linear
16849 dependencies, maintaining separate lists for the dependent and
16850 proto-dependent cases.
16851
16852 @<Recycle an independent variable@>=
16853
16854   mp->max_c[mp_dependent]=0; mp->max_c[mp_proto_dependent]=0;
16855   mp->max_link[mp_dependent]=null; mp->max_link[mp_proto_dependent]=null;
16856   q=link(dep_head);
16857   while ( q!=dep_head ) { 
16858     s=value_loc(q); /* now |link(s)=dep_list(q)| */
16859     while (1) { 
16860       r=link(s);
16861       if ( info(r)==null ) break;;
16862       if ( info(r)!=p ) { 
16863        s=r;
16864       } else  { 
16865         t=type(q); link(s)=link(r); info(r)=q;
16866         if ( abs(value(r))>mp->max_c[t] ) {
16867           @<Record a new maximum coefficient of type |t|@>;
16868         } else { 
16869           link(r)=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=r;
16870         }
16871       }
16872     }   
16873     q=link(r);
16874   }
16875   if ( (mp->max_c[mp_dependent]>0)||(mp->max_c[mp_proto_dependent]>0) ) {
16876     @<Choose a dependent variable to take the place of the disappearing
16877     independent variable, and change all remaining dependencies
16878     accordingly@>;
16879   }
16880 }
16881
16882 @ The code for independency removal makes use of three two-word arrays.
16883
16884 @<Glob...@>=
16885 integer max_c[mp_proto_dependent+1];  /* max coefficient magnitude */
16886 pointer max_ptr[mp_proto_dependent+1]; /* where |p| occurs with |max_c| */
16887 pointer max_link[mp_proto_dependent+1]; /* other occurrences of |p| */
16888
16889 @ @<Record a new maximum coefficient...@>=
16890
16891   if ( mp->max_c[t]>0 ) {
16892     link(mp->max_ptr[t])=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=mp->max_ptr[t];
16893   }
16894   mp->max_c[t]=abs(value(r)); mp->max_ptr[t]=r;
16895 }
16896
16897 @ @<Choose a dependent...@>=
16898
16899   if ( (mp->max_c[mp_dependent] / 010000 >= mp->max_c[mp_proto_dependent]) )
16900     t=mp_dependent;
16901   else 
16902     t=mp_proto_dependent;
16903   @<Determine the dependency list |s| to substitute for the independent
16904     variable~|p|@>;
16905   t=mp_dependent+mp_proto_dependent-t; /* complement |t| */
16906   if ( mp->max_c[t]>0 ) { /* we need to pick up an unchosen dependency */ 
16907     link(mp->max_ptr[t])=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=mp->max_ptr[t];
16908   }
16909   if ( t!=mp_dependent ) { @<Substitute new dependencies in place of |p|@>; }
16910   else { @<Substitute new proto-dependencies in place of |p|@>;}
16911   mp_flush_node_list(mp, s);
16912   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
16913   check_arith;
16914 }
16915
16916 @ Let |s=max_ptr[t]|. At this point we have $|value|(s)=\pm|max_c|[t]$,
16917 and |info(s)| points to the dependent variable~|pp| of type~|t| from
16918 whose dependency list we have removed node~|s|. We must reinsert
16919 node~|s| into the dependency list, with coefficient $-1.0$, and with
16920 |pp| as the new independent variable. Since |pp| will have a larger serial
16921 number than any other variable, we can put node |s| at the head of the
16922 list.
16923
16924 @<Determine the dep...@>=
16925 s=mp->max_ptr[t]; pp=info(s); v=value(s);
16926 if ( t==mp_dependent ) value(s)=-fraction_one; else value(s)=-unity;
16927 r=dep_list(pp); link(s)=r;
16928 while ( info(r)!=null ) r=link(r);
16929 q=link(r); link(r)=null;
16930 prev_dep(q)=prev_dep(pp); link(prev_dep(pp))=q;
16931 new_indep(pp);
16932 if ( mp->cur_exp==pp ) if ( mp->cur_type==t ) mp->cur_type=mp_independent;
16933 if ( mp->internal[mp_tracing_equations]>0 ) { 
16934   @<Show the transformed dependency@>; 
16935 }
16936
16937 @ Now $(-v)$ times the formerly independent variable~|p| is being replaced
16938 by the dependency list~|s|.
16939
16940 @<Show the transformed...@>=
16941 if ( mp_interesting(mp, p) ) {
16942   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "### ");
16943 @:]]]\#\#\#_}{\.{\#\#\#}@>
16944   if ( v>0 ) mp_print_char(mp, '-');
16945   if ( t==mp_dependent ) vv=mp_round_fraction(mp, mp->max_c[mp_dependent]);
16946   else vv=mp->max_c[mp_proto_dependent];
16947   if ( vv!=unity ) mp_print_scaled(mp, vv);
16948   mp_print_variable_name(mp, p);
16949   while ( value(p) % s_scale>0 ) {
16950     mp_print(mp, "*4"); value(p)=value(p)-2;
16951   }
16952   if ( t==mp_dependent ) mp_print_char(mp, '='); else mp_print(mp, " = ");
16953   mp_print_dependency(mp, s,t);
16954   mp_end_diagnostic(mp, false);
16955 }
16956
16957 @ Finally, there are dependent and proto-dependent variables whose
16958 dependency lists must be brought up to date.
16959
16960 @<Substitute new dependencies...@>=
16961 for (t=mp_dependent;t<=mp_proto_dependent;t++){ 
16962   r=mp->max_link[t];
16963   while ( r!=null ) {
16964     q=info(r);
16965     dep_list(q)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(q),
16966      mp_make_fraction(mp, value(r),-v),s,t,mp_dependent);
16967     if ( dep_list(q)==mp->dep_final ) mp_make_known(mp, q,mp->dep_final);
16968     q=r; r=link(r); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
16969   }
16970 }
16971
16972 @ @<Substitute new proto...@>=
16973 for (t=mp_dependent;t<=mp_proto_dependent;t++) {
16974   r=mp->max_link[t];
16975   while ( r!=null ) {
16976     q=info(r);
16977     if ( t==mp_dependent ) { /* for safety's sake, we change |q| to |mp_proto_dependent| */
16978       if ( mp->cur_exp==q ) if ( mp->cur_type==mp_dependent )
16979         mp->cur_type=mp_proto_dependent;
16980       dep_list(q)=mp_p_over_v(mp, dep_list(q),unity,mp_dependent,mp_proto_dependent);
16981       type(q)=mp_proto_dependent; value(r)=mp_round_fraction(mp, value(r));
16982     }
16983     dep_list(q)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(q),
16984       mp_make_scaled(mp, value(r),-v),s,mp_proto_dependent,mp_proto_dependent);
16985     if ( dep_list(q)==mp->dep_final ) mp_make_known(mp, q,mp->dep_final);
16986     q=r; r=link(r); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
16987   }
16988 }
16989
16990 @ Here are some routines that provide handy combinations of actions
16991 that are often needed during error recovery. For example,
16992 `|flush_error|' flushes the current expression, replaces it by
16993 a given value, and calls |error|.
16994
16995 Errors often are detected after an extra token has already been scanned.
16996 The `\\{put\_get}' routines put that token back before calling |error|;
16997 then they get it back again. (Or perhaps they get another token, if
16998 the user has changed things.)
16999
17000 @<Declarations@>=
17001 void mp_flush_error (MP mp,scaled v);
17002 void mp_put_get_error (MP mp);
17003 void mp_put_get_flush_error (MP mp,scaled v) ;
17004
17005 @ @c
17006 void mp_flush_error (MP mp,scaled v) { 
17007   mp_error(mp); mp_flush_cur_exp(mp, v); 
17008 }
17009 void mp_put_get_error (MP mp) { 
17010   mp_back_error(mp); mp_get_x_next(mp); 
17011 }
17012 void mp_put_get_flush_error (MP mp,scaled v) { 
17013   mp_put_get_error(mp);
17014   mp_flush_cur_exp(mp, v); 
17015 }
17016
17017 @ A global variable |var_flag| is set to a special command code
17018 just before \MP\ calls |scan_expression|, if the expression should be
17019 treated as a variable when this command code immediately follows. For
17020 example, |var_flag| is set to |assignment| at the beginning of a
17021 statement, because we want to know the {\sl location\/} of a variable at
17022 the left of `\.{:=}', not the {\sl value\/} of that variable.
17023
17024 The |scan_expression| subroutine calls |scan_tertiary|,
17025 which calls |scan_secondary|, which calls |scan_primary|, which sets
17026 |var_flag:=0|. In this way each of the scanning routines ``knows''
17027 when it has been called with a special |var_flag|, but |var_flag| is
17028 usually zero.
17029
17030 A variable preceding a command that equals |var_flag| is converted to a
17031 token list rather than a value. Furthermore, an `\.{=}' sign following an
17032 expression with |var_flag=assignment| is not considered to be a relation
17033 that produces boolean expressions.
17034
17035
17036 @<Glob...@>=
17037 int var_flag; /* command that wants a variable */
17038
17039 @ @<Set init...@>=
17040 mp->var_flag=0;
17041
17042 @* \[37] Parsing primary expressions.
17043 The first parsing routine, |scan_primary|, is also the most complicated one,
17044 since it involves so many different cases. But each case---with one
17045 exception---is fairly simple by itself.
17046
17047 When |scan_primary| begins, the first token of the primary to be scanned
17048 should already appear in |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|. The values
17049 of |cur_type| and |cur_exp| should be either dead or dormant, as explained
17050 earlier. If |cur_cmd| is not between |min_primary_command| and
17051 |max_primary_command|, inclusive, a syntax error will be signaled.
17052
17053 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17054 void mp_scan_primary (MP mp) {
17055   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
17056   quarterword c; /* a primitive operation code */
17057   int my_var_flag; /* initial value of |my_var_flag| */
17058   pointer l_delim,r_delim; /* hash addresses of a delimiter pair */
17059   @<Other local variables for |scan_primary|@>;
17060   my_var_flag=mp->var_flag; mp->var_flag=0;
17061 RESTART:
17062   check_arith;
17063   @<Supply diagnostic information, if requested@>;
17064   switch (mp->cur_cmd) {
17065   case left_delimiter:
17066     @<Scan a delimited primary@>; break;
17067   case begin_group:
17068     @<Scan a grouped primary@>; break;
17069   case string_token:
17070     @<Scan a string constant@>; break;
17071   case numeric_token:
17072     @<Scan a primary that starts with a numeric token@>; break;
17073   case nullary:
17074     @<Scan a nullary operation@>; break;
17075   case unary: case type_name: case cycle: case plus_or_minus:
17076     @<Scan a unary operation@>; break;
17077   case primary_binary:
17078     @<Scan a binary operation with `\&{of}' between its operands@>; break;
17079   case str_op:
17080     @<Convert a suffix to a string@>; break;
17081   case internal_quantity:
17082     @<Scan an internal numeric quantity@>; break;
17083   case capsule_token:
17084     mp_make_exp_copy(mp, mp->cur_mod); break;
17085   case tag_token:
17086     @<Scan a variable primary; |goto restart| if it turns out to be a macro@>; break;
17087   default: 
17088     mp_bad_exp(mp, "A primary"); goto RESTART; break;
17089 @.A primary expression...@>
17090   }
17091   mp_get_x_next(mp); /* the routines |goto done| if they don't want this */
17092 DONE: 
17093   if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17094     if ( mp->cur_type>=mp_known ) {
17095       @<Scan a mediation construction@>;
17096     }
17097   }
17098 }
17099
17100
17101
17102 @ Errors at the beginning of expressions are flagged by |bad_exp|.
17103
17104 @c void mp_bad_exp (MP mp,char * s) {
17105   int save_flag;
17106   print_err(s); mp_print(mp, " expression can't begin with `");
17107   mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod); 
17108   mp_print_char(mp, '\'');
17109   help4("I'm afraid I need some sort of value in order to continue,")
17110     ("so I've tentatively inserted `0'. You may want to")
17111     ("delete this zero and insert something else;")
17112     ("see Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.");
17113 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
17114   mp_back_input(mp); mp->cur_sym=0; mp->cur_cmd=numeric_token; 
17115   mp->cur_mod=0; mp_ins_error(mp);
17116   save_flag=mp->var_flag; mp->var_flag=0; mp_get_x_next(mp);
17117   mp->var_flag=save_flag;
17118 }
17119
17120 @ @<Supply diagnostic information, if requested@>=
17121 #ifdef DEBUG
17122 if ( mp->panicking ) mp_check_mem(mp, false);
17123 #endif
17124 if ( mp->interrupt!=0 ) if ( mp->OK_to_interrupt ) {
17125   mp_back_input(mp); check_interrupt; mp_get_x_next(mp);
17126 }
17127
17128 @ @<Scan a delimited primary@>=
17129
17130   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; 
17131   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17132   if ( (mp->cur_cmd==comma) && (mp->cur_type>=mp_known) ) {
17133     @<Scan the rest of a delimited set of numerics@>;
17134   } else {
17135     mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
17136   }
17137 }
17138
17139 @ The |stash_in| subroutine puts the current (numeric) expression into a field
17140 within a ``big node.''
17141
17142 @c void mp_stash_in (MP mp,pointer p) {
17143   pointer q; /* temporary register */
17144   type(p)=mp->cur_type;
17145   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
17146     value(p)=mp->cur_exp;
17147   } else { 
17148     if ( mp->cur_type==mp_independent ) {
17149       @<Stash an independent |cur_exp| into a big node@>;
17150     } else { 
17151       mp->mem[value_loc(p)]=mp->mem[value_loc(mp->cur_exp)];
17152       /* |dep_list(p):=dep_list(cur_exp)| and |prev_dep(p):=prev_dep(cur_exp)| */
17153       link(prev_dep(p))=p;
17154     }
17155     mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
17156   }
17157   mp->cur_type=mp_vacuous;
17158 }
17159
17160 @ In rare cases the current expression can become |independent|. There
17161 may be many dependency lists pointing to such an independent capsule,
17162 so we can't simply move it into place within a big node. Instead,
17163 we copy it, then recycle it.
17164
17165 @ @<Stash an independent |cur_exp|...@>=
17166
17167   q=mp_single_dependency(mp, mp->cur_exp);
17168   if ( q==mp->dep_final ){ 
17169     type(p)=mp_known; value(p)=0; mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
17170   } else { 
17171     type(p)=mp_dependent; mp_new_dep(mp, p,q);
17172   }
17173   mp_recycle_value(mp, mp->cur_exp);
17174 }
17175
17176 @ This code uses the fact that |red_part_loc| and |green_part_loc|
17177 are synonymous with |x_part_loc| and |y_part_loc|.
17178
17179 @<Scan the rest of a delimited set of numerics@>=
17180
17181 p=mp_stash_cur_exp(mp);
17182 mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17183 @<Make sure the second part of a pair or color has a numeric type@>;
17184 q=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(q)=mp_capsule;
17185 if ( mp->cur_cmd==comma ) type(q)=mp_color_type;
17186 else type(q)=mp_pair_type;
17187 mp_init_big_node(mp, q); r=value(q);
17188 mp_stash_in(mp, y_part_loc(r));
17189 mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17190 mp_stash_in(mp, x_part_loc(r));
17191 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
17192   @<Scan the last of a triplet of numerics@>;
17193 }
17194 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
17195   type(q)=mp_cmykcolor_type;
17196   mp_init_big_node(mp, q); t=value(q);
17197   mp->mem[cyan_part_loc(t)]=mp->mem[red_part_loc(r)];
17198   value(cyan_part_loc(t))=value(red_part_loc(r));
17199   mp->mem[magenta_part_loc(t)]=mp->mem[green_part_loc(r)];
17200   value(magenta_part_loc(t))=value(green_part_loc(r));
17201   mp->mem[yellow_part_loc(t)]=mp->mem[blue_part_loc(r)];
17202   value(yellow_part_loc(t))=value(blue_part_loc(r));
17203   mp_recycle_value(mp, r);
17204   r=t;
17205   @<Scan the last of a quartet of numerics@>;
17206 }
17207 mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
17208 mp->cur_type=type(q);
17209 mp->cur_exp=q;
17210 }
17211
17212 @ @<Make sure the second part of a pair or color has a numeric type@>=
17213 if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17214   exp_err("Nonnumeric ypart has been replaced by 0");
17215 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17216   help4("I've started to scan a pair `(a,b)' or a color `(a,b,c)';")
17217     ("but after finding a nice `a' I found a `b' that isn't")
17218     ("of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17219     ("(The b that I didn't like appears above the error message.)");
17220   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17221 }
17222
17223 @ @<Scan the last of a triplet of numerics@>=
17224
17225   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17226   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17227     exp_err("Nonnumeric third part has been replaced by 0");
17228 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17229     help3("I've just scanned a color `(a,b,c)' or cmykcolor(a,b,c,d); but the `c'")
17230       ("isn't of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17231       ("(The c that I didn't like appears above the error message.)");
17232     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17233   }
17234   mp_stash_in(mp, blue_part_loc(r));
17235 }
17236
17237 @ @<Scan the last of a quartet of numerics@>=
17238
17239   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17240   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17241     exp_err("Nonnumeric blackpart has been replaced by 0");
17242 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17243     help3("I've just scanned a cmykcolor `(c,m,y,k)'; but the `k' isn't")
17244       ("of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17245       ("(The k that I didn't like appears above the error message.)");
17246     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17247   }
17248   mp_stash_in(mp, black_part_loc(r));
17249 }
17250
17251 @ The local variable |group_line| keeps track of the line
17252 where a \&{begingroup} command occurred; this will be useful
17253 in an error message if the group doesn't actually end.
17254
17255 @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17256 integer group_line; /* where a group began */
17257
17258 @ @<Scan a grouped primary@>=
17259
17260   group_line=mp_true_line(mp);
17261   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) show_cur_cmd_mod;
17262   save_boundary_item(p);
17263   do {  
17264     mp_do_statement(mp); /* ends with |cur_cmd>=semicolon| */
17265   } while (! (mp->cur_cmd!=semicolon));
17266   if ( mp->cur_cmd!=end_group ) {
17267     print_err("A group begun on line ");
17268 @.A group...never ended@>
17269     mp_print_int(mp, group_line);
17270     mp_print(mp, " never ended");
17271     help2("I saw a `begingroup' back there that hasn't been matched")
17272          ("by `endgroup'. So I've inserted `endgroup' now.");
17273     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=end_group;
17274   }
17275   mp_unsave(mp); 
17276     /* this might change |cur_type|, if independent variables are recycled */
17277   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) show_cur_cmd_mod;
17278 }
17279
17280 @ @<Scan a string constant@>=
17281
17282   mp->cur_type=mp_string_type; mp->cur_exp=mp->cur_mod;
17283 }
17284
17285 @ Later we'll come to procedures that perform actual operations like
17286 addition, square root, and so on; our purpose now is to do the parsing.
17287 But we might as well mention those future procedures now, so that the
17288 suspense won't be too bad:
17289
17290 \smallskip
17291 |do_nullary(c)| does primitive operations that have no operands (e.g.,
17292 `\&{true}' or `\&{pencircle}');
17293
17294 \smallskip
17295 |do_unary(c)| applies a primitive operation to the current expression;
17296
17297 \smallskip
17298 |do_binary(p,c)| applies a primitive operation to the capsule~|p|
17299 and the current expression.
17300
17301 @<Scan a nullary operation@>=mp_do_nullary(mp, mp->cur_mod)
17302
17303 @ @<Scan a unary operation@>=
17304
17305   c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp); 
17306   mp_do_unary(mp, c); goto DONE;
17307 }
17308
17309 @ A numeric token might be a primary by itself, or it might be the
17310 numerator of a fraction composed solely of numeric tokens, or it might
17311 multiply the primary that follows (provided that the primary doesn't begin
17312 with a plus sign or a minus sign). The code here uses the facts that
17313 |max_primary_command=plus_or_minus| and
17314 |max_primary_command-1=numeric_token|. If a fraction is found that is less
17315 than unity, we try to retain higher precision when we use it in scalar
17316 multiplication.
17317
17318 @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17319 scaled num,denom; /* for primaries that are fractions, like `1/2' */
17320
17321 @ @<Scan a primary that starts with a numeric token@>=
17322
17323   mp->cur_exp=mp->cur_mod; mp->cur_type=mp_known; mp_get_x_next(mp);
17324   if ( mp->cur_cmd!=slash ) { 
17325     num=0; denom=0;
17326   } else { 
17327     mp_get_x_next(mp);
17328     if ( mp->cur_cmd!=numeric_token ) { 
17329       mp_back_input(mp);
17330       mp->cur_cmd=slash; mp->cur_mod=over; mp->cur_sym=frozen_slash;
17331       goto DONE;
17332     }
17333     num=mp->cur_exp; denom=mp->cur_mod;
17334     if ( denom==0 ) { @<Protest division by zero@>; }
17335     else { mp->cur_exp=mp_make_scaled(mp, num,denom); }
17336     check_arith; mp_get_x_next(mp);
17337   }
17338   if ( mp->cur_cmd>=min_primary_command ) {
17339    if ( mp->cur_cmd<numeric_token ) { /* in particular, |cur_cmd<>plus_or_minus| */
17340      p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_scan_primary(mp);
17341      if ( (abs(num)>=abs(denom))||(mp->cur_type<mp_color_type) ) {
17342        mp_do_binary(mp, p,times);
17343      } else {
17344        mp_frac_mult(mp, num,denom);
17345        mp_free_node(mp, p,value_node_size);
17346      }
17347     }
17348   }
17349   goto DONE;
17350 }
17351
17352 @ @<Protest division...@>=
17353
17354   print_err("Division by zero");
17355 @.Division by zero@>
17356   help1("I'll pretend that you meant to divide by 1."); mp_error(mp);
17357 }
17358
17359 @ @<Scan a binary operation with `\&{of}' between its operands@>=
17360
17361   c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17362   if ( mp->cur_cmd!=of_token ) {
17363     mp_missing_err(mp, "of"); mp_print(mp, " for "); 
17364     mp_print_cmd_mod(mp, primary_binary,c);
17365 @.Missing `of'@>
17366     help1("I've got the first argument; will look now for the other.");
17367     mp_back_error(mp);
17368   }
17369   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp); 
17370   mp_do_binary(mp, p,c); goto DONE;
17371 }
17372
17373 @ @<Convert a suffix to a string@>=
17374
17375   mp_get_x_next(mp); mp_scan_suffix(mp); 
17376   mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=new_string;
17377   mp_show_token_list(mp, mp->cur_exp,null,100000,0); 
17378   mp_flush_token_list(mp, mp->cur_exp);
17379   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); mp->selector=mp->old_setting; 
17380   mp->cur_type=mp_string_type;
17381   goto DONE;
17382 }
17383
17384 @ If an internal quantity appears all by itself on the left of an
17385 assignment, we return a token list of length one, containing the address
17386 of the internal quantity plus |hash_end|. (This accords with the conventions
17387 of the save stack, as described earlier.)
17388
17389 @<Scan an internal...@>=
17390
17391   q=mp->cur_mod;
17392   if ( my_var_flag==assignment ) {
17393     mp_get_x_next(mp);
17394     if ( mp->cur_cmd==assignment ) {
17395       mp->cur_exp=mp_get_avail(mp);
17396       info(mp->cur_exp)=q+hash_end; mp->cur_type=mp_token_list; 
17397       goto DONE;
17398     }
17399     mp_back_input(mp);
17400   }
17401   mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=mp->internal[q];
17402 }
17403
17404 @ The most difficult part of |scan_primary| has been saved for last, since
17405 it was necessary to build up some confidence first. We can now face the task
17406 of scanning a variable.
17407
17408 As we scan a variable, we build a token list containing the relevant
17409 names and subscript values, simultaneously following along in the
17410 ``collective'' structure to see if we are actually dealing with a macro
17411 instead of a value.
17412
17413 The local variables |pre_head| and |post_head| will point to the beginning
17414 of the prefix and suffix lists; |tail| will point to the end of the list
17415 that is currently growing.
17416
17417 Another local variable, |tt|, contains partial information about the
17418 declared type of the variable-so-far. If |tt>=mp_unsuffixed_macro|, the
17419 relation |tt=type(q)| will always hold. If |tt=undefined|, the routine
17420 doesn't bother to update its information about type. And if
17421 |undefined<tt<mp_unsuffixed_macro|, the precise value of |tt| isn't critical.
17422
17423 @ @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17424 pointer pre_head,post_head,tail;
17425   /* prefix and suffix list variables */
17426 small_number tt; /* approximation to the type of the variable-so-far */
17427 pointer t; /* a token */
17428 pointer macro_ref = 0; /* reference count for a suffixed macro */
17429
17430 @ @<Scan a variable primary...@>=
17431
17432   fast_get_avail(pre_head); tail=pre_head; post_head=null; tt=mp_vacuous;
17433   while (1) { 
17434     t=mp_cur_tok(mp); link(tail)=t;
17435     if ( tt!=undefined ) {
17436        @<Find the approximate type |tt| and corresponding~|q|@>;
17437       if ( tt>=mp_unsuffixed_macro ) {
17438         @<Either begin an unsuffixed macro call or
17439           prepare for a suffixed one@>;
17440       }
17441     }
17442     mp_get_x_next(mp); tail=t;
17443     if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17444       @<Scan for a subscript; replace |cur_cmd| by |numeric_token| if found@>;
17445     }
17446     if ( mp->cur_cmd>max_suffix_token ) break;
17447     if ( mp->cur_cmd<min_suffix_token ) break;
17448   } /* now |cur_cmd| is |internal_quantity|, |tag_token|, or |numeric_token| */
17449   @<Handle unusual cases that masquerade as variables, and |goto restart|
17450     or |goto done| if appropriate;
17451     otherwise make a copy of the variable and |goto done|@>;
17452 }
17453
17454 @ @<Either begin an unsuffixed macro call or...@>=
17455
17456   link(tail)=null;
17457   if ( tt>mp_unsuffixed_macro ) { /* |tt=mp_suffixed_macro| */
17458     post_head=mp_get_avail(mp); tail=post_head; link(tail)=t;
17459     tt=undefined; macro_ref=value(q); add_mac_ref(macro_ref);
17460   } else {
17461     @<Set up unsuffixed macro call and |goto restart|@>;
17462   }
17463 }
17464
17465 @ @<Scan for a subscript; replace |cur_cmd| by |numeric_token| if found@>=
17466
17467   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17468   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17469     @<Put the left bracket and the expression back to be rescanned@>;
17470   } else { 
17471     if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_subscript(mp);
17472     mp->cur_cmd=numeric_token; mp->cur_mod=mp->cur_exp; mp->cur_sym=0;
17473   }
17474 }
17475
17476 @ The left bracket that we thought was introducing a subscript might have
17477 actually been the left bracket in a mediation construction like `\.{x[a,b]}'.
17478 So we don't issue an error message at this point; but we do want to back up
17479 so as to avoid any embarrassment about our incorrect assumption.
17480
17481 @<Put the left bracket and the expression back to be rescanned@>=
17482
17483   mp_back_input(mp); /* that was the token following the current expression */
17484   mp_back_expr(mp); mp->cur_cmd=left_bracket; 
17485   mp->cur_mod=0; mp->cur_sym=frozen_left_bracket;
17486 }
17487
17488 @ Here's a routine that puts the current expression back to be read again.
17489
17490 @c void mp_back_expr (MP mp) {
17491   pointer p; /* capsule token */
17492   p=mp_stash_cur_exp(mp); link(p)=null; back_list(p);
17493 }
17494
17495 @ Unknown subscripts lead to the following error message.
17496
17497 @c void mp_bad_subscript (MP mp) { 
17498   exp_err("Improper subscript has been replaced by zero");
17499 @.Improper subscript...@>
17500   help3("A bracketed subscript must have a known numeric value;")
17501     ("unfortunately, what I found was the value that appears just")
17502     ("above this error message. So I'll try a zero subscript.");
17503   mp_flush_error(mp, 0);
17504 }
17505
17506 @ Every time we call |get_x_next|, there's a chance that the variable we've
17507 been looking at will disappear. Thus, we cannot safely keep |q| pointing
17508 into the variable structure; we need to start searching from the root each time.
17509
17510 @<Find the approximate type |tt| and corresponding~|q|@>=
17511 @^inner loop@>
17512
17513   p=link(pre_head); q=info(p); tt=undefined;
17514   if ( eq_type(q) % outer_tag==tag_token ) {
17515     q=equiv(q);
17516     if ( q==null ) goto DONE2;
17517     while (1) { 
17518       p=link(p);
17519       if ( p==null ) {
17520         tt=type(q); goto DONE2;
17521       };
17522       if ( type(q)!=mp_structured ) goto DONE2;
17523       q=link(attr_head(q)); /* the |collective_subscript| attribute */
17524       if ( p>=mp->hi_mem_min ) { /* it's not a subscript */
17525         do {  q=link(q); } while (! (attr_loc(q)>=info(p)));
17526         if ( attr_loc(q)>info(p) ) goto DONE2;
17527       }
17528     }
17529   }
17530 DONE2:
17531   ;
17532 }
17533
17534 @ How do things stand now? Well, we have scanned an entire variable name,
17535 including possible subscripts and/or attributes; |cur_cmd|, |cur_mod|, and
17536 |cur_sym| represent the token that follows. If |post_head=null|, a
17537 token list for this variable name starts at |link(pre_head)|, with all
17538 subscripts evaluated. But if |post_head<>null|, the variable turned out
17539 to be a suffixed macro; |pre_head| is the head of the prefix list, while
17540 |post_head| is the head of a token list containing both `\.{\AT!}' and
17541 the suffix.
17542
17543 Our immediate problem is to see if this variable still exists. (Variable
17544 structures can change drastically whenever we call |get_x_next|; users
17545 aren't supposed to do this, but the fact that it is possible means that
17546 we must be cautious.)
17547
17548 The following procedure prints an error message when a variable
17549 unexpectedly disappears. Its help message isn't quite right for
17550 our present purposes, but we'll be able to fix that up.
17551
17552 @c 
17553 void mp_obliterated (MP mp,pointer q) { 
17554   print_err("Variable "); mp_show_token_list(mp, q,null,1000,0);
17555   mp_print(mp, " has been obliterated");
17556 @.Variable...obliterated@>
17557   help5("It seems you did a nasty thing---probably by accident,")
17558     ("but nevertheless you nearly hornswoggled me...")
17559     ("While I was evaluating the right-hand side of this")
17560     ("command, something happened, and the left-hand side")
17561     ("is no longer a variable! So I won't change anything.");
17562 }
17563
17564 @ If the variable does exist, we also need to check
17565 for a few other special cases before deciding that a plain old ordinary
17566 variable has, indeed, been scanned.
17567
17568 @<Handle unusual cases that masquerade as variables...@>=
17569 if ( post_head!=null ) {
17570   @<Set up suffixed macro call and |goto restart|@>;
17571 }
17572 q=link(pre_head); free_avail(pre_head);
17573 if ( mp->cur_cmd==my_var_flag ) { 
17574   mp->cur_type=mp_token_list; mp->cur_exp=q; goto DONE;
17575 }
17576 p=mp_find_variable(mp, q);
17577 if ( p!=null ) {
17578   mp_make_exp_copy(mp, p);
17579 } else { 
17580   mp_obliterated(mp, q);
17581   mp->help_line[2]="While I was evaluating the suffix of this variable,";
17582   mp->help_line[1]="something was redefined, and it's no longer a variable!";
17583   mp->help_line[0]="In order to get back on my feet, I've inserted `0' instead.";
17584   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17585 }
17586 mp_flush_node_list(mp, q); 
17587 goto DONE
17588
17589 @ The only complication associated with macro calling is that the prefix
17590 and ``at'' parameters must be packaged in an appropriate list of lists.
17591
17592 @<Set up unsuffixed macro call and |goto restart|@>=
17593
17594   p=mp_get_avail(mp); info(pre_head)=link(pre_head); link(pre_head)=p;
17595   info(p)=t; mp_macro_call(mp, value(q),pre_head,null);
17596   mp_get_x_next(mp); 
17597   goto RESTART;
17598 }
17599
17600 @ If the ``variable'' that turned out to be a suffixed macro no longer exists,
17601 we don't care, because we have reserved a pointer (|macro_ref|) to its
17602 token list.
17603
17604 @<Set up suffixed macro call and |goto restart|@>=
17605
17606   mp_back_input(mp); p=mp_get_avail(mp); q=link(post_head);
17607   info(pre_head)=link(pre_head); link(pre_head)=post_head;
17608   info(post_head)=q; link(post_head)=p; info(p)=link(q); link(q)=null;
17609   mp_macro_call(mp, macro_ref,pre_head,null); decr(ref_count(macro_ref));
17610   mp_get_x_next(mp); goto RESTART;
17611 }
17612
17613 @ Our remaining job is simply to make a copy of the value that has been
17614 found. Some cases are harder than others, but complexity arises solely
17615 because of the multiplicity of possible cases.
17616
17617 @<Declare the procedure called |make_exp_copy|@>=
17618 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>;
17619 void mp_make_exp_copy (MP mp,pointer p) {
17620   pointer q,r,t; /* registers for list manipulation */
17621 RESTART: 
17622   mp->cur_type=type(p);
17623   switch (mp->cur_type) {
17624   case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
17625     mp->cur_exp=value(p); break;
17626   case unknown_types:
17627     mp->cur_exp=mp_new_ring_entry(mp, p);
17628     break;
17629   case mp_string_type: 
17630     mp->cur_exp=value(p); add_str_ref(mp->cur_exp);
17631     break;
17632   case mp_picture_type:
17633     mp->cur_exp=value(p);add_edge_ref(mp->cur_exp);
17634     break;
17635   case mp_pen_type:
17636     mp->cur_exp=copy_pen(value(p));
17637     break; 
17638   case mp_path_type:
17639     mp->cur_exp=mp_copy_path(mp, value(p));
17640     break;
17641   case mp_transform_type: case mp_color_type: 
17642   case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type:
17643     @<Copy the big node |p|@>;
17644     break;
17645   case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
17646     mp_encapsulate(mp, mp_copy_dep_list(mp, dep_list(p)));
17647     break;
17648   case mp_numeric_type: 
17649     new_indep(p); goto RESTART;
17650     break;
17651   case mp_independent: 
17652     q=mp_single_dependency(mp, p);
17653     if ( q==mp->dep_final ){ 
17654       mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=0; mp_free_node(mp, q,value_node_size);
17655     } else { 
17656       mp->cur_type=mp_dependent; mp_encapsulate(mp, q);
17657     }
17658     break;
17659   default: 
17660     mp_confusion(mp, "copy");
17661 @:this can't happen copy}{\quad copy@>
17662     break;
17663   }
17664 }
17665
17666 @ The |encapsulate| subroutine assumes that |dep_final| is the
17667 tail of dependency list~|p|.
17668
17669 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>=
17670 void mp_encapsulate (MP mp,pointer p) { 
17671   mp->cur_exp=mp_get_node(mp, value_node_size); type(mp->cur_exp)=mp->cur_type;
17672   name_type(mp->cur_exp)=mp_capsule; mp_new_dep(mp, mp->cur_exp,p);
17673 }
17674
17675 @ The most tedious case arises when the user refers to a
17676 \&{pair}, \&{color}, or \&{transform} variable; we must copy several fields,
17677 each of which can be |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|,
17678 or |known|.
17679
17680 @<Copy the big node |p|@>=
17681
17682   if ( value(p)==null ) 
17683     mp_init_big_node(mp, p);
17684   t=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(t)=mp_capsule; type(t)=mp->cur_type;
17685   mp_init_big_node(mp, t);
17686   q=value(p)+mp->big_node_size[mp->cur_type]; 
17687   r=value(t)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
17688   do {  
17689     q=q-2; r=r-2; mp_install(mp, r,q);
17690   } while (q!=value(p));
17691   mp->cur_exp=t;
17692 }
17693
17694 @ The |install| procedure copies a numeric field~|q| into field~|r| of
17695 a big node that will be part of a capsule.
17696
17697 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>=
17698 void mp_install (MP mp,pointer r, pointer q) {
17699   pointer p; /* temporary register */
17700   if ( type(q)==mp_known ){ 
17701     value(r)=value(q); type(r)=mp_known;
17702   } else  if ( type(q)==mp_independent ) {
17703     p=mp_single_dependency(mp, q);
17704     if ( p==mp->dep_final ) {
17705       type(r)=mp_known; value(r)=0; mp_free_node(mp, p,value_node_size);
17706     } else  { 
17707       type(r)=mp_dependent; mp_new_dep(mp, r,p);
17708     }
17709   } else {
17710     type(r)=type(q); mp_new_dep(mp, r,mp_copy_dep_list(mp, dep_list(q)));
17711   }
17712 }
17713
17714 @ Expressions of the form `\.{a[b,c]}' are converted into
17715 `\.{b+a*(c-b)}', without checking the types of \.b~or~\.c,
17716 provided that \.a is numeric.
17717
17718 @<Scan a mediation...@>=
17719
17720   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17721   if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
17722     @<Put the left bracket and the expression back...@>;
17723     mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17724   } else { 
17725     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17726     if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17727       mp_missing_err(mp, "]");
17728 @.Missing `]'@>
17729       help3("I've scanned an expression of the form `a[b,c',")
17730       ("so a right bracket should have come next.")
17731       ("I shall pretend that one was there.");
17732       mp_back_error(mp);
17733     }
17734     r=mp_stash_cur_exp(mp); mp_make_exp_copy(mp, q);
17735     mp_do_binary(mp, r,minus); mp_do_binary(mp, p,times); 
17736     mp_do_binary(mp, q,plus); mp_get_x_next(mp);
17737   }
17738 }
17739
17740 @ Here is a comparatively simple routine that is used to scan the
17741 \&{suffix} parameters of a macro.
17742
17743 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17744 void mp_scan_suffix (MP mp) {
17745   pointer h,t; /* head and tail of the list being built */
17746   pointer p; /* temporary register */
17747   h=mp_get_avail(mp); t=h;
17748   while (1) { 
17749     if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17750       @<Scan a bracketed subscript and set |cur_cmd:=numeric_token|@>;
17751     }
17752     if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) {
17753       p=mp_new_num_tok(mp, mp->cur_mod);
17754     } else if ((mp->cur_cmd==tag_token)||(mp->cur_cmd==internal_quantity) ) {
17755        p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->cur_sym;
17756     } else {
17757       break;
17758     }
17759     link(t)=p; t=p; mp_get_x_next(mp);
17760   }
17761   mp->cur_exp=link(h); free_avail(h); mp->cur_type=mp_token_list;
17762 }
17763
17764 @ @<Scan a bracketed subscript and set |cur_cmd:=numeric_token|@>=
17765
17766   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17767   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_subscript(mp);
17768   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17769      mp_missing_err(mp, "]");
17770 @.Missing `]'@>
17771     help3("I've seen a `[' and a subscript value, in a suffix,")
17772       ("so a right bracket should have come next.")
17773       ("I shall pretend that one was there.");
17774     mp_back_error(mp);
17775   }
17776   mp->cur_cmd=numeric_token; mp->cur_mod=mp->cur_exp;
17777 }
17778
17779 @* \[38] Parsing secondary and higher expressions.
17780 After the intricacies of |scan_primary|\kern-1pt,
17781 the |scan_secondary| routine is
17782 refreshingly simple. It's not trivial, but the operations are relatively
17783 straightforward; the main difficulty is, again, that expressions and data
17784 structures might change drastically every time we call |get_x_next|, so a
17785 cautious approach is mandatory. For example, a macro defined by
17786 \&{primarydef} might have disappeared by the time its second argument has
17787 been scanned; we solve this by increasing the reference count of its token
17788 list, so that the macro can be called even after it has been clobbered.
17789
17790 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17791 void mp_scan_secondary (MP mp) {
17792   pointer p; /* for list manipulation */
17793   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17794   pointer mac_name; /* token defined with \&{primarydef} */
17795 RESTART:
17796   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17797       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17798     mp_bad_exp(mp, "A secondary");
17799 @.A secondary expression...@>
17800   mp_scan_primary(mp);
17801 CONTINUE: 
17802   if ( mp->cur_cmd<=max_secondary_command )
17803     if ( mp->cur_cmd>=min_secondary_command ) {
17804       p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17805       if ( d==secondary_primary_macro ) { 
17806         mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17807      }
17808      mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
17809      if ( d!=secondary_primary_macro ) {
17810        mp_do_binary(mp, p,c);
17811      } else  { 
17812        mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17813        decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17814        goto RESTART;
17815     }
17816     goto CONTINUE;
17817   }
17818 }
17819
17820 @ The following procedure calls a macro that has two parameters,
17821 |p| and |cur_exp|.
17822
17823 @c void mp_binary_mac (MP mp,pointer p, pointer c, pointer n) {
17824   pointer q,r; /* nodes in the parameter list */
17825   q=mp_get_avail(mp); r=mp_get_avail(mp); link(q)=r;
17826   info(q)=p; info(r)=mp_stash_cur_exp(mp);
17827   mp_macro_call(mp, c,q,n);
17828 }
17829
17830 @ The next procedure, |scan_tertiary|, is pretty much the same deal.
17831
17832 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17833 void mp_scan_tertiary (MP mp) {
17834   pointer p; /* for list manipulation */
17835   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17836   pointer mac_name; /* token defined with \&{secondarydef} */
17837 RESTART:
17838   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17839       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17840     mp_bad_exp(mp, "A tertiary");
17841 @.A tertiary expression...@>
17842   mp_scan_secondary(mp);
17843 CONTINUE: 
17844   if ( mp->cur_cmd<=max_tertiary_command ) {
17845     if ( mp->cur_cmd>=min_tertiary_command ) {
17846       p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17847       if ( d==tertiary_secondary_macro ) { 
17848         mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17849       };
17850       mp_get_x_next(mp); mp_scan_secondary(mp);
17851       if ( d!=tertiary_secondary_macro ) {
17852         mp_do_binary(mp, p,c);
17853       } else { 
17854         mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17855         decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17856         goto RESTART;
17857       }
17858       goto CONTINUE;
17859     }
17860   }
17861 }
17862
17863 @ Finally we reach the deepest level in our quartet of parsing routines.
17864 This one is much like the others; but it has an extra complication from
17865 paths, which materialize here.
17866
17867 @d continue_path 25 /* a label inside of |scan_expression| */
17868 @d finish_path 26 /* another */
17869
17870 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17871 void mp_scan_expression (MP mp) {
17872   pointer p,q,r,pp,qq; /* for list manipulation */
17873   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17874   int my_var_flag; /* initial value of |var_flag| */
17875   pointer mac_name; /* token defined with \&{tertiarydef} */
17876   boolean cycle_hit; /* did a path expression just end with `\&{cycle}'? */
17877   scaled x,y; /* explicit coordinates or tension at a path join */
17878   int t; /* knot type following a path join */
17879   t=0; y=0; x=0;
17880   my_var_flag=mp->var_flag; mac_name=null;
17881 RESTART:
17882   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17883       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17884     mp_bad_exp(mp, "An");
17885 @.An expression...@>
17886   mp_scan_tertiary(mp);
17887 CONTINUE: 
17888   if ( mp->cur_cmd<=max_expression_command )
17889     if ( mp->cur_cmd>=min_expression_command ) {
17890       if ( (mp->cur_cmd!=equals)||(my_var_flag!=assignment) ) {
17891         p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17892         if ( d==expression_tertiary_macro ) {
17893           mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17894         }
17895         if ( (d<ampersand)||((d==ampersand)&&
17896              ((type(p)==mp_pair_type)||(type(p)==mp_path_type))) ) {
17897           @<Scan a path construction operation;
17898             but |return| if |p| has the wrong type@>;
17899         } else { 
17900           mp_get_x_next(mp); mp_scan_tertiary(mp);
17901           if ( d!=expression_tertiary_macro ) {
17902             mp_do_binary(mp, p,c);
17903           } else  { 
17904             mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17905             decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17906             goto RESTART;
17907           }
17908         }
17909         goto CONTINUE;
17910      }
17911   }
17912 }
17913
17914 @ The reader should review the data structure conventions for paths before
17915 hoping to understand the next part of this code.
17916
17917 @<Scan a path construction operation...@>=
17918
17919   cycle_hit=false;
17920   @<Convert the left operand, |p|, into a partial path ending at~|q|;
17921     but |return| if |p| doesn't have a suitable type@>;
17922 CONTINUE_PATH: 
17923   @<Determine the path join parameters;
17924     but |goto finish_path| if there's only a direction specifier@>;
17925   if ( mp->cur_cmd==cycle ) {
17926     @<Get ready to close a cycle@>;
17927   } else { 
17928     mp_scan_tertiary(mp);
17929     @<Convert the right operand, |cur_exp|,
17930       into a partial path from |pp| to~|qq|@>;
17931   }
17932   @<Join the partial paths and reset |p| and |q| to the head and tail
17933     of the result@>;
17934   if ( mp->cur_cmd>=min_expression_command )
17935     if ( mp->cur_cmd<=ampersand ) if ( ! cycle_hit ) goto CONTINUE_PATH;
17936 FINISH_PATH:
17937   @<Choose control points for the path and put the result into |cur_exp|@>;
17938 }
17939
17940 @ @<Convert the left operand, |p|, into a partial path ending at~|q|...@>=
17941
17942   mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17943   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) p=mp_new_knot(mp);
17944   else if ( mp->cur_type==mp_path_type ) p=mp->cur_exp;
17945   else return;
17946   q=p;
17947   while ( link(q)!=p ) q=link(q);
17948   if ( left_type(p)!=mp_endpoint ) { /* open up a cycle */
17949     r=mp_copy_knot(mp, p); link(q)=r; q=r;
17950   }
17951   left_type(p)=mp_open; right_type(q)=mp_open;
17952 }
17953
17954 @ A pair of numeric values is changed into a knot node for a one-point path
17955 when \MP\ discovers that the pair is part of a path.
17956
17957 @c@<Declare the procedure called |known_pair|@>;
17958 pointer mp_new_knot (MP mp) { /* convert a pair to a knot with two endpoints */
17959   pointer q; /* the new node */
17960   q=mp_get_node(mp, knot_node_size); left_type(q)=mp_endpoint;
17961   right_type(q)=mp_endpoint; originator(q)=mp_metapost_user; link(q)=q;
17962   mp_known_pair(mp); x_coord(q)=mp->cur_x; y_coord(q)=mp->cur_y;
17963   return q;
17964 }
17965
17966 @ The |known_pair| subroutine sets |cur_x| and |cur_y| to the components
17967 of the current expression, assuming that the current expression is a
17968 pair of known numerics. Unknown components are zeroed, and the
17969 current expression is flushed.
17970
17971 @<Declare the procedure called |known_pair|@>=
17972 void mp_known_pair (MP mp) {
17973   pointer p; /* the pair node */
17974   if ( mp->cur_type!=mp_pair_type ) {
17975     exp_err("Undefined coordinates have been replaced by (0,0)");
17976 @.Undefined coordinates...@>
17977     help5("I need x and y numbers for this part of the path.")
17978       ("The value I found (see above) was no good;")
17979       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
17980       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
17981 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
17982       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
17983     mp_put_get_flush_error(mp, 0); mp->cur_x=0; mp->cur_y=0;
17984   } else { 
17985     p=value(mp->cur_exp);
17986      @<Make sure that both |x| and |y| parts of |p| are known;
17987        copy them into |cur_x| and |cur_y|@>;
17988     mp_flush_cur_exp(mp, 0);
17989   }
17990 }
17991
17992 @ @<Make sure that both |x| and |y| parts of |p| are known...@>=
17993 if ( type(x_part_loc(p))==mp_known ) {
17994   mp->cur_x=value(x_part_loc(p));
17995 } else { 
17996   mp_disp_err(mp, x_part_loc(p),
17997     "Undefined x coordinate has been replaced by 0");
17998 @.Undefined coordinates...@>
17999   help5("I need a `known' x value for this part of the path.")
18000     ("The value I found (see above) was no good;")
18001     ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18002     ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18003 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
18004     ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18005   mp_put_get_error(mp); mp_recycle_value(mp, x_part_loc(p)); mp->cur_x=0;
18006 }
18007 if ( type(y_part_loc(p))==mp_known ) {
18008   mp->cur_y=value(y_part_loc(p));
18009 } else { 
18010   mp_disp_err(mp, y_part_loc(p),
18011     "Undefined y coordinate has been replaced by 0");
18012   help5("I need a `known' y value for this part of the path.")
18013     ("The value I found (see above) was no good;")
18014     ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18015     ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18016     ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18017   mp_put_get_error(mp); mp_recycle_value(mp, y_part_loc(p)); mp->cur_y=0;
18018 }
18019
18020 @ At this point |cur_cmd| is either |ampersand|, |left_brace|, or |path_join|.
18021
18022 @<Determine the path join parameters...@>=
18023 if ( mp->cur_cmd==left_brace ) {
18024   @<Put the pre-join direction information into node |q|@>;
18025 }
18026 d=mp->cur_cmd;
18027 if ( d==path_join ) {
18028   @<Determine the tension and/or control points@>;
18029 } else if ( d!=ampersand ) {
18030   goto FINISH_PATH;
18031 }
18032 mp_get_x_next(mp);
18033 if ( mp->cur_cmd==left_brace ) {
18034   @<Put the post-join direction information into |x| and |t|@>;
18035 } else if ( right_type(q)!=mp_explicit ) {
18036   t=mp_open; x=0;
18037 }
18038
18039 @ The |scan_direction| subroutine looks at the directional information
18040 that is enclosed in braces, and also scans ahead to the following character.
18041 A type code is returned, either |open| (if the direction was $(0,0)$),
18042 or |curl| (if the direction was a curl of known value |cur_exp|), or
18043 |given| (if the direction is given by the |angle| value that now
18044 appears in |cur_exp|).
18045
18046 There's nothing difficult about this subroutine, but the program is rather
18047 lengthy because a variety of potential errors need to be nipped in the bud.
18048
18049 @c small_number mp_scan_direction (MP mp) {
18050   int t; /* the type of information found */
18051   scaled x; /* an |x| coordinate */
18052   mp_get_x_next(mp);
18053   if ( mp->cur_cmd==curl_command ) {
18054      @<Scan a curl specification@>;
18055   } else {
18056     @<Scan a given direction@>;
18057   }
18058   if ( mp->cur_cmd!=right_brace ) {
18059     mp_missing_err(mp, "}");
18060 @.Missing `\char`\}'@>
18061     help3("I've scanned a direction spec for part of a path,")
18062       ("so a right brace should have come next.")
18063       ("I shall pretend that one was there.");
18064     mp_back_error(mp);
18065   }
18066   mp_get_x_next(mp); 
18067   return t;
18068 }
18069
18070 @ @<Scan a curl specification@>=
18071 { mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18072 if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<0) ){ 
18073   exp_err("Improper curl has been replaced by 1");
18074 @.Improper curl@>
18075   help1("A curl must be a known, nonnegative number.");
18076   mp_put_get_flush_error(mp, unity);
18077 }
18078 t=mp_curl;
18079 }
18080
18081 @ @<Scan a given direction@>=
18082 { mp_scan_expression(mp);
18083   if ( mp->cur_type>mp_pair_type ) {
18084     @<Get given directions separated by commas@>;
18085   } else {
18086     mp_known_pair(mp);
18087   }
18088   if ( (mp->cur_x==0)&&(mp->cur_y==0) )  t=mp_open;
18089   else  { t=mp_given; mp->cur_exp=mp_n_arg(mp, mp->cur_x,mp->cur_y);}
18090 }
18091
18092 @ @<Get given directions separated by commas@>=
18093
18094   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18095     exp_err("Undefined x coordinate has been replaced by 0");
18096 @.Undefined coordinates...@>
18097     help5("I need a `known' x value for this part of the path.")
18098       ("The value I found (see above) was no good;")
18099       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18100       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18101 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
18102       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18103     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
18104   }
18105   x=mp->cur_exp;
18106   if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
18107     mp_missing_err(mp, ",");
18108 @.Missing `,'@>
18109     help2("I've got the x coordinate of a path direction;")
18110       ("will look for the y coordinate next.");
18111     mp_back_error(mp);
18112   }
18113   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18114   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18115      exp_err("Undefined y coordinate has been replaced by 0");
18116     help5("I need a `known' y value for this part of the path.")
18117       ("The value I found (see above) was no good;")
18118       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18119       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18120       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18121     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
18122   }
18123   mp->cur_y=mp->cur_exp; mp->cur_x=x;
18124 }
18125
18126 @ At this point |right_type(q)| is usually |open|, but it may have been
18127 set to some other value by a previous splicing operation. We must maintain
18128 the value of |right_type(q)| in unusual cases such as
18129 `\.{..z1\{z2\}\&\{z3\}z1\{0,0\}..}'.
18130
18131 @<Put the pre-join...@>=
18132
18133   t=mp_scan_direction(mp);
18134   if ( t!=mp_open ) {
18135     right_type(q)=t; right_given(q)=mp->cur_exp;
18136     if ( left_type(q)==mp_open ) {
18137       left_type(q)=t; left_given(q)=mp->cur_exp;
18138     } /* note that |left_given(q)=left_curl(q)| */
18139   }
18140 }
18141
18142 @ Since |left_tension| and |left_y| share the same position in knot nodes,
18143 and since |left_given| is similarly equivalent to |left_x|, we use
18144 |x| and |y| to hold the given direction and tension information when
18145 there are no explicit control points.
18146
18147 @<Put the post-join...@>=
18148
18149   t=mp_scan_direction(mp);
18150   if ( right_type(q)!=mp_explicit ) x=mp->cur_exp;
18151   else t=mp_explicit; /* the direction information is superfluous */
18152 }
18153
18154 @ @<Determine the tension and/or...@>=
18155
18156   mp_get_x_next(mp);
18157   if ( mp->cur_cmd==tension ) {
18158     @<Set explicit tensions@>;
18159   } else if ( mp->cur_cmd==controls ) {
18160     @<Set explicit control points@>;
18161   } else  { 
18162     right_tension(q)=unity; y=unity; mp_back_input(mp); /* default tension */
18163     goto DONE;
18164   };
18165   if ( mp->cur_cmd!=path_join ) {
18166      mp_missing_err(mp, "..");
18167 @.Missing `..'@>
18168     help1("A path join command should end with two dots.");
18169     mp_back_error(mp);
18170   }
18171 DONE:
18172   ;
18173 }
18174
18175 @ @<Set explicit tensions@>=
18176
18177   mp_get_x_next(mp); y=mp->cur_cmd;
18178   if ( mp->cur_cmd==at_least ) mp_get_x_next(mp);
18179   mp_scan_primary(mp);
18180   @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>;
18181   if ( y==at_least ) negate(mp->cur_exp);
18182   right_tension(q)=mp->cur_exp;
18183   if ( mp->cur_cmd==and_command ) {
18184     mp_get_x_next(mp); y=mp->cur_cmd;
18185     if ( mp->cur_cmd==at_least ) mp_get_x_next(mp);
18186     mp_scan_primary(mp);
18187     @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>;
18188     if ( y==at_least ) negate(mp->cur_exp);
18189   }
18190   y=mp->cur_exp;
18191 }
18192
18193 @ @d min_tension three_quarter_unit
18194
18195 @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>=
18196 if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<min_tension) ) {
18197   exp_err("Improper tension has been set to 1");
18198 @.Improper tension@>
18199   help1("The expression above should have been a number >=3/4.");
18200   mp_put_get_flush_error(mp, unity);
18201 }
18202
18203 @ @<Set explicit control points@>=
18204
18205   right_type(q)=mp_explicit; t=mp_explicit; mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
18206   mp_known_pair(mp); right_x(q)=mp->cur_x; right_y(q)=mp->cur_y;
18207   if ( mp->cur_cmd!=and_command ) {
18208     x=right_x(q); y=right_y(q);
18209   } else { 
18210     mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
18211     mp_known_pair(mp); x=mp->cur_x; y=mp->cur_y;
18212   }
18213 }
18214
18215 @ @<Convert the right operand, |cur_exp|, into a partial path...@>=
18216
18217   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) pp=mp_new_knot(mp);
18218   else pp=mp->cur_exp;
18219   qq=pp;
18220   while ( link(qq)!=pp ) qq=link(qq);
18221   if ( left_type(pp)!=mp_endpoint ) { /* open up a cycle */
18222     r=mp_copy_knot(mp, pp); link(qq)=r; qq=r;
18223   }
18224   left_type(pp)=mp_open; right_type(qq)=mp_open;
18225 }
18226
18227 @ If a person tries to define an entire path by saying `\.{(x,y)\&cycle}',
18228 we silently change the specification to `\.{(x,y)..cycle}', since a cycle
18229 shouldn't have length zero.
18230
18231 @<Get ready to close a cycle@>=
18232
18233   cycle_hit=true; mp_get_x_next(mp); pp=p; qq=p;
18234   if ( d==ampersand ) if ( p==q ) {
18235     d=path_join; right_tension(q)=unity; y=unity;
18236   }
18237 }
18238
18239 @ @<Join the partial paths and reset |p| and |q|...@>=
18240
18241 if ( d==ampersand ) {
18242   if ( (x_coord(q)!=x_coord(pp))||(y_coord(q)!=y_coord(pp)) ) {
18243     print_err("Paths don't touch; `&' will be changed to `..'");
18244 @.Paths don't touch@>
18245     help3("When you join paths `p&q', the ending point of p")
18246       ("must be exactly equal to the starting point of q.")
18247       ("So I'm going to pretend that you said `p..q' instead.");
18248     mp_put_get_error(mp); d=path_join; right_tension(q)=unity; y=unity;
18249   }
18250 }
18251 @<Plug an opening in |right_type(pp)|, if possible@>;
18252 if ( d==ampersand ) {
18253   @<Splice independent paths together@>;
18254 } else  { 
18255   @<Plug an opening in |right_type(q)|, if possible@>;
18256   link(q)=pp; left_y(pp)=y;
18257   if ( t!=mp_open ) { left_x(pp)=x; left_type(pp)=t;  };
18258 }
18259 q=qq;
18260 }
18261
18262 @ @<Plug an opening in |right_type(q)|...@>=
18263 if ( right_type(q)==mp_open ) {
18264   if ( (left_type(q)==mp_curl)||(left_type(q)==mp_given) ) {
18265     right_type(q)=left_type(q); right_given(q)=left_given(q);
18266   }
18267 }
18268
18269 @ @<Plug an opening in |right_type(pp)|...@>=
18270 if ( right_type(pp)==mp_open ) {
18271   if ( (t==mp_curl)||(t==mp_given) ) {
18272     right_type(pp)=t; right_given(pp)=x;
18273   }
18274 }
18275
18276 @ @<Splice independent paths together@>=
18277
18278   if ( left_type(q)==mp_open ) if ( right_type(q)==mp_open ) {
18279     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
18280   }
18281   if ( right_type(pp)==mp_open ) if ( t==mp_open ) {
18282     right_type(pp)=mp_curl; right_curl(pp)=unity;
18283   }
18284   right_type(q)=right_type(pp); link(q)=link(pp);
18285   right_x(q)=right_x(pp); right_y(q)=right_y(pp);
18286   mp_free_node(mp, pp,knot_node_size);
18287   if ( qq==pp ) qq=q;
18288 }
18289
18290 @ @<Choose control points for the path...@>=
18291 if ( cycle_hit ) { 
18292   if ( d==ampersand ) p=q;
18293 } else  { 
18294   left_type(p)=mp_endpoint;
18295   if ( right_type(p)==mp_open ) { 
18296     right_type(p)=mp_curl; right_curl(p)=unity;
18297   }
18298   right_type(q)=mp_endpoint;
18299   if ( left_type(q)==mp_open ) { 
18300     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
18301   }
18302   link(q)=p;
18303 }
18304 mp_make_choices(mp, p);
18305 mp->cur_type=mp_path_type; mp->cur_exp=p
18306
18307 @ Finally, we sometimes need to scan an expression whose value is
18308 supposed to be either |true_code| or |false_code|.
18309
18310 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
18311 void mp_get_boolean (MP mp) { 
18312   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18313   if ( mp->cur_type!=mp_boolean_type ) {
18314     exp_err("Undefined condition will be treated as `false'");
18315 @.Undefined condition...@>
18316     help2("The expression shown above should have had a definite")
18317       ("true-or-false value. I'm changing it to `false'.");
18318     mp_put_get_flush_error(mp, false_code); mp->cur_type=mp_boolean_type;
18319   }
18320 }
18321
18322 @* \[39] Doing the operations.
18323 The purpose of parsing is primarily to permit people to avoid piles of
18324 parentheses. But the real work is done after the structure of an expression
18325 has been recognized; that's when new expressions are generated. We
18326 turn now to the guts of \MP, which handles individual operators that
18327 have come through the parsing mechanism.
18328
18329 We'll start with the easy ones that take no operands, then work our way
18330 up to operators with one and ultimately two arguments. In other words,
18331 we will write the three procedures |do_nullary|, |do_unary|, and |do_binary|
18332 that are invoked periodically by the expression scanners.
18333
18334 First let's make sure that all of the primitive operators are in the
18335 hash table. Although |scan_primary| and its relatives made use of the
18336 \\{cmd} code for these operators, the \\{do} routines base everything
18337 on the \\{mod} code. For example, |do_binary| doesn't care whether the
18338 operation it performs is a |primary_binary| or |secondary_binary|, etc.
18339
18340 @<Put each...@>=
18341 mp_primitive(mp, "true",nullary,true_code);
18342 @:true_}{\&{true} primitive@>
18343 mp_primitive(mp, "false",nullary,false_code);
18344 @:false_}{\&{false} primitive@>
18345 mp_primitive(mp, "nullpicture",nullary,null_picture_code);
18346 @:null_picture_}{\&{nullpicture} primitive@>
18347 mp_primitive(mp, "nullpen",nullary,null_pen_code);
18348 @:null_pen_}{\&{nullpen} primitive@>
18349 mp_primitive(mp, "jobname",nullary,job_name_op);
18350 @:job_name_}{\&{jobname} primitive@>
18351 mp_primitive(mp, "readstring",nullary,read_string_op);
18352 @:read_string_}{\&{readstring} primitive@>
18353 mp_primitive(mp, "pencircle",nullary,pen_circle);
18354 @:pen_circle_}{\&{pencircle} primitive@>
18355 mp_primitive(mp, "normaldeviate",nullary,normal_deviate);
18356 @:normal_deviate_}{\&{normaldeviate} primitive@>
18357 mp_primitive(mp, "readfrom",unary,read_from_op);
18358 @:read_from_}{\&{readfrom} primitive@>
18359 mp_primitive(mp, "closefrom",unary,close_from_op);
18360 @:close_from_}{\&{closefrom} primitive@>
18361 mp_primitive(mp, "odd",unary,odd_op);
18362 @:odd_}{\&{odd} primitive@>
18363 mp_primitive(mp, "known",unary,known_op);
18364 @:known_}{\&{known} primitive@>
18365 mp_primitive(mp, "unknown",unary,unknown_op);
18366 @:unknown_}{\&{unknown} primitive@>
18367 mp_primitive(mp, "not",unary,not_op);
18368 @:not_}{\&{not} primitive@>
18369 mp_primitive(mp, "decimal",unary,decimal);
18370 @:decimal_}{\&{decimal} primitive@>
18371 mp_primitive(mp, "reverse",unary,reverse);
18372 @:reverse_}{\&{reverse} primitive@>
18373 mp_primitive(mp, "makepath",unary,make_path_op);
18374 @:make_path_}{\&{makepath} primitive@>
18375 mp_primitive(mp, "makepen",unary,make_pen_op);
18376 @:make_pen_}{\&{makepen} primitive@>
18377 mp_primitive(mp, "oct",unary,oct_op);
18378 @:oct_}{\&{oct} primitive@>
18379 mp_primitive(mp, "hex",unary,hex_op);
18380 @:hex_}{\&{hex} primitive@>
18381 mp_primitive(mp, "ASCII",unary,ASCII_op);
18382 @:ASCII_}{\&{ASCII} primitive@>
18383 mp_primitive(mp, "char",unary,char_op);
18384 @:char_}{\&{char} primitive@>
18385 mp_primitive(mp, "length",unary,length_op);
18386 @:length_}{\&{length} primitive@>
18387 mp_primitive(mp, "turningnumber",unary,turning_op);
18388 @:turning_number_}{\&{turningnumber} primitive@>
18389 mp_primitive(mp, "xpart",unary,x_part);
18390 @:x_part_}{\&{xpart} primitive@>
18391 mp_primitive(mp, "ypart",unary,y_part);
18392 @:y_part_}{\&{ypart} primitive@>
18393 mp_primitive(mp, "xxpart",unary,xx_part);
18394 @:xx_part_}{\&{xxpart} primitive@>
18395 mp_primitive(mp, "xypart",unary,xy_part);
18396 @:xy_part_}{\&{xypart} primitive@>
18397 mp_primitive(mp, "yxpart",unary,yx_part);
18398 @:yx_part_}{\&{yxpart} primitive@>
18399 mp_primitive(mp, "yypart",unary,yy_part);
18400 @:yy_part_}{\&{yypart} primitive@>
18401 mp_primitive(mp, "redpart",unary,red_part);
18402 @:red_part_}{\&{redpart} primitive@>
18403 mp_primitive(mp, "greenpart",unary,green_part);
18404 @:green_part_}{\&{greenpart} primitive@>
18405 mp_primitive(mp, "bluepart",unary,blue_part);
18406 @:blue_part_}{\&{bluepart} primitive@>
18407 mp_primitive(mp, "cyanpart",unary,cyan_part);
18408 @:cyan_part_}{\&{cyanpart} primitive@>
18409 mp_primitive(mp, "magentapart",unary,magenta_part);
18410 @:magenta_part_}{\&{magentapart} primitive@>
18411 mp_primitive(mp, "yellowpart",unary,yellow_part);
18412 @:yellow_part_}{\&{yellowpart} primitive@>
18413 mp_primitive(mp, "blackpart",unary,black_part);
18414 @:black_part_}{\&{blackpart} primitive@>
18415 mp_primitive(mp, "greypart",unary,grey_part);
18416 @:grey_part_}{\&{greypart} primitive@>
18417 mp_primitive(mp, "colormodel",unary,color_model_part);
18418 @:color_model_part_}{\&{colormodel} primitive@>
18419 mp_primitive(mp, "fontpart",unary,font_part);
18420 @:font_part_}{\&{fontpart} primitive@>
18421 mp_primitive(mp, "textpart",unary,text_part);
18422 @:text_part_}{\&{textpart} primitive@>
18423 mp_primitive(mp, "pathpart",unary,path_part);
18424 @:path_part_}{\&{pathpart} primitive@>
18425 mp_primitive(mp, "penpart",unary,pen_part);
18426 @:pen_part_}{\&{penpart} primitive@>
18427 mp_primitive(mp, "dashpart",unary,dash_part);
18428 @:dash_part_}{\&{dashpart} primitive@>
18429 mp_primitive(mp, "sqrt",unary,sqrt_op);
18430 @:sqrt_}{\&{sqrt} primitive@>
18431 mp_primitive(mp, "mexp",unary,m_exp_op);
18432 @:m_exp_}{\&{mexp} primitive@>
18433 mp_primitive(mp, "mlog",unary,m_log_op);
18434 @:m_log_}{\&{mlog} primitive@>
18435 mp_primitive(mp, "sind",unary,sin_d_op);
18436 @:sin_d_}{\&{sind} primitive@>
18437 mp_primitive(mp, "cosd",unary,cos_d_op);
18438 @:cos_d_}{\&{cosd} primitive@>
18439 mp_primitive(mp, "floor",unary,floor_op);
18440 @:floor_}{\&{floor} primitive@>
18441 mp_primitive(mp, "uniformdeviate",unary,uniform_deviate);
18442 @:uniform_deviate_}{\&{uniformdeviate} primitive@>
18443 mp_primitive(mp, "charexists",unary,char_exists_op);
18444 @:char_exists_}{\&{charexists} primitive@>
18445 mp_primitive(mp, "fontsize",unary,font_size);
18446 @:font_size_}{\&{fontsize} primitive@>
18447 mp_primitive(mp, "llcorner",unary,ll_corner_op);
18448 @:ll_corner_}{\&{llcorner} primitive@>
18449 mp_primitive(mp, "lrcorner",unary,lr_corner_op);
18450 @:lr_corner_}{\&{lrcorner} primitive@>
18451 mp_primitive(mp, "ulcorner",unary,ul_corner_op);
18452 @:ul_corner_}{\&{ulcorner} primitive@>
18453 mp_primitive(mp, "urcorner",unary,ur_corner_op);
18454 @:ur_corner_}{\&{urcorner} primitive@>
18455 mp_primitive(mp, "arclength",unary,arc_length);
18456 @:arc_length_}{\&{arclength} primitive@>
18457 mp_primitive(mp, "angle",unary,angle_op);
18458 @:angle_}{\&{angle} primitive@>
18459 mp_primitive(mp, "cycle",cycle,cycle_op);
18460 @:cycle_}{\&{cycle} primitive@>
18461 mp_primitive(mp, "stroked",unary,stroked_op);
18462 @:stroked_}{\&{stroked} primitive@>
18463 mp_primitive(mp, "filled",unary,filled_op);
18464 @:filled_}{\&{filled} primitive@>
18465 mp_primitive(mp, "textual",unary,textual_op);
18466 @:textual_}{\&{textual} primitive@>
18467 mp_primitive(mp, "clipped",unary,clipped_op);
18468 @:clipped_}{\&{clipped} primitive@>
18469 mp_primitive(mp, "bounded",unary,bounded_op);
18470 @:bounded_}{\&{bounded} primitive@>
18471 mp_primitive(mp, "+",plus_or_minus,plus);
18472 @:+ }{\.{+} primitive@>
18473 mp_primitive(mp, "-",plus_or_minus,minus);
18474 @:- }{\.{-} primitive@>
18475 mp_primitive(mp, "*",secondary_binary,times);
18476 @:* }{\.{*} primitive@>
18477 mp_primitive(mp, "/",slash,over); mp->eqtb[frozen_slash]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
18478 @:/ }{\.{/} primitive@>
18479 mp_primitive(mp, "++",tertiary_binary,pythag_add);
18480 @:++_}{\.{++} primitive@>
18481 mp_primitive(mp, "+-+",tertiary_binary,pythag_sub);
18482 @:+-+_}{\.{+-+} primitive@>
18483 mp_primitive(mp, "or",tertiary_binary,or_op);
18484 @:or_}{\&{or} primitive@>
18485 mp_primitive(mp, "and",and_command,and_op);
18486 @:and_}{\&{and} primitive@>
18487 mp_primitive(mp, "<",expression_binary,less_than);
18488 @:< }{\.{<} primitive@>
18489 mp_primitive(mp, "<=",expression_binary,less_or_equal);
18490 @:<=_}{\.{<=} primitive@>
18491 mp_primitive(mp, ">",expression_binary,greater_than);
18492 @:> }{\.{>} primitive@>
18493 mp_primitive(mp, ">=",expression_binary,greater_or_equal);
18494 @:>=_}{\.{>=} primitive@>
18495 mp_primitive(mp, "=",equals,equal_to);
18496 @:= }{\.{=} primitive@>
18497 mp_primitive(mp, "<>",expression_binary,unequal_to);
18498 @:<>_}{\.{<>} primitive@>
18499 mp_primitive(mp, "substring",primary_binary,substring_of);
18500 @:substring_}{\&{substring} primitive@>
18501 mp_primitive(mp, "subpath",primary_binary,subpath_of);
18502 @:subpath_}{\&{subpath} primitive@>
18503 mp_primitive(mp, "directiontime",primary_binary,direction_time_of);
18504 @:direction_time_}{\&{directiontime} primitive@>
18505 mp_primitive(mp, "point",primary_binary,point_of);
18506 @:point_}{\&{point} primitive@>
18507 mp_primitive(mp, "precontrol",primary_binary,precontrol_of);
18508 @:precontrol_}{\&{precontrol} primitive@>
18509 mp_primitive(mp, "postcontrol",primary_binary,postcontrol_of);
18510 @:postcontrol_}{\&{postcontrol} primitive@>
18511 mp_primitive(mp, "penoffset",primary_binary,pen_offset_of);
18512 @:pen_offset_}{\&{penoffset} primitive@>
18513 mp_primitive(mp, "arctime",primary_binary,arc_time_of);
18514 @:arc_time_of_}{\&{arctime} primitive@>
18515 mp_primitive(mp, "mpversion",nullary,mp_version);
18516 @:mp_verison_}{\&{mpversion} primitive@>
18517 mp_primitive(mp, "&",ampersand,concatenate);
18518 @:!!!}{\.{\&} primitive@>
18519 mp_primitive(mp, "rotated",secondary_binary,rotated_by);
18520 @:rotated_}{\&{rotated} primitive@>
18521 mp_primitive(mp, "slanted",secondary_binary,slanted_by);
18522 @:slanted_}{\&{slanted} primitive@>
18523 mp_primitive(mp, "scaled",secondary_binary,scaled_by);
18524 @:scaled_}{\&{scaled} primitive@>
18525 mp_primitive(mp, "shifted",secondary_binary,shifted_by);
18526 @:shifted_}{\&{shifted} primitive@>
18527 mp_primitive(mp, "transformed",secondary_binary,transformed_by);
18528 @:transformed_}{\&{transformed} primitive@>
18529 mp_primitive(mp, "xscaled",secondary_binary,x_scaled);
18530 @:x_scaled_}{\&{xscaled} primitive@>
18531 mp_primitive(mp, "yscaled",secondary_binary,y_scaled);
18532 @:y_scaled_}{\&{yscaled} primitive@>
18533 mp_primitive(mp, "zscaled",secondary_binary,z_scaled);
18534 @:z_scaled_}{\&{zscaled} primitive@>
18535 mp_primitive(mp, "infont",secondary_binary,in_font);
18536 @:in_font_}{\&{infont} primitive@>
18537 mp_primitive(mp, "intersectiontimes",tertiary_binary,intersect);
18538 @:intersection_times_}{\&{intersectiontimes} primitive@>
18539
18540 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
18541 case nullary:
18542 case unary:
18543 case primary_binary:
18544 case secondary_binary:
18545 case tertiary_binary:
18546 case expression_binary:
18547 case cycle:
18548 case plus_or_minus:
18549 case slash:
18550 case ampersand:
18551 case equals:
18552 case and_command:
18553   mp_print_op(mp, m);
18554   break;
18555
18556 @ OK, let's look at the simplest \\{do} procedure first.
18557
18558 @c @<Declare nullary action procedure@>;
18559 void mp_do_nullary (MP mp,quarterword c) { 
18560   check_arith;
18561   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two )
18562     mp_show_cmd_mod(mp, nullary,c);
18563   switch (c) {
18564   case true_code: case false_code: 
18565     mp->cur_type=mp_boolean_type; mp->cur_exp=c;
18566     break;
18567   case null_picture_code: 
18568     mp->cur_type=mp_picture_type;
18569     mp->cur_exp=mp_get_node(mp, edge_header_size); 
18570     mp_init_edges(mp, mp->cur_exp);
18571     break;
18572   case null_pen_code: 
18573     mp->cur_type=mp_pen_type; mp->cur_exp=mp_get_pen_circle(mp, 0);
18574     break;
18575   case normal_deviate: 
18576     mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=mp_norm_rand(mp);
18577     break;
18578   case pen_circle: 
18579     mp->cur_type=mp_pen_type; mp->cur_exp=mp_get_pen_circle(mp, unity);
18580     break;
18581   case job_name_op:  
18582     if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
18583     mp->cur_type=mp_string_type; mp->cur_exp=rts(mp->job_name);
18584     break;
18585   case mp_version: 
18586     mp->cur_type=mp_string_type; 
18587     mp->cur_exp=intern(metapost_version) ;
18588     break;
18589   case read_string_op:
18590     @<Read a string from the terminal@>;
18591     break;
18592   } /* there are no other cases */
18593   check_arith;
18594 }
18595
18596 @ @<Read a string...@>=
18597
18598   if ( mp->interaction<=mp_nonstop_mode )
18599     mp_fatal_error(mp, "*** (cannot readstring in nonstop modes)");
18600   mp_begin_file_reading(mp); name=is_read;
18601   limit=start; prompt_input("");
18602   mp_finish_read(mp);
18603 }
18604
18605 @ @<Declare nullary action procedure@>=
18606 void mp_finish_read (MP mp) { /* copy |buffer| line to |cur_exp| */
18607   size_t k;
18608   str_room((int)mp->last-start);
18609   for (k=start;k<=mp->last-1;k++) {
18610    append_char(mp->buffer[k]);
18611   }
18612   mp_end_file_reading(mp); mp->cur_type=mp_string_type; 
18613   mp->cur_exp=mp_make_string(mp);
18614 }
18615
18616 @ Things get a bit more interesting when there's an operand. The
18617 operand to |do_unary| appears in |cur_type| and |cur_exp|.
18618
18619 @c @<Declare unary action procedures@>;
18620 void mp_do_unary (MP mp,quarterword c) {
18621   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
18622   integer x; /* a temporary register */
18623   check_arith;
18624   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two )
18625     @<Trace the current unary operation@>;
18626   switch (c) {
18627   case plus:
18628     if ( mp->cur_type<mp_color_type ) mp_bad_unary(mp, plus);
18629     break;
18630   case minus:
18631     @<Negate the current expression@>;
18632     break;
18633   @<Additional cases of unary operators@>;
18634   } /* there are no other cases */
18635   check_arith;
18636 };
18637
18638 @ The |nice_pair| function returns |true| if both components of a pair
18639 are known.
18640
18641 @<Declare unary action procedures@>=
18642 boolean mp_nice_pair (MP mp,integer p, quarterword t) { 
18643   if ( t==mp_pair_type ) {
18644     p=value(p);
18645     if ( type(x_part_loc(p))==mp_known )
18646       if ( type(y_part_loc(p))==mp_known )
18647         return true;
18648   }
18649   return false;
18650 }
18651
18652 @ The |nice_color_or_pair| function is analogous except that it also accepts
18653 fully known colors.
18654
18655 @<Declare unary action procedures@>=
18656 boolean mp_nice_color_or_pair (MP mp,integer p, quarterword t) {
18657   pointer q,r; /* for scanning the big node */
18658   if ( (t!=mp_pair_type)&&(t!=mp_color_type)&&(t!=mp_cmykcolor_type) ) {
18659     return false;
18660   } else { 
18661     q=value(p);
18662     r=q+mp->big_node_size[type(p)];
18663     do {  
18664       r=r-2;
18665       if ( type(r)!=mp_known )
18666         return false;
18667     } while (r!=q);
18668     return true;
18669   }
18670 }
18671
18672 @ @<Declare unary action...@>=
18673 void mp_print_known_or_unknown_type (MP mp,small_number t, integer v) { 
18674   mp_print_char(mp, '(');
18675   if ( t>mp_known ) mp_print(mp, "unknown numeric");
18676   else { if ( (t==mp_pair_type)||(t==mp_color_type)||(t==mp_cmykcolor_type) )
18677     if ( ! mp_nice_color_or_pair(mp, v,t) ) mp_print(mp, "unknown ");
18678     mp_print_type(mp, t);
18679   }
18680   mp_print_char(mp, ')');
18681 }
18682
18683 @ @<Declare unary action...@>=
18684 void mp_bad_unary (MP mp,quarterword c) { 
18685   exp_err("Not implemented: "); mp_print_op(mp, c);
18686 @.Not implemented...@>
18687   mp_print_known_or_unknown_type(mp, mp->cur_type,mp->cur_exp);
18688   help3("I'm afraid I don't know how to apply that operation to that")
18689     ("particular type. Continue, and I'll simply return the")
18690     ("argument (shown above) as the result of the operation.");
18691   mp_put_get_error(mp);
18692 }
18693
18694 @ @<Trace the current unary operation@>=
18695
18696   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{"); 
18697   mp_print_op(mp, c); mp_print_char(mp, '(');
18698   mp_print_exp(mp, null,0); /* show the operand, but not verbosely */
18699   mp_print(mp, ")}"); mp_end_diagnostic(mp, false);
18700 }
18701
18702 @ Negation is easy except when the current expression
18703 is of type |independent|, or when it is a pair with one or more
18704 |independent| components.
18705
18706 It is tempting to argue that the negative of an independent variable
18707 is an independent variable, hence we don't have to do anything when
18708 negating it. The fallacy is that other dependent variables pointing
18709 to the current expression must change the sign of their
18710 coefficients if we make no change to the current expression.
18711
18712 Instead, we work around the problem by copying the current expression
18713 and recycling it afterwards (cf.~the |stash_in| routine).
18714
18715 @<Negate the current expression@>=
18716 switch (mp->cur_type) {
18717 case mp_color_type:
18718 case mp_cmykcolor_type:
18719 case mp_pair_type:
18720 case mp_independent: 
18721   q=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, q);
18722   if ( mp->cur_type==mp_dependent ) {
18723     mp_negate_dep_list(mp, dep_list(mp->cur_exp));
18724   } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { /* |mp_color_type| or |mp_pair_type| */
18725     p=value(mp->cur_exp);
18726     r=p+mp->big_node_size[mp->cur_type];
18727     do {  
18728       r=r-2;
18729       if ( type(r)==mp_known ) negate(value(r));
18730       else mp_negate_dep_list(mp, dep_list(r));
18731     } while (r!=p);
18732   } /* if |cur_type=mp_known| then |cur_exp=0| */
18733   mp_recycle_value(mp, q); mp_free_node(mp, q,value_node_size);
18734   break;
18735 case mp_dependent:
18736 case mp_proto_dependent:
18737   mp_negate_dep_list(mp, dep_list(mp->cur_exp));
18738   break;
18739 case mp_known:
18740   negate(mp->cur_exp);
18741   break;
18742 default:
18743   mp_bad_unary(mp, minus);
18744   break;
18745 }
18746
18747 @ @<Declare unary action...@>=
18748 void mp_negate_dep_list (MP mp,pointer p) { 
18749   while (1) { 
18750     negate(value(p));
18751     if ( info(p)==null ) return;
18752     p=link(p);
18753   }
18754 }
18755
18756 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18757 case not_op: 
18758   if ( mp->cur_type!=mp_boolean_type ) mp_bad_unary(mp, not_op);
18759   else mp->cur_exp=true_code+false_code-mp->cur_exp;
18760   break;
18761
18762 @ @d three_sixty_units 23592960 /* that's |360*unity| */
18763 @d boolean_reset(A) if ( (A) ) mp->cur_exp=true_code; else mp->cur_exp=false_code
18764
18765 @<Additional cases of unary operators@>=
18766 case sqrt_op:
18767 case m_exp_op:
18768 case m_log_op:
18769 case sin_d_op:
18770 case cos_d_op:
18771 case floor_op:
18772 case  uniform_deviate:
18773 case odd_op:
18774 case char_exists_op:
18775   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18776     mp_bad_unary(mp, c);
18777   } else {
18778     switch (c) {
18779     case sqrt_op:mp->cur_exp=mp_square_rt(mp, mp->cur_exp);break;
18780     case m_exp_op:mp->cur_exp=mp_m_exp(mp, mp->cur_exp);break;
18781     case m_log_op:mp->cur_exp=mp_m_log(mp, mp->cur_exp);break;
18782     case sin_d_op:
18783     case cos_d_op:
18784       mp_n_sin_cos(mp, (mp->cur_exp % three_sixty_units)*16);
18785       if ( c==sin_d_op ) mp->cur_exp=mp_round_fraction(mp, mp->n_sin);
18786       else mp->cur_exp=mp_round_fraction(mp, mp->n_cos);
18787       break;
18788     case floor_op:mp->cur_exp=mp_floor_scaled(mp, mp->cur_exp);break;
18789     case uniform_deviate:mp->cur_exp=mp_unif_rand(mp, mp->cur_exp);break;
18790     case odd_op: 
18791       boolean_reset(odd(mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp)));
18792       mp->cur_type=mp_boolean_type;
18793       break;
18794     case char_exists_op:
18795       @<Determine if a character has been shipped out@>;
18796       break;
18797     } /* there are no other cases */
18798   }
18799   break;
18800
18801 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18802 case angle_op:
18803   if ( mp_nice_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type) ) {
18804     p=value(mp->cur_exp);
18805     x=mp_n_arg(mp, value(x_part_loc(p)),value(y_part_loc(p)));
18806     if ( x>=0 ) mp_flush_cur_exp(mp, (x+8)/ 16);
18807     else mp_flush_cur_exp(mp, -((-x+8)/ 16));
18808   } else {
18809     mp_bad_unary(mp, angle_op);
18810   }
18811   break;
18812
18813 @ If the current expression is a pair, but the context wants it to
18814 be a path, we call |pair_to_path|.
18815
18816 @<Declare unary action...@>=
18817 void mp_pair_to_path (MP mp) { 
18818   mp->cur_exp=mp_new_knot(mp); 
18819   mp->cur_type=mp_path_type;
18820 };
18821
18822 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18823 case x_part:
18824 case y_part:
18825   if ( (mp->cur_type==mp_pair_type)||(mp->cur_type==mp_transform_type) )
18826     mp_take_part(mp, c);
18827   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18828   else mp_bad_unary(mp, c);
18829   break;
18830 case xx_part:
18831 case xy_part:
18832 case yx_part:
18833 case yy_part: 
18834   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) mp_take_part(mp, c);
18835   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18836   else mp_bad_unary(mp, c);
18837   break;
18838 case red_part:
18839 case green_part:
18840 case blue_part: 
18841   if ( mp->cur_type==mp_color_type ) mp_take_part(mp, c);
18842   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18843   else mp_bad_unary(mp, c);
18844   break;
18845 case cyan_part:
18846 case magenta_part:
18847 case yellow_part:
18848 case black_part: 
18849   if ( mp->cur_type==mp_cmykcolor_type) mp_take_part(mp, c); 
18850   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18851   else mp_bad_unary(mp, c);
18852   break;
18853 case grey_part: 
18854   if ( mp->cur_type==mp_known ) mp->cur_exp=value(c);
18855   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18856   else mp_bad_unary(mp, c);
18857   break;
18858 case color_model_part: 
18859   if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18860   else mp_bad_unary(mp, c);
18861   break;
18862
18863 @ In the following procedure, |cur_exp| points to a capsule, which points to
18864 a big node. We want to delete all but one part of the big node.
18865
18866 @<Declare unary action...@>=
18867 void mp_take_part (MP mp,quarterword c) {
18868   pointer p; /* the big node */
18869   p=value(mp->cur_exp); value(temp_val)=p; type(temp_val)=mp->cur_type;
18870   link(p)=temp_val; mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
18871   mp_make_exp_copy(mp, p+mp->sector_offset[c+mp_x_part_sector-x_part]);
18872   mp_recycle_value(mp, temp_val);
18873 }
18874
18875 @ @<Initialize table entries...@>=
18876 name_type(temp_val)=mp_capsule;
18877
18878 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18879 case font_part:
18880 case text_part:
18881 case path_part:
18882 case pen_part:
18883 case dash_part:
18884   if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18885   else mp_bad_unary(mp, c);
18886   break;
18887
18888 @ @<Declarations@>=
18889 void mp_scale_edges (MP mp);
18890
18891 @ @<Declare unary action...@>=
18892 void mp_take_pict_part (MP mp,quarterword c) {
18893   pointer p; /* first graphical object in |cur_exp| */
18894   p=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
18895   if ( p!=null ) {
18896     switch (c) {
18897     case x_part: case y_part: case xx_part:
18898     case xy_part: case yx_part: case yy_part:
18899       if ( type(p)==mp_text_code ) mp_flush_cur_exp(mp, text_trans_part(p+c));
18900       else goto NOT_FOUND;
18901       break;
18902     case red_part: case green_part: case blue_part:
18903       if ( has_color(p) ) mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c));
18904       else goto NOT_FOUND;
18905       break;
18906     case cyan_part: case magenta_part: case yellow_part:
18907     case black_part:
18908       if ( has_color(p) ) {
18909         if ( color_model(p)==mp_uninitialized_model )
18910           mp_flush_cur_exp(mp, unity);
18911         else
18912           mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c+(red_part-cyan_part)));
18913       } else goto NOT_FOUND;
18914       break;
18915     case grey_part:
18916       if ( has_color(p) )
18917           mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c+(red_part-grey_part)));
18918       else goto NOT_FOUND;
18919       break;
18920     case color_model_part:
18921       if ( has_color(p) ) {
18922         if ( color_model(p)==mp_uninitialized_model )
18923           mp_flush_cur_exp(mp, mp->internal[mp_default_color_model]);
18924         else
18925           mp_flush_cur_exp(mp, color_model(p)*unity);
18926       } else goto NOT_FOUND;
18927       break;
18928     @<Handle other cases in |take_pict_part| or |goto not_found|@>;
18929     } /* all cases have been enumerated */
18930     return;
18931   };
18932 NOT_FOUND:
18933   @<Convert the current expression to a null value appropriate
18934     for |c|@>;
18935 }
18936
18937 @ @<Handle other cases in |take_pict_part| or |goto not_found|@>=
18938 case text_part: 
18939   if ( type(p)!=mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
18940   else { 
18941     mp_flush_cur_exp(mp, text_p(p));
18942     add_str_ref(mp->cur_exp);
18943     mp->cur_type=mp_string_type;
18944     };
18945   break;
18946 case font_part: 
18947   if ( type(p)!=mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
18948   else { 
18949     mp_flush_cur_exp(mp, rts(mp->font_name[font_n(p)])); 
18950     add_str_ref(mp->cur_exp);
18951     mp->cur_type=mp_string_type;
18952   };
18953   break;
18954 case path_part:
18955   if ( type(p)==mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
18956   else if ( is_stop(p) ) mp_confusion(mp, "pict");
18957 @:this can't happen pict}{\quad pict@>
18958   else { 
18959     mp_flush_cur_exp(mp, mp_copy_path(mp, path_p(p)));
18960     mp->cur_type=mp_path_type;
18961   }
18962   break;
18963 case pen_part: 
18964   if ( ! has_pen(p) ) goto NOT_FOUND;
18965   else {
18966     if ( pen_p(p)==null ) goto NOT_FOUND;
18967     else { mp_flush_cur_exp(mp, copy_pen(pen_p(p)));
18968       mp->cur_type=mp_pen_type;
18969     };
18970   }
18971   break;
18972 case dash_part: 
18973   if ( type(p)!=mp_stroked_code ) goto NOT_FOUND;
18974   else { if ( dash_p(p)==null ) goto NOT_FOUND;
18975     else { add_edge_ref(dash_p(p));
18976     mp->se_sf=dash_scale(p);
18977     mp->se_pic=dash_p(p);
18978     mp_scale_edges(mp);
18979     mp_flush_cur_exp(mp, mp->se_pic);
18980     mp->cur_type=mp_picture_type;
18981     };
18982   }
18983   break;
18984
18985 @ Since |scale_edges| had to be declared |forward|, it had to be declared as a
18986 parameterless procedure even though it really takes two arguments and updates
18987 one of them.  Hence the following globals are needed.
18988
18989 @<Global...@>=
18990 pointer se_pic;  /* edge header used and updated by |scale_edges| */
18991 scaled se_sf;  /* the scale factor argument to |scale_edges| */
18992
18993 @ @<Convert the current expression to a null value appropriate...@>=
18994 switch (c) {
18995 case text_part: case font_part: 
18996   mp_flush_cur_exp(mp, rts(""));
18997   mp->cur_type=mp_string_type;
18998   break;
18999 case path_part: 
19000   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_node(mp, knot_node_size));
19001   left_type(mp->cur_exp)=mp_endpoint;
19002   right_type(mp->cur_exp)=mp_endpoint;
19003   link(mp->cur_exp)=mp->cur_exp;
19004   x_coord(mp->cur_exp)=0;
19005   y_coord(mp->cur_exp)=0;
19006   originator(mp->cur_exp)=mp_metapost_user;
19007   mp->cur_type=mp_path_type;
19008   break;
19009 case pen_part: 
19010   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_pen_circle(mp, 0));
19011   mp->cur_type=mp_pen_type;
19012   break;
19013 case dash_part: 
19014   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_node(mp, edge_header_size));
19015   mp_init_edges(mp, mp->cur_exp);
19016   mp->cur_type=mp_picture_type;
19017   break;
19018 default: 
19019    mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19020   break;
19021 }
19022
19023 @ @<Additional cases of unary...@>=
19024 case char_op: 
19025   if ( mp->cur_type!=mp_known ) { 
19026     mp_bad_unary(mp, char_op);
19027   } else { 
19028     mp->cur_exp=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp) % 256; 
19029     mp->cur_type=mp_string_type;
19030     if ( mp->cur_exp<0 ) mp->cur_exp=mp->cur_exp+256;
19031   }
19032   break;
19033 case decimal: 
19034   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
19035      mp_bad_unary(mp, decimal);
19036   } else { 
19037     mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=new_string;
19038     mp_print_scaled(mp, mp->cur_exp); mp->cur_exp=mp_make_string(mp);
19039     mp->selector=mp->old_setting; mp->cur_type=mp_string_type;
19040   }
19041   break;
19042 case oct_op:
19043 case hex_op:
19044 case ASCII_op: 
19045   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, c);
19046   else mp_str_to_num(mp, c);
19047   break;
19048 case font_size: 
19049   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, font_size);
19050   else @<Find the design size of the font whose name is |cur_exp|@>;
19051   break;
19052
19053 @ @<Declare unary action...@>=
19054 void mp_str_to_num (MP mp,quarterword c) { /* converts a string to a number */
19055   integer n; /* accumulator */
19056   ASCII_code m; /* current character */
19057   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
19058   int b; /* radix of conversion */
19059   boolean bad_char; /* did the string contain an invalid digit? */
19060   if ( c==ASCII_op ) {
19061     if ( length(mp->cur_exp)==0 ) n=-1;
19062     else n=mp->str_pool[mp->str_start[mp->cur_exp]];
19063   } else { 
19064     if ( c==oct_op ) b=8; else b=16;
19065     n=0; bad_char=false;
19066     for (k=mp->str_start[mp->cur_exp];k<=str_stop(mp->cur_exp)-1;k++) {
19067       m=mp->str_pool[k];
19068       if ( (m>='0')&&(m<='9') ) m=m-'0';
19069       else if ( (m>='A')&&(m<='F') ) m=m-'A'+10;
19070       else if ( (m>='a')&&(m<='f') ) m=m-'a'+10;
19071       else  { bad_char=true; m=0; };
19072       if ( m>=b ) { bad_char=true; m=0; };
19073       if ( n<32768 / b ) n=n*b+m; else n=32767;
19074     }
19075     @<Give error messages if |bad_char| or |n>=4096|@>;
19076   }
19077   mp_flush_cur_exp(mp, n*unity);
19078 }
19079
19080 @ @<Give error messages if |bad_char|...@>=
19081 if ( bad_char ) { 
19082   exp_err("String contains illegal digits");
19083 @.String contains illegal digits@>
19084   if ( c==oct_op ) {
19085     help1("I zeroed out characters that weren't in the range 0..7.");
19086   } else  {
19087     help1("I zeroed out characters that weren't hex digits.");
19088   }
19089   mp_put_get_error(mp);
19090 }
19091 if ( (n>4095) ) {
19092   if ( mp->internal[mp_warning_check]>0 ) {
19093     print_err("Number too large ("); 
19094     mp_print_int(mp, n); mp_print_char(mp, ')');
19095 @.Number too large@>
19096     help2("I have trouble with numbers greater than 4095; watch out.")
19097       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
19098     mp_put_get_error(mp);
19099   }
19100 }
19101
19102 @ The length operation is somewhat unusual in that it applies to a variety
19103 of different types of operands.
19104
19105 @<Additional cases of unary...@>=
19106 case length_op: 
19107   switch (mp->cur_type) {
19108   case mp_string_type: mp_flush_cur_exp(mp, length(mp->cur_exp)*unity); break;
19109   case mp_path_type: mp_flush_cur_exp(mp, mp_path_length(mp)); break;
19110   case mp_known: mp->cur_exp=abs(mp->cur_exp); break;
19111   case mp_picture_type: mp_flush_cur_exp(mp, mp_pict_length(mp)); break;
19112   default: 
19113     if ( mp_nice_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type) )
19114       mp_flush_cur_exp(mp, mp_pyth_add(mp, 
19115         value(x_part_loc(value(mp->cur_exp))),
19116         value(y_part_loc(value(mp->cur_exp)))));
19117     else mp_bad_unary(mp, c);
19118     break;
19119   }
19120   break;
19121
19122 @ @<Declare unary action...@>=
19123 scaled mp_path_length (MP mp) { /* computes the length of the current path */
19124   scaled n; /* the path length so far */
19125   pointer p; /* traverser */
19126   p=mp->cur_exp;
19127   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) n=-unity; else n=0;
19128   do {  p=link(p); n=n+unity; } while (p!=mp->cur_exp);
19129   return n;
19130 }
19131
19132 @ @<Declare unary action...@>=
19133 scaled mp_pict_length (MP mp) { 
19134   /* counts interior components in picture |cur_exp| */
19135   scaled n; /* the count so far */
19136   pointer p; /* traverser */
19137   n=0;
19138   p=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
19139   if ( p!=null ) {
19140     if ( is_start_or_stop(p) )
19141       if ( mp_skip_1component(mp, p)==null ) p=link(p);
19142     while ( p!=null )  { 
19143       skip_component(p) return n; 
19144       n=n+unity;   
19145     }
19146   }
19147   return n;
19148 }
19149
19150 @ Implement |turningnumber|
19151
19152 @<Additional cases of unary...@>=
19153 case turning_op:
19154   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19155   else if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, turning_op);
19156   else if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint )
19157      mp_flush_cur_exp(mp, 0); /* not a cyclic path */
19158   else
19159     mp_flush_cur_exp(mp, mp_turn_cycles_wrapper(mp, mp->cur_exp));
19160   break;
19161
19162 @ The function |an_angle| returns the value of the |angle| primitive, or $0$ if the
19163 argument is |origin|.
19164
19165 @<Declare unary action...@>=
19166 angle mp_an_angle (MP mp,scaled xpar, scaled ypar) {
19167   if ( (! ((xpar==0) && (ypar==0))) )
19168     return mp_n_arg(mp, xpar,ypar);
19169   return 0;
19170 }
19171
19172
19173 @ The actual turning number is (for the moment) computed in a C function
19174 that receives eight integers corresponding to the four controlling points,
19175 and returns a single angle.  Besides those, we have to account for discrete
19176 moves at the actual points.
19177
19178 @d floor(a) (a>=0 ? a : -(int)(-a))
19179 @d bezier_error (720<<20)+1
19180 @d sign(v) ((v)>0 ? 1 : ((v)<0 ? -1 : 0 ))
19181 @d print_roots(a) { if (debuglevel>(65536*2))
19182    fprintf(stdout,"bezier_slope(): %s, i=%f, o=%f, angle=%f\n", (a),in,out,res); }
19183 @d out ((double)(xo>>20))
19184 @d mid ((double)(xm>>20))
19185 @d in  ((double)(xi>>20))
19186 @d divisor (256*256)
19187 @d double2angle(a) (int)floor(a*256.0*256.0*16.0)
19188
19189 @<Declare unary action...@>=
19190 angle mp_bezier_slope(MP mp, integer AX,integer AY,integer BX,integer BY,
19191             integer CX,integer CY,integer DX,integer DY, int debuglevel);
19192
19193 @ @c 
19194 angle mp_bezier_slope(MP mp, integer AX,integer AY,integer BX,integer BY,
19195             integer CX,integer CY,integer DX,integer DY, int debuglevel) {
19196   double a, b, c;
19197   integer deltax,deltay;
19198   double ax,ay,bx,by,cx,cy,dx,dy;
19199   angle xi = 0, xo = 0, xm = 0;
19200   double res = 0;
19201   ax=AX/divisor;  ay=AY/divisor;
19202   bx=BX/divisor;  by=BY/divisor;
19203   cx=CX/divisor;  cy=CY/divisor;
19204   dx=DX/divisor;  dy=DY/divisor;
19205
19206   deltax = (BX-AX); deltay = (BY-AY);
19207   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(CX-AX); deltay=(CY-AY); }
19208   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-AX); deltay=(DY-AY); }
19209   xi = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19210
19211   deltax = (CX-BX); deltay = (CY-BY);
19212   xm = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19213
19214   deltax = (DX-CX); deltay = (DY-CY);
19215   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-BX); deltay=(DY-BY); }
19216   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-AX); deltay=(DY-AY); }
19217   xo = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19218
19219   a = (bx-ax)*(cy-by) - (cx-bx)*(by-ay); /* a = (bp-ap)x(cp-bp); */
19220   b = (bx-ax)*(dy-cy) - (by-ay)*(dx-cx);; /* b = (bp-ap)x(dp-cp);*/
19221   c = (cx-bx)*(dy-cy) - (dx-cx)*(cy-by); /* c = (cp-bp)x(dp-cp);*/
19222
19223   if (debuglevel>(65536*2)) {
19224     fprintf(stdout,
19225       "bezier_slope(): (%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f)\n",
19226               ax,ay,bx,by,cx,cy,dx,dy);
19227     fprintf(stdout,
19228       "bezier_slope(): a,b,c,b^2,4ac: (%.2f,%.2f,%.2f,%.2f,%.2f)\n",a,b,c,b*b,4*a*c);
19229   }
19230
19231   if ((a==0)&&(c==0)) {
19232     res = (b==0 ?  0 :  (out-in)); 
19233     print_roots("no roots (a)");
19234   } else if ((a==0)||(c==0)) {
19235     if ((sign(b) == sign(a)) || (sign(b) == sign(c))) {
19236       res = out-in; /* ? */
19237       if (res<-180.0) 
19238         res += 360.0;
19239       else if (res>180.0)
19240         res -= 360.0;
19241       print_roots("no roots (b)");
19242     } else {
19243       res = out-in; /* ? */
19244       print_roots("one root (a)");
19245     }
19246   } else if ((sign(a)*sign(c))<0) {
19247     res = out-in; /* ? */
19248       if (res<-180.0) 
19249         res += 360.0;
19250       else if (res>180.0)
19251         res -= 360.0;
19252     print_roots("one root (b)");
19253   } else {
19254     if (sign(a) == sign(b)) {
19255       res = out-in; /* ? */
19256       if (res<-180.0) 
19257         res += 360.0;
19258       else if (res>180.0)
19259         res -= 360.0;
19260       print_roots("no roots (d)");
19261     } else {
19262       if ((b*b) == (4*a*c)) {
19263         res = bezier_error;
19264         print_roots("double root"); /* cusp */
19265       } else if ((b*b) < (4*a*c)) {
19266         res = out-in; /* ? */
19267         if (res<=0.0 &&res>-180.0) 
19268           res += 360.0;
19269         else if (res>=0.0 && res<180.0)
19270           res -= 360.0;
19271         print_roots("no roots (e)");
19272       } else {
19273         res = out-in;
19274         if (res<-180.0) 
19275           res += 360.0;
19276         else if (res>180.0)
19277           res -= 360.0;
19278         print_roots("two roots"); /* two inflections */
19279       }
19280     }
19281   }
19282   return double2angle(res);
19283 }
19284
19285 @
19286 @d p_nextnext link(link(p))
19287 @d p_next link(p)
19288 @d seven_twenty_deg 05500000000 /* $720\cdot2^{20}$, represents $720^\circ$ */
19289
19290 @<Declare unary action...@>=
19291 scaled mp_new_turn_cycles (MP mp,pointer c) {
19292   angle res,ang; /*  the angles of intermediate results  */
19293   scaled turns;  /*  the turn counter  */
19294   pointer p;     /*  for running around the path  */
19295   integer xp,yp;   /*  coordinates of next point  */
19296   integer x,y;   /*  helper coordinates  */
19297   angle in_angle,out_angle;     /*  helper angles */
19298   int old_setting; /* saved |selector| setting */
19299   res=0;
19300   turns= 0;
19301   p=c;
19302   old_setting = mp->selector; mp->selector=term_only;
19303   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
19304     mp_begin_diagnostic(mp);
19305     mp_print_nl(mp, "");
19306     mp_end_diagnostic(mp, false);
19307   }
19308   do { 
19309     xp = x_coord(p_next); yp = y_coord(p_next);
19310     ang  = mp_bezier_slope(mp,x_coord(p), y_coord(p), right_x(p), right_y(p),
19311              left_x(p_next), left_y(p_next), xp, yp, 
19312              mp->internal[mp_tracing_commands]);
19313     if ( ang>seven_twenty_deg ) {
19314       print_err("Strange path");
19315       mp_error(mp);
19316       mp->selector=old_setting;
19317       return 0;
19318     }
19319     res  = res + ang;
19320     if ( res > one_eighty_deg ) {
19321       res = res - three_sixty_deg;
19322       turns = turns + unity;
19323     }
19324     if ( res <= -one_eighty_deg ) {
19325       res = res + three_sixty_deg;
19326       turns = turns - unity;
19327     }
19328     /*  incoming angle at next point  */
19329     x = left_x(p_next);  y = left_y(p_next);
19330     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = right_x(p);  y = right_y(p);  };
19331     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = x_coord(p);  y = y_coord(p);  };
19332     in_angle = mp_an_angle(mp, xp - x, yp - y);
19333     /*  outgoing angle at next point  */
19334     x = right_x(p_next);  y = right_y(p_next);
19335     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = left_x(p_nextnext);  y = left_y(p_nextnext);  };
19336     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = x_coord(p_nextnext); y = y_coord(p_nextnext); };
19337     out_angle = mp_an_angle(mp, x - xp, y- yp);
19338     ang  = (out_angle - in_angle);
19339     reduce_angle(ang);
19340     if ( ang!=0 ) {
19341       res  = res + ang;
19342       if ( res >= one_eighty_deg ) {
19343         res = res - three_sixty_deg;
19344         turns = turns + unity;
19345       };
19346       if ( res <= -one_eighty_deg ) {
19347         res = res + three_sixty_deg;
19348         turns = turns - unity;
19349       };
19350     };
19351     p = link(p);
19352   } while (p!=c);
19353   mp->selector=old_setting;
19354   return turns;
19355 }
19356
19357
19358 @ This code is based on Bogus\l{}av Jackowski's
19359 |emergency_turningnumber| macro, with some minor changes by Taco
19360 Hoekwater. The macro code looked more like this:
19361 {\obeylines
19362 vardef turning\_number primary p =
19363 ~~save res, ang, turns;
19364 ~~res := 0;
19365 ~~if length p <= 2:
19366 ~~~~if Angle ((point 0 of p) - (postcontrol 0 of p)) >= 0:  1  else: -1 fi
19367 ~~else:
19368 ~~~~for t = 0 upto length p-1 :
19369 ~~~~~~angc := Angle ((point t+1 of p)  - (point t of p))
19370 ~~~~~~~~- Angle ((point t of p) - (point t-1 of p));
19371 ~~~~~~if angc > 180: angc := angc - 360; fi;
19372 ~~~~~~if angc < -180: angc := angc + 360; fi;
19373 ~~~~~~res  := res + angc;
19374 ~~~~endfor;
19375 ~~res/360
19376 ~~fi
19377 enddef;}
19378 The general idea is to calculate only the sum of the angles of
19379 straight lines between the points, of a path, not worrying about cusps
19380 or self-intersections in the segments at all. If the segment is not
19381 well-behaved, the result is not necesarily correct. But the old code
19382 was not always correct either, and worse, it sometimes failed for
19383 well-behaved paths as well. All known bugs that were triggered by the
19384 original code no longer occur with this code, and it runs roughly 3
19385 times as fast because the algorithm is much simpler.
19386
19387 @ It is possible to overflow the return value of the |turn_cycles|
19388 function when the path is sufficiently long and winding, but I am not
19389 going to bother testing for that. In any case, it would only return
19390 the looped result value, which is not a big problem.
19391
19392 The macro code for the repeat loop was a bit nicer to look
19393 at than the pascal code, because it could use |point -1 of p|. In
19394 pascal, the fastest way to loop around the path is not to look
19395 backward once, but forward twice. These defines help hide the trick.
19396
19397 @d p_to link(link(p))
19398 @d p_here link(p)
19399 @d p_from p
19400
19401 @<Declare unary action...@>=
19402 scaled mp_turn_cycles (MP mp,pointer c) {
19403   angle res,ang; /*  the angles of intermediate results  */
19404   scaled turns;  /*  the turn counter  */
19405   pointer p;     /*  for running around the path  */
19406   res=0;  turns= 0; p=c;
19407   do { 
19408     ang  = mp_an_angle (mp, x_coord(p_to) - x_coord(p_here), 
19409                             y_coord(p_to) - y_coord(p_here))
19410         - mp_an_angle (mp, x_coord(p_here) - x_coord(p_from), 
19411                            y_coord(p_here) - y_coord(p_from));
19412     reduce_angle(ang);
19413     res  = res + ang;
19414     if ( res >= three_sixty_deg )  {
19415       res = res - three_sixty_deg;
19416       turns = turns + unity;
19417     };
19418     if ( res <= -three_sixty_deg ) {
19419       res = res + three_sixty_deg;
19420       turns = turns - unity;
19421     };
19422     p = link(p);
19423   } while (p!=c);
19424   return turns;
19425 }
19426
19427 @ @<Declare unary action...@>=
19428 scaled mp_turn_cycles_wrapper (MP mp,pointer c) {
19429   scaled nval,oval;
19430   scaled saved_t_o; /* tracing\_online saved  */
19431   if ( (link(c)==c)||(link(link(c))==c) ) {
19432     if ( mp_an_angle (mp, x_coord(c) - right_x(c),  y_coord(c) - right_y(c)) > 0 )
19433       return unity;
19434     else
19435       return -unity;
19436   } else {
19437     nval = mp_new_turn_cycles(mp, c);
19438     oval = mp_turn_cycles(mp, c);
19439     if ( nval!=oval ) {
19440       saved_t_o=mp->internal[mp_tracing_online];
19441       mp->internal[mp_tracing_online]=unity;
19442       mp_begin_diagnostic(mp);
19443       mp_print_nl (mp, "Warning: the turningnumber algorithms do not agree."
19444                        " The current computed value is ");
19445       mp_print_scaled(mp, nval);
19446       mp_print(mp, ", but the 'connect-the-dots' algorithm returned ");
19447       mp_print_scaled(mp, oval);
19448       mp_end_diagnostic(mp, false);
19449       mp->internal[mp_tracing_online]=saved_t_o;
19450     }
19451     return nval;
19452   }
19453 }
19454
19455 @ @<Declare unary action...@>=
19456 scaled mp_count_turns (MP mp,pointer c) {
19457   pointer p; /* a knot in envelope spec |c| */
19458   integer t; /* total pen offset changes counted */
19459   t=0; p=c;
19460   do {  
19461     t=t+info(p)-zero_off;
19462     p=link(p);
19463   } while (p!=c);
19464   return ((t / 3)*unity);
19465 }
19466
19467 @ @d type_range(A,B) { 
19468   if ( (mp->cur_type>=(A)) && (mp->cur_type<=(B)) ) 
19469     mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19470   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19471   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19472   }
19473 @d type_test(A) { 
19474   if ( mp->cur_type==(A) ) mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19475   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19476   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19477   }
19478
19479 @<Additional cases of unary operators@>=
19480 case mp_boolean_type: 
19481   type_range(mp_boolean_type,mp_unknown_boolean); break;
19482 case mp_string_type: 
19483   type_range(mp_string_type,mp_unknown_string); break;
19484 case mp_pen_type: 
19485   type_range(mp_pen_type,mp_unknown_pen); break;
19486 case mp_path_type: 
19487   type_range(mp_path_type,mp_unknown_path); break;
19488 case mp_picture_type: 
19489   type_range(mp_picture_type,mp_unknown_picture); break;
19490 case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type:
19491 case mp_pair_type: 
19492   type_test(c); break;
19493 case mp_numeric_type: 
19494   type_range(mp_known,mp_independent); break;
19495 case known_op: case unknown_op: 
19496   mp_test_known(mp, c); break;
19497
19498 @ @<Declare unary action procedures@>=
19499 void mp_test_known (MP mp,quarterword c) {
19500   int b; /* is the current expression known? */
19501   pointer p,q; /* locations in a big node */
19502   b=false_code;
19503   switch (mp->cur_type) {
19504   case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_string_type:
19505   case mp_pen_type: case mp_path_type: case mp_picture_type:
19506   case mp_known: 
19507     b=true_code;
19508     break;
19509   case mp_transform_type:
19510   case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type: 
19511     p=value(mp->cur_exp);
19512     q=p+mp->big_node_size[mp->cur_type];
19513     do {  
19514       q=q-2;
19515       if ( type(q)!=mp_known ) 
19516        goto DONE;
19517     } while (q!=p);
19518     b=true_code;
19519   DONE:  
19520     break;
19521   default: 
19522     break;
19523   }
19524   if ( c==known_op ) mp_flush_cur_exp(mp, b);
19525   else mp_flush_cur_exp(mp, true_code+false_code-b);
19526   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19527 }
19528
19529 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19530 case cycle_op: 
19531   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19532   else if ( left_type(mp->cur_exp)!=mp_endpoint ) mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19533   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19534   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19535   break;
19536
19537 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19538 case arc_length: 
19539   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19540   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, arc_length);
19541   else mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_arc_length(mp, mp->cur_exp));
19542   break;
19543
19544 @ Here we use the fact that |c-filled_op+fill_code| is the desired graphical
19545 object |type|.
19546 @^data structure assumptions@>
19547
19548 @<Additional cases of unary operators@>=
19549 case filled_op:
19550 case stroked_op:
19551 case textual_op:
19552 case clipped_op:
19553 case bounded_op:
19554   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19555   else if ( link(dummy_loc(mp->cur_exp))==null ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19556   else if ( type(link(dummy_loc(mp->cur_exp)))==c+mp_fill_code-filled_op )
19557     mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19558   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19559   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19560   break;
19561
19562 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19563 case make_pen_op: 
19564   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19565   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, make_pen_op);
19566   else { 
19567     mp->cur_type=mp_pen_type;
19568     mp->cur_exp=mp_make_pen(mp, mp->cur_exp,true);
19569   };
19570   break;
19571 case make_path_op: 
19572   if ( mp->cur_type!=mp_pen_type ) mp_bad_unary(mp, make_path_op);
19573   else  { 
19574     mp->cur_type=mp_path_type;
19575     mp_make_path(mp, mp->cur_exp);
19576   };
19577   break;
19578 case reverse: 
19579   if ( mp->cur_type==mp_path_type ) {
19580     p=mp_htap_ypoc(mp, mp->cur_exp);
19581     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) p=link(p);
19582     mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp); mp->cur_exp=p;
19583   } else if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19584   else mp_bad_unary(mp, reverse);
19585   break;
19586
19587 @ The |pair_value| routine changes the current expression to a
19588 given ordered pair of values.
19589
19590 @<Declare unary action procedures@>=
19591 void mp_pair_value (MP mp,scaled x, scaled y) {
19592   pointer p; /* a pair node */
19593   p=mp_get_node(mp, value_node_size); 
19594   mp_flush_cur_exp(mp, p); mp->cur_type=mp_pair_type;
19595   type(p)=mp_pair_type; name_type(p)=mp_capsule; mp_init_big_node(mp, p);
19596   p=value(p);
19597   type(x_part_loc(p))=mp_known; value(x_part_loc(p))=x;
19598   type(y_part_loc(p))=mp_known; value(y_part_loc(p))=y;
19599 }
19600
19601 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19602 case ll_corner_op: 
19603   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ll_corner_op);
19604   else mp_pair_value(mp, minx,miny);
19605   break;
19606 case lr_corner_op: 
19607   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, lr_corner_op);
19608   else mp_pair_value(mp, maxx,miny);
19609   break;
19610 case ul_corner_op: 
19611   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ul_corner_op);
19612   else mp_pair_value(mp, minx,maxy);
19613   break;
19614 case ur_corner_op: 
19615   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ur_corner_op);
19616   else mp_pair_value(mp, maxx,maxy);
19617   break;
19618
19619 @ Here is a function that sets |minx|, |maxx|, |miny|, |maxy| to the bounding
19620 box of the current expression.  The boolean result is |false| if the expression
19621 has the wrong type.
19622
19623 @<Declare unary action procedures@>=
19624 boolean mp_get_cur_bbox (MP mp) { 
19625   switch (mp->cur_type) {
19626   case mp_picture_type: 
19627     mp_set_bbox(mp, mp->cur_exp,true);
19628     if ( minx_val(mp->cur_exp)>maxx_val(mp->cur_exp) ) {
19629       minx=0; maxx=0; miny=0; maxy=0;
19630     } else { 
19631       minx=minx_val(mp->cur_exp);
19632       maxx=maxx_val(mp->cur_exp);
19633       miny=miny_val(mp->cur_exp);
19634       maxy=maxy_val(mp->cur_exp);
19635     }
19636     break;
19637   case mp_path_type: 
19638     mp_path_bbox(mp, mp->cur_exp);
19639     break;
19640   case mp_pen_type: 
19641     mp_pen_bbox(mp, mp->cur_exp);
19642     break;
19643   default: 
19644     return false;
19645   }
19646   return true;
19647 }
19648
19649 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19650 case read_from_op:
19651 case close_from_op: 
19652   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, c);
19653   else mp_do_read_or_close(mp,c);
19654   break;
19655
19656 @ Here is a routine that interprets |cur_exp| as a file name and tries to read
19657 a line from the file or to close the file.
19658
19659 @d close_file 46 /* go here when closing the file */
19660
19661 @<Declare unary action procedures@>=
19662 void mp_do_read_or_close (MP mp,quarterword c) {
19663   readf_index n,n0; /* indices for searching |rd_fname| */
19664   @<Find the |n| where |rd_fname[n]=cur_exp|; if |cur_exp| must be inserted,
19665     call |start_read_input| and |goto found| or |not_found|@>;
19666   mp_begin_file_reading(mp);
19667   name=is_read;
19668   if ( mp_input_ln(mp, mp->rd_file[n],true) ) 
19669     goto FOUND;
19670   mp_end_file_reading(mp);
19671 NOT_FOUND:
19672   @<Record the end of file and set |cur_exp| to a dummy value@>;
19673   return;
19674 CLOSE_FILE:
19675   mp_flush_cur_exp(mp, 0); mp->cur_type=mp_vacuous; 
19676   return;
19677 FOUND:
19678   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19679   mp_finish_read(mp);
19680 }
19681
19682 @ Free slots in the |rd_file| and |rd_fname| arrays are marked with NULL's in
19683 |rd_fname|.
19684
19685 @<Find the |n| where |rd_fname[n]=cur_exp|...@>=
19686 {   
19687   char *fn;
19688   n=mp->read_files;
19689   n0=mp->read_files;
19690   fn = str(mp->cur_exp);
19691   while (mp_xstrcmp(fn,mp->rd_fname[n])!=0) { 
19692     if ( n>0 ) {
19693       decr(n);
19694     } else if ( c==close_from_op ) {
19695       goto CLOSE_FILE;
19696     } else {
19697       if ( n0==mp->read_files ) {
19698         if ( mp->read_files<mp->max_read_files ) {
19699           incr(mp->read_files);
19700         } else {
19701           FILE **rd_file;
19702           char **rd_fname;
19703               readf_index l,k;
19704           l = mp->max_read_files + (mp->max_read_files>>2);
19705           rd_file = xmalloc((l+1), sizeof(FILE *));
19706           rd_fname = xmalloc((l+1), sizeof(char *));
19707               for (k=0;k<=l;k++) {
19708             if (k<=mp->max_read_files) {
19709                   rd_file[k]=mp->rd_file[k]; 
19710               rd_fname[k]=mp->rd_fname[k];
19711             } else {
19712               rd_file[k]=0; 
19713               rd_fname[k]=NULL;
19714             }
19715           }
19716               xfree(mp->rd_file); xfree(mp->rd_fname);
19717           mp->max_read_files = l;
19718           mp->rd_file = rd_file;
19719           mp->rd_fname = rd_fname;
19720         }
19721       }
19722       n=n0;
19723       if ( mp_start_read_input(mp,fn,n) ) 
19724         goto FOUND;
19725       else 
19726         goto NOT_FOUND;
19727     }
19728     if ( mp->rd_fname[n]==NULL ) { n0=n; }
19729   } 
19730   if ( c==close_from_op ) { 
19731     fclose(mp->rd_file[n]); 
19732     goto NOT_FOUND; 
19733   }
19734 }
19735
19736 @ @<Record the end of file and set |cur_exp| to a dummy value@>=
19737 xfree(mp->rd_fname[n]);
19738 mp->rd_fname[n]=NULL;
19739 if ( n==mp->read_files-1 ) mp->read_files=n;
19740 if ( c==close_from_op ) 
19741   goto CLOSE_FILE;
19742 mp_flush_cur_exp(mp, mp->eof_line);
19743 mp->cur_type=mp_string_type
19744
19745 @ The string denoting end-of-file is a one-byte string at position zero, by definition
19746
19747 @<Glob...@>=
19748 str_number eof_line;
19749
19750 @ @<Set init...@>=
19751 mp->eof_line=0;
19752
19753 @ Finally, we have the operations that combine a capsule~|p|
19754 with the current expression.
19755
19756 @c @<Declare binary action procedures@>;
19757 void mp_do_binary (MP mp,pointer p, quarterword c) {
19758   pointer q,r,rr; /* for list manipulation */
19759   pointer old_p,old_exp; /* capsules to recycle */
19760   integer v; /* for numeric manipulation */
19761   check_arith;
19762   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) {
19763     @<Trace the current binary operation@>;
19764   }
19765   @<Sidestep |independent| cases in capsule |p|@>;
19766   @<Sidestep |independent| cases in the current expression@>;
19767   switch (c) {
19768   case plus: case minus:
19769     @<Add or subtract the current expression from |p|@>;
19770     break;
19771   @<Additional cases of binary operators@>;
19772   }; /* there are no other cases */
19773   mp_recycle_value(mp, p); 
19774   mp_free_node(mp, p,value_node_size); /* |return| to avoid this */
19775   check_arith; 
19776   @<Recycle any sidestepped |independent| capsules@>;
19777 }
19778
19779 @ @<Declare binary action...@>=
19780 void mp_bad_binary (MP mp,pointer p, quarterword c) { 
19781   mp_disp_err(mp, p,"");
19782   exp_err("Not implemented: ");
19783 @.Not implemented...@>
19784   if ( c>=min_of ) mp_print_op(mp, c);
19785   mp_print_known_or_unknown_type(mp, type(p),p);
19786   if ( c>=min_of ) mp_print(mp, "of"); else mp_print_op(mp, c);
19787   mp_print_known_or_unknown_type(mp, mp->cur_type,mp->cur_exp);
19788   help3("I'm afraid I don't know how to apply that operation to that")
19789        ("combination of types. Continue, and I'll return the second")
19790       ("argument (see above) as the result of the operation.");
19791   mp_put_get_error(mp);
19792 }
19793
19794 @ @<Trace the current binary operation@>=
19795
19796   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{(");
19797   mp_print_exp(mp,p,0); /* show the operand, but not verbosely */
19798   mp_print_char(mp,')'); mp_print_op(mp,c); mp_print_char(mp,'(');
19799   mp_print_exp(mp,null,0); mp_print(mp,")}"); 
19800   mp_end_diagnostic(mp, false);
19801 }
19802
19803 @ Several of the binary operations are potentially complicated by the
19804 fact that |independent| values can sneak into capsules. For example,
19805 we've seen an instance of this difficulty in the unary operation
19806 of negation. In order to reduce the number of cases that need to be
19807 handled, we first change the two operands (if necessary)
19808 to rid them of |independent| components. The original operands are
19809 put into capsules called |old_p| and |old_exp|, which will be
19810 recycled after the binary operation has been safely carried out.
19811
19812 @<Recycle any sidestepped |independent| capsules@>=
19813 if ( old_p!=null ) { 
19814   mp_recycle_value(mp, old_p); mp_free_node(mp, old_p,value_node_size);
19815 }
19816 if ( old_exp!=null ) {
19817   mp_recycle_value(mp, old_exp); mp_free_node(mp, old_exp,value_node_size);
19818 }
19819
19820 @ A big node is considered to be ``tarnished'' if it contains at least one
19821 independent component. We will define a simple function called `|tarnished|'
19822 that returns |null| if and only if its argument is not tarnished.
19823
19824 @<Sidestep |independent| cases in capsule |p|@>=
19825 switch (type(p)) {
19826 case mp_transform_type:
19827 case mp_color_type:
19828 case mp_cmykcolor_type:
19829 case mp_pair_type: 
19830   old_p=mp_tarnished(mp, p);
19831   break;
19832 case mp_independent: old_p=mp_void; break;
19833 default: old_p=null; break;
19834 };
19835 if ( old_p!=null ) {
19836   q=mp_stash_cur_exp(mp); old_p=p; mp_make_exp_copy(mp, old_p);
19837   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q);
19838 }
19839
19840 @ @<Sidestep |independent| cases in the current expression@>=
19841 switch (mp->cur_type) {
19842 case mp_transform_type:
19843 case mp_color_type:
19844 case mp_cmykcolor_type:
19845 case mp_pair_type: 
19846   old_exp=mp_tarnished(mp, mp->cur_exp);
19847   break;
19848 case mp_independent:old_exp=mp_void; break;
19849 default: old_exp=null; break;
19850 };
19851 if ( old_exp!=null ) {
19852   old_exp=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, old_exp);
19853 }
19854
19855 @ @<Declare binary action...@>=
19856 pointer mp_tarnished (MP mp,pointer p) {
19857   pointer q; /* beginning of the big node */
19858   pointer r; /* current position in the big node */
19859   q=value(p); r=q+mp->big_node_size[type(p)];
19860   do {  
19861    r=r-2;
19862    if ( type(r)==mp_independent ) return mp_void; 
19863   } while (r!=q);
19864   return null;
19865 }
19866
19867 @ @<Add or subtract the current expression from |p|@>=
19868 if ( (mp->cur_type<mp_color_type)||(type(p)<mp_color_type) ) {
19869   mp_bad_binary(mp, p,c);
19870 } else  {
19871   if ((mp->cur_type>mp_pair_type)&&(type(p)>mp_pair_type) ) {
19872     mp_add_or_subtract(mp, p,null,c);
19873   } else {
19874     if ( mp->cur_type!=type(p) )  {
19875       mp_bad_binary(mp, p,c);
19876     } else { 
19877       q=value(p); r=value(mp->cur_exp);
19878       rr=r+mp->big_node_size[mp->cur_type];
19879       while ( r<rr ) { 
19880         mp_add_or_subtract(mp, q,r,c);
19881         q=q+2; r=r+2;
19882       }
19883     }
19884   }
19885 }
19886
19887 @ The first argument to |add_or_subtract| is the location of a value node
19888 in a capsule or pair node that will soon be recycled. The second argument
19889 is either a location within a pair or transform node of |cur_exp|,
19890 or it is null (which means that |cur_exp| itself should be the second
19891 argument).  The third argument is either |plus| or |minus|.
19892
19893 The sum or difference of the numeric quantities will replace the second
19894 operand.  Arithmetic overflow may go undetected; users aren't supposed to
19895 be monkeying around with really big values.
19896
19897 @<Declare binary action...@>=
19898 @<Declare the procedure called |dep_finish|@>;
19899 void mp_add_or_subtract (MP mp,pointer p, pointer q, quarterword c) {
19900   small_number s,t; /* operand types */
19901   pointer r; /* list traverser */
19902   integer v; /* second operand value */
19903   if ( q==null ) { 
19904     t=mp->cur_type;
19905     if ( t<mp_dependent ) v=mp->cur_exp; else v=dep_list(mp->cur_exp);
19906   } else { 
19907     t=type(q);
19908     if ( t<mp_dependent ) v=value(q); else v=dep_list(q);
19909   }
19910   if ( t==mp_known ) {
19911     if ( c==minus ) negate(v);
19912     if ( type(p)==mp_known ) {
19913       v=mp_slow_add(mp, value(p),v);
19914       if ( q==null ) mp->cur_exp=v; else value(q)=v;
19915       return;
19916     }
19917     @<Add a known value to the constant term of |dep_list(p)|@>;
19918   } else  { 
19919     if ( c==minus ) mp_negate_dep_list(mp, v);
19920     @<Add operand |p| to the dependency list |v|@>;
19921   }
19922 }
19923
19924 @ @<Add a known value to the constant term of |dep_list(p)|@>=
19925 r=dep_list(p);
19926 while ( info(r)!=null ) r=link(r);
19927 value(r)=mp_slow_add(mp, value(r),v);
19928 if ( q==null ) {
19929   q=mp_get_node(mp, value_node_size); mp->cur_exp=q; mp->cur_type=type(p);
19930   name_type(q)=mp_capsule;
19931 }
19932 dep_list(q)=dep_list(p); type(q)=type(p);
19933 prev_dep(q)=prev_dep(p); link(prev_dep(p))=q;
19934 type(p)=mp_known; /* this will keep the recycler from collecting non-garbage */
19935
19936 @ We prefer |dependent| lists to |mp_proto_dependent| ones, because it is
19937 nice to retain the extra accuracy of |fraction| coefficients.
19938 But we have to handle both kinds, and mixtures too.
19939
19940 @<Add operand |p| to the dependency list |v|@>=
19941 if ( type(p)==mp_known ) {
19942   @<Add the known |value(p)| to the constant term of |v|@>;
19943 } else { 
19944   s=type(p); r=dep_list(p);
19945   if ( t==mp_dependent ) {
19946     if ( s==mp_dependent ) {
19947       if ( mp_max_coef(mp, r)+mp_max_coef(mp, v)<coef_bound )
19948         v=mp_p_plus_q(mp, v,r,mp_dependent); goto DONE;
19949       } /* |fix_needed| will necessarily be false */
19950       t=mp_proto_dependent; 
19951       v=mp_p_over_v(mp, v,unity,mp_dependent,mp_proto_dependent);
19952     }
19953     if ( s==mp_proto_dependent ) v=mp_p_plus_q(mp, v,r,mp_proto_dependent);
19954     else v=mp_p_plus_fq(mp, v,unity,r,mp_proto_dependent,mp_dependent);
19955  DONE:  
19956     @<Output the answer, |v| (which might have become |known|)@>;
19957   }
19958
19959 @ @<Add the known |value(p)| to the constant term of |v|@>=
19960
19961   while ( info(v)!=null ) v=link(v);
19962   value(v)=mp_slow_add(mp, value(p),value(v));
19963 }
19964
19965 @ @<Output the answer, |v| (which might have become |known|)@>=
19966 if ( q!=null ) mp_dep_finish(mp, v,q,t);
19967 else  { mp->cur_type=t; mp_dep_finish(mp, v,null,t); }
19968
19969 @ Here's the current situation: The dependency list |v| of type |t|
19970 should either be put into the current expression (if |q=null|) or
19971 into location |q| within a pair node (otherwise). The destination (|cur_exp|
19972 or |q|) formerly held a dependency list with the same
19973 final pointer as the list |v|.
19974
19975 @<Declare the procedure called |dep_finish|@>=
19976 void mp_dep_finish (MP mp, pointer v, pointer q, small_number t) {
19977   pointer p; /* the destination */
19978   scaled vv; /* the value, if it is |known| */
19979   if ( q==null ) p=mp->cur_exp; else p=q;
19980   dep_list(p)=v; type(p)=t;
19981   if ( info(v)==null ) { 
19982     vv=value(v);
19983     if ( q==null ) { 
19984       mp_flush_cur_exp(mp, vv);
19985     } else  { 
19986       mp_recycle_value(mp, p); type(q)=mp_known; value(q)=vv; 
19987     }
19988   } else if ( q==null ) {
19989     mp->cur_type=t;
19990   }
19991   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
19992 }
19993
19994 @ Let's turn now to the six basic relations of comparison.
19995
19996 @<Additional cases of binary operators@>=
19997 case less_than: case less_or_equal: case greater_than:
19998 case greater_or_equal: case equal_to: case unequal_to:
19999   check_arith; /* at this point |arith_error| should be |false|? */
20000   if ( (mp->cur_type>mp_pair_type)&&(type(p)>mp_pair_type) ) {
20001     mp_add_or_subtract(mp, p,null,minus); /* |cur_exp:=(p)-cur_exp| */
20002   } else if ( mp->cur_type!=type(p) ) {
20003     mp_bad_binary(mp, p,c); goto DONE; 
20004   } else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
20005     mp_flush_cur_exp(mp, mp_str_vs_str(mp, value(p),mp->cur_exp));
20006   } else if ((mp->cur_type==mp_unknown_string)||
20007            (mp->cur_type==mp_unknown_boolean) ) {
20008     @<Check if unknowns have been equated@>;
20009   } else if ( (mp->cur_type<=mp_pair_type)&&(mp->cur_type>=mp_transform_type)) {
20010     @<Reduce comparison of big nodes to comparison of scalars@>;
20011   } else if ( mp->cur_type==mp_boolean_type ) {
20012     mp_flush_cur_exp(mp, mp->cur_exp-value(p));
20013   } else { 
20014     mp_bad_binary(mp, p,c); goto DONE;
20015   }
20016   @<Compare the current expression with zero@>;
20017 DONE:  
20018   mp->arith_error=false; /* ignore overflow in comparisons */
20019   break;
20020
20021 @ @<Compare the current expression with zero@>=
20022 if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
20023   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
20024     mp_disp_err(mp, p,"");
20025     help1("The quantities shown above have not been equated.")
20026   } else  {
20027     help2("Oh dear. I can\'t decide if the expression above is positive,")
20028      ("negative, or zero. So this comparison test won't be `true'.");
20029   }
20030   exp_err("Unknown relation will be considered false");
20031 @.Unknown relation...@>
20032   mp_put_get_flush_error(mp, false_code);
20033 } else {
20034   switch (c) {
20035   case less_than: boolean_reset(mp->cur_exp<0); break;
20036   case less_or_equal: boolean_reset(mp->cur_exp<=0); break;
20037   case greater_than: boolean_reset(mp->cur_exp>0); break;
20038   case greater_or_equal: boolean_reset(mp->cur_exp>=0); break;
20039   case equal_to: boolean_reset(mp->cur_exp==0); break;
20040   case unequal_to: boolean_reset(mp->cur_exp!=0); break;
20041   }; /* there are no other cases */
20042 }
20043 mp->cur_type=mp_boolean_type
20044
20045 @ When two unknown strings are in the same ring, we know that they are
20046 equal. Otherwise, we don't know whether they are equal or not, so we
20047 make no change.
20048
20049 @<Check if unknowns have been equated@>=
20050
20051   q=value(mp->cur_exp);
20052   while ( (q!=mp->cur_exp)&&(q!=p) ) q=value(q);
20053   if ( q==p ) mp_flush_cur_exp(mp, 0);
20054 }
20055
20056 @ @<Reduce comparison of big nodes to comparison of scalars@>=
20057
20058   q=value(p); r=value(mp->cur_exp);
20059   rr=r+mp->big_node_size[mp->cur_type]-2;
20060   while (1) { mp_add_or_subtract(mp, q,r,minus);
20061     if ( type(r)!=mp_known ) break;
20062     if ( value(r)!=0 ) break;
20063     if ( r==rr ) break;
20064     q=q+2; r=r+2;
20065   }
20066   mp_take_part(mp, name_type(r)+x_part-mp_x_part_sector);
20067 }
20068
20069 @ Here we use the sneaky fact that |and_op-false_code=or_op-true_code|.
20070
20071 @<Additional cases of binary operators@>=
20072 case and_op:
20073 case or_op: 
20074   if ( (type(p)!=mp_boolean_type)||(mp->cur_type!=mp_boolean_type) )
20075     mp_bad_binary(mp, p,c);
20076   else if ( value(p)==c+false_code-and_op ) mp->cur_exp=value(p);
20077   break;
20078
20079 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20080 case times: 
20081   if ( (mp->cur_type<mp_color_type)||(type(p)<mp_color_type) ) {
20082    mp_bad_binary(mp, p,times);
20083   } else if ( (mp->cur_type==mp_known)||(type(p)==mp_known) ) {
20084     @<Multiply when at least one operand is known@>;
20085   } else if ( (mp_nice_color_or_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type>mp_pair_type))
20086       ||(mp_nice_color_or_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type)&&
20087           (type(p)>mp_pair_type)) ) {
20088     mp_hard_times(mp, p); return;
20089   } else {
20090     mp_bad_binary(mp, p,times);
20091   }
20092   break;
20093
20094 @ @<Multiply when at least one operand is known@>=
20095
20096   if ( type(p)==mp_known ) {
20097     v=value(p); mp_free_node(mp, p,value_node_size); 
20098   } else {
20099     v=mp->cur_exp; mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20100   }
20101   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20102     mp->cur_exp=mp_take_scaled(mp, mp->cur_exp,v);
20103   } else if ( (mp->cur_type==mp_pair_type)||(mp->cur_type==mp_color_type)||
20104               (mp->cur_type==mp_cmykcolor_type) ) {
20105     p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20106     do {  
20107        p=p-2; mp_dep_mult(mp, p,v,true);
20108     } while (p!=value(mp->cur_exp));
20109   } else {
20110     mp_dep_mult(mp, null,v,true);
20111   }
20112   return;
20113 }
20114
20115 @ @<Declare binary action...@>=
20116 void mp_dep_mult (MP mp,pointer p, integer v, boolean v_is_scaled) {
20117   pointer q; /* the dependency list being multiplied by |v| */
20118   small_number s,t; /* its type, before and after */
20119   if ( p==null ) {
20120     q=mp->cur_exp;
20121   } else if ( type(p)!=mp_known ) {
20122     q=p;
20123   } else { 
20124     if ( v_is_scaled ) value(p)=mp_take_scaled(mp, value(p),v);
20125     else value(p)=mp_take_fraction(mp, value(p),v);
20126     return;
20127   };
20128   t=type(q); q=dep_list(q); s=t;
20129   if ( t==mp_dependent ) if ( v_is_scaled )
20130     if (mp_ab_vs_cd(mp, mp_max_coef(mp,q),abs(v),coef_bound-1,unity)>=0 ) 
20131       t=mp_proto_dependent;
20132   q=mp_p_times_v(mp, q,v,s,t,v_is_scaled); 
20133   mp_dep_finish(mp, q,p,t);
20134 }
20135
20136 @ Here is a routine that is similar to |times|; but it is invoked only
20137 internally, when |v| is a |fraction| whose magnitude is at most~1,
20138 and when |cur_type>=mp_color_type|.
20139
20140 @c void mp_frac_mult (MP mp,scaled n, scaled d) {
20141   /* multiplies |cur_exp| by |n/d| */
20142   pointer p; /* a pair node */
20143   pointer old_exp; /* a capsule to recycle */
20144   fraction v; /* |n/d| */
20145   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) {
20146     @<Trace the fraction multiplication@>;
20147   }
20148   switch (mp->cur_type) {
20149   case mp_transform_type:
20150   case mp_color_type:
20151   case mp_cmykcolor_type:
20152   case mp_pair_type:
20153    old_exp=mp_tarnished(mp, mp->cur_exp);
20154    break;
20155   case mp_independent: old_exp=mp_void; break;
20156   default: old_exp=null; break;
20157   }
20158   if ( old_exp!=null ) { 
20159      old_exp=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, old_exp);
20160   }
20161   v=mp_make_fraction(mp, n,d);
20162   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20163     mp->cur_exp=mp_take_fraction(mp, mp->cur_exp,v);
20164   } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { 
20165     p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20166     do {  
20167       p=p-2;
20168       mp_dep_mult(mp, p,v,false);
20169     } while (p!=value(mp->cur_exp));
20170   } else {
20171     mp_dep_mult(mp, null,v,false);
20172   }
20173   if ( old_exp!=null ) {
20174     mp_recycle_value(mp, old_exp); 
20175     mp_free_node(mp, old_exp,value_node_size);
20176   }
20177 }
20178
20179 @ @<Trace the fraction multiplication@>=
20180
20181   mp_begin_diagnostic(mp); 
20182   mp_print_nl(mp, "{("); mp_print_scaled(mp,n); mp_print_char(mp,'/');
20183   mp_print_scaled(mp,d); mp_print(mp,")*("); mp_print_exp(mp,null,0); 
20184   mp_print(mp,")}");
20185   mp_end_diagnostic(mp, false);
20186 }
20187
20188 @ The |hard_times| routine multiplies a nice color or pair by a dependency list.
20189
20190 @<Declare binary action procedures@>=
20191 void mp_hard_times (MP mp,pointer p) {
20192   pointer q; /* a copy of the dependent variable |p| */
20193   pointer r; /* a component of the big node for the nice color or pair */
20194   scaled v; /* the known value for |r| */
20195   if ( type(p)<=mp_pair_type ) { 
20196      q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, p); p=q;
20197   }; /* now |cur_type=mp_pair_type| or |cur_type=mp_color_type| */
20198   r=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20199   while (1) { 
20200     r=r-2;
20201     v=value(r);
20202     type(r)=type(p);
20203     if ( r==value(mp->cur_exp) ) 
20204       break;
20205     mp_new_dep(mp, r,mp_copy_dep_list(mp, dep_list(p)));
20206     mp_dep_mult(mp, r,v,true);
20207   }
20208   mp->mem[value_loc(r)]=mp->mem[value_loc(p)];
20209   link(prev_dep(p))=r;
20210   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
20211   mp_dep_mult(mp, r,v,true);
20212 }
20213
20214 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20215 case over: 
20216   if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(type(p)<mp_color_type) ) {
20217     mp_bad_binary(mp, p,over);
20218   } else { 
20219     v=mp->cur_exp; mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20220     if ( v==0 ) {
20221       @<Squeal about division by zero@>;
20222     } else { 
20223       if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20224         mp->cur_exp=mp_make_scaled(mp, mp->cur_exp,v);
20225       } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { 
20226         p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20227         do {  
20228           p=p-2;  mp_dep_div(mp, p,v);
20229         } while (p!=value(mp->cur_exp));
20230       } else {
20231         mp_dep_div(mp, null,v);
20232       }
20233     }
20234     return;
20235   }
20236   break;
20237
20238 @ @<Declare binary action...@>=
20239 void mp_dep_div (MP mp,pointer p, scaled v) {
20240   pointer q; /* the dependency list being divided by |v| */
20241   small_number s,t; /* its type, before and after */
20242   if ( p==null ) q=mp->cur_exp;
20243   else if ( type(p)!=mp_known ) q=p;
20244   else { value(p)=mp_make_scaled(mp, value(p),v); return; };
20245   t=type(q); q=dep_list(q); s=t;
20246   if ( t==mp_dependent )
20247     if ( mp_ab_vs_cd(mp, mp_max_coef(mp,q),unity,coef_bound-1,abs(v))>=0 ) 
20248       t=mp_proto_dependent;
20249   q=mp_p_over_v(mp, q,v,s,t); 
20250   mp_dep_finish(mp, q,p,t);
20251 }
20252
20253 @ @<Squeal about division by zero@>=
20254
20255   exp_err("Division by zero");
20256 @.Division by zero@>
20257   help2("You're trying to divide the quantity shown above the error")
20258     ("message by zero. I'm going to divide it by one instead.");
20259   mp_put_get_error(mp);
20260 }
20261
20262 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20263 case pythag_add:
20264 case pythag_sub: 
20265    if ( (mp->cur_type==mp_known)&&(type(p)==mp_known) ) {
20266      if ( c==pythag_add ) mp->cur_exp=mp_pyth_add(mp, value(p),mp->cur_exp);
20267      else mp->cur_exp=mp_pyth_sub(mp, value(p),mp->cur_exp);
20268    } else mp_bad_binary(mp, p,c);
20269    break;
20270
20271 @ The next few sections of the program deal with affine transformations
20272 of coordinate data.
20273
20274 @<Additional cases of binary operators@>=
20275 case rotated_by: case slanted_by:
20276 case scaled_by: case shifted_by: case transformed_by:
20277 case x_scaled: case y_scaled: case z_scaled:
20278   if ( type(p)==mp_path_type ) { 
20279     path_trans(c,p); return;
20280   } else if ( type(p)==mp_pen_type ) { 
20281     pen_trans(c,p);
20282     mp->cur_exp=mp_convex_hull(mp, mp->cur_exp); 
20283       /* rounding error could destroy convexity */
20284     return;
20285   } else if ( (type(p)==mp_pair_type)||(type(p)==mp_transform_type) ) {
20286     mp_big_trans(mp, p,c);
20287   } else if ( type(p)==mp_picture_type ) {
20288     mp_do_edges_trans(mp, p,c); return;
20289   } else {
20290     mp_bad_binary(mp, p,c);
20291   }
20292   break;
20293
20294 @ Let |c| be one of the eight transform operators. The procedure call
20295 |set_up_trans(c)| first changes |cur_exp| to a transform that corresponds to
20296 |c| and the original value of |cur_exp|. (In particular, |cur_exp| doesn't
20297 change at all if |c=transformed_by|.)
20298
20299 Then, if all components of the resulting transform are |known|, they are
20300 moved to the global variables |txx|, |txy|, |tyx|, |tyy|, |tx|, |ty|;
20301 and |cur_exp| is changed to the known value zero.
20302
20303 @<Declare binary action...@>=
20304 void mp_set_up_trans (MP mp,quarterword c) {
20305   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
20306   if ( (c!=transformed_by)||(mp->cur_type!=mp_transform_type) ) {
20307     @<Put the current transform into |cur_exp|@>;
20308   }
20309   @<If the current transform is entirely known, stash it in global variables;
20310     otherwise |return|@>;
20311 }
20312
20313 @ @<Glob...@>=
20314 scaled txx;
20315 scaled txy;
20316 scaled tyx;
20317 scaled tyy;
20318 scaled tx;
20319 scaled ty; /* current transform coefficients */
20320
20321 @ @<Put the current transform...@>=
20322
20323   p=mp_stash_cur_exp(mp); 
20324   mp->cur_exp=mp_id_transform(mp); 
20325   mp->cur_type=mp_transform_type;
20326   q=value(mp->cur_exp);
20327   switch (c) {
20328   @<For each of the eight cases, change the relevant fields of |cur_exp|
20329     and |goto done|;
20330     but do nothing if capsule |p| doesn't have the appropriate type@>;
20331   }; /* there are no other cases */
20332   mp_disp_err(mp, p,"Improper transformation argument");
20333 @.Improper transformation argument@>
20334   help3("The expression shown above has the wrong type,")
20335        ("so I can\'t transform anything using it.")
20336        ("Proceed, and I'll omit the transformation.");
20337   mp_put_get_error(mp);
20338 DONE: 
20339   mp_recycle_value(mp, p); 
20340   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
20341 }
20342
20343 @ @<If the current transform is entirely known, ...@>=
20344 q=value(mp->cur_exp); r=q+transform_node_size;
20345 do {  
20346   r=r-2;
20347   if ( type(r)!=mp_known ) return;
20348 } while (r!=q);
20349 mp->txx=value(xx_part_loc(q));
20350 mp->txy=value(xy_part_loc(q));
20351 mp->tyx=value(yx_part_loc(q));
20352 mp->tyy=value(yy_part_loc(q));
20353 mp->tx=value(x_part_loc(q));
20354 mp->ty=value(y_part_loc(q));
20355 mp_flush_cur_exp(mp, 0)
20356
20357 @ @<For each of the eight cases...@>=
20358 case rotated_by:
20359   if ( type(p)==mp_known )
20360     @<Install sines and cosines, then |goto done|@>;
20361   break;
20362 case slanted_by:
20363   if ( type(p)>mp_pair_type ) { 
20364    mp_install(mp, xy_part_loc(q),p); goto DONE;
20365   };
20366   break;
20367 case scaled_by:
20368   if ( type(p)>mp_pair_type ) { 
20369     mp_install(mp, xx_part_loc(q),p); mp_install(mp, yy_part_loc(q),p); 
20370     goto DONE;
20371   };
20372   break;
20373 case shifted_by:
20374   if ( type(p)==mp_pair_type ) {
20375     r=value(p); mp_install(mp, x_part_loc(q),x_part_loc(r));
20376     mp_install(mp, y_part_loc(q),y_part_loc(r)); goto DONE;
20377   };
20378   break;
20379 case x_scaled:
20380   if ( type(p)>mp_pair_type ) {
20381     mp_install(mp, xx_part_loc(q),p); goto DONE;
20382   };
20383   break;
20384 case y_scaled:
20385   if ( type(p)>mp_pair_type ) {
20386     mp_install(mp, yy_part_loc(q),p); goto DONE;
20387   };
20388   break;
20389 case z_scaled:
20390   if ( type(p)==mp_pair_type )
20391     @<Install a complex multiplier, then |goto done|@>;
20392   break;
20393 case transformed_by:
20394   break;
20395   
20396
20397 @ @<Install sines and cosines, then |goto done|@>=
20398 { mp_n_sin_cos(mp, (value(p) % three_sixty_units)*16);
20399   value(xx_part_loc(q))=mp_round_fraction(mp, mp->n_cos);
20400   value(yx_part_loc(q))=mp_round_fraction(mp, mp->n_sin);
20401   value(xy_part_loc(q))=-value(yx_part_loc(q));
20402   value(yy_part_loc(q))=value(xx_part_loc(q));
20403   goto DONE;
20404 }
20405
20406 @ @<Install a complex multiplier, then |goto done|@>=
20407
20408   r=value(p);
20409   mp_install(mp, xx_part_loc(q),x_part_loc(r));
20410   mp_install(mp, yy_part_loc(q),x_part_loc(r));
20411   mp_install(mp, yx_part_loc(q),y_part_loc(r));
20412   if ( type(y_part_loc(r))==mp_known ) negate(value(y_part_loc(r)));
20413   else mp_negate_dep_list(mp, dep_list(y_part_loc(r)));
20414   mp_install(mp, xy_part_loc(q),y_part_loc(r));
20415   goto DONE;
20416 }
20417
20418 @ Procedure |set_up_known_trans| is like |set_up_trans|, but it
20419 insists that the transformation be entirely known.
20420
20421 @<Declare binary action...@>=
20422 void mp_set_up_known_trans (MP mp,quarterword c) { 
20423   mp_set_up_trans(mp, c);
20424   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
20425     exp_err("Transform components aren't all known");
20426 @.Transform components...@>
20427     help3("I'm unable to apply a partially specified transformation")
20428       ("except to a fully known pair or transform.")
20429       ("Proceed, and I'll omit the transformation.");
20430     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
20431     mp->txx=unity; mp->txy=0; mp->tyx=0; mp->tyy=unity; 
20432     mp->tx=0; mp->ty=0;
20433   }
20434 }
20435
20436 @ Here's a procedure that applies the transform |txx..ty| to a pair of
20437 coordinates in locations |p| and~|q|.
20438
20439 @<Declare binary action...@>= 
20440 void mp_trans (MP mp,pointer p, pointer q) {
20441   scaled v; /* the new |x| value */
20442   v=mp_take_scaled(mp, mp->mem[p].sc,mp->txx)+
20443   mp_take_scaled(mp, mp->mem[q].sc,mp->txy)+mp->tx;
20444   mp->mem[q].sc=mp_take_scaled(mp, mp->mem[p].sc,mp->tyx)+
20445   mp_take_scaled(mp, mp->mem[q].sc,mp->tyy)+mp->ty;
20446   mp->mem[p].sc=v;
20447 }
20448
20449 @ The simplest transformation procedure applies a transform to all
20450 coordinates of a path.  The |path_trans(c)(p)| macro applies
20451 a transformation defined by |cur_exp| and the transform operator |c|
20452 to the path~|p|.
20453
20454 @d path_trans(A,B) { mp_set_up_known_trans(mp, (A)); 
20455                      mp_unstash_cur_exp(mp, (B)); 
20456                      mp_do_path_trans(mp, mp->cur_exp); }
20457
20458 @<Declare binary action...@>=
20459 void mp_do_path_trans (MP mp,pointer p) {
20460   pointer q; /* list traverser */
20461   q=p;
20462   do { 
20463     if ( left_type(q)!=mp_endpoint ) 
20464       mp_trans(mp, q+3,q+4); /* that's |left_x| and |left_y| */
20465     mp_trans(mp, q+1,q+2); /* that's |x_coord| and |y_coord| */
20466     if ( right_type(q)!=mp_endpoint ) 
20467       mp_trans(mp, q+5,q+6); /* that's |right_x| and |right_y| */
20468 @^data structure assumptions@>
20469     q=link(q);
20470   } while (q!=p);
20471 }
20472
20473 @ Transforming a pen is very similar, except that there are no |left_type|
20474 and |right_type| fields.
20475
20476 @d pen_trans(A,B) { mp_set_up_known_trans(mp, (A)); 
20477                     mp_unstash_cur_exp(mp, (B)); 
20478                     mp_do_pen_trans(mp, mp->cur_exp); }
20479
20480 @<Declare binary action...@>=
20481 void mp_do_pen_trans (MP mp,pointer p) {
20482   pointer q; /* list traverser */
20483   if ( pen_is_elliptical(p) ) {
20484     mp_trans(mp, p+3,p+4); /* that's |left_x| and |left_y| */
20485     mp_trans(mp, p+5,p+6); /* that's |right_x| and |right_y| */
20486   };
20487   q=p;
20488   do { 
20489     mp_trans(mp, q+1,q+2); /* that's |x_coord| and |y_coord| */
20490 @^data structure assumptions@>
20491     q=link(q);
20492   } while (q!=p);
20493 }
20494
20495 @ The next transformation procedure applies to edge structures. It will do
20496 any transformation, but the results may be substandard if the picture contains
20497 text that uses downloaded bitmap fonts.  The binary action procedure is
20498 |do_edges_trans|, but we also need a function that just scales a picture.
20499 That routine is |scale_edges|.  Both it and the underlying routine |edges_trans|
20500 should be thought of as procedures that update an edge structure |h|, except
20501 that they have to return a (possibly new) structure because of the need to call
20502 |private_edges|.
20503
20504 @<Declare binary action...@>=
20505 pointer mp_edges_trans (MP mp, pointer h) {
20506   pointer q; /* the object being transformed */
20507   pointer r,s; /* for list manipulation */
20508   scaled sx,sy; /* saved transformation parameters */
20509   scaled sqdet; /* square root of determinant for |dash_scale| */
20510   integer sgndet; /* sign of the determinant */
20511   scaled v; /* a temporary value */
20512   h=mp_private_edges(mp, h);
20513   sqdet=mp_sqrt_det(mp, mp->txx,mp->txy,mp->tyx,mp->tyy);
20514   sgndet=mp_ab_vs_cd(mp, mp->txx,mp->tyy,mp->txy,mp->tyx);
20515   if ( dash_list(h)!=null_dash ) {
20516     @<Try to transform the dash list of |h|@>;
20517   }
20518   @<Make the bounding box of |h| unknown if it can't be updated properly
20519     without scanning the whole structure@>;  
20520   q=link(dummy_loc(h));
20521   while ( q!=null ) { 
20522     @<Transform graphical object |q|@>;
20523     q=link(q);
20524   }
20525   return h;
20526 }
20527 void mp_do_edges_trans (MP mp,pointer p, quarterword c) { 
20528   mp_set_up_known_trans(mp, c);
20529   value(p)=mp_edges_trans(mp, value(p));
20530   mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20531 }
20532 void mp_scale_edges (MP mp) { 
20533   mp->txx=mp->se_sf; mp->tyy=mp->se_sf;
20534   mp->txy=0; mp->tyx=0; mp->tx=0; mp->ty=0;
20535   mp->se_pic=mp_edges_trans(mp, mp->se_pic);
20536 }
20537
20538 @ @<Try to transform the dash list of |h|@>=
20539 if ( (mp->txy!=0)||(mp->tyx!=0)||
20540      (mp->ty!=0)||(abs(mp->txx)!=abs(mp->tyy))) {
20541   mp_flush_dash_list(mp, h);
20542 } else { 
20543   if ( mp->txx<0 ) { @<Reverse the dash list of |h|@>; } 
20544   @<Scale the dash list by |txx| and shift it by |tx|@>;
20545   dash_y(h)=mp_take_scaled(mp, dash_y(h),abs(mp->tyy));
20546 }
20547
20548 @ @<Reverse the dash list of |h|@>=
20549
20550   r=dash_list(h);
20551   dash_list(h)=null_dash;
20552   while ( r!=null_dash ) {
20553     s=r; r=link(r);
20554     v=start_x(s); start_x(s)=stop_x(s); stop_x(s)=v;
20555     link(s)=dash_list(h);
20556     dash_list(h)=s;
20557   }
20558 }
20559
20560 @ @<Scale the dash list by |txx| and shift it by |tx|@>=
20561 r=dash_list(h);
20562 while ( r!=null_dash ) {
20563   start_x(r)=mp_take_scaled(mp, start_x(r),mp->txx)+mp->tx;
20564   stop_x(r)=mp_take_scaled(mp, stop_x(r),mp->txx)+mp->tx;
20565   r=link(r);
20566 }
20567
20568 @ @<Make the bounding box of |h| unknown if it can't be updated properly...@>=
20569 if ( (mp->txx==0)&&(mp->tyy==0) ) {
20570   @<Swap the $x$ and $y$ parameters in the bounding box of |h|@>;
20571 } else if ( (mp->txy!=0)||(mp->tyx!=0) ) {
20572   mp_init_bbox(mp, h);
20573   goto DONE1;
20574 }
20575 if ( minx_val(h)<=maxx_val(h) ) {
20576   @<Scale the bounding box by |txx+txy| and |tyx+tyy|; then shift by
20577    |(tx,ty)|@>;
20578 }
20579 DONE1:
20580
20581
20582
20583 @ @<Swap the $x$ and $y$ parameters in the bounding box of |h|@>=
20584
20585   v=minx_val(h); minx_val(h)=miny_val(h); miny_val(h)=v;
20586   v=maxx_val(h); maxx_val(h)=maxy_val(h); maxy_val(h)=v;
20587 }
20588
20589 @ The sum ``|txx+txy|'' is whichever of |txx| or |txy| is nonzero.  The other
20590 sum is similar.
20591
20592 @<Scale the bounding box by |txx+txy| and |tyx+tyy|; then shift...@>=
20593
20594   minx_val(h)=mp_take_scaled(mp, minx_val(h),mp->txx+mp->txy)+mp->tx;
20595   maxx_val(h)=mp_take_scaled(mp, maxx_val(h),mp->txx+mp->txy)+mp->tx;
20596   miny_val(h)=mp_take_scaled(mp, miny_val(h),mp->tyx+mp->tyy)+mp->ty;
20597   maxy_val(h)=mp_take_scaled(mp, maxy_val(h),mp->tyx+mp->tyy)+mp->ty;
20598   if ( mp->txx+mp->txy<0 ) {
20599     v=minx_val(h); minx_val(h)=maxx_val(h); maxx_val(h)=v;
20600   }
20601   if ( mp->tyx+mp->tyy<0 ) {
20602     v=miny_val(h); miny_val(h)=maxy_val(h); maxy_val(h)=v;
20603   }
20604 }
20605
20606 @ Now we ready for the main task of transforming the graphical objects in edge
20607 structure~|h|.
20608
20609 @<Transform graphical object |q|@>=
20610 switch (type(q)) {
20611 case mp_fill_code: case mp_stroked_code: 
20612   mp_do_path_trans(mp, path_p(q));
20613   @<Transform |pen_p(q)|, making sure polygonal pens stay counter-clockwise@>;
20614   break;
20615 case mp_start_clip_code: case mp_start_bounds_code: 
20616   mp_do_path_trans(mp, path_p(q));
20617   break;
20618 case mp_text_code: 
20619   r=text_tx_loc(q);
20620   @<Transform the compact transformation starting at |r|@>;
20621   break;
20622 case mp_stop_clip_code: case mp_stop_bounds_code: 
20623   break;
20624 } /* there are no other cases */
20625
20626 @ Note that the shift parameters |(tx,ty)| apply only to the path being stroked.
20627 The |dash_scale| has to be adjusted  to scale the dash lengths in |dash_p(q)|
20628 since the \ps\ output procedures will try to compensate for the transformation
20629 we are applying to |pen_p(q)|.  Since this compensation is based on the square
20630 root of the determinant, |sqdet| is the appropriate factor.
20631
20632 @<Transform |pen_p(q)|, making sure...@>=
20633 if ( pen_p(q)!=null ) {
20634   sx=mp->tx; sy=mp->ty;
20635   mp->tx=0; mp->ty=0;
20636   mp_do_pen_trans(mp, pen_p(q));
20637   if ( ((type(q)==mp_stroked_code)&&(dash_p(q)!=null)) )
20638     dash_scale(q)=mp_take_scaled(mp, dash_scale(q),sqdet);
20639   if ( ! pen_is_elliptical(pen_p(q)) )
20640     if ( sgndet<0 )
20641       pen_p(q)=mp_make_pen(mp, mp_copy_path(mp, pen_p(q)),true); 
20642          /* this unreverses the pen */
20643   mp->tx=sx; mp->ty=sy;
20644 }
20645
20646 @ This uses the fact that transformations are stored in the order
20647 |(tx,ty,txx,txy,tyx,tyy)|.
20648 @^data structure assumptions@>
20649
20650 @<Transform the compact transformation starting at |r|@>=
20651 mp_trans(mp, r,r+1);
20652 sx=mp->tx; sy=mp->ty;
20653 mp->tx=0; mp->ty=0;
20654 mp_trans(mp, r+2,r+4);
20655 mp_trans(mp, r+3,r+5);
20656 mp->tx=sx; mp->ty=sy
20657
20658 @ The hard cases of transformation occur when big nodes are involved,
20659 and when some of their components are unknown.
20660
20661 @<Declare binary action...@>=
20662 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>;
20663 void mp_big_trans (MP mp,pointer p, quarterword c) {
20664   pointer q,r,pp,qq; /* list manipulation registers */
20665   small_number s; /* size of a big node */
20666   s=mp->big_node_size[type(p)]; q=value(p); r=q+s;
20667   do {  
20668     r=r-2;
20669     if ( type(r)!=mp_known ) {
20670       @<Transform an unknown big node and |return|@>;
20671     }
20672   } while (r!=q);
20673   @<Transform a known big node@>;
20674 }; /* node |p| will now be recycled by |do_binary| */
20675
20676 @ @<Transform an unknown big node and |return|@>=
20677
20678   mp_set_up_known_trans(mp, c); mp_make_exp_copy(mp, p); 
20679   r=value(mp->cur_exp);
20680   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20681     mp_bilin1(mp, yy_part_loc(r),mp->tyy,xy_part_loc(q),mp->tyx,0);
20682     mp_bilin1(mp, yx_part_loc(r),mp->tyy,xx_part_loc(q),mp->tyx,0);
20683     mp_bilin1(mp, xy_part_loc(r),mp->txx,yy_part_loc(q),mp->txy,0);
20684     mp_bilin1(mp, xx_part_loc(r),mp->txx,yx_part_loc(q),mp->txy,0);
20685   }
20686   mp_bilin1(mp, y_part_loc(r),mp->tyy,x_part_loc(q),mp->tyx,mp->ty);
20687   mp_bilin1(mp, x_part_loc(r),mp->txx,y_part_loc(q),mp->txy,mp->tx);
20688   return;
20689 }
20690
20691 @ Let |p| point to a two-word value field inside a big node of |cur_exp|,
20692 and let |q| point to a another value field. The |bilin1| procedure
20693 replaces |p| by $p\cdot t+q\cdot u+\delta$.
20694
20695 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20696 void mp_bilin1 (MP mp, pointer p, scaled t, pointer q, 
20697                 scaled u, scaled delta) {
20698   pointer r; /* list traverser */
20699   if ( t!=unity ) mp_dep_mult(mp, p,t,true);
20700   if ( u!=0 ) {
20701     if ( type(q)==mp_known ) {
20702       delta+=mp_take_scaled(mp, value(q),u);
20703     } else { 
20704       @<Ensure that |type(p)=mp_proto_dependent|@>;
20705       dep_list(p)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(p),u,dep_list(q),
20706                                mp_proto_dependent,type(q));
20707     }
20708   }
20709   if ( type(p)==mp_known ) {
20710     value(p)+=delta;
20711   } else {
20712     r=dep_list(p);
20713     while ( info(r)!=null ) r=link(r);
20714     delta+=value(r);
20715     if ( r!=dep_list(p) ) value(r)=delta;
20716     else { mp_recycle_value(mp, p); type(p)=mp_known; value(p)=delta; };
20717   }
20718   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20719 }
20720
20721 @ @<Ensure that |type(p)=mp_proto_dependent|@>=
20722 if ( type(p)!=mp_proto_dependent ) {
20723   if ( type(p)==mp_known ) 
20724     mp_new_dep(mp, p,mp_const_dependency(mp, value(p)));
20725   else 
20726     dep_list(p)=mp_p_times_v(mp, dep_list(p),unity,mp_dependent,
20727                              mp_proto_dependent,true);
20728   type(p)=mp_proto_dependent;
20729 }
20730
20731 @ @<Transform a known big node@>=
20732 mp_set_up_trans(mp, c);
20733 if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20734   @<Transform known by known@>;
20735 } else { 
20736   pp=mp_stash_cur_exp(mp); qq=value(pp);
20737   mp_make_exp_copy(mp, p); r=value(mp->cur_exp);
20738   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20739     mp_bilin2(mp, yy_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20740       value(xy_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),null);
20741     mp_bilin2(mp, yx_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20742       value(xx_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),null);
20743     mp_bilin2(mp, xy_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20744       value(yy_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),null);
20745     mp_bilin2(mp, xx_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20746       value(yx_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),null);
20747   };
20748   mp_bilin2(mp, y_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20749     value(x_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),y_part_loc(qq));
20750   mp_bilin2(mp, x_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20751     value(y_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),x_part_loc(qq));
20752   mp_recycle_value(mp, pp); mp_free_node(mp, pp,value_node_size);
20753 }
20754
20755 @ Let |p| be a |mp_proto_dependent| value whose dependency list ends
20756 at |dep_final|. The following procedure adds |v| times another
20757 numeric quantity to~|p|.
20758
20759 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20760 void mp_add_mult_dep (MP mp,pointer p, scaled v, pointer r) { 
20761   if ( type(r)==mp_known ) {
20762     value(mp->dep_final)+=mp_take_scaled(mp, value(r),v);
20763   } else  { 
20764     dep_list(p)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(p),v,dep_list(r),
20765                                                          mp_proto_dependent,type(r));
20766     if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20767   }
20768 }
20769
20770 @ The |bilin2| procedure is something like |bilin1|, but with known
20771 and unknown quantities reversed. Parameter |p| points to a value field
20772 within the big node for |cur_exp|; and |type(p)=mp_known|. Parameters
20773 |t| and~|u| point to value fields elsewhere; so does parameter~|q|,
20774 unless it is |null| (which stands for zero). Location~|p| will be
20775 replaced by $p\cdot t+v\cdot u+q$.
20776
20777 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20778 void mp_bilin2 (MP mp,pointer p, pointer t, scaled v, 
20779                 pointer u, pointer q) {
20780   scaled vv; /* temporary storage for |value(p)| */
20781   vv=value(p); type(p)=mp_proto_dependent;
20782   mp_new_dep(mp, p,mp_const_dependency(mp, 0)); /* this sets |dep_final| */
20783   if ( vv!=0 ) 
20784     mp_add_mult_dep(mp, p,vv,t); /* |dep_final| doesn't change */
20785   if ( v!=0 ) mp_add_mult_dep(mp, p,v,u);
20786   if ( q!=null ) mp_add_mult_dep(mp, p,unity,q);
20787   if ( dep_list(p)==mp->dep_final ) {
20788     vv=value(mp->dep_final); mp_recycle_value(mp, p);
20789     type(p)=mp_known; value(p)=vv;
20790   }
20791 }
20792
20793 @ @<Transform known by known@>=
20794
20795   mp_make_exp_copy(mp, p); r=value(mp->cur_exp);
20796   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20797     mp_bilin3(mp, yy_part_loc(r),mp->tyy,value(xy_part_loc(q)),mp->tyx,0);
20798     mp_bilin3(mp, yx_part_loc(r),mp->tyy,value(xx_part_loc(q)),mp->tyx,0);
20799     mp_bilin3(mp, xy_part_loc(r),mp->txx,value(yy_part_loc(q)),mp->txy,0);
20800     mp_bilin3(mp, xx_part_loc(r),mp->txx,value(yx_part_loc(q)),mp->txy,0);
20801   }
20802   mp_bilin3(mp, y_part_loc(r),mp->tyy,value(x_part_loc(q)),mp->tyx,mp->ty);
20803   mp_bilin3(mp, x_part_loc(r),mp->txx,value(y_part_loc(q)),mp->txy,mp->tx);
20804 }
20805
20806 @ Finally, in |bilin3| everything is |known|.
20807
20808 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20809 void mp_bilin3 (MP mp,pointer p, scaled t, 
20810                scaled v, scaled u, scaled delta) { 
20811   if ( t!=unity )
20812     delta+=mp_take_scaled(mp, value(p),t);
20813   else 
20814     delta+=value(p);
20815   if ( u!=0 ) value(p)=delta+mp_take_scaled(mp, v,u);
20816   else value(p)=delta;
20817 }
20818
20819 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20820 case concatenate: 
20821   if ( (mp->cur_type==mp_string_type)&&(type(p)==mp_string_type) ) mp_cat(mp, p);
20822   else mp_bad_binary(mp, p,concatenate);
20823   break;
20824 case substring_of: 
20825   if ( mp_nice_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type==mp_string_type) )
20826     mp_chop_string(mp, value(p));
20827   else mp_bad_binary(mp, p,substring_of);
20828   break;
20829 case subpath_of: 
20830   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
20831   if ( mp_nice_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type==mp_path_type) )
20832     mp_chop_path(mp, value(p));
20833   else mp_bad_binary(mp, p,subpath_of);
20834   break;
20835
20836 @ @<Declare binary action...@>=
20837 void mp_cat (MP mp,pointer p) {
20838   str_number a,b; /* the strings being concatenated */
20839   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
20840   a=value(p); b=mp->cur_exp; str_room(length(a)+length(b));
20841   for (k=mp->str_start[a];k<=str_stop(a)-1;k++) {
20842     append_char(mp->str_pool[k]);
20843   }
20844   for (k=mp->str_start[b];k<=str_stop(b)-1;k++) {
20845     append_char(mp->str_pool[k]);
20846   }
20847   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); delete_str_ref(b);
20848 }
20849
20850 @ @<Declare binary action...@>=
20851 void mp_chop_string (MP mp,pointer p) {
20852   integer a, b; /* start and stop points */
20853   integer l; /* length of the original string */
20854   integer k; /* runs from |a| to |b| */
20855   str_number s; /* the original string */
20856   boolean reversed; /* was |a>b|? */
20857   a=mp_round_unscaled(mp, value(x_part_loc(p)));
20858   b=mp_round_unscaled(mp, value(y_part_loc(p)));
20859   if ( a<=b ) reversed=false;
20860   else  { reversed=true; k=a; a=b; b=k; };
20861   s=mp->cur_exp; l=length(s);
20862   if ( a<0 ) { 
20863     a=0;
20864     if ( b<0 ) b=0;
20865   }
20866   if ( b>l ) { 
20867     b=l;
20868     if ( a>l ) a=l;
20869   }
20870   str_room(b-a);
20871   if ( reversed ) {
20872     for (k=mp->str_start[s]+b-1;k>=mp->str_start[s]+a;k--)  {
20873       append_char(mp->str_pool[k]);
20874     }
20875   } else  {
20876     for (k=mp->str_start[s]+a;k<=mp->str_start[s]+b-1;k++)  {
20877       append_char(mp->str_pool[k]);
20878     }
20879   }
20880   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); delete_str_ref(s);
20881 }
20882
20883 @ @<Declare binary action...@>=
20884 void mp_chop_path (MP mp,pointer p) {
20885   pointer q; /* a knot in the original path */
20886   pointer pp,qq,rr,ss; /* link variables for copies of path nodes */
20887   scaled a,b,k,l; /* indices for chopping */
20888   boolean reversed; /* was |a>b|? */
20889   l=mp_path_length(mp); a=value(x_part_loc(p)); b=value(y_part_loc(p));
20890   if ( a<=b ) reversed=false;
20891   else  { reversed=true; k=a; a=b; b=k; };
20892   @<Dispense with the cases |a<0| and/or |b>l|@>;
20893   q=mp->cur_exp;
20894   while ( a>=unity ) {
20895     q=link(q); a=a-unity; b=b-unity;
20896   }
20897   if ( b==a ) {
20898     @<Construct a path from |pp| to |qq| of length zero@>; 
20899   } else { 
20900     @<Construct a path from |pp| to |qq| of length $\lceil b\rceil$@>; 
20901   }
20902   left_type(pp)=mp_endpoint; right_type(qq)=mp_endpoint; link(qq)=pp;
20903   mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp);
20904   if ( reversed ) {
20905     mp->cur_exp=link(mp_htap_ypoc(mp, pp)); mp_toss_knot_list(mp, pp);
20906   } else {
20907     mp->cur_exp=pp;
20908   }
20909 }
20910
20911 @ @<Dispense with the cases |a<0| and/or |b>l|@>=
20912 if ( a<0 ) {
20913   if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
20914     a=0; if ( b<0 ) b=0;
20915   } else  {
20916     do {  a=a+l; b=b+l; } while (a<0); /* a cycle always has length |l>0| */
20917   }
20918 }
20919 if ( b>l ) {
20920   if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
20921     b=l; if ( a>l ) a=l;
20922   } else {
20923     while ( a>=l ) { 
20924       a=a-l; b=b-l;
20925     }
20926   }
20927 }
20928
20929 @ @<Construct a path from |pp| to |qq| of length $\lceil b\rceil$@>=
20930
20931   pp=mp_copy_knot(mp, q); qq=pp;
20932   do {  
20933     q=link(q); rr=qq; qq=mp_copy_knot(mp, q); link(rr)=qq; b=b-unity;
20934   } while (b>0);
20935   if ( a>0 ) {
20936     ss=pp; pp=link(pp);
20937     mp_split_cubic(mp, ss,a*010000); pp=link(ss);
20938     mp_free_node(mp, ss,knot_node_size);
20939     if ( rr==ss ) {
20940       b=mp_make_scaled(mp, b,unity-a); rr=pp;
20941     }
20942   }
20943   if ( b<0 ) {
20944     mp_split_cubic(mp, rr,(b+unity)*010000);
20945     mp_free_node(mp, qq,knot_node_size);
20946     qq=link(rr);
20947   }
20948 }
20949
20950 @ @<Construct a path from |pp| to |qq| of length zero@>=
20951
20952   if ( a>0 ) { mp_split_cubic(mp, q,a*010000); q=link(q); };
20953   pp=mp_copy_knot(mp, q); qq=pp;
20954 }
20955
20956 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20957 case point_of: case precontrol_of: case postcontrol_of: 
20958   if ( mp->cur_type==mp_pair_type )
20959      mp_pair_to_path(mp);
20960   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_known) )
20961     mp_find_point(mp, value(p),c);
20962   else 
20963     mp_bad_binary(mp, p,c);
20964   break;
20965 case pen_offset_of: 
20966   if ( (mp->cur_type==mp_pen_type)&& mp_nice_pair(mp, p,type(p)) )
20967     mp_set_up_offset(mp, value(p));
20968   else 
20969     mp_bad_binary(mp, p,pen_offset_of);
20970   break;
20971 case direction_time_of: 
20972   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
20973   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&& mp_nice_pair(mp, p,type(p)) )
20974     mp_set_up_direction_time(mp, value(p));
20975   else 
20976     mp_bad_binary(mp, p,direction_time_of);
20977   break;
20978
20979 @ @<Declare binary action...@>=
20980 void mp_set_up_offset (MP mp,pointer p) { 
20981   mp_find_offset(mp, value(x_part_loc(p)),value(y_part_loc(p)),mp->cur_exp);
20982   mp_pair_value(mp, mp->cur_x,mp->cur_y);
20983 }
20984 void mp_set_up_direction_time (MP mp,pointer p) { 
20985   mp_flush_cur_exp(mp, mp_find_direction_time(mp, value(x_part_loc(p)),
20986   value(y_part_loc(p)),mp->cur_exp));
20987 }
20988
20989 @ @<Declare binary action...@>=
20990 void mp_find_point (MP mp,scaled v, quarterword c) {
20991   pointer p; /* the path */
20992   scaled n; /* its length */
20993   p=mp->cur_exp;
20994   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) n=-unity; else n=0;
20995   do {  p=link(p); n=n+unity; } while (p!=mp->cur_exp);
20996   if ( n==0 ) { 
20997     v=0; 
20998   } else if ( v<0 ) {
20999     if ( left_type(p)==mp_endpoint ) v=0;
21000     else v=n-1-((-v-1) % n);
21001   } else if ( v>n ) {
21002     if ( left_type(p)==mp_endpoint ) v=n;
21003     else v=v % n;
21004   }
21005   p=mp->cur_exp;
21006   while ( v>=unity ) { p=link(p); v=v-unity;  };
21007   if ( v!=0 ) {
21008      @<Insert a fractional node by splitting the cubic@>;
21009   }
21010   @<Set the current expression to the desired path coordinates@>;
21011 }
21012
21013 @ @<Insert a fractional node...@>=
21014 { mp_split_cubic(mp, p,v*010000); p=link(p); }
21015
21016 @ @<Set the current expression to the desired path coordinates...@>=
21017 switch (c) {
21018 case point_of: 
21019   mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21020   break;
21021 case precontrol_of: 
21022   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21023   else mp_pair_value(mp, left_x(p),left_y(p));
21024   break;
21025 case postcontrol_of: 
21026   if ( right_type(p)==mp_endpoint ) mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21027   else mp_pair_value(mp, right_x(p),right_y(p));
21028   break;
21029 } /* there are no other cases */
21030
21031 @ @<Additional cases of binary operators@>=
21032 case arc_time_of: 
21033   if ( mp->cur_type==mp_pair_type )
21034      mp_pair_to_path(mp);
21035   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_known) )
21036     mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_arc_time(mp, mp->cur_exp,value(p)));
21037   else 
21038     mp_bad_binary(mp, p,c);
21039   break;
21040
21041 @ @<Additional cases of bin...@>=
21042 case intersect: 
21043   if ( type(p)==mp_pair_type ) {
21044     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, p);
21045     mp_pair_to_path(mp); p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q);
21046   };
21047   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
21048   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_path_type) ) {
21049     mp_path_intersection(mp, value(p),mp->cur_exp);
21050     mp_pair_value(mp, mp->cur_t,mp->cur_tt);
21051   } else {
21052     mp_bad_binary(mp, p,intersect);
21053   }
21054   break;
21055
21056 @ @<Additional cases of bin...@>=
21057 case in_font:
21058   if ( (mp->cur_type!=mp_string_type)||(type(p)!=mp_string_type)) 
21059     mp_bad_binary(mp, p,in_font);
21060   else { mp_do_infont(mp, p); return; }
21061   break;
21062
21063 @ Function |new_text_node| owns the reference count for its second argument
21064 (the text string) but not its first (the font name).
21065
21066 @<Declare binary action...@>=
21067 void mp_do_infont (MP mp,pointer p) {
21068   pointer q;
21069   q=mp_get_node(mp, edge_header_size);
21070   mp_init_edges(mp, q);
21071   link(obj_tail(q))=mp_new_text_node(mp, str(mp->cur_exp),value(p));
21072   obj_tail(q)=link(obj_tail(q));
21073   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
21074   mp_flush_cur_exp(mp, q);
21075   mp->cur_type=mp_picture_type;
21076 }
21077
21078 @* \[40] Statements and commands.
21079 The chief executive of \MP\ is the |do_statement| routine, which
21080 contains the master switch that causes all the various pieces of \MP\
21081 to do their things, in the right order.
21082
21083 In a sense, this is the grand climax of the program: It applies all the
21084 tools that we have worked so hard to construct. In another sense, this is
21085 the messiest part of the program: It necessarily refers to other pieces
21086 of code all over the place, so that a person can't fully understand what is
21087 going on without paging back and forth to be reminded of conventions that
21088 are defined elsewhere. We are now at the hub of the web.
21089
21090 The structure of |do_statement| itself is quite simple.  The first token
21091 of the statement is fetched using |get_x_next|.  If it can be the first
21092 token of an expression, we look for an equation, an assignment, or a
21093 title. Otherwise we use a \&{case} construction to branch at high speed to
21094 the appropriate routine for various and sundry other types of commands,
21095 each of which has an ``action procedure'' that does the necessary work.
21096
21097 The program uses the fact that
21098 $$\hbox{|min_primary_command=max_statement_command=type_name|}$$
21099 to interpret a statement that starts with, e.g., `\&{string}',
21100 as a type declaration rather than a boolean expression.
21101
21102 @c void mp_do_statement (MP mp) { /* governs \MP's activities */
21103   mp->cur_type=mp_vacuous; mp_get_x_next(mp);
21104   if ( mp->cur_cmd>max_primary_command ) {
21105     @<Worry about bad statement@>;
21106   } else if ( mp->cur_cmd>max_statement_command ) {
21107     @<Do an equation, assignment, title, or
21108      `$\langle\,$expression$\,\rangle\,$\&{endgroup}'@>;
21109   } else {
21110     @<Do a statement that doesn't begin with an expression@>;
21111   }
21112   if ( mp->cur_cmd<semicolon )
21113     @<Flush unparsable junk that was found after the statement@>;
21114   mp->error_count=0;
21115 }
21116
21117 @ @<Declarations@>=
21118 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>;
21119
21120 @ The only command codes |>max_primary_command| that can be present
21121 at the beginning of a statement are |semicolon| and higher; these
21122 occur when the statement is null.
21123
21124 @<Worry about bad statement@>=
21125
21126   if ( mp->cur_cmd<semicolon ) {
21127     print_err("A statement can't begin with `");
21128 @.A statement can't begin with x@>
21129     mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod); mp_print_char(mp, '\'');
21130     help5("I was looking for the beginning of a new statement.")
21131       ("If you just proceed without changing anything, I'll ignore")
21132       ("everything up to the next `;'. Please insert a semicolon")
21133       ("now in front of anything that you don't want me to delete.")
21134       ("(See Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.)");
21135 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
21136     mp_back_error(mp); mp_get_x_next(mp);
21137   }
21138 }
21139
21140 @ The help message printed here says that everything is flushed up to
21141 a semicolon, but actually the commands |end_group| and |stop| will
21142 also terminate a statement.
21143
21144 @<Flush unparsable junk that was found after the statement@>=
21145
21146   print_err("Extra tokens will be flushed");
21147 @.Extra tokens will be flushed@>
21148   help6("I've just read as much of that statement as I could fathom,")
21149        ("so a semicolon should have been next. It's very puzzling...")
21150        ("but I'll try to get myself back together, by ignoring")
21151        ("everything up to the next `;'. Please insert a semicolon")
21152        ("now in front of anything that you don't want me to delete.")
21153        ("(See Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.)");
21154 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
21155   mp_back_error(mp); mp->scanner_status=flushing;
21156   do {  
21157     get_t_next;
21158     @<Decrease the string reference count...@>;
21159   } while (! end_of_statement); /* |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop| */
21160   mp->scanner_status=normal;
21161 }
21162
21163 @ If |do_statement| ends with |cur_cmd=end_group|, we should have
21164 |cur_type=mp_vacuous| unless the statement was simply an expression;
21165 in the latter case, |cur_type| and |cur_exp| should represent that
21166 expression.
21167
21168 @<Do a statement that doesn't...@>=
21169
21170   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) 
21171     show_cur_cmd_mod;
21172   switch (mp->cur_cmd ) {
21173   case type_name:mp_do_type_declaration(mp); break;
21174   case macro_def:
21175     if ( mp->cur_mod>var_def ) mp_make_op_def(mp);
21176     else if ( mp->cur_mod>end_def ) mp_scan_def(mp);
21177      break;
21178   @<Cases of |do_statement| that invoke particular commands@>;
21179   } /* there are no other cases */
21180   mp->cur_type=mp_vacuous;
21181 }
21182
21183 @ The most important statements begin with expressions.
21184
21185 @<Do an equation, assignment, title, or...@>=
21186
21187   mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21188   if ( mp->cur_cmd<end_group ) {
21189     if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21190     else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21191     else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {@<Do a title@> ; }
21192     else if ( mp->cur_type!=mp_vacuous ){ 
21193       exp_err("Isolated expression");
21194 @.Isolated expression@>
21195       help3("I couldn't find an `=' or `:=' after the")
21196         ("expression that is shown above this error message,")
21197         ("so I guess I'll just ignore it and carry on.");
21198       mp_put_get_error(mp);
21199     }
21200     mp_flush_cur_exp(mp, 0); mp->cur_type=mp_vacuous;
21201   }
21202 }
21203
21204 @ @<Do a title@>=
21205
21206   if ( mp->internal[mp_tracing_titles]>0 ) {
21207     mp_print_nl(mp, "");  mp_print_str(mp, mp->cur_exp); update_terminal;
21208   }
21209 }
21210
21211 @ Equations and assignments are performed by the pair of mutually recursive
21212 @^recursion@>
21213 routines |do_equation| and |do_assignment|. These routines are called when
21214 |cur_cmd=equals| and when |cur_cmd=assignment|, respectively; the left-hand
21215 side is in |cur_type| and |cur_exp|, while the right-hand side is yet
21216 to be scanned. After the routines are finished, |cur_type| and |cur_exp|
21217 will be equal to the right-hand side (which will normally be equal
21218 to the left-hand side).
21219
21220 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21221 @<Declare the procedure called |try_eq|@>;
21222 @<Declare the procedure called |make_eq|@>;
21223 void mp_do_equation (MP mp) ;
21224
21225 @ @c
21226 void mp_do_equation (MP mp) {
21227   pointer lhs; /* capsule for the left-hand side */
21228   pointer p; /* temporary register */
21229   lhs=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); 
21230   mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21231   if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21232   else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21233   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) 
21234     @<Trace the current equation@>;
21235   if ( mp->cur_type==mp_unknown_path ) if ( type(lhs)==mp_pair_type ) {
21236     p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, lhs); lhs=p;
21237   }; /* in this case |make_eq| will change the pair to a path */
21238   mp_make_eq(mp, lhs); /* equate |lhs| to |(cur_type,cur_exp)| */
21239 }
21240
21241 @ And |do_assignment| is similar to |do_expression|:
21242
21243 @<Declarations@>=
21244 void mp_do_assignment (MP mp);
21245
21246 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21247 void mp_do_assignment (MP mp) ;
21248
21249 @ @c
21250 void mp_do_assignment (MP mp) {
21251   pointer lhs; /* token list for the left-hand side */
21252   pointer p; /* where the left-hand value is stored */
21253   pointer q; /* temporary capsule for the right-hand value */
21254   if ( mp->cur_type!=mp_token_list ) { 
21255     exp_err("Improper `:=' will be changed to `='");
21256 @.Improper `:='@>
21257     help2("I didn't find a variable name at the left of the `:=',")
21258       ("so I'm going to pretend that you said `=' instead.");
21259     mp_error(mp); mp_do_equation(mp);
21260   } else { 
21261     lhs=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
21262     mp_get_x_next(mp); mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21263     if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21264     else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21265     if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) 
21266       @<Trace the current assignment@>;
21267     if ( info(lhs)>hash_end ) {
21268       @<Assign the current expression to an internal variable@>;
21269     } else  {
21270       @<Assign the current expression to the variable |lhs|@>;
21271     }
21272     mp_flush_node_list(mp, lhs);
21273   }
21274 }
21275
21276 @ @<Trace the current equation@>=
21277
21278   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{("); mp_print_exp(mp,lhs,0);
21279   mp_print(mp,")=("); mp_print_exp(mp,null,0); 
21280   mp_print(mp,")}"); mp_end_diagnostic(mp, false);
21281 }
21282
21283 @ @<Trace the current assignment@>=
21284
21285   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{");
21286   if ( info(lhs)>hash_end ) 
21287      mp_print(mp, mp->int_name[info(lhs)-(hash_end)]);
21288   else 
21289      mp_show_token_list(mp, lhs,null,1000,0);
21290   mp_print(mp, ":="); mp_print_exp(mp, null,0); 
21291   mp_print_char(mp, '}'); mp_end_diagnostic(mp, false);
21292 }
21293
21294 @ @<Assign the current expression to an internal variable@>=
21295 if ( mp->cur_type==mp_known )  {
21296   mp->internal[info(lhs)-(hash_end)]=mp->cur_exp;
21297 } else { 
21298   exp_err("Internal quantity `");
21299 @.Internal quantity...@>
21300   mp_print(mp, mp->int_name[info(lhs)-(hash_end)]);
21301   mp_print(mp, "' must receive a known value");
21302   help2("I can\'t set an internal quantity to anything but a known")
21303     ("numeric value, so I'll have to ignore this assignment.");
21304   mp_put_get_error(mp);
21305 }
21306
21307 @ @<Assign the current expression to the variable |lhs|@>=
21308
21309   p=mp_find_variable(mp, lhs);
21310   if ( p!=null ) {
21311     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp->cur_type=mp_und_type(mp, p); 
21312     mp_recycle_value(mp, p);
21313     type(p)=mp->cur_type; value(p)=null; mp_make_exp_copy(mp, p);
21314     p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q); mp_make_eq(mp, p);
21315   } else  { 
21316     mp_obliterated(mp, lhs); mp_put_get_error(mp);
21317   }
21318 }
21319
21320
21321 @ And now we get to the nitty-gritty. The |make_eq| procedure is given
21322 a pointer to a capsule that is to be equated to the current expression.
21323
21324 @<Declare the procedure called |make_eq|@>=
21325 void mp_make_eq (MP mp,pointer lhs) ;
21326
21327
21328
21329 @c void mp_make_eq (MP mp,pointer lhs) {
21330   small_number t; /* type of the left-hand side */
21331   pointer p,q; /* pointers inside of big nodes */
21332   integer v=0; /* value of the left-hand side */
21333 RESTART: 
21334   t=type(lhs);
21335   if ( t<=mp_pair_type ) v=value(lhs);
21336   switch (t) {
21337   @<For each type |t|, make an equation and |goto done| unless |cur_type|
21338     is incompatible with~|t|@>;
21339   } /* all cases have been listed */
21340   @<Announce that the equation cannot be performed@>;
21341 DONE:
21342   check_arith; mp_recycle_value(mp, lhs); 
21343   mp_free_node(mp, lhs,value_node_size);
21344 }
21345
21346 @ @<Announce that the equation cannot be performed@>=
21347 mp_disp_err(mp, lhs,""); 
21348 exp_err("Equation cannot be performed (");
21349 @.Equation cannot be performed@>
21350 if ( type(lhs)<=mp_pair_type ) mp_print_type(mp, type(lhs));
21351 else mp_print(mp, "numeric");
21352 mp_print_char(mp, '=');
21353 if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) mp_print_type(mp, mp->cur_type);
21354 else mp_print(mp, "numeric");
21355 mp_print_char(mp, ')');
21356 help2("I'm sorry, but I don't know how to make such things equal.")
21357      ("(See the two expressions just above the error message.)");
21358 mp_put_get_error(mp)
21359
21360 @ @<For each type |t|, make an equation and |goto done| unless...@>=
21361 case mp_boolean_type: case mp_string_type: case mp_pen_type:
21362 case mp_path_type: case mp_picture_type:
21363   if ( mp->cur_type==t+unknown_tag ) { 
21364     mp_nonlinear_eq(mp, v,mp->cur_exp,false); goto DONE;
21365   } else if ( mp->cur_type==t ) {
21366     @<Report redundant or inconsistent equation and |goto done|@>;
21367   }
21368   break;
21369 case unknown_types:
21370   if ( mp->cur_type==t-unknown_tag ) { 
21371     mp_nonlinear_eq(mp, mp->cur_exp,lhs,true); goto DONE;
21372   } else if ( mp->cur_type==t ) { 
21373     mp_ring_merge(mp, lhs,mp->cur_exp); goto DONE;
21374   } else if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) {
21375     if ( t==mp_unknown_path ) { 
21376      mp_pair_to_path(mp); goto RESTART;
21377     };
21378   }
21379   break;
21380 case mp_transform_type: case mp_color_type:
21381 case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type:
21382   if ( mp->cur_type==t ) {
21383     @<Do multiple equations and |goto done|@>;
21384   }
21385   break;
21386 case mp_known: case mp_dependent:
21387 case mp_proto_dependent: case mp_independent:
21388   if ( mp->cur_type>=mp_known ) { 
21389     mp_try_eq(mp, lhs,null); goto DONE;
21390   };
21391   break;
21392 case mp_vacuous:
21393   break;
21394
21395 @ @<Report redundant or inconsistent equation and |goto done|@>=
21396
21397   if ( mp->cur_type<=mp_string_type ) {
21398     if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
21399       if ( mp_str_vs_str(mp, v,mp->cur_exp)!=0 ) {
21400         goto NOT_FOUND;
21401       }
21402     } else if ( v!=mp->cur_exp ) {
21403       goto NOT_FOUND;
21404     }
21405     @<Exclaim about a redundant equation@>; goto DONE;
21406   }
21407   print_err("Redundant or inconsistent equation");
21408 @.Redundant or inconsistent equation@>
21409   help2("An equation between already-known quantities can't help.")
21410        ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21411   mp_put_get_error(mp); goto DONE;
21412 NOT_FOUND: 
21413   print_err("Inconsistent equation");
21414 @.Inconsistent equation@>
21415   help2("The equation I just read contradicts what was said before.")
21416        ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21417   mp_put_get_error(mp); goto DONE;
21418 }
21419
21420 @ @<Do multiple equations and |goto done|@>=
21421
21422   p=v+mp->big_node_size[t]; 
21423   q=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[t];
21424   do {  
21425     p=p-2; q=q-2; mp_try_eq(mp, p,q);
21426   } while (p!=v);
21427   goto DONE;
21428 }
21429
21430 @ The first argument to |try_eq| is the location of a value node
21431 in a capsule that will soon be recycled. The second argument is
21432 either a location within a pair or transform node pointed to by
21433 |cur_exp|, or it is |null| (which means that |cur_exp| itself
21434 serves as the second argument). The idea is to leave |cur_exp| unchanged,
21435 but to equate the two operands.
21436
21437 @<Declare the procedure called |try_eq|@>=
21438 void mp_try_eq (MP mp,pointer l, pointer r) ;
21439
21440
21441 @c void mp_try_eq (MP mp,pointer l, pointer r) {
21442   pointer p; /* dependency list for right operand minus left operand */
21443   int t; /* the type of list |p| */
21444   pointer q; /* the constant term of |p| is here */
21445   pointer pp; /* dependency list for right operand */
21446   int tt; /* the type of list |pp| */
21447   boolean copied; /* have we copied a list that ought to be recycled? */
21448   @<Remove the left operand from its container, negate it, and
21449     put it into dependency list~|p| with constant term~|q|@>;
21450   @<Add the right operand to list |p|@>;
21451   if ( info(p)==null ) {
21452     @<Deal with redundant or inconsistent equation@>;
21453   } else { 
21454     mp_linear_eq(mp, p,t);
21455     if ( r==null ) if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
21456       if ( type(mp->cur_exp)==mp_known ) {
21457         pp=mp->cur_exp; mp->cur_exp=value(mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_known;
21458         mp_free_node(mp, pp,value_node_size);
21459       }
21460     }
21461   }
21462 }
21463
21464 @ @<Remove the left operand from its container, negate it, and...@>=
21465 t=type(l);
21466 if ( t==mp_known ) { 
21467   t=mp_dependent; p=mp_const_dependency(mp, -value(l)); q=p;
21468 } else if ( t==mp_independent ) {
21469   t=mp_dependent; p=mp_single_dependency(mp, l); negate(value(p));
21470   q=mp->dep_final;
21471 } else { 
21472   p=dep_list(l); q=p;
21473   while (1) { 
21474     negate(value(q));
21475     if ( info(q)==null ) break;
21476     q=link(q);
21477   }
21478   link(prev_dep(l))=link(q); prev_dep(link(q))=prev_dep(l);
21479   type(l)=mp_known;
21480 }
21481
21482 @ @<Deal with redundant or inconsistent equation@>=
21483
21484   if ( abs(value(p))>64 ) { /* off by .001 or more */
21485     print_err("Inconsistent equation");
21486 @.Inconsistent equation@>
21487     mp_print(mp, " (off by "); mp_print_scaled(mp, value(p)); 
21488     mp_print_char(mp, ')');
21489     help2("The equation I just read contradicts what was said before.")
21490       ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21491     mp_put_get_error(mp);
21492   } else if ( r==null ) {
21493     @<Exclaim about a redundant equation@>;
21494   }
21495   mp_free_node(mp, p,dep_node_size);
21496 }
21497
21498 @ @<Add the right operand to list |p|@>=
21499 if ( r==null ) {
21500   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
21501     value(q)=value(q)+mp->cur_exp; goto DONE1;
21502   } else { 
21503     tt=mp->cur_type;
21504     if ( tt==mp_independent ) pp=mp_single_dependency(mp, mp->cur_exp);
21505     else pp=dep_list(mp->cur_exp);
21506   } 
21507 } else {
21508   if ( type(r)==mp_known ) {
21509     value(q)=value(q)+value(r); goto DONE1;
21510   } else { 
21511     tt=type(r);
21512     if ( tt==mp_independent ) pp=mp_single_dependency(mp, r);
21513     else pp=dep_list(r);
21514   }
21515 }
21516 if ( tt!=mp_independent ) copied=false;
21517 else  { copied=true; tt=mp_dependent; };
21518 @<Add dependency list |pp| of type |tt| to dependency list~|p| of type~|t|@>;
21519 if ( copied ) mp_flush_node_list(mp, pp);
21520 DONE1:
21521
21522 @ @<Add dependency list |pp| of type |tt| to dependency list~|p| of type~|t|@>=
21523 mp->watch_coefs=false;
21524 if ( t==tt ) {
21525   p=mp_p_plus_q(mp, p,pp,t);
21526 } else if ( t==mp_proto_dependent ) {
21527   p=mp_p_plus_fq(mp, p,unity,pp,mp_proto_dependent,mp_dependent);
21528 } else { 
21529   q=p;
21530   while ( info(q)!=null ) {
21531     value(q)=mp_round_fraction(mp, value(q)); q=link(q);
21532   }
21533   t=mp_proto_dependent; p=mp_p_plus_q(mp, p,pp,t);
21534 }
21535 mp->watch_coefs=true;
21536
21537 @ Our next goal is to process type declarations. For this purpose it's
21538 convenient to have a procedure that scans a $\langle\,$declared
21539 variable$\,\rangle$ and returns the corresponding token list. After the
21540 following procedure has acted, the token after the declared variable
21541 will have been scanned, so it will appear in |cur_cmd|, |cur_mod|,
21542 and~|cur_sym|.
21543
21544 @<Declare the function called |scan_declared_variable|@>=
21545 pointer mp_scan_declared_variable (MP mp) {
21546   pointer x; /* hash address of the variable's root */
21547   pointer h,t; /* head and tail of the token list to be returned */
21548   pointer l; /* hash address of left bracket */
21549   mp_get_symbol(mp); x=mp->cur_sym;
21550   if ( mp->cur_cmd!=tag_token ) mp_clear_symbol(mp, x,false);
21551   h=mp_get_avail(mp); info(h)=x; t=h;
21552   while (1) { 
21553     mp_get_x_next(mp);
21554     if ( mp->cur_sym==0 ) break;
21555     if ( mp->cur_cmd!=tag_token ) if ( mp->cur_cmd!=internal_quantity)  {
21556       if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
21557         @<Descend past a collective subscript@>;
21558       } else {
21559         break;
21560       }
21561     }
21562     link(t)=mp_get_avail(mp); t=link(t); info(t)=mp->cur_sym;
21563   }
21564   if ( eq_type(x)!=tag_token ) mp_clear_symbol(mp, x,false);
21565   if ( equiv(x)==null ) mp_new_root(mp, x);
21566   return h;
21567 }
21568
21569 @ If the subscript isn't collective, we don't accept it as part of the
21570 declared variable.
21571
21572 @<Descend past a collective subscript@>=
21573
21574   l=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
21575   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
21576     mp_back_input(mp); mp->cur_sym=l; mp->cur_cmd=left_bracket; break;
21577   } else {
21578     mp->cur_sym=collective_subscript;
21579   }
21580 }
21581
21582 @ Type declarations are introduced by the following primitive operations.
21583
21584 @<Put each...@>=
21585 mp_primitive(mp, "numeric",type_name,mp_numeric_type);
21586 @:numeric_}{\&{numeric} primitive@>
21587 mp_primitive(mp, "string",type_name,mp_string_type);
21588 @:string_}{\&{string} primitive@>
21589 mp_primitive(mp, "boolean",type_name,mp_boolean_type);
21590 @:boolean_}{\&{boolean} primitive@>
21591 mp_primitive(mp, "path",type_name,mp_path_type);
21592 @:path_}{\&{path} primitive@>
21593 mp_primitive(mp, "pen",type_name,mp_pen_type);
21594 @:pen_}{\&{pen} primitive@>
21595 mp_primitive(mp, "picture",type_name,mp_picture_type);
21596 @:picture_}{\&{picture} primitive@>
21597 mp_primitive(mp, "transform",type_name,mp_transform_type);
21598 @:transform_}{\&{transform} primitive@>
21599 mp_primitive(mp, "color",type_name,mp_color_type);
21600 @:color_}{\&{color} primitive@>
21601 mp_primitive(mp, "rgbcolor",type_name,mp_color_type);
21602 @:color_}{\&{rgbcolor} primitive@>
21603 mp_primitive(mp, "cmykcolor",type_name,mp_cmykcolor_type);
21604 @:color_}{\&{cmykcolor} primitive@>
21605 mp_primitive(mp, "pair",type_name,mp_pair_type);
21606 @:pair_}{\&{pair} primitive@>
21607
21608 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21609 case type_name: mp_print_type(mp, m); break;
21610
21611 @ Now we are ready to handle type declarations, assuming that a
21612 |type_name| has just been scanned.
21613
21614 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21615 void mp_do_type_declaration (MP mp) ;
21616
21617 @ @c
21618 void mp_do_type_declaration (MP mp) {
21619   small_number t; /* the type being declared */
21620   pointer p; /* token list for a declared variable */
21621   pointer q; /* value node for the variable */
21622   if ( mp->cur_mod>=mp_transform_type ) 
21623     t=mp->cur_mod;
21624   else 
21625     t=mp->cur_mod+unknown_tag;
21626   do {  
21627     p=mp_scan_declared_variable(mp);
21628     mp_flush_variable(mp, equiv(info(p)),link(p),false);
21629     q=mp_find_variable(mp, p);
21630     if ( q!=null ) { 
21631       type(q)=t; value(q)=null; 
21632     } else  { 
21633       print_err("Declared variable conflicts with previous vardef");
21634 @.Declared variable conflicts...@>
21635       help2("You can't use, e.g., `numeric foo[]' after `vardef foo'.")
21636            ("Proceed, and I'll ignore the illegal redeclaration.");
21637       mp_put_get_error(mp);
21638     }
21639     mp_flush_list(mp, p);
21640     if ( mp->cur_cmd<comma ) {
21641       @<Flush spurious symbols after the declared variable@>;
21642     }
21643   } while (! end_of_statement);
21644 }
21645
21646 @ @<Flush spurious symbols after the declared variable@>=
21647
21648   print_err("Illegal suffix of declared variable will be flushed");
21649 @.Illegal suffix...flushed@>
21650   help5("Variables in declarations must consist entirely of")
21651     ("names and collective subscripts, e.g., `x[]a'.")
21652     ("Are you trying to use a reserved word in a variable name?")
21653     ("I'm going to discard the junk I found here,")
21654     ("up to the next comma or the end of the declaration.");
21655   if ( mp->cur_cmd==numeric_token )
21656     mp->help_line[2]="Explicit subscripts like `x15a' aren't permitted.";
21657   mp_put_get_error(mp); mp->scanner_status=flushing;
21658   do {  
21659     get_t_next;
21660     @<Decrease the string reference count...@>;
21661   } while (mp->cur_cmd<comma); /* either |end_of_statement| or |cur_cmd=comma| */
21662   mp->scanner_status=normal;
21663 }
21664
21665 @ \MP's |main_control| procedure just calls |do_statement| repeatedly
21666 until coming to the end of the user's program.
21667 Each execution of |do_statement| concludes with
21668 |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop|.
21669
21670 @c void mp_main_control (MP mp) { 
21671   do {  
21672     mp_do_statement(mp);
21673     if ( mp->cur_cmd==end_group ) {
21674       print_err("Extra `endgroup'");
21675 @.Extra `endgroup'@>
21676       help2("I'm not currently working on a `begingroup',")
21677         ("so I had better not try to end anything.");
21678       mp_flush_error(mp, 0);
21679     }
21680   } while (mp->cur_cmd!=stop);
21681 }
21682 int mp_run (MP mp) {
21683   @<Install and test the non-local jump buffer@>;
21684   mp_main_control(mp); /* come to life */
21685   mp_final_cleanup(mp); /* prepare for death */
21686   mp_close_files_and_terminate(mp);
21687   return mp->history;
21688 }
21689 char * mp_mplib_version (MP mp) {
21690   assert(mp);
21691   return mplib_version;
21692 }
21693 char * mp_metapost_version (MP mp) {
21694   assert(mp);
21695   return metapost_version;
21696 }
21697
21698 @ @<Exported function headers@>=
21699 int mp_run (MP mp);
21700 char * mp_mplib_version (MP mp);
21701 char * mp_metapost_version (MP mp);
21702
21703 @ @<Put each...@>=
21704 mp_primitive(mp, "end",stop,0);
21705 @:end_}{\&{end} primitive@>
21706 mp_primitive(mp, "dump",stop,1);
21707 @:dump_}{\&{dump} primitive@>
21708
21709 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21710 case stop:
21711   if ( m==0 ) mp_print(mp, "end");
21712   else mp_print(mp, "dump");
21713   break;
21714
21715 @* \[41] Commands.
21716 Let's turn now to statements that are classified as ``commands'' because
21717 of their imperative nature. We'll begin with simple ones, so that it
21718 will be clear how to hook command processing into the |do_statement| routine;
21719 then we'll tackle the tougher commands.
21720
21721 Here's one of the simplest:
21722
21723 @<Cases of |do_statement|...@>=
21724 case random_seed: mp_do_random_seed(mp);  break;
21725
21726 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21727 void mp_do_random_seed (MP mp) ;
21728
21729 @ @c void mp_do_random_seed (MP mp) { 
21730   mp_get_x_next(mp);
21731   if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
21732     mp_missing_err(mp, ":=");
21733 @.Missing `:='@>
21734     help1("Always say `randomseed:=<numeric expression>'.");
21735     mp_back_error(mp);
21736   };
21737   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
21738   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
21739     exp_err("Unknown value will be ignored");
21740 @.Unknown value...ignored@>
21741     help2("Your expression was too random for me to handle,")
21742       ("so I won't change the random seed just now.");
21743     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
21744   } else {
21745    @<Initialize the random seed to |cur_exp|@>;
21746   }
21747 }
21748
21749 @ @<Initialize the random seed to |cur_exp|@>=
21750
21751   mp_init_randoms(mp, mp->cur_exp);
21752   if ( mp->selector>=log_only && mp->selector<write_file) {
21753     mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=log_only;
21754     mp_print_nl(mp, "{randomseed:="); 
21755     mp_print_scaled(mp, mp->cur_exp); 
21756     mp_print_char(mp, '}');
21757     mp_print_nl(mp, ""); mp->selector=mp->old_setting;
21758   }
21759 }
21760
21761 @ And here's another simple one (somewhat different in flavor):
21762
21763 @<Cases of |do_statement|...@>=
21764 case mode_command: 
21765   mp_print_ln(mp); mp->interaction=mp->cur_mod;
21766   @<Initialize the print |selector| based on |interaction|@>;
21767   if ( mp->log_opened ) mp->selector=mp->selector+2;
21768   mp_get_x_next(mp);
21769   break;
21770
21771 @ @<Put each...@>=
21772 mp_primitive(mp, "batchmode",mode_command,mp_batch_mode);
21773 @:mp_batch_mode_}{\&{batchmode} primitive@>
21774 mp_primitive(mp, "nonstopmode",mode_command,mp_nonstop_mode);
21775 @:mp_nonstop_mode_}{\&{nonstopmode} primitive@>
21776 mp_primitive(mp, "scrollmode",mode_command,mp_scroll_mode);
21777 @:mp_scroll_mode_}{\&{scrollmode} primitive@>
21778 mp_primitive(mp, "errorstopmode",mode_command,mp_error_stop_mode);
21779 @:mp_error_stop_mode_}{\&{errorstopmode} primitive@>
21780
21781 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
21782 case mode_command: 
21783   switch (m) {
21784   case mp_batch_mode: mp_print(mp, "batchmode"); break;
21785   case mp_nonstop_mode: mp_print(mp, "nonstopmode"); break;
21786   case mp_scroll_mode: mp_print(mp, "scrollmode"); break;
21787   default: mp_print(mp, "errorstopmode"); break;
21788   }
21789   break;
21790
21791 @ The `\&{inner}' and `\&{outer}' commands are only slightly harder.
21792
21793 @<Cases of |do_statement|...@>=
21794 case protection_command: mp_do_protection(mp); break;
21795
21796 @ @<Put each...@>=
21797 mp_primitive(mp, "inner",protection_command,0);
21798 @:inner_}{\&{inner} primitive@>
21799 mp_primitive(mp, "outer",protection_command,1);
21800 @:outer_}{\&{outer} primitive@>
21801
21802 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21803 case protection_command: 
21804   if ( m==0 ) mp_print(mp, "inner");
21805   else mp_print(mp, "outer");
21806   break;
21807
21808 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21809 void mp_do_protection (MP mp) ;
21810
21811 @ @c void mp_do_protection (MP mp) {
21812   int m; /* 0 to unprotect, 1 to protect */
21813   halfword t; /* the |eq_type| before we change it */
21814   m=mp->cur_mod;
21815   do {  
21816     mp_get_symbol(mp); t=eq_type(mp->cur_sym);
21817     if ( m==0 ) { 
21818       if ( t>=outer_tag ) 
21819         eq_type(mp->cur_sym)=t-outer_tag;
21820     } else if ( t<outer_tag ) {
21821       eq_type(mp->cur_sym)=t+outer_tag;
21822     }
21823     mp_get_x_next(mp);
21824   } while (mp->cur_cmd==comma);
21825 }
21826
21827 @ \MP\ never defines the tokens `\.(' and `\.)' to be primitives, but
21828 plain \MP\ begins with the declaration `\&{delimiters} \.{()}'. Such a
21829 declaration assigns the command code |left_delimiter| to `\.{(}' and
21830 |right_delimiter| to `\.{)}'; the |equiv| of each delimiter is the
21831 hash address of its mate.
21832
21833 @<Cases of |do_statement|...@>=
21834 case delimiters: mp_def_delims(mp); break;
21835
21836 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21837 void mp_def_delims (MP mp) ;
21838
21839 @ @c void mp_def_delims (MP mp) {
21840   pointer l_delim,r_delim; /* the new delimiter pair */
21841   mp_get_clear_symbol(mp); l_delim=mp->cur_sym;
21842   mp_get_clear_symbol(mp); r_delim=mp->cur_sym;
21843   eq_type(l_delim)=left_delimiter; equiv(l_delim)=r_delim;
21844   eq_type(r_delim)=right_delimiter; equiv(r_delim)=l_delim;
21845   mp_get_x_next(mp);
21846 }
21847
21848 @ Here is a procedure that is called when \MP\ has reached a point
21849 where some right delimiter is mandatory.
21850
21851 @<Declare the procedure called |check_delimiter|@>=
21852 void mp_check_delimiter (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) {
21853   if ( mp->cur_cmd==right_delimiter ) 
21854     if ( mp->cur_mod==l_delim ) 
21855       return;
21856   if ( mp->cur_sym!=r_delim ) {
21857      mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
21858 @.Missing `)'@>
21859     help2("I found no right delimiter to match a left one. So I've")
21860       ("put one in, behind the scenes; this may fix the problem.");
21861     mp_back_error(mp);
21862   } else { 
21863     print_err("The token `"); mp_print_text(r_delim);
21864 @.The token...delimiter@>
21865     mp_print(mp, "' is no longer a right delimiter");
21866     help3("Strange: This token has lost its former meaning!")
21867       ("I'll read it as a right delimiter this time;")
21868       ("but watch out, I'll probably miss it later.");
21869     mp_error(mp);
21870   }
21871 }
21872
21873 @ The next four commands save or change the values associated with tokens.
21874
21875 @<Cases of |do_statement|...@>=
21876 case save_command: 
21877   do {  
21878     mp_get_symbol(mp); mp_save_variable(mp, mp->cur_sym); mp_get_x_next(mp);
21879   } while (mp->cur_cmd==comma);
21880   break;
21881 case interim_command: mp_do_interim(mp); break;
21882 case let_command: mp_do_let(mp); break;
21883 case new_internal: mp_do_new_internal(mp); break;
21884
21885 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21886 void mp_do_statement (MP mp);
21887 void mp_do_interim (MP mp);
21888
21889 @ @c void mp_do_interim (MP mp) { 
21890   mp_get_x_next(mp);
21891   if ( mp->cur_cmd!=internal_quantity ) {
21892      print_err("The token `");
21893 @.The token...quantity@>
21894     if ( mp->cur_sym==0 ) mp_print(mp, "(%CAPSULE)");
21895     else mp_print_text(mp->cur_sym);
21896     mp_print(mp, "' isn't an internal quantity");
21897     help1("Something like `tracingonline' should follow `interim'.");
21898     mp_back_error(mp);
21899   } else { 
21900     mp_save_internal(mp, mp->cur_mod); mp_back_input(mp);
21901   }
21902   mp_do_statement(mp);
21903 }
21904
21905 @ The following procedure is careful not to undefine the left-hand symbol
21906 too soon, lest commands like `{\tt let x=x}' have a surprising effect.
21907
21908 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21909 void mp_do_let (MP mp) ;
21910
21911 @ @c void mp_do_let (MP mp) {
21912   pointer l; /* hash location of the left-hand symbol */
21913   mp_get_symbol(mp); l=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
21914   if ( mp->cur_cmd!=equals ) if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
21915      mp_missing_err(mp, "=");
21916 @.Missing `='@>
21917     help3("You should have said `let symbol = something'.")
21918       ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
21919       ("was present. The next token I read will be `something'.");
21920     mp_back_error(mp);
21921   }
21922   mp_get_symbol(mp);
21923   switch (mp->cur_cmd) {
21924   case defined_macro: case secondary_primary_macro:
21925   case tertiary_secondary_macro: case expression_tertiary_macro: 
21926     add_mac_ref(mp->cur_mod);
21927     break;
21928   default: 
21929     break;
21930   }
21931   mp_clear_symbol(mp, l,false); eq_type(l)=mp->cur_cmd;
21932   if ( mp->cur_cmd==tag_token ) equiv(l)=null;
21933   else equiv(l)=mp->cur_mod;
21934   mp_get_x_next(mp);
21935 }
21936
21937 @ @<Declarations@>=
21938 void mp_grow_internals (MP mp, int l);
21939 void mp_do_new_internal (MP mp) ;
21940
21941 @ @c
21942 void mp_grow_internals (MP mp, int l) {
21943   scaled *internal;
21944   char * *int_name; 
21945   int k;
21946   if ( hash_end+l>max_halfword ) {
21947     mp_confusion(mp, "out of memory space"); /* can't be reached */
21948   }
21949   int_name = xmalloc ((l+1),sizeof(char *));
21950   internal = xmalloc ((l+1),sizeof(scaled));
21951   for (k=0;k<=l; k++ ) { 
21952     if (k<=mp->max_internal) {
21953       internal[k]=mp->internal[k]; 
21954       int_name[k]=mp->int_name[k]; 
21955     } else {
21956       internal[k]=0; 
21957       int_name[k]=NULL; 
21958     }
21959   }
21960   xfree(mp->internal); xfree(mp->int_name);
21961   mp->int_name = int_name;
21962   mp->internal = internal;
21963   mp->max_internal = l;
21964 }
21965
21966
21967 void mp_do_new_internal (MP mp) { 
21968   do {  
21969     if ( mp->int_ptr==mp->max_internal ) {
21970       mp_grow_internals(mp, (mp->max_internal + (mp->max_internal>>2)));
21971     }
21972     mp_get_clear_symbol(mp); incr(mp->int_ptr);
21973     eq_type(mp->cur_sym)=internal_quantity; 
21974     equiv(mp->cur_sym)=mp->int_ptr;
21975     if(mp->int_name[mp->int_ptr]!=NULL)
21976       xfree(mp->int_name[mp->int_ptr]);
21977     mp->int_name[mp->int_ptr]=str(text(mp->cur_sym)); 
21978     mp->internal[mp->int_ptr]=0;
21979     mp_get_x_next(mp);
21980   } while (mp->cur_cmd==comma);
21981 }
21982
21983 @ @<Dealloc variables@>=
21984 for (k=0;k<=mp->max_internal;k++) {
21985    xfree(mp->int_name[k]);
21986 }
21987 xfree(mp->internal); 
21988 xfree(mp->int_name); 
21989
21990
21991 @ The various `\&{show}' commands are distinguished by modifier fields
21992 in the usual way.
21993
21994 @d show_token_code 0 /* show the meaning of a single token */
21995 @d show_stats_code 1 /* show current memory and string usage */
21996 @d show_code 2 /* show a list of expressions */
21997 @d show_var_code 3 /* show a variable and its descendents */
21998 @d show_dependencies_code 4 /* show dependent variables in terms of independents */
21999
22000 @<Put each...@>=
22001 mp_primitive(mp, "showtoken",show_command,show_token_code);
22002 @:show_token_}{\&{showtoken} primitive@>
22003 mp_primitive(mp, "showstats",show_command,show_stats_code);
22004 @:show_stats_}{\&{showstats} primitive@>
22005 mp_primitive(mp, "show",show_command,show_code);
22006 @:show_}{\&{show} primitive@>
22007 mp_primitive(mp, "showvariable",show_command,show_var_code);
22008 @:show_var_}{\&{showvariable} primitive@>
22009 mp_primitive(mp, "showdependencies",show_command,show_dependencies_code);
22010 @:show_dependencies_}{\&{showdependencies} primitive@>
22011
22012 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22013 case show_command: 
22014   switch (m) {
22015   case show_token_code:mp_print(mp, "showtoken"); break;
22016   case show_stats_code:mp_print(mp, "showstats"); break;
22017   case show_code:mp_print(mp, "show"); break;
22018   case show_var_code:mp_print(mp, "showvariable"); break;
22019   default: mp_print(mp, "showdependencies"); break;
22020   }
22021   break;
22022
22023 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22024 case show_command:mp_do_show_whatever(mp); break;
22025
22026 @ The value of |cur_mod| controls the |verbosity| in the |print_exp| routine:
22027 if it's |show_code|, complicated structures are abbreviated, otherwise
22028 they aren't.
22029
22030 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22031 void mp_do_show (MP mp) ;
22032
22033 @ @c void mp_do_show (MP mp) { 
22034   do {  
22035     mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22036     mp_print_nl(mp, ">> ");
22037 @.>>@>
22038     mp_print_exp(mp, null,2); mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22039   } while (mp->cur_cmd==comma);
22040 }
22041
22042 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22043 void mp_disp_token (MP mp) ;
22044
22045 @ @c void mp_disp_token (MP mp) { 
22046   mp_print_nl(mp, "> ");
22047 @.>\relax@>
22048   if ( mp->cur_sym==0 ) {
22049     @<Show a numeric or string or capsule token@>;
22050   } else { 
22051     mp_print_text(mp->cur_sym); mp_print_char(mp, '=');
22052     if ( eq_type(mp->cur_sym)>=outer_tag ) mp_print(mp, "(outer) ");
22053     mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod);
22054     if ( mp->cur_cmd==defined_macro ) {
22055       mp_print_ln(mp); mp_show_macro(mp, mp->cur_mod,null,100000);
22056     } /* this avoids recursion between |show_macro| and |print_cmd_mod| */
22057 @^recursion@>
22058   }
22059 }
22060
22061 @ @<Show a numeric or string or capsule token@>=
22062
22063   if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) {
22064     mp_print_scaled(mp, mp->cur_mod);
22065   } else if ( mp->cur_cmd==capsule_token ) {
22066     mp->g_pointer=mp->cur_mod; mp_print_capsule(mp);
22067   } else  { 
22068     mp_print_char(mp, '"'); 
22069     mp_print_str(mp, mp->cur_mod); mp_print_char(mp, '"');
22070     delete_str_ref(mp->cur_mod);
22071   }
22072 }
22073
22074 @ The following cases of |print_cmd_mod| might arise in connection
22075 with |disp_token|, although they don't correspond to any
22076 primitive tokens.
22077
22078 @<Cases of |print_cmd_...@>=
22079 case left_delimiter:
22080 case right_delimiter: 
22081   if ( c==left_delimiter ) mp_print(mp, "left");
22082   else mp_print(mp, "right");
22083   mp_print(mp, " delimiter that matches "); 
22084   mp_print_text(m);
22085   break;
22086 case tag_token:
22087   if ( m==null ) mp_print(mp, "tag");
22088    else mp_print(mp, "variable");
22089    break;
22090 case defined_macro: 
22091    mp_print(mp, "macro:");
22092    break;
22093 case secondary_primary_macro:
22094 case tertiary_secondary_macro:
22095 case expression_tertiary_macro:
22096   mp_print_cmd_mod(mp, macro_def,c); 
22097   mp_print(mp, "'d macro:");
22098   mp_print_ln(mp); mp_show_token_list(mp, link(link(m)),null,1000,0);
22099   break;
22100 case repeat_loop:
22101   mp_print(mp, "[repeat the loop]");
22102   break;
22103 case internal_quantity:
22104   mp_print(mp, mp->int_name[m]);
22105   break;
22106
22107 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22108 void mp_do_show_token (MP mp) ;
22109
22110 @ @c void mp_do_show_token (MP mp) { 
22111   do {  
22112     get_t_next; mp_disp_token(mp);
22113     mp_get_x_next(mp);
22114   } while (mp->cur_cmd==comma);
22115 }
22116
22117 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22118 void mp_do_show_stats (MP mp) ;
22119
22120 @ @c void mp_do_show_stats (MP mp) { 
22121   mp_print_nl(mp, "Memory usage ");
22122 @.Memory usage...@>
22123   mp_print_int(mp, mp->var_used); mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->dyn_used);
22124   if ( false )
22125     mp_print(mp, "unknown");
22126   mp_print(mp, " ("); mp_print_int(mp, mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max-1);
22127   mp_print(mp, " still untouched)"); mp_print_ln(mp);
22128   mp_print_nl(mp, "String usage ");
22129   mp_print_int(mp, mp->strs_in_use-mp->init_str_use);
22130   mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->pool_in_use-mp->init_pool_ptr);
22131   if ( false )
22132     mp_print(mp, "unknown");
22133   mp_print(mp, " (");
22134   mp_print_int(mp, mp->max_strings-1-mp->strs_used_up); mp_print_char(mp, '&');
22135   mp_print_int(mp, mp->pool_size-mp->pool_ptr); 
22136   mp_print(mp, " now untouched)"); mp_print_ln(mp);
22137   mp_get_x_next(mp);
22138 }
22139
22140 @ Here's a recursive procedure that gives an abbreviated account
22141 of a variable, for use by |do_show_var|.
22142
22143 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22144 void mp_disp_var (MP mp,pointer p) ;
22145
22146 @ @c void mp_disp_var (MP mp,pointer p) {
22147   pointer q; /* traverses attributes and subscripts */
22148   int n; /* amount of macro text to show */
22149   if ( type(p)==mp_structured )  {
22150     @<Descend the structure@>;
22151   } else if ( type(p)>=mp_unsuffixed_macro ) {
22152     @<Display a variable macro@>;
22153   } else if ( type(p)!=undefined ){ 
22154     mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p); 
22155     mp_print_char(mp, '=');
22156     mp_print_exp(mp, p,0);
22157   }
22158 }
22159
22160 @ @<Descend the structure@>=
22161
22162   q=attr_head(p);
22163   do {  mp_disp_var(mp, q); q=link(q); } while (q!=end_attr);
22164   q=subscr_head(p);
22165   while ( name_type(q)==mp_subscr ) { 
22166     mp_disp_var(mp, q); q=link(q);
22167   }
22168 }
22169
22170 @ @<Display a variable macro@>=
22171
22172   mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p);
22173   if ( type(p)>mp_unsuffixed_macro ) 
22174     mp_print(mp, "@@#"); /* |suffixed_macro| */
22175   mp_print(mp, "=macro:");
22176   if ( (int)mp->file_offset>=mp->max_print_line-20 ) n=5;
22177   else n=mp->max_print_line-mp->file_offset-15;
22178   mp_show_macro(mp, value(p),null,n);
22179 }
22180
22181 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22182 void mp_do_show_var (MP mp) ;
22183
22184 @ @c void mp_do_show_var (MP mp) { 
22185   do {  
22186     get_t_next;
22187     if ( mp->cur_sym>0 ) if ( mp->cur_sym<=hash_end )
22188       if ( mp->cur_cmd==tag_token ) if ( mp->cur_mod!=null ) {
22189       mp_disp_var(mp, mp->cur_mod); goto DONE;
22190     }
22191    mp_disp_token(mp);
22192   DONE:
22193    mp_get_x_next(mp);
22194   } while (mp->cur_cmd==comma);
22195 }
22196
22197 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22198 void mp_do_show_dependencies (MP mp) ;
22199
22200 @ @c void mp_do_show_dependencies (MP mp) {
22201   pointer p; /* link that runs through all dependencies */
22202   p=link(dep_head);
22203   while ( p!=dep_head ) {
22204     if ( mp_interesting(mp, p) ) {
22205       mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p);
22206       if ( type(p)==mp_dependent ) mp_print_char(mp, '=');
22207       else mp_print(mp, " = "); /* extra spaces imply proto-dependency */
22208       mp_print_dependency(mp, dep_list(p),type(p));
22209     }
22210     p=dep_list(p);
22211     while ( info(p)!=null ) p=link(p);
22212     p=link(p);
22213   }
22214   mp_get_x_next(mp);
22215 }
22216
22217 @ Finally we are ready for the procedure that governs all of the
22218 show commands.
22219
22220 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22221 void mp_do_show_whatever (MP mp) ;
22222
22223 @ @c void mp_do_show_whatever (MP mp) { 
22224   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
22225   switch (mp->cur_mod) {
22226   case show_token_code:mp_do_show_token(mp); break;
22227   case show_stats_code:mp_do_show_stats(mp); break;
22228   case show_code:mp_do_show(mp); break;
22229   case show_var_code:mp_do_show_var(mp); break;
22230   case show_dependencies_code:mp_do_show_dependencies(mp); break;
22231   } /* there are no other cases */
22232   if ( mp->internal[mp_showstopping]>0 ){ 
22233     print_err("OK");
22234 @.OK@>
22235     if ( mp->interaction<mp_error_stop_mode ) { 
22236       help0; decr(mp->error_count);
22237     } else {
22238       help1("This isn't an error message; I'm just showing something.");
22239     }
22240     if ( mp->cur_cmd==semicolon ) mp_error(mp);
22241      else mp_put_get_error(mp);
22242   }
22243 }
22244
22245 @ The `\&{addto}' command needs the following additional primitives:
22246
22247 @d double_path_code 0 /* command modifier for `\&{doublepath}' */
22248 @d contour_code 1 /* command modifier for `\&{contour}' */
22249 @d also_code 2 /* command modifier for `\&{also}' */
22250
22251 @ Pre and postscripts need two new identifiers:
22252
22253 @d with_pre_script 11
22254 @d with_post_script 13
22255
22256 @<Put each...@>=
22257 mp_primitive(mp, "doublepath",thing_to_add,double_path_code);
22258 @:double_path_}{\&{doublepath} primitive@>
22259 mp_primitive(mp, "contour",thing_to_add,contour_code);
22260 @:contour_}{\&{contour} primitive@>
22261 mp_primitive(mp, "also",thing_to_add,also_code);
22262 @:also_}{\&{also} primitive@>
22263 mp_primitive(mp, "withpen",with_option,mp_pen_type);
22264 @:with_pen_}{\&{withpen} primitive@>
22265 mp_primitive(mp, "dashed",with_option,mp_picture_type);
22266 @:dashed_}{\&{dashed} primitive@>
22267 mp_primitive(mp, "withprescript",with_option,with_pre_script);
22268 @:with_pre_script_}{\&{withprescript} primitive@>
22269 mp_primitive(mp, "withpostscript",with_option,with_post_script);
22270 @:with_post_script_}{\&{withpostscript} primitive@>
22271 mp_primitive(mp, "withoutcolor",with_option,mp_no_model);
22272 @:with_color_}{\&{withoutcolor} primitive@>
22273 mp_primitive(mp, "withgreyscale",with_option,mp_grey_model);
22274 @:with_color_}{\&{withgreyscale} primitive@>
22275 mp_primitive(mp, "withcolor",with_option,mp_uninitialized_model);
22276 @:with_color_}{\&{withcolor} primitive@>
22277 /*  \&{withrgbcolor} is an alias for \&{withcolor} */
22278 mp_primitive(mp, "withrgbcolor",with_option,mp_rgb_model);
22279 @:with_color_}{\&{withrgbcolor} primitive@>
22280 mp_primitive(mp, "withcmykcolor",with_option,mp_cmyk_model);
22281 @:with_color_}{\&{withcmykcolor} primitive@>
22282
22283 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22284 case thing_to_add:
22285   if ( m==contour_code ) mp_print(mp, "contour");
22286   else if ( m==double_path_code ) mp_print(mp, "doublepath");
22287   else mp_print(mp, "also");
22288   break;
22289 case with_option:
22290   if ( m==mp_pen_type ) mp_print(mp, "withpen");
22291   else if ( m==with_pre_script ) mp_print(mp, "withprescript");
22292   else if ( m==with_post_script ) mp_print(mp, "withpostscript");
22293   else if ( m==mp_no_model ) mp_print(mp, "withoutcolor");
22294   else if ( m==mp_rgb_model ) mp_print(mp, "withrgbcolor");
22295   else if ( m==mp_uninitialized_model ) mp_print(mp, "withcolor");
22296   else if ( m==mp_cmyk_model ) mp_print(mp, "withcmykcolor");
22297   else if ( m==mp_grey_model ) mp_print(mp, "withgreyscale");
22298   else mp_print(mp, "dashed");
22299   break;
22300
22301 @ The |scan_with_list| procedure parses a $\langle$with list$\rangle$ and
22302 updates the list of graphical objects starting at |p|.  Each $\langle$with
22303 clause$\rangle$ updates all graphical objects whose |type| is compatible.
22304 Other objects are ignored.
22305
22306 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22307 void mp_scan_with_list (MP mp,pointer p) ;
22308
22309 @ @c void mp_scan_with_list (MP mp,pointer p) {
22310   small_number t; /* |cur_mod| of the |with_option| (should match |cur_type|) */
22311   pointer q; /* for list manipulation */
22312   int old_setting; /* saved |selector| setting */
22313   pointer k; /* for finding the near-last item in a list  */
22314   str_number s; /* for string cleanup after combining  */
22315   pointer cp,pp,dp,ap,bp;
22316     /* objects being updated; |void| initially; |null| to suppress update */
22317   cp=mp_void; pp=mp_void; dp=mp_void; ap=mp_void; bp=mp_void;
22318   k=0;
22319   while ( mp->cur_cmd==with_option ){ 
22320     t=mp->cur_mod;
22321     mp_get_x_next(mp);
22322     if ( t!=mp_no_model ) mp_scan_expression(mp);
22323     if (((t==with_pre_script)&&(mp->cur_type!=mp_string_type))||
22324      ((t==with_post_script)&&(mp->cur_type!=mp_string_type))||
22325      ((t==mp_uninitialized_model)&&
22326         ((mp->cur_type!=mp_cmykcolor_type)&&(mp->cur_type!=mp_color_type)
22327           &&(mp->cur_type!=mp_known)&&(mp->cur_type!=mp_boolean_type)))||
22328      ((t==mp_cmyk_model)&&(mp->cur_type!=mp_cmykcolor_type))||
22329      ((t==mp_rgb_model)&&(mp->cur_type!=mp_color_type))||
22330      ((t==mp_grey_model)&&(mp->cur_type!=mp_known))||
22331      ((t==mp_pen_type)&&(mp->cur_type!=t))||
22332      ((t==mp_picture_type)&&(mp->cur_type!=t)) ) {
22333       @<Complain about improper type@>;
22334     } else if ( t==mp_uninitialized_model ) {
22335       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22336       if ( cp!=null )
22337         @<Transfer a color from the current expression to object~|cp|@>;
22338       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22339     } else if ( t==mp_rgb_model ) {
22340       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22341       if ( cp!=null )
22342         @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>;
22343       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22344     } else if ( t==mp_cmyk_model ) {
22345       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22346       if ( cp!=null )
22347         @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>;
22348       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22349     } else if ( t==mp_grey_model ) {
22350       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22351       if ( cp!=null )
22352         @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>;
22353       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22354     } else if ( t==mp_no_model ) {
22355       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22356       if ( cp!=null )
22357         @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>;
22358     } else if ( t==mp_pen_type ) {
22359       if ( pp==mp_void ) @<Make |pp| an object in list~|p| that needs a pen@>;
22360       if ( pp!=null ) {
22361         if ( pen_p(pp)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(pp));
22362         pen_p(pp)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
22363       }
22364     } else if ( t==with_pre_script ) {
22365       if ( ap==mp_void )
22366         ap=p;
22367       while ( (ap!=null)&&(! has_color(ap)) )
22368          ap=link(ap);
22369       if ( ap!=null ) {
22370         if ( pre_script(ap)!=null ) { /*  build a new,combined string  */
22371           s=pre_script(ap);
22372           old_setting=mp->selector;
22373               mp->selector=new_string;
22374           str_room(length(pre_script(ap))+length(mp->cur_exp)+2);
22375               mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22376           append_char(13);  /* a forced \ps\ newline  */
22377           mp_print_str(mp, pre_script(ap));
22378           pre_script(ap)=mp_make_string(mp);
22379           delete_str_ref(s);
22380           mp->selector=old_setting;
22381         } else {
22382           pre_script(ap)=mp->cur_exp;
22383         }
22384         mp->cur_type=mp_vacuous;
22385       }
22386     } else if ( t==with_post_script ) {
22387       if ( bp==mp_void )
22388         k=p; 
22389       bp=k;
22390       while ( link(k)!=null ) {
22391         k=link(k);
22392         if ( has_color(k) ) bp=k;
22393       }
22394       if ( bp!=null ) {
22395          if ( post_script(bp)!=null ) {
22396            s=post_script(bp);
22397            old_setting=mp->selector;
22398                mp->selector=new_string;
22399            str_room(length(post_script(bp))+length(mp->cur_exp)+2);
22400            mp_print_str(mp, post_script(bp));
22401            append_char(13); /* a forced \ps\ newline  */
22402            mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22403            post_script(bp)=mp_make_string(mp);
22404            delete_str_ref(s);
22405            mp->selector=old_setting;
22406          } else {
22407            post_script(bp)=mp->cur_exp;
22408          }
22409          mp->cur_type=mp_vacuous;
22410        }
22411     } else { 
22412       if ( dp==mp_void ) 
22413         @<Make |dp| a stroked node in list~|p|@>;
22414       if ( dp!=null ) {
22415         if ( dash_p(dp)!=null ) delete_edge_ref(dash_p(dp));
22416         dash_p(dp)=mp_make_dashes(mp, mp->cur_exp);
22417         dash_scale(dp)=unity;
22418         mp->cur_type=mp_vacuous;
22419       }
22420     }
22421   }
22422   @<Copy the information from objects |cp|, |pp|, and |dp| into the rest
22423     of the list@>;
22424 };
22425
22426 @ @<Complain about improper type@>=
22427 { exp_err("Improper type");
22428 @.Improper type@>
22429 help2("Next time say `withpen <known pen expression>';")
22430   ("I'll ignore the bad `with' clause and look for another.");
22431 if ( t==with_pre_script )
22432   mp->help_line[1]="Next time say `withprescript <known string expression>';";
22433 else if ( t==with_post_script )
22434   mp->help_line[1]="Next time say `withpostscript <known string expression>';";
22435 else if ( t==mp_picture_type )
22436   mp->help_line[1]="Next time say `dashed <known picture expression>';";
22437 else if ( t==mp_uninitialized_model )
22438   mp->help_line[1]="Next time say `withcolor <known color expression>';";
22439 else if ( t==mp_rgb_model )
22440   mp->help_line[1]="Next time say `withrgbcolor <known color expression>';";
22441 else if ( t==mp_cmyk_model )
22442   mp->help_line[1]="Next time say `withcmykcolor <known cmykcolor expression>';";
22443 else if ( t==mp_grey_model )
22444   mp->help_line[1]="Next time say `withgreyscale <known numeric expression>';";;
22445 mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22446 }
22447
22448 @ Forcing the color to be between |0| and |unity| here guarantees that no
22449 picture will ever contain a color outside the legal range for \ps\ graphics.
22450
22451 @<Transfer a color from the current expression to object~|cp|@>=
22452 { if ( mp->cur_type==mp_color_type )
22453    @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>
22454 else if ( mp->cur_type==mp_cmykcolor_type )
22455    @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>
22456 else if ( mp->cur_type==mp_known )
22457    @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>
22458 else if ( mp->cur_exp==false_code )
22459    @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>;
22460 }
22461
22462 @ @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>=
22463 { q=value(mp->cur_exp);
22464 cyan_val(cp)=0;
22465 magenta_val(cp)=0;
22466 yellow_val(cp)=0;
22467 black_val(cp)=0;
22468 red_val(cp)=value(red_part_loc(q));
22469 green_val(cp)=value(green_part_loc(q));
22470 blue_val(cp)=value(blue_part_loc(q));
22471 color_model(cp)=mp_rgb_model;
22472 if ( red_val(cp)<0 ) red_val(cp)=0;
22473 if ( green_val(cp)<0 ) green_val(cp)=0;
22474 if ( blue_val(cp)<0 ) blue_val(cp)=0;
22475 if ( red_val(cp)>unity ) red_val(cp)=unity;
22476 if ( green_val(cp)>unity ) green_val(cp)=unity;
22477 if ( blue_val(cp)>unity ) blue_val(cp)=unity;
22478 }
22479
22480 @ @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>=
22481 { q=value(mp->cur_exp);
22482 cyan_val(cp)=value(cyan_part_loc(q));
22483 magenta_val(cp)=value(magenta_part_loc(q));
22484 yellow_val(cp)=value(yellow_part_loc(q));
22485 black_val(cp)=value(black_part_loc(q));
22486 color_model(cp)=mp_cmyk_model;
22487 if ( cyan_val(cp)<0 ) cyan_val(cp)=0;
22488 if ( magenta_val(cp)<0 ) magenta_val(cp)=0;
22489 if ( yellow_val(cp)<0 ) yellow_val(cp)=0;
22490 if ( black_val(cp)<0 ) black_val(cp)=0;
22491 if ( cyan_val(cp)>unity ) cyan_val(cp)=unity;
22492 if ( magenta_val(cp)>unity ) magenta_val(cp)=unity;
22493 if ( yellow_val(cp)>unity ) yellow_val(cp)=unity;
22494 if ( black_val(cp)>unity ) black_val(cp)=unity;
22495 }
22496
22497 @ @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>=
22498 { q=mp->cur_exp;
22499 cyan_val(cp)=0;
22500 magenta_val(cp)=0;
22501 yellow_val(cp)=0;
22502 black_val(cp)=0;
22503 grey_val(cp)=q;
22504 color_model(cp)=mp_grey_model;
22505 if ( grey_val(cp)<0 ) grey_val(cp)=0;
22506 if ( grey_val(cp)>unity ) grey_val(cp)=unity;
22507 }
22508
22509 @ @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>=
22510 {
22511 cyan_val(cp)=0;
22512 magenta_val(cp)=0;
22513 yellow_val(cp)=0;
22514 black_val(cp)=0;
22515 grey_val(cp)=0;
22516 color_model(cp)=mp_no_model;
22517 }
22518
22519 @ @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>=
22520 { cp=p;
22521   while ( cp!=null ){ 
22522     if ( has_color(cp) ) break;
22523     cp=link(cp);
22524   }
22525 }
22526
22527 @ @<Make |pp| an object in list~|p| that needs a pen@>=
22528 { pp=p;
22529   while ( pp!=null ) {
22530     if ( has_pen(pp) ) break;
22531     pp=link(pp);
22532   }
22533 }
22534
22535 @ @<Make |dp| a stroked node in list~|p|@>=
22536 { dp=p;
22537   while ( dp!=null ) {
22538     if ( type(dp)==mp_stroked_code ) break;
22539     dp=link(dp);
22540   }
22541 }
22542
22543 @ @<Copy the information from objects |cp|, |pp|, and |dp| into...@>=
22544 @<Copy |cp|'s color into the colored objects linked to~|cp|@>;
22545 if ( pp>mp_void )
22546   @<Copy |pen_p(pp)| into stroked and filled nodes linked to |pp|@>;
22547 if ( dp>mp_void ) @<Make stroked nodes linked to |dp| refer to |dash_p(dp)|@>
22548
22549 @ @<Copy |cp|'s color into the colored objects linked to~|cp|@>=
22550 { q=link(cp);
22551   while ( q!=null ) { 
22552     if ( has_color(q) ) {
22553       red_val(q)=red_val(cp);
22554       green_val(q)=green_val(cp);
22555       blue_val(q)=blue_val(cp);
22556       black_val(q)=black_val(cp);
22557       color_model(q)=color_model(cp);
22558     }
22559     q=link(q);
22560   }
22561 }
22562
22563 @ @<Copy |pen_p(pp)| into stroked and filled nodes linked to |pp|@>=
22564 { q=link(pp);
22565   while ( q!=null ) {
22566     if ( has_pen(q) ) {
22567       if ( pen_p(q)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(q));
22568       pen_p(q)=copy_pen(pen_p(pp));
22569     }
22570     q=link(q);
22571   }
22572 }
22573
22574 @ @<Make stroked nodes linked to |dp| refer to |dash_p(dp)|@>=
22575 { q=link(dp);
22576   while ( q!=null ) {
22577     if ( type(q)==mp_stroked_code ) {
22578       if ( dash_p(q)!=null ) delete_edge_ref(dash_p(q));
22579       dash_p(q)=dash_p(dp);
22580       dash_scale(q)=unity;
22581       if ( dash_p(q)!=null ) add_edge_ref(dash_p(q));
22582     }
22583     q=link(q);
22584   }
22585 }
22586
22587 @ One of the things we need to do when we've parsed an \&{addto} or
22588 similar command is find the header of a supposed \&{picture} variable, given
22589 a token list for that variable.  Since the edge structure is about to be
22590 updated, we use |private_edges| to make sure that this is possible.
22591
22592 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22593 pointer mp_find_edges_var (MP mp, pointer t) ;
22594
22595 @ @c pointer mp_find_edges_var (MP mp, pointer t) {
22596   pointer p;
22597   pointer cur_edges; /* the return value */
22598   p=mp_find_variable(mp, t); cur_edges=null;
22599   if ( p==null ) { 
22600     mp_obliterated(mp, t); mp_put_get_error(mp);
22601   } else if ( type(p)!=mp_picture_type )  { 
22602     print_err("Variable "); mp_show_token_list(mp, t,null,1000,0);
22603 @.Variable x is the wrong type@>
22604     mp_print(mp, " is the wrong type ("); 
22605     mp_print_type(mp, type(p)); mp_print_char(mp, ')');
22606     help2("I was looking for a \"known\" picture variable.")
22607          ("So I'll not change anything just now."); 
22608     mp_put_get_error(mp);
22609   } else { 
22610     value(p)=mp_private_edges(mp, value(p));
22611     cur_edges=value(p);
22612   }
22613   mp_flush_node_list(mp, t);
22614   return cur_edges;
22615 };
22616
22617 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22618 case add_to_command: mp_do_add_to(mp); break;
22619 case bounds_command:mp_do_bounds(mp); break;
22620
22621 @ @<Put each...@>=
22622 mp_primitive(mp, "clip",bounds_command,mp_start_clip_code);
22623 @:clip_}{\&{clip} primitive@>
22624 mp_primitive(mp, "setbounds",bounds_command,mp_start_bounds_code);
22625 @:set_bounds_}{\&{setbounds} primitive@>
22626
22627 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22628 case bounds_command: 
22629   if ( m==mp_start_clip_code ) mp_print(mp, "clip");
22630   else mp_print(mp, "setbounds");
22631   break;
22632
22633 @ The following function parses the beginning of an \&{addto} or \&{clip}
22634 command: it expects a variable name followed by a token with |cur_cmd=sep|
22635 and then an expression.  The function returns the token list for the variable
22636 and stores the command modifier for the separator token in the global variable
22637 |last_add_type|.  We must be careful because this variable might get overwritten
22638 any time we call |get_x_next|.
22639
22640 @<Glob...@>=
22641 quarterword last_add_type;
22642   /* command modifier that identifies the last \&{addto} command */
22643
22644 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22645 pointer mp_start_draw_cmd (MP mp,quarterword sep) ;
22646
22647 @ @c pointer mp_start_draw_cmd (MP mp,quarterword sep) {
22648   pointer lhv; /* variable to add to left */
22649   quarterword add_type=0; /* value to be returned in |last_add_type| */
22650   lhv=null;
22651   mp_get_x_next(mp); mp->var_flag=sep; mp_scan_primary(mp);
22652   if ( mp->cur_type!=mp_token_list ) {
22653     @<Abandon edges command because there's no variable@>;
22654   } else  { 
22655     lhv=mp->cur_exp; add_type=mp->cur_mod;
22656     mp->cur_type=mp_vacuous; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22657   }
22658   mp->last_add_type=add_type;
22659   return lhv;
22660 }
22661
22662 @ @<Abandon edges command because there's no variable@>=
22663 { exp_err("Not a suitable variable");
22664 @.Not a suitable variable@>
22665   help4("At this point I needed to see the name of a picture variable.")
22666     ("(Or perhaps you have indeed presented me with one; I might")
22667     ("have missed it, if it wasn't followed by the proper token.)")
22668     ("So I'll not change anything just now.");
22669   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22670 }
22671
22672 @ Here is an example of how to use |start_draw_cmd|.
22673
22674 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22675 void mp_do_bounds (MP mp) ;
22676
22677 @ @c void mp_do_bounds (MP mp) {
22678   pointer lhv,lhe; /* variable on left, the corresponding edge structure */
22679   pointer p; /* for list manipulation */
22680   integer m; /* initial value of |cur_mod| */
22681   m=mp->cur_mod;
22682   lhv=mp_start_draw_cmd(mp, to_token);
22683   if ( lhv!=null ) {
22684     lhe=mp_find_edges_var(mp, lhv);
22685     if ( lhe==null ) {
22686       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22687     } else if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) {
22688       exp_err("Improper `clip'");
22689 @.Improper `addto'@>
22690       help2("This expression should have specified a known path.")
22691         ("So I'll not change anything just now."); 
22692       mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22693     } else if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
22694       @<Complain about a non-cycle@>;
22695     } else {
22696       @<Make |cur_exp| into a \&{setbounds} or clipping path and add it to |lhe|@>;
22697     }
22698   }
22699 }
22700
22701 @ @<Complain about a non-cycle@>=
22702 { print_err("Not a cycle");
22703 @.Not a cycle@>
22704   help2("That contour should have ended with `..cycle' or `&cycle'.")
22705     ("So I'll not change anything just now."); mp_put_get_error(mp);
22706 }
22707
22708 @ @<Make |cur_exp| into a \&{setbounds} or clipping path and add...@>=
22709 { p=mp_new_bounds_node(mp, mp->cur_exp,m);
22710   link(p)=link(dummy_loc(lhe));
22711   link(dummy_loc(lhe))=p;
22712   if ( obj_tail(lhe)==dummy_loc(lhe) ) obj_tail(lhe)=p;
22713   p=mp_get_node(mp, mp->gr_object_size[stop_type(m)]);
22714   type(p)=stop_type(m);
22715   link(obj_tail(lhe))=p;
22716   obj_tail(lhe)=p;
22717   mp_init_bbox(mp, lhe);
22718 }
22719
22720 @ The |do_add_to| procedure is a little like |do_clip| but there are a lot more
22721 cases to deal with.
22722
22723 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22724 void mp_do_add_to (MP mp) ;
22725
22726 @ @c void mp_do_add_to (MP mp) {
22727   pointer lhv,lhe; /* variable on left, the corresponding edge structure */
22728   pointer p; /* the graphical object or list for |scan_with_list| to update */
22729   pointer e; /* an edge structure to be merged */
22730   quarterword add_type; /* |also_code|, |contour_code|, or |double_path_code| */
22731   lhv=mp_start_draw_cmd(mp, thing_to_add); add_type=mp->last_add_type;
22732   if ( lhv!=null ) {
22733     if ( add_type==also_code ) {
22734       @<Make sure the current expression is a suitable picture and set |e| and |p|
22735        appropriately@>;
22736     } else {
22737       @<Create a graphical object |p| based on |add_type| and the current
22738         expression@>;
22739     }
22740     mp_scan_with_list(mp, p);
22741     @<Use |p|, |e|, and |add_type| to augment |lhv| as requested@>;
22742   }
22743 }
22744
22745 @ Setting |p:=null| causes the $\langle$with list$\rangle$ to be ignored;
22746 setting |e:=null| prevents anything from being added to |lhe|.
22747
22748 @ @<Make sure the current expression is a suitable picture and set |e|...@>=
22749
22750   p=null; e=null;
22751   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
22752     exp_err("Improper `addto'");
22753 @.Improper `addto'@>
22754     help2("This expression should have specified a known picture.")
22755       ("So I'll not change anything just now."); mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22756   } else { 
22757     e=mp_private_edges(mp, mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_vacuous;
22758     p=link(dummy_loc(e));
22759   }
22760 }
22761
22762 @ In this case |add_type<>also_code| so setting |p:=null| suppresses future
22763 attempts to add to the edge structure.
22764
22765 @<Create a graphical object |p| based on |add_type| and the current...@>=
22766 { e=null; p=null;
22767   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
22768   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) {
22769     exp_err("Improper `addto'");
22770 @.Improper `addto'@>
22771     help2("This expression should have specified a known path.")
22772       ("So I'll not change anything just now."); 
22773     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22774   } else if ( add_type==contour_code ) {
22775     if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
22776       @<Complain about a non-cycle@>;
22777     } else { 
22778       p=mp_new_fill_node(mp, mp->cur_exp);
22779       mp->cur_type=mp_vacuous;
22780     }
22781   } else { 
22782     p=mp_new_stroked_node(mp, mp->cur_exp);
22783     mp->cur_type=mp_vacuous;
22784   }
22785 }
22786
22787 @ @<Use |p|, |e|, and |add_type| to augment |lhv| as requested@>=
22788 lhe=mp_find_edges_var(mp, lhv);
22789 if ( lhe==null ) {
22790   if ( (e==null)&&(p!=null) ) e=mp_toss_gr_object(mp, p);
22791   if ( e!=null ) delete_edge_ref(e);
22792 } else if ( add_type==also_code ) {
22793   if ( e!=null ) {
22794     @<Merge |e| into |lhe| and delete |e|@>;
22795   } else { 
22796     do_nothing;
22797   }
22798 } else if ( p!=null ) {
22799   link(obj_tail(lhe))=p;
22800   obj_tail(lhe)=p;
22801   if ( add_type==double_path_code )
22802     if ( pen_p(p)==null ) 
22803       pen_p(p)=mp_get_pen_circle(mp, 0);
22804 }
22805
22806 @ @<Merge |e| into |lhe| and delete |e|@>=
22807 { if ( link(dummy_loc(e))!=null ) {
22808     link(obj_tail(lhe))=link(dummy_loc(e));
22809     obj_tail(lhe)=obj_tail(e);
22810     obj_tail(e)=dummy_loc(e);
22811     link(dummy_loc(e))=null;
22812     mp_flush_dash_list(mp, lhe);
22813   }
22814   mp_toss_edges(mp, e);
22815 }
22816
22817 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22818 case ship_out_command: mp_do_ship_out(mp); break;
22819
22820 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22821 @<Declare the function called |tfm_check|@>;
22822 @<Declare the \ps\ output procedures@>;
22823 void mp_do_ship_out (MP mp) ;
22824
22825 @ @c void mp_do_ship_out (MP mp) {
22826   integer c; /* the character code */
22827   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22828   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
22829     @<Complain that it's not a known picture@>;
22830   } else { 
22831     c=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_char_code]) % 256;
22832     if ( c<0 ) c=c+256;
22833     @<Store the width information for character code~|c|@>;
22834     mp_ship_out(mp, mp->cur_exp);
22835     mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22836   }
22837 }
22838
22839 @ @<Complain that it's not a known picture@>=
22840
22841   exp_err("Not a known picture");
22842   help1("I can only output known pictures.");
22843   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22844 }
22845
22846 @ The \&{everyjob} command simply assigns a nonzero value to the global variable
22847 |start_sym|.
22848
22849 @<Cases of |do_statement|...@>=
22850 case every_job_command: 
22851   mp_get_symbol(mp); mp->start_sym=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
22852   break;
22853
22854 @ @<Glob...@>=
22855 halfword start_sym; /* a symbolic token to insert at beginning of job */
22856
22857 @ @<Set init...@>=
22858 mp->start_sym=0;
22859
22860 @ Finally, we have only the ``message'' commands remaining.
22861
22862 @d message_code 0
22863 @d err_message_code 1
22864 @d err_help_code 2
22865 @d filename_template_code 3
22866 @d print_with_leading_zeroes(A)  g = mp->pool_ptr;
22867               mp_print_int(mp, (A)); g = mp->pool_ptr-g;
22868               if ( f>g ) {
22869                 mp->pool_ptr = mp->pool_ptr - g;
22870                 while ( f>g ) {
22871                   mp_print_char(mp, '0');
22872                   decr(f);
22873                   };
22874                 mp_print_int(mp, (A));
22875               };
22876               f = 0
22877
22878 @<Put each...@>=
22879 mp_primitive(mp, "message",message_command,message_code);
22880 @:message_}{\&{message} primitive@>
22881 mp_primitive(mp, "errmessage",message_command,err_message_code);
22882 @:err_message_}{\&{errmessage} primitive@>
22883 mp_primitive(mp, "errhelp",message_command,err_help_code);
22884 @:err_help_}{\&{errhelp} primitive@>
22885 mp_primitive(mp, "filenametemplate",message_command,filename_template_code);
22886 @:filename_template_}{\&{filenametemplate} primitive@>
22887
22888 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22889 case message_command: 
22890   if ( m<err_message_code ) mp_print(mp, "message");
22891   else if ( m==err_message_code ) mp_print(mp, "errmessage");
22892   else if ( m==filename_template_code ) mp_print(mp, "filenametemplate");
22893   else mp_print(mp, "errhelp");
22894   break;
22895
22896 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22897 case message_command: mp_do_message(mp); break;
22898
22899 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22900 @<Declare a procedure called |no_string_err|@>;
22901 void mp_do_message (MP mp) ;
22902
22903
22904 @c void mp_do_message (MP mp) {
22905   int m; /* the type of message */
22906   m=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22907   if ( mp->cur_type!=mp_string_type )
22908     mp_no_string_err(mp, "A message should be a known string expression.");
22909   else {
22910     switch (m) {
22911     case message_code: 
22912       mp_print_nl(mp, ""); mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22913       break;
22914     case err_message_code:
22915       @<Print string |cur_exp| as an error message@>;
22916       break;
22917     case err_help_code:
22918       @<Save string |cur_exp| as the |err_help|@>;
22919       break;
22920     case filename_template_code:
22921       @<Save the filename template@>;
22922       break;
22923     } /* there are no other cases */
22924   }
22925   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22926 }
22927
22928 @ @<Declare a procedure called |no_string_err|@>=
22929 void mp_no_string_err (MP mp,char *s) { 
22930    exp_err("Not a string");
22931 @.Not a string@>
22932   help1(s);
22933   mp_put_get_error(mp);
22934 }
22935
22936 @ The global variable |err_help| is zero when the user has most recently
22937 given an empty help string, or if none has ever been given.
22938
22939 @<Save string |cur_exp| as the |err_help|@>=
22940
22941   if ( mp->err_help!=0 ) delete_str_ref(mp->err_help);
22942   if ( length(mp->cur_exp)==0 ) mp->err_help=0;
22943   else  { mp->err_help=mp->cur_exp; add_str_ref(mp->err_help); }
22944 }
22945
22946 @ If \&{errmessage} occurs often in |mp_scroll_mode|, without user-defined
22947 \&{errhelp}, we don't want to give a long help message each time. So we
22948 give a verbose explanation only once.
22949
22950 @<Glob...@>=
22951 boolean long_help_seen; /* has the long \.{\\errmessage} help been used? */
22952
22953 @ @<Set init...@>=mp->long_help_seen=false;
22954
22955 @ @<Print string |cur_exp| as an error message@>=
22956
22957   print_err(""); mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22958   if ( mp->err_help!=0 ) {
22959     mp->use_err_help=true;
22960   } else if ( mp->long_help_seen ) { 
22961     help1("(That was another `errmessage'.)") ; 
22962   } else  { 
22963    if ( mp->interaction<mp_error_stop_mode ) mp->long_help_seen=true;
22964     help4("This error message was generated by an `errmessage'")
22965      ("command, so I can\'t give any explicit help.")
22966      ("Pretend that you're Miss Marple: Examine all clues,")
22967 @^Marple, Jane@>
22968      ("and deduce the truth by inspired guesses.");
22969   }
22970   mp_put_get_error(mp); mp->use_err_help=false;
22971 }
22972
22973 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22974 case write_command: mp_do_write(mp); break;
22975
22976 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22977 void mp_do_write (MP mp) ;
22978
22979 @ @c void mp_do_write (MP mp) {
22980   str_number t; /* the line of text to be written */
22981   write_index n,n0; /* for searching |wr_fname| and |wr_file| arrays */
22982   int old_setting; /* for saving |selector| during output */
22983   mp_get_x_next(mp);
22984   mp_scan_expression(mp);
22985   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
22986     mp_no_string_err(mp, "The text to be written should be a known string expression");
22987   } else if ( mp->cur_cmd!=to_token ) { 
22988     print_err("Missing `to' clause");
22989     help1("A write command should end with `to <filename>'");
22990     mp_put_get_error(mp);
22991   } else { 
22992     t=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
22993     mp_get_x_next(mp);
22994     mp_scan_expression(mp);
22995     if ( mp->cur_type!=mp_string_type )
22996       mp_no_string_err(mp, "I can\'t write to that file name.  It isn't a known string");
22997     else {
22998       @<Write |t| to the file named by |cur_exp|@>;
22999     }
23000     delete_str_ref(t);
23001   }
23002   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
23003 }
23004
23005 @ @<Write |t| to the file named by |cur_exp|@>=
23006
23007   @<Find |n| where |wr_fname[n]=cur_exp| and call |open_write_file| if
23008     |cur_exp| must be inserted@>;
23009   if ( mp_str_vs_str(mp, t,mp->eof_line)==0 ) {
23010     @<Record the end of file on |wr_file[n]|@>;
23011   } else { 
23012     old_setting=mp->selector;
23013     mp->selector=n+write_file;
23014     mp_print_str(mp, t); mp_print_ln(mp);
23015     mp->selector = old_setting;
23016   }
23017 }
23018
23019 @ @<Find |n| where |wr_fname[n]=cur_exp| and call |open_write_file| if...@>=
23020 {
23021   char *fn = str(mp->cur_exp);
23022   n=mp->write_files;
23023   n0=mp->write_files;
23024   while (mp_xstrcmp(fn,mp->wr_fname[n])!=0) { 
23025     if ( n==0 ) { /* bottom reached */
23026           if ( n0==mp->write_files ) {
23027         if ( mp->write_files<mp->max_write_files ) {
23028           incr(mp->write_files);
23029         } else {
23030           FILE **wr_file;
23031           char **wr_fname;
23032               write_index l,k;
23033           l = mp->max_write_files + (mp->max_write_files>>2);
23034           wr_file = xmalloc((l+1),sizeof(FILE *));
23035           wr_fname = xmalloc((l+1),sizeof(char *));
23036               for (k=0;k<=l;k++) {
23037             if (k<=mp->max_write_files) {
23038                   wr_file[k]=mp->wr_file[k]; 
23039               wr_fname[k]=mp->wr_fname[k];
23040             } else {
23041                   wr_file[k]=0; 
23042               wr_fname[k]=NULL;
23043             }
23044           }
23045               xfree(mp->wr_file); xfree(mp->wr_fname);
23046           mp->max_write_files = l;
23047           mp->wr_file = wr_file;
23048           mp->wr_fname = wr_fname;
23049         }
23050       }
23051       n=n0;
23052       mp_open_write_file(mp, fn ,n);
23053     } else { 
23054       decr(n);
23055           if ( mp->wr_fname[n]==NULL )  n0=n; 
23056     }
23057   }
23058 }
23059
23060 @ @<Record the end of file on |wr_file[n]|@>=
23061 { fclose(mp->wr_file[n]);
23062   xfree(mp->wr_fname[n]);
23063   mp->wr_fname[n]=NULL;
23064   if ( n==mp->write_files-1 ) mp->write_files=n;
23065 }
23066
23067
23068 @* \[42] Writing font metric data.
23069 \TeX\ gets its knowledge about fonts from font metric files, also called
23070 \.{TFM} files; the `\.T' in `\.{TFM}' stands for \TeX,
23071 but other programs know about them too. One of \MP's duties is to
23072 write \.{TFM} files so that the user's fonts can readily be
23073 applied to typesetting.
23074 @:TFM files}{\.{TFM} files@>
23075 @^font metric files@>
23076
23077 The information in a \.{TFM} file appears in a sequence of 8-bit bytes.
23078 Since the number of bytes is always a multiple of~4, we could
23079 also regard the file as a sequence of 32-bit words, but \MP\ uses the
23080 byte interpretation. The format of \.{TFM} files was designed by
23081 Lyle Ramshaw in 1980. The intent is to convey a lot of different kinds
23082 @^Ramshaw, Lyle Harold@>
23083 of information in a compact but useful form.
23084
23085 @<Glob...@>=
23086 FILE * tfm_file; /* the font metric output goes here */
23087 char * metric_file_name; /* full name of the font metric file */
23088
23089 @ The first 24 bytes (6 words) of a \.{TFM} file contain twelve 16-bit
23090 integers that give the lengths of the various subsequent portions
23091 of the file. These twelve integers are, in order:
23092 $$\vbox{\halign{\hfil#&$\null=\null$#\hfil\cr
23093 |lf|&length of the entire file, in words;\cr
23094 |lh|&length of the header data, in words;\cr
23095 |bc|&smallest character code in the font;\cr
23096 |ec|&largest character code in the font;\cr
23097 |nw|&number of words in the width table;\cr
23098 |nh|&number of words in the height table;\cr
23099 |nd|&number of words in the depth table;\cr
23100 |ni|&number of words in the italic correction table;\cr
23101 |nl|&number of words in the lig/kern table;\cr
23102 |nk|&number of words in the kern table;\cr
23103 |ne|&number of words in the extensible character table;\cr
23104 |np|&number of font parameter words.\cr}}$$
23105 They are all nonnegative and less than $2^{15}$. We must have |bc-1<=ec<=255|,
23106 |ne<=256|, and
23107 $$\hbox{|lf=6+lh+(ec-bc+1)+nw+nh+nd+ni+nl+nk+ne+np|.}$$
23108 Note that a font may contain as many as 256 characters (if |bc=0| and |ec=255|),
23109 and as few as 0 characters (if |bc=ec+1|).
23110
23111 Incidentally, when two or more 8-bit bytes are combined to form an integer of
23112 16 or more bits, the most significant bytes appear first in the file.
23113 This is called BigEndian order.
23114 @^BigEndian order@>
23115
23116 @ The rest of the \.{TFM} file may be regarded as a sequence of ten data
23117 arrays.
23118
23119 The most important data type used here is a |fix_word|, which is
23120 a 32-bit representation of a binary fraction. A |fix_word| is a signed
23121 quantity, with the two's complement of the entire word used to represent
23122 negation. Of the 32 bits in a |fix_word|, exactly 12 are to the left of the
23123 binary point; thus, the largest |fix_word| value is $2048-2^{-20}$, and
23124 the smallest is $-2048$. We will see below, however, that all but two of
23125 the |fix_word| values must lie between $-16$ and $+16$.
23126
23127 @ The first data array is a block of header information, which contains
23128 general facts about the font. The header must contain at least two words,
23129 |header[0]| and |header[1]|, whose meaning is explained below.  Additional
23130 header information of use to other software routines might also be
23131 included, and \MP\ will generate it if the \.{headerbyte} command occurs.
23132 For example, 16 more words of header information are in use at the Xerox
23133 Palo Alto Research Center; the first ten specify the character coding
23134 scheme used (e.g., `\.{XEROX TEXT}' or `\.{TEX MATHSY}'), the next five
23135 give the font family name (e.g., `\.{HELVETICA}' or `\.{CMSY}'), and the
23136 last gives the ``face byte.''
23137
23138 \yskip\hang|header[0]| is a 32-bit check sum that \MP\ will copy into
23139 the \.{GF} output file. This helps ensure consistency between files,
23140 since \TeX\ records the check sums from the \.{TFM}'s it reads, and these
23141 should match the check sums on actual fonts that are used.  The actual
23142 relation between this check sum and the rest of the \.{TFM} file is not
23143 important; the check sum is simply an identification number with the
23144 property that incompatible fonts almost always have distinct check sums.
23145 @^check sum@>
23146
23147 \yskip\hang|header[1]| is a |fix_word| containing the design size of the
23148 font, in units of \TeX\ points. This number must be at least 1.0; it is
23149 fairly arbitrary, but usually the design size is 10.0 for a ``10 point''
23150 font, i.e., a font that was designed to look best at a 10-point size,
23151 whatever that really means. When a \TeX\ user asks for a font `\.{at}
23152 $\delta$ \.{pt}', the effect is to override the design size and replace it
23153 by $\delta$, and to multiply the $x$ and~$y$ coordinates of the points in
23154 the font image by a factor of $\delta$ divided by the design size.  {\sl
23155 All other dimensions in the\/ \.{TFM} file are |fix_word|\kern-1pt\
23156 numbers in design-size units.} Thus, for example, the value of |param[6]|,
23157 which defines the \.{em} unit, is often the |fix_word| value $2^{20}=1.0$,
23158 since many fonts have a design size equal to one em.  The other dimensions
23159 must be less than 16 design-size units in absolute value; thus,
23160 |header[1]| and |param[1]| are the only |fix_word| entries in the whole
23161 \.{TFM} file whose first byte might be something besides 0 or 255.
23162
23163 @ Next comes the |char_info| array, which contains one |char_info_word|
23164 per character. Each word in this part of the file contains six fields
23165 packed into four bytes as follows.
23166
23167 \yskip\hang first byte: |width_index| (8 bits)\par
23168 \hang second byte: |height_index| (4 bits) times 16, plus |depth_index|
23169   (4~bits)\par
23170 \hang third byte: |italic_index| (6 bits) times 4, plus |tag|
23171   (2~bits)\par
23172 \hang fourth byte: |remainder| (8 bits)\par
23173 \yskip\noindent
23174 The actual width of a character is \\{width}|[width_index]|, in design-size
23175 units; this is a device for compressing information, since many characters
23176 have the same width. Since it is quite common for many characters
23177 to have the same height, depth, or italic correction, the \.{TFM} format
23178 imposes a limit of 16 different heights, 16 different depths, and
23179 64 different italic corrections.
23180
23181 Incidentally, the relation $\\{width}[0]=\\{height}[0]=\\{depth}[0]=
23182 \\{italic}[0]=0$ should always hold, so that an index of zero implies a
23183 value of zero.  The |width_index| should never be zero unless the
23184 character does not exist in the font, since a character is valid if and
23185 only if it lies between |bc| and |ec| and has a nonzero |width_index|.
23186
23187 @ The |tag| field in a |char_info_word| has four values that explain how to
23188 interpret the |remainder| field.
23189
23190 \yskip\hang|tag=0| (|no_tag|) means that |remainder| is unused.\par
23191 \hang|tag=1| (|lig_tag|) means that this character has a ligature/kerning
23192 program starting at location |remainder| in the |lig_kern| array.\par
23193 \hang|tag=2| (|list_tag|) means that this character is part of a chain of
23194 characters of ascending sizes, and not the largest in the chain.  The
23195 |remainder| field gives the character code of the next larger character.\par
23196 \hang|tag=3| (|ext_tag|) means that this character code represents an
23197 extensible character, i.e., a character that is built up of smaller pieces
23198 so that it can be made arbitrarily large. The pieces are specified in
23199 |exten[remainder]|.\par
23200 \yskip\noindent
23201 Characters with |tag=2| and |tag=3| are treated as characters with |tag=0|
23202 unless they are used in special circumstances in math formulas. For example,
23203 \TeX's \.{\\sum} operation looks for a |list_tag|, and the \.{\\left}
23204 operation looks for both |list_tag| and |ext_tag|.
23205
23206 @d no_tag 0 /* vanilla character */
23207 @d lig_tag 1 /* character has a ligature/kerning program */
23208 @d list_tag 2 /* character has a successor in a charlist */
23209 @d ext_tag 3 /* character is extensible */
23210
23211 @ The |lig_kern| array contains instructions in a simple programming language
23212 that explains what to do for special letter pairs. Each word in this array is a
23213 |lig_kern_command| of four bytes.
23214
23215 \yskip\hang first byte: |skip_byte|, indicates that this is the final program
23216   step if the byte is 128 or more, otherwise the next step is obtained by
23217   skipping this number of intervening steps.\par
23218 \hang second byte: |next_char|, ``if |next_char| follows the current character,
23219   then perform the operation and stop, otherwise continue.''\par
23220 \hang third byte: |op_byte|, indicates a ligature step if less than~128,
23221   a kern step otherwise.\par
23222 \hang fourth byte: |remainder|.\par
23223 \yskip\noindent
23224 In a kern step, an
23225 additional space equal to |kern[256*(op_byte-128)+remainder]| is inserted
23226 between the current character and |next_char|. This amount is
23227 often negative, so that the characters are brought closer together
23228 by kerning; but it might be positive.
23229
23230 There are eight kinds of ligature steps, having |op_byte| codes $4a+2b+c$ where
23231 $0\le a\le b+c$ and $0\le b,c\le1$. The character whose code is
23232 |remainder| is inserted between the current character and |next_char|;
23233 then the current character is deleted if $b=0$, and |next_char| is
23234 deleted if $c=0$; then we pass over $a$~characters to reach the next
23235 current character (which may have a ligature/kerning program of its own).
23236
23237 If the very first instruction of the |lig_kern| array has |skip_byte=255|,
23238 the |next_char| byte is the so-called right boundary character of this font;
23239 the value of |next_char| need not lie between |bc| and~|ec|.
23240 If the very last instruction of the |lig_kern| array has |skip_byte=255|,
23241 there is a special ligature/kerning program for a left boundary character,
23242 beginning at location |256*op_byte+remainder|.
23243 The interpretation is that \TeX\ puts implicit boundary characters
23244 before and after each consecutive string of characters from the same font.
23245 These implicit characters do not appear in the output, but they can affect
23246 ligatures and kerning.
23247
23248 If the very first instruction of a character's |lig_kern| program has
23249 |skip_byte>128|, the program actually begins in location
23250 |256*op_byte+remainder|. This feature allows access to large |lig_kern|
23251 arrays, because the first instruction must otherwise
23252 appear in a location |<=255|.
23253
23254 Any instruction with |skip_byte>128| in the |lig_kern| array must satisfy
23255 the condition
23256 $$\hbox{|256*op_byte+remainder<nl|.}$$
23257 If such an instruction is encountered during
23258 normal program execution, it denotes an unconditional halt; no ligature
23259 command is performed.
23260
23261 @d stop_flag (128)
23262   /* value indicating `\.{STOP}' in a lig/kern program */
23263 @d kern_flag (128) /* op code for a kern step */
23264 @d skip_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b0
23265 @d next_char(A) mp->lig_kern[(A)].b1
23266 @d op_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b2
23267 @d rem_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b3
23268
23269 @ Extensible characters are specified by an |extensible_recipe|, which
23270 consists of four bytes called |top|, |mid|, |bot|, and |rep| (in this
23271 order). These bytes are the character codes of individual pieces used to
23272 build up a large symbol.  If |top|, |mid|, or |bot| are zero, they are not
23273 present in the built-up result. For example, an extensible vertical line is
23274 like an extensible bracket, except that the top and bottom pieces are missing.
23275
23276 Let $T$, $M$, $B$, and $R$ denote the respective pieces, or an empty box
23277 if the piece isn't present. Then the extensible characters have the form
23278 $TR^kMR^kB$ from top to bottom, for some |k>=0|, unless $M$ is absent;
23279 in the latter case we can have $TR^kB$ for both even and odd values of~|k|.
23280 The width of the extensible character is the width of $R$; and the
23281 height-plus-depth is the sum of the individual height-plus-depths of the
23282 components used, since the pieces are butted together in a vertical list.
23283
23284 @d ext_top(A) mp->exten[(A)].b0 /* |top| piece in a recipe */
23285 @d ext_mid(A) mp->exten[(A)].b1 /* |mid| piece in a recipe */
23286 @d ext_bot(A) mp->exten[(A)].b2 /* |bot| piece in a recipe */
23287 @d ext_rep(A) mp->exten[(A)].b3 /* |rep| piece in a recipe */
23288
23289 @ The final portion of a \.{TFM} file is the |param| array, which is another
23290 sequence of |fix_word| values.
23291
23292 \yskip\hang|param[1]=slant| is the amount of italic slant, which is used
23293 to help position accents. For example, |slant=.25| means that when you go
23294 up one unit, you also go .25 units to the right. The |slant| is a pure
23295 number; it is the only |fix_word| other than the design size itself that is
23296 not scaled by the design size.
23297
23298 \hang|param[2]=space| is the normal spacing between words in text.
23299 Note that character 040 in the font need not have anything to do with
23300 blank spaces.
23301
23302 \hang|param[3]=space_stretch| is the amount of glue stretching between words.
23303
23304 \hang|param[4]=space_shrink| is the amount of glue shrinking between words.
23305
23306 \hang|param[5]=x_height| is the size of one ex in the font; it is also
23307 the height of letters for which accents don't have to be raised or lowered.
23308
23309 \hang|param[6]=quad| is the size of one em in the font.
23310
23311 \hang|param[7]=extra_space| is the amount added to |param[2]| at the
23312 ends of sentences.
23313
23314 \yskip\noindent
23315 If fewer than seven parameters are present, \TeX\ sets the missing parameters
23316 to zero.
23317
23318 @d slant_code 1
23319 @d space_code 2
23320 @d space_stretch_code 3
23321 @d space_shrink_code 4
23322 @d x_height_code 5
23323 @d quad_code 6
23324 @d extra_space_code 7
23325
23326 @ So that is what \.{TFM} files hold. One of \MP's duties is to output such
23327 information, and it does this all at once at the end of a job.
23328 In order to prepare for such frenetic activity, it squirrels away the
23329 necessary facts in various arrays as information becomes available.
23330
23331 Character dimensions (\&{charwd}, \&{charht}, \&{chardp}, and \&{charic})
23332 are stored respectively in |tfm_width|, |tfm_height|, |tfm_depth|, and
23333 |tfm_ital_corr|. Other information about a character (e.g., about
23334 its ligatures or successors) is accessible via the |char_tag| and
23335 |char_remainder| arrays. Other information about the font as a whole
23336 is kept in additional arrays called |header_byte|, |lig_kern|,
23337 |kern|, |exten|, and |param|.
23338
23339 @d max_tfm_int 32510
23340 @d undefined_label max_tfm_int /* an undefined local label */
23341
23342 @<Glob...@>=
23343 #define TFM_ITEMS 257
23344 eight_bits bc;
23345 eight_bits ec; /* smallest and largest character codes shipped out */
23346 scaled tfm_width[TFM_ITEMS]; /* \&{charwd} values */
23347 scaled tfm_height[TFM_ITEMS]; /* \&{charht} values */
23348 scaled tfm_depth[TFM_ITEMS]; /* \&{chardp} values */
23349 scaled tfm_ital_corr[TFM_ITEMS]; /* \&{charic} values */
23350 boolean char_exists[TFM_ITEMS]; /* has this code been shipped out? */
23351 int char_tag[TFM_ITEMS]; /* |remainder| category */
23352 int char_remainder[TFM_ITEMS]; /* the |remainder| byte */
23353 char *header_byte; /* bytes of the \.{TFM} header */
23354 int header_last; /* last initialized \.{TFM} header byte */
23355 int header_size; /* size of the \.{TFM} header */
23356 four_quarters *lig_kern; /* the ligature/kern table */
23357 short nl; /* the number of ligature/kern steps so far */
23358 scaled *kern; /* distinct kerning amounts */
23359 short nk; /* the number of distinct kerns so far */
23360 four_quarters exten[TFM_ITEMS]; /* extensible character recipes */
23361 short ne; /* the number of extensible characters so far */
23362 scaled *param; /* \&{fontinfo} parameters */
23363 short np; /* the largest \&{fontinfo} parameter specified so far */
23364 short nw;short nh;short nd;short ni; /* sizes of \.{TFM} subtables */
23365 short skip_table[TFM_ITEMS]; /* local label status */
23366 boolean lk_started; /* has there been a lig/kern step in this command yet? */
23367 integer bchar; /* right boundary character */
23368 short bch_label; /* left boundary starting location */
23369 short ll;short lll; /* registers used for lig/kern processing */
23370 short label_loc[257]; /* lig/kern starting addresses */
23371 eight_bits label_char[257]; /* characters for |label_loc| */
23372 short label_ptr; /* highest position occupied in |label_loc| */
23373
23374 @ @<Allocate or initialize ...@>=
23375 mp->header_last = 0; mp->header_size = 128; /* just for init */
23376 mp->header_byte = xmalloc(mp->header_size, sizeof(char));
23377 mp->lig_kern = NULL; /* allocated when needed */
23378 mp->kern = NULL; /* allocated when needed */ 
23379 mp->param = NULL; /* allocated when needed */
23380
23381 @ @<Dealloc variables@>=
23382 xfree(mp->header_byte);
23383 xfree(mp->lig_kern);
23384 xfree(mp->kern);
23385 xfree(mp->param);
23386
23387 @ @<Set init...@>=
23388 for (k=0;k<= 255;k++ ) {
23389   mp->tfm_width[k]=0; mp->tfm_height[k]=0; mp->tfm_depth[k]=0; mp->tfm_ital_corr[k]=0;
23390   mp->char_exists[k]=false; mp->char_tag[k]=no_tag; mp->char_remainder[k]=0;
23391   mp->skip_table[k]=undefined_label;
23392 };
23393 memset(mp->header_byte,0,mp->header_size);
23394 mp->bc=255; mp->ec=0; mp->nl=0; mp->nk=0; mp->ne=0; mp->np=0;
23395 mp->internal[mp_boundary_char]=-unity;
23396 mp->bch_label=undefined_label;
23397 mp->label_loc[0]=-1; mp->label_ptr=0;
23398
23399 @ @<Declarations@>=
23400 scaled mp_tfm_check (MP mp,small_number m) ;
23401
23402 @ @<Declare the function called |tfm_check|@>=
23403 scaled mp_tfm_check (MP mp,small_number m) {
23404   if ( abs(mp->internal[m])>=fraction_half ) {
23405     print_err("Enormous "); mp_print(mp, mp->int_name[m]);
23406 @.Enormous charwd...@>
23407 @.Enormous chardp...@>
23408 @.Enormous charht...@>
23409 @.Enormous charic...@>
23410 @.Enormous designsize...@>
23411     mp_print(mp, " has been reduced");
23412     help1("Font metric dimensions must be less than 2048pt.");
23413     mp_put_get_error(mp);
23414     if ( mp->internal[m]>0 ) return (fraction_half-1);
23415     else return (1-fraction_half);
23416   } else {
23417     return mp->internal[m];
23418   }
23419 }
23420
23421 @ @<Store the width information for character code~|c|@>=
23422 if ( c<mp->bc ) mp->bc=c;
23423 if ( c>mp->ec ) mp->ec=c;
23424 mp->char_exists[c]=true;
23425 mp->tfm_width[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_wd);
23426 mp->tfm_height[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_ht);
23427 mp->tfm_depth[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_dp);
23428 mp->tfm_ital_corr[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_ic)
23429
23430 @ Now let's consider \MP's special \.{TFM}-oriented commands.
23431
23432 @<Cases of |do_statement|...@>=
23433 case tfm_command: mp_do_tfm_command(mp); break;
23434
23435 @ @d char_list_code 0
23436 @d lig_table_code 1
23437 @d extensible_code 2
23438 @d header_byte_code 3
23439 @d font_dimen_code 4
23440
23441 @<Put each...@>=
23442 mp_primitive(mp, "charlist",tfm_command,char_list_code);
23443 @:char_list_}{\&{charlist} primitive@>
23444 mp_primitive(mp, "ligtable",tfm_command,lig_table_code);
23445 @:lig_table_}{\&{ligtable} primitive@>
23446 mp_primitive(mp, "extensible",tfm_command,extensible_code);
23447 @:extensible_}{\&{extensible} primitive@>
23448 mp_primitive(mp, "headerbyte",tfm_command,header_byte_code);
23449 @:header_byte_}{\&{headerbyte} primitive@>
23450 mp_primitive(mp, "fontdimen",tfm_command,font_dimen_code);
23451 @:font_dimen_}{\&{fontdimen} primitive@>
23452
23453 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23454 case tfm_command: 
23455   switch (m) {
23456   case char_list_code:mp_print(mp, "charlist"); break;
23457   case lig_table_code:mp_print(mp, "ligtable"); break;
23458   case extensible_code:mp_print(mp, "extensible"); break;
23459   case header_byte_code:mp_print(mp, "headerbyte"); break;
23460   default: mp_print(mp, "fontdimen"); break;
23461   }
23462   break;
23463
23464 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23465 eight_bits mp_get_code (MP mp) ;
23466
23467 @ @c eight_bits mp_get_code (MP mp) { /* scans a character code value */
23468   integer c; /* the code value found */
23469   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23470   if ( mp->cur_type==mp_known ) { 
23471     c=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp);
23472     if ( c>=0 ) if ( c<256 ) return c;
23473   } else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
23474     if ( length(mp->cur_exp)==1 )  { 
23475       c=mp->str_pool[mp->str_start[mp->cur_exp]];
23476       return c;
23477     }
23478   }
23479   exp_err("Invalid code has been replaced by 0");
23480 @.Invalid code...@>
23481   help2("I was looking for a number between 0 and 255, or for a")
23482        ("string of length 1. Didn't find it; will use 0 instead.");
23483   mp_put_get_flush_error(mp, 0); c=0;
23484   return c;
23485 };
23486
23487 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23488 void mp_set_tag (MP mp,halfword c, small_number t, halfword r) ;
23489
23490 @ @c void mp_set_tag (MP mp,halfword c, small_number t, halfword r) { 
23491   if ( mp->char_tag[c]==no_tag ) {
23492     mp->char_tag[c]=t; mp->char_remainder[c]=r;
23493     if ( t==lig_tag ){ 
23494       incr(mp->label_ptr); mp->label_loc[mp->label_ptr]=r; 
23495       mp->label_char[mp->label_ptr]=c;
23496     }
23497   } else {
23498     @<Complain about a character tag conflict@>;
23499   }
23500 }
23501
23502 @ @<Complain about a character tag conflict@>=
23503
23504   print_err("Character ");
23505   if ( (c>' ')&&(c<127) ) mp_print_char(mp,c);
23506   else if ( c==256 ) mp_print(mp, "||");
23507   else  { mp_print(mp, "code "); mp_print_int(mp, c); };
23508   mp_print(mp, " is already ");
23509 @.Character c is already...@>
23510   switch (mp->char_tag[c]) {
23511   case lig_tag: mp_print(mp, "in a ligtable"); break;
23512   case list_tag: mp_print(mp, "in a charlist"); break;
23513   case ext_tag: mp_print(mp, "extensible"); break;
23514   } /* there are no other cases */
23515   help2("It's not legal to label a character more than once.")
23516     ("So I'll not change anything just now.");
23517   mp_put_get_error(mp); 
23518 }
23519
23520 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23521 void mp_do_tfm_command (MP mp) ;
23522
23523 @ @c void mp_do_tfm_command (MP mp) {
23524   int c,cc; /* character codes */
23525   int k; /* index into the |kern| array */
23526   int j; /* index into |header_byte| or |param| */
23527   switch (mp->cur_mod) {
23528   case char_list_code: 
23529     c=mp_get_code(mp);
23530      /* we will store a list of character successors */
23531     while ( mp->cur_cmd==colon )   { 
23532       cc=mp_get_code(mp); mp_set_tag(mp, c,list_tag,cc); c=cc;
23533     };
23534     break;
23535   case lig_table_code: 
23536     if (mp->lig_kern==NULL) 
23537        mp->lig_kern = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(four_quarters));
23538     if (mp->kern==NULL) 
23539        mp->kern = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(scaled));
23540     @<Store a list of ligature/kern steps@>;
23541     break;
23542   case extensible_code: 
23543     @<Define an extensible recipe@>;
23544     break;
23545   case header_byte_code: 
23546   case font_dimen_code: 
23547     c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp);
23548     mp_scan_expression(mp);
23549     if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<half_unit) ) {
23550       exp_err("Improper location");
23551 @.Improper location@>
23552       help2("I was looking for a known, positive number.")
23553        ("For safety's sake I'll ignore the present command.");
23554       mp_put_get_error(mp);
23555     } else  { 
23556       j=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp);
23557       if ( mp->cur_cmd!=colon ) {
23558         mp_missing_err(mp, ":");
23559 @.Missing `:'@>
23560         help1("A colon should follow a headerbyte or fontinfo location.");
23561         mp_back_error(mp);
23562       }
23563       if ( c==header_byte_code ) { 
23564         @<Store a list of header bytes@>;
23565       } else {     
23566         if (mp->param==NULL) 
23567           mp->param = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(scaled));
23568         @<Store a list of font dimensions@>;
23569       }
23570     }
23571     break;
23572   } /* there are no other cases */
23573 };
23574
23575 @ @<Store a list of ligature/kern steps@>=
23576
23577   mp->lk_started=false;
23578 CONTINUE: 
23579   mp_get_x_next(mp);
23580   if ((mp->cur_cmd==skip_to)&& mp->lk_started )
23581     @<Process a |skip_to| command and |goto done|@>;
23582   if ( mp->cur_cmd==bchar_label ) { c=256; mp->cur_cmd=colon; }
23583   else { mp_back_input(mp); c=mp_get_code(mp); };
23584   if ((mp->cur_cmd==colon)||(mp->cur_cmd==double_colon)) {
23585     @<Record a label in a lig/kern subprogram and |goto continue|@>;
23586   }
23587   if ( mp->cur_cmd==lig_kern_token ) { 
23588     @<Compile a ligature/kern command@>; 
23589   } else  { 
23590     print_err("Illegal ligtable step");
23591 @.Illegal ligtable step@>
23592     help1("I was looking for `=:' or `kern' here.");
23593     mp_back_error(mp); next_char(mp->nl)=qi(0); 
23594     op_byte(mp->nl)=qi(0); rem_byte(mp->nl)=qi(0);
23595     skip_byte(mp->nl)=stop_flag+1; /* this specifies an unconditional stop */
23596   }
23597   if ( mp->nl==max_tfm_int) mp_fatal_error(mp, "ligtable too large");
23598   incr(mp->nl);
23599   if ( mp->cur_cmd==comma ) goto CONTINUE;
23600   if ( skip_byte(mp->nl-1)<stop_flag ) skip_byte(mp->nl-1)=stop_flag;
23601 }
23602 DONE:
23603
23604 @ @<Put each...@>=
23605 mp_primitive(mp, "=:",lig_kern_token,0);
23606 @:=:_}{\.{=:} primitive@>
23607 mp_primitive(mp, "=:|",lig_kern_token,1);
23608 @:=:/_}{\.{=:\char'174} primitive@>
23609 mp_primitive(mp, "=:|>",lig_kern_token,5);
23610 @:=:/>_}{\.{=:\char'174>} primitive@>
23611 mp_primitive(mp, "|=:",lig_kern_token,2);
23612 @:=:/_}{\.{\char'174=:} primitive@>
23613 mp_primitive(mp, "|=:>",lig_kern_token,6);
23614 @:=:/>_}{\.{\char'174=:>} primitive@>
23615 mp_primitive(mp, "|=:|",lig_kern_token,3);
23616 @:=:/_}{\.{\char'174=:\char'174} primitive@>
23617 mp_primitive(mp, "|=:|>",lig_kern_token,7);
23618 @:=:/>_}{\.{\char'174=:\char'174>} primitive@>
23619 mp_primitive(mp, "|=:|>>",lig_kern_token,11);
23620 @:=:/>_}{\.{\char'174=:\char'174>>} primitive@>
23621 mp_primitive(mp, "kern",lig_kern_token,128);
23622 @:kern_}{\&{kern} primitive@>
23623
23624 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23625 case lig_kern_token: 
23626   switch (m) {
23627   case 0:mp_print(mp, "=:"); break;
23628   case 1:mp_print(mp, "=:|"); break;
23629   case 2:mp_print(mp, "|=:"); break;
23630   case 3:mp_print(mp, "|=:|"); break;
23631   case 5:mp_print(mp, "=:|>"); break;
23632   case 6:mp_print(mp, "|=:>"); break;
23633   case 7:mp_print(mp, "|=:|>"); break;
23634   case 11:mp_print(mp, "|=:|>>"); break;
23635   default: mp_print(mp, "kern"); break;
23636   }
23637   break;
23638
23639 @ Local labels are implemented by maintaining the |skip_table| array,
23640 where |skip_table[c]| is either |undefined_label| or the address of the
23641 most recent lig/kern instruction that skips to local label~|c|. In the
23642 latter case, the |skip_byte| in that instruction will (temporarily)
23643 be zero if there were no prior skips to this label, or it will be the
23644 distance to the prior skip.
23645
23646 We may need to cancel skips that span more than 127 lig/kern steps.
23647
23648 @d cancel_skips(A) mp->ll=(A);
23649   do {  
23650     mp->lll=qo(skip_byte(mp->ll)); 
23651     skip_byte(mp->ll)=stop_flag; mp->ll=mp->ll-mp->lll;
23652   } while (mp->lll!=0)
23653 @d skip_error(A) { print_err("Too far to skip");
23654 @.Too far to skip@>
23655   help1("At most 127 lig/kern steps can separate skipto1 from 1::.");
23656   mp_error(mp); cancel_skips((A));
23657   }
23658
23659 @<Process a |skip_to| command and |goto done|@>=
23660
23661   c=mp_get_code(mp);
23662   if ( mp->nl-mp->skip_table[c]>128 ) { /* |skip_table[c]<<nl<=undefined_label| */
23663     skip_error(mp->skip_table[c]); mp->skip_table[c]=undefined_label;
23664   }
23665   if ( mp->skip_table[c]==undefined_label ) skip_byte(mp->nl-1)=qi(0);
23666   else skip_byte(mp->nl-1)=qi(mp->nl-mp->skip_table[c]-1);
23667   mp->skip_table[c]=mp->nl-1; goto DONE;
23668 }
23669
23670 @ @<Record a label in a lig/kern subprogram and |goto continue|@>=
23671
23672   if ( mp->cur_cmd==colon ) {
23673     if ( c==256 ) mp->bch_label=mp->nl;
23674     else mp_set_tag(mp, c,lig_tag,mp->nl);
23675   } else if ( mp->skip_table[c]<undefined_label ) {
23676     mp->ll=mp->skip_table[c]; mp->skip_table[c]=undefined_label;
23677     do {  
23678       mp->lll=qo(skip_byte(mp->ll));
23679       if ( mp->nl-mp->ll>128 ) {
23680         skip_error(mp->ll); goto CONTINUE;
23681       }
23682       skip_byte(mp->ll)=qi(mp->nl-mp->ll-1); mp->ll=mp->ll-mp->lll;
23683     } while (mp->lll!=0);
23684   }
23685   goto CONTINUE;
23686 }
23687
23688 @ @<Compile a ligature/kern...@>=
23689
23690   next_char(mp->nl)=qi(c); skip_byte(mp->nl)=qi(0);
23691   if ( mp->cur_mod<128 ) { /* ligature op */
23692     op_byte(mp->nl)=qi(mp->cur_mod); rem_byte(mp->nl)=qi(mp_get_code(mp));
23693   } else { 
23694     mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23695     if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
23696       exp_err("Improper kern");
23697 @.Improper kern@>
23698       help2("The amount of kern should be a known numeric value.")
23699         ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
23700       mp_put_get_flush_error(mp, 0);
23701     }
23702     mp->kern[mp->nk]=mp->cur_exp;
23703     k=0; 
23704     while ( mp->kern[k]!=mp->cur_exp ) incr(k);
23705     if ( k==mp->nk ) {
23706       if ( mp->nk==max_tfm_int ) mp_fatal_error(mp, "too many TFM kerns");
23707       incr(mp->nk);
23708     }
23709     op_byte(mp->nl)=kern_flag+(k / 256);
23710     rem_byte(mp->nl)=qi((k % 256));
23711   }
23712   mp->lk_started=true;
23713 }
23714
23715 @ @d missing_extensible_punctuation(A) 
23716   { mp_missing_err(mp, (A));
23717 @.Missing `\char`\#'@>
23718   help1("I'm processing `extensible c: t,m,b,r'."); mp_back_error(mp);
23719   }
23720
23721 @<Define an extensible recipe@>=
23722
23723   if ( mp->ne==256 ) mp_fatal_error(mp, "too many extensible recipies");
23724   c=mp_get_code(mp); mp_set_tag(mp, c,ext_tag,mp->ne);
23725   if ( mp->cur_cmd!=colon ) missing_extensible_punctuation(":");
23726   ext_top(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23727   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23728   ext_mid(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23729   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23730   ext_bot(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23731   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23732   ext_rep(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23733   incr(mp->ne);
23734 }
23735
23736 @ The header could contain ASCII zeroes, so can't use |strdup|.
23737
23738 @<Store a list of header bytes@>=
23739 do {  
23740   if ( j>=mp->header_size ) {
23741     int l = mp->header_size + (mp->header_size >> 2);
23742     char *t = xmalloc(l,sizeof(char));
23743     memset(t,0,l); 
23744     memcpy(t,mp->header_byte,mp->header_size);
23745     xfree (mp->header_byte);
23746     mp->header_byte = t;
23747     mp->header_size = l;
23748   }
23749   mp->header_byte[j]=mp_get_code(mp); 
23750   incr(j); incr(mp->header_last);
23751 } while (mp->cur_cmd==comma)
23752
23753 @ @<Store a list of font dimensions@>=
23754 do {  
23755   if ( j>max_tfm_int ) mp_fatal_error(mp, "too many fontdimens");
23756   while ( j>mp->np ) { incr(mp->np); mp->param[mp->np]=0; };
23757   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23758   if ( mp->cur_type!=mp_known ){ 
23759     exp_err("Improper font parameter");
23760 @.Improper font parameter@>
23761     help1("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
23762     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
23763   }
23764   mp->param[j]=mp->cur_exp; incr(j);
23765 } while (mp->cur_cmd==comma)
23766
23767 @ OK: We've stored all the data that is needed for the \.{TFM} file.
23768 All that remains is to output it in the correct format.
23769
23770 An interesting problem needs to be solved in this connection, because
23771 the \.{TFM} format allows at most 256~widths, 16~heights, 16~depths,
23772 and 64~italic corrections. If the data has more distinct values than
23773 this, we want to meet the necessary restrictions by perturbing the
23774 given values as little as possible.
23775
23776 \MP\ solves this problem in two steps. First the values of a given
23777 kind (widths, heights, depths, or italic corrections) are sorted;
23778 then the list of sorted values is perturbed, if necessary.
23779
23780 The sorting operation is facilitated by having a special node of
23781 essentially infinite |value| at the end of the current list.
23782
23783 @<Initialize table entries...@>=
23784 value(inf_val)=fraction_four;
23785
23786 @ Straight linear insertion is good enough for sorting, since the lists
23787 are usually not terribly long. As we work on the data, the current list
23788 will start at |link(temp_head)| and end at |inf_val|; the nodes in this
23789 list will be in increasing order of their |value| fields.
23790
23791 Given such a list, the |sort_in| function takes a value and returns a pointer
23792 to where that value can be found in the list. The value is inserted in
23793 the proper place, if necessary.
23794
23795 At the time we need to do these operations, most of \MP's work has been
23796 completed, so we will have plenty of memory to play with. The value nodes
23797 that are allocated for sorting will never be returned to free storage.
23798
23799 @d clear_the_list link(temp_head)=inf_val
23800
23801 @c pointer mp_sort_in (MP mp,scaled v) {
23802   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
23803   p=temp_head;
23804   while (1) { 
23805     q=link(p);
23806     if ( v<=value(q) ) break;
23807     p=q;
23808   }
23809   if ( v<value(q) ) {
23810     r=mp_get_node(mp, value_node_size); value(r)=v; link(r)=q; link(p)=r;
23811   }
23812   return link(p);
23813 }
23814
23815 @ Now we come to the interesting part, where we reduce the list if necessary
23816 until it has the required size. The |min_cover| routine is basic to this
23817 process; it computes the minimum number~|m| such that the values of the
23818 current sorted list can be covered by |m|~intervals of width~|d|. It
23819 also sets the global value |perturbation| to the smallest value $d'>d$
23820 such that the covering found by this algorithm would be different.
23821
23822 In particular, |min_cover(0)| returns the number of distinct values in the
23823 current list and sets |perturbation| to the minimum distance between
23824 adjacent values.
23825
23826 @c integer mp_min_cover (MP mp,scaled d) {
23827   pointer p; /* runs through the current list */
23828   scaled l; /* the least element covered by the current interval */
23829   integer m; /* lower bound on the size of the minimum cover */
23830   m=0; p=link(temp_head); mp->perturbation=el_gordo;
23831   while ( p!=inf_val ){ 
23832     incr(m); l=value(p);
23833     do {  p=link(p); } while (value(p)<=l+d);
23834     if ( value(p)-l<mp->perturbation ) 
23835       mp->perturbation=value(p)-l;
23836   }
23837   return m;
23838 }
23839
23840 @ @<Glob...@>=
23841 scaled perturbation; /* quantity related to \.{TFM} rounding */
23842 integer excess; /* the list is this much too long */
23843
23844 @ The smallest |d| such that a given list can be covered with |m| intervals
23845 is determined by the |threshold| routine, which is sort of an inverse
23846 to |min_cover|. The idea is to increase the interval size rapidly until
23847 finding the range, then to go sequentially until the exact borderline has
23848 been discovered.
23849
23850 @c scaled mp_threshold (MP mp,integer m) {
23851   scaled d; /* lower bound on the smallest interval size */
23852   mp->excess=mp_min_cover(mp, 0)-m;
23853   if ( mp->excess<=0 ) {
23854     return 0;
23855   } else  { 
23856     do {  
23857       d=mp->perturbation;
23858     } while (mp_min_cover(mp, d+d)>m);
23859     while ( mp_min_cover(mp, d)>m ) 
23860       d=mp->perturbation;
23861     return d;
23862   }
23863 }
23864
23865 @ The |skimp| procedure reduces the current list to at most |m| entries,
23866 by changing values if necessary. It also sets |info(p):=k| if |value(p)|
23867 is the |k|th distinct value on the resulting list, and it sets
23868 |perturbation| to the maximum amount by which a |value| field has
23869 been changed. The size of the resulting list is returned as the
23870 value of |skimp|.
23871
23872 @c integer mp_skimp (MP mp,integer m) {
23873   scaled d; /* the size of intervals being coalesced */
23874   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
23875   scaled l; /* the least value in the current interval */
23876   scaled v; /* a compromise value */
23877   d=mp_threshold(mp, m); mp->perturbation=0;
23878   q=temp_head; m=0; p=link(temp_head);
23879   while ( p!=inf_val ) {
23880     incr(m); l=value(p); info(p)=m;
23881     if ( value(link(p))<=l+d ) {
23882       @<Replace an interval of values by its midpoint@>;
23883     }
23884     q=p; p=link(p);
23885   }
23886   return m;
23887 }
23888
23889 @ @<Replace an interval...@>=
23890
23891   do {  
23892     p=link(p); info(p)=m;
23893     decr(mp->excess); if ( mp->excess==0 ) d=0;
23894   } while (value(link(p))<=l+d);
23895   v=l+halfp(value(p)-l);
23896   if ( value(p)-v>mp->perturbation ) 
23897     mp->perturbation=value(p)-v;
23898   r=q;
23899   do {  
23900     r=link(r); value(r)=v;
23901   } while (r!=p);
23902   link(q)=p; /* remove duplicate values from the current list */
23903 }
23904
23905 @ A warning message is issued whenever something is perturbed by
23906 more than 1/16\thinspace pt.
23907
23908 @c void mp_tfm_warning (MP mp,small_number m) { 
23909   mp_print_nl(mp, "(some "); 
23910   mp_print(mp, mp->int_name[m]);
23911 @.some charwds...@>
23912 @.some chardps...@>
23913 @.some charhts...@>
23914 @.some charics...@>
23915   mp_print(mp, " values had to be adjusted by as much as ");
23916   mp_print_scaled(mp, mp->perturbation); mp_print(mp, "pt)");
23917 }
23918
23919 @ Here's an example of how we use these routines.
23920 The width data needs to be perturbed only if there are 256 distinct
23921 widths, but \MP\ must check for this case even though it is
23922 highly unusual.
23923
23924 An integer variable |k| will be defined when we use this code.
23925 The |dimen_head| array will contain pointers to the sorted
23926 lists of dimensions.
23927
23928 @<Massage the \.{TFM} widths@>=
23929 clear_the_list;
23930 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++)  {
23931   if ( mp->char_exists[k] )
23932     mp->tfm_width[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_width[k]);
23933 }
23934 mp->nw=mp_skimp(mp, 255)+1; mp->dimen_head[1]=link(temp_head);
23935 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_wd)
23936
23937 @ @<Glob...@>=
23938 pointer dimen_head[5]; /* lists of \.{TFM} dimensions */
23939
23940 @ Heights, depths, and italic corrections are different from widths
23941 not only because their list length is more severely restricted, but
23942 also because zero values do not need to be put into the lists.
23943
23944 @<Massage the \.{TFM} heights, depths, and italic corrections@>=
23945 clear_the_list;
23946 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
23947   if ( mp->char_exists[k] ) {
23948     if ( mp->tfm_height[k]==0 ) mp->tfm_height[k]=zero_val;
23949     else mp->tfm_height[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_height[k]);
23950   }
23951 }
23952 mp->nh=mp_skimp(mp, 15)+1; mp->dimen_head[2]=link(temp_head);
23953 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_ht);
23954 clear_the_list;
23955 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
23956   if ( mp->char_exists[k] ) {
23957     if ( mp->tfm_depth[k]==0 ) mp->tfm_depth[k]=zero_val;
23958     else mp->tfm_depth[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_depth[k]);
23959   }
23960 }
23961 mp->nd=mp_skimp(mp, 15)+1; mp->dimen_head[3]=link(temp_head);
23962 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_dp);
23963 clear_the_list;
23964 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
23965   if ( mp->char_exists[k] ) {
23966     if ( mp->tfm_ital_corr[k]==0 ) mp->tfm_ital_corr[k]=zero_val;
23967     else mp->tfm_ital_corr[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_ital_corr[k]);
23968   }
23969 }
23970 mp->ni=mp_skimp(mp, 63)+1; mp->dimen_head[4]=link(temp_head);
23971 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_ic)
23972
23973 @ @<Initialize table entries...@>=
23974 value(zero_val)=0; info(zero_val)=0;
23975
23976 @ Bytes 5--8 of the header are set to the design size, unless the user has
23977 some crazy reason for specifying them differently.
23978
23979 Error messages are not allowed at the time this procedure is called,
23980 so a warning is printed instead.
23981
23982 The value of |max_tfm_dimen| is calculated so that
23983 $$\hbox{|make_scaled(16*max_tfm_dimen,internal[mp_design_size])|}
23984  < \\{three\_bytes}.$$
23985
23986 @d three_bytes 0100000000 /* $2^{24}$ */
23987
23988 @c 
23989 void mp_fix_design_size (MP mp) {
23990   scaled d; /* the design size */
23991   d=mp->internal[mp_design_size];
23992   if ( (d<unity)||(d>=fraction_half) ) {
23993     if ( d!=0 )
23994       mp_print_nl(mp, "(illegal design size has been changed to 128pt)");
23995 @.illegal design size...@>
23996     d=040000000; mp->internal[mp_design_size]=d;
23997   }
23998   if ( mp->header_byte[4]<0 ) if ( mp->header_byte[5]<0 )
23999     if ( mp->header_byte[6]<0 ) if ( mp->header_byte[7]<0 ) {
24000      mp->header_byte[4]=d / 04000000;
24001      mp->header_byte[5]=(d / 4096) % 256;
24002      mp->header_byte[6]=(d / 16) % 256;
24003      mp->header_byte[7]=(d % 16)*16;
24004   };
24005   mp->max_tfm_dimen=16*mp->internal[mp_design_size]-mp->internal[mp_design_size] / 010000000;
24006   if ( mp->max_tfm_dimen>=fraction_half ) mp->max_tfm_dimen=fraction_half-1;
24007 }
24008
24009 @ The |dimen_out| procedure computes a |fix_word| relative to the
24010 design size. If the data was out of range, it is corrected and the
24011 global variable |tfm_changed| is increased by~one.
24012
24013 @c integer mp_dimen_out (MP mp,scaled x) { 
24014   if ( abs(x)>mp->max_tfm_dimen ) {
24015     incr(mp->tfm_changed);
24016     if ( x>0 ) x=three_bytes-1; else x=1-three_bytes;
24017   } else {
24018     x=mp_make_scaled(mp, x*16,mp->internal[mp_design_size]);
24019   }
24020   return x;
24021 }
24022
24023 @ @<Glob...@>=
24024 scaled max_tfm_dimen; /* bound on widths, heights, kerns, etc. */
24025 integer tfm_changed; /* the number of data entries that were out of bounds */
24026
24027 @ If the user has not specified any of the first four header bytes,
24028 the |fix_check_sum| procedure replaces them by a ``check sum'' computed
24029 from the |tfm_width| data relative to the design size.
24030 @^check sum@>
24031
24032 @c void mp_fix_check_sum (MP mp) {
24033   eight_bits k; /* runs through character codes */
24034   eight_bits B1,B2,B3,B4; /* bytes of the check sum */
24035   integer x;  /* hash value used in check sum computation */
24036   if ( mp->header_byte[0]==0 && mp->header_byte[1]==0 &&
24037        mp->header_byte[2]==0 && mp->header_byte[3]==0 ) {
24038     @<Compute a check sum in |(b1,b2,b3,b4)|@>;
24039     mp->header_byte[0]=B1; mp->header_byte[1]=B2;
24040     mp->header_byte[2]=B3; mp->header_byte[3]=B4; 
24041     return;
24042   }
24043 }
24044
24045 @ @<Compute a check sum in |(b1,b2,b3,b4)|@>=
24046 B1=mp->bc; B2=mp->ec; B3=mp->bc; B4=mp->ec; mp->tfm_changed=0;
24047 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) { 
24048   if ( mp->char_exists[k] ) {
24049     x=mp_dimen_out(mp, value(mp->tfm_width[k]))+(k+4)*020000000; /* this is positive */
24050     B1=(B1+B1+x) % 255;
24051     B2=(B2+B2+x) % 253;
24052     B3=(B3+B3+x) % 251;
24053     B4=(B4+B4+x) % 247;
24054   }
24055 }
24056
24057 @ Finally we're ready to actually write the \.{TFM} information.
24058 Here are some utility routines for this purpose.
24059
24060 @d tfm_out(A) fputc((A),mp->tfm_file) /* output one byte to |tfm_file| */
24061
24062 @c void mp_tfm_two (MP mp,integer x) { /* output two bytes to |tfm_file| */
24063   tfm_out(x / 256); tfm_out(x % 256);
24064 }
24065 void mp_tfm_four (MP mp,integer x) { /* output four bytes to |tfm_file| */
24066   if ( x>=0 ) tfm_out(x / three_bytes);
24067   else { 
24068     x=x+010000000000; /* use two's complement for negative values */
24069     x=x+010000000000;
24070     tfm_out((x / three_bytes) + 128);
24071   };
24072   x=x % three_bytes; tfm_out(x / unity);
24073   x=x % unity; tfm_out(x / 0400);
24074   tfm_out(x % 0400);
24075 }
24076 void mp_tfm_qqqq (MP mp,four_quarters x) { /* output four quarterwords to |tfm_file| */
24077   tfm_out(qo(x.b0)); tfm_out(qo(x.b1)); 
24078   tfm_out(qo(x.b2)); tfm_out(qo(x.b3));
24079 }
24080
24081 @ @<Finish the \.{TFM} file@>=
24082 if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
24083 mp_pack_job_name(mp, ".tfm");
24084 while ( ! mp_b_open_out(mp, &mp->tfm_file, mp_filetype_metrics) )
24085   mp_prompt_file_name(mp, "file name for font metrics",".tfm");
24086 mp->metric_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24087 @<Output the subfile sizes and header bytes@>;
24088 @<Output the character information bytes, then
24089   output the dimensions themselves@>;
24090 @<Output the ligature/kern program@>;
24091 @<Output the extensible character recipes and the font metric parameters@>;
24092   if ( mp->internal[mp_tracing_stats]>0 )
24093   @<Log the subfile sizes of the \.{TFM} file@>;
24094 mp_print_nl(mp, "Font metrics written on "); 
24095 mp_print(mp, mp->metric_file_name); mp_print_char(mp, '.');
24096 @.Font metrics written...@>
24097 fclose(mp->tfm_file)
24098
24099 @ Integer variables |lh|, |k|, and |lk_offset| will be defined when we use
24100 this code.
24101
24102 @<Output the subfile sizes and header bytes@>=
24103 k=mp->header_last;
24104 LH=(k+3) / 4; /* this is the number of header words */
24105 if ( mp->bc>mp->ec ) mp->bc=1; /* if there are no characters, |ec=0| and |bc=1| */
24106 @<Compute the ligature/kern program offset and implant the
24107   left boundary label@>;
24108 mp_tfm_two(mp,6+LH+(mp->ec-mp->bc+1)+mp->nw+mp->nh+mp->nd+mp->ni+mp->nl
24109      +lk_offset+mp->nk+mp->ne+mp->np);
24110   /* this is the total number of file words that will be output */
24111 mp_tfm_two(mp, LH); mp_tfm_two(mp, mp->bc); mp_tfm_two(mp, mp->ec); 
24112 mp_tfm_two(mp, mp->nw); mp_tfm_two(mp, mp->nh);
24113 mp_tfm_two(mp, mp->nd); mp_tfm_two(mp, mp->ni); mp_tfm_two(mp, mp->nl+lk_offset); 
24114 mp_tfm_two(mp, mp->nk); mp_tfm_two(mp, mp->ne);
24115 mp_tfm_two(mp, mp->np);
24116 for (k=0;k< 4*LH;k++)   { 
24117   tfm_out(mp->header_byte[k]);
24118 }
24119
24120 @ @<Output the character information bytes...@>=
24121 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
24122   if ( ! mp->char_exists[k] ) {
24123     mp_tfm_four(mp, 0);
24124   } else { 
24125     tfm_out(info(mp->tfm_width[k])); /* the width index */
24126     tfm_out((info(mp->tfm_height[k]))*16+info(mp->tfm_depth[k]));
24127     tfm_out((info(mp->tfm_ital_corr[k]))*4+mp->char_tag[k]);
24128     tfm_out(mp->char_remainder[k]);
24129   };
24130 }
24131 mp->tfm_changed=0;
24132 for (k=1;k<=4;k++) { 
24133   mp_tfm_four(mp, 0); p=mp->dimen_head[k];
24134   while ( p!=inf_val ) {
24135     mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, value(p))); p=link(p);
24136   }
24137 }
24138
24139
24140 @ We need to output special instructions at the beginning of the
24141 |lig_kern| array in order to specify the right boundary character
24142 and/or to handle starting addresses that exceed 255. The |label_loc|
24143 and |label_char| arrays have been set up to record all the
24144 starting addresses; we have $-1=|label_loc|[0]<|label_loc|[1]\le\cdots
24145 \le|label_loc|[|label_ptr]|$.
24146
24147 @<Compute the ligature/kern program offset...@>=
24148 mp->bchar=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_boundary_char]);
24149 if ((mp->bchar<0)||(mp->bchar>255))
24150   { mp->bchar=-1; mp->lk_started=false; lk_offset=0; }
24151 else { mp->lk_started=true; lk_offset=1; };
24152 @<Find the minimum |lk_offset| and adjust all remainders@>;
24153 if ( mp->bch_label<undefined_label )
24154   { skip_byte(mp->nl)=qi(255); next_char(mp->nl)=qi(0);
24155   op_byte(mp->nl)=qi(((mp->bch_label+lk_offset)/ 256));
24156   rem_byte(mp->nl)=qi(((mp->bch_label+lk_offset)% 256));
24157   incr(mp->nl); /* possibly |nl=lig_table_size+1| */
24158   }
24159
24160 @ @<Find the minimum |lk_offset|...@>=
24161 k=mp->label_ptr; /* pointer to the largest unallocated label */
24162 if ( mp->label_loc[k]+lk_offset>255 ) {
24163   lk_offset=0; mp->lk_started=false; /* location 0 can do double duty */
24164   do {  
24165     mp->char_remainder[mp->label_char[k]]=lk_offset;
24166     while ( mp->label_loc[k-1]==mp->label_loc[k] ) {
24167        decr(k); mp->char_remainder[mp->label_char[k]]=lk_offset;
24168     }
24169     incr(lk_offset); decr(k);
24170   } while (! (lk_offset+mp->label_loc[k]<256));
24171     /* N.B.: |lk_offset=256| satisfies this when |k=0| */
24172 };
24173 if ( lk_offset>0 ) {
24174   while ( k>0 ) {
24175     mp->char_remainder[mp->label_char[k]]
24176      =mp->char_remainder[mp->label_char[k]]+lk_offset;
24177     decr(k);
24178   }
24179 }
24180
24181 @ @<Output the ligature/kern program@>=
24182 for (k=0;k<= 255;k++ ) {
24183   if ( mp->skip_table[k]<undefined_label ) {
24184      mp_print_nl(mp, "(local label "); mp_print_int(mp, k); mp_print(mp, ":: was missing)");
24185 @.local label l:: was missing@>
24186     cancel_skips(mp->skip_table[k]);
24187   }
24188 }
24189 if ( mp->lk_started ) { /* |lk_offset=1| for the special |bchar| */
24190   tfm_out(255); tfm_out(mp->bchar); mp_tfm_two(mp, 0);
24191 } else {
24192   for (k=1;k<=lk_offset;k++) {/* output the redirection specs */
24193     mp->ll=mp->label_loc[mp->label_ptr];
24194     if ( mp->bchar<0 ) { tfm_out(254); tfm_out(0);   }
24195     else { tfm_out(255); tfm_out(mp->bchar);   };
24196     mp_tfm_two(mp, mp->ll+lk_offset);
24197     do {  
24198       decr(mp->label_ptr);
24199     } while (! (mp->label_loc[mp->label_ptr]<mp->ll));
24200   }
24201 }
24202 for (k=0;k<=mp->nl-1;k++) mp_tfm_qqqq(mp, mp->lig_kern[k]);
24203 for (k=0;k<=mp->nk-1;k++) mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, mp->kern[k]))
24204
24205 @ @<Output the extensible character recipes...@>=
24206 for (k=0;k<=mp->ne-1;k++) 
24207   mp_tfm_qqqq(mp, mp->exten[k]);
24208 for (k=1;k<=mp->np;k++) {
24209   if ( k==1 ) {
24210     if ( abs(mp->param[1])<fraction_half ) {
24211       mp_tfm_four(mp, mp->param[1]*16);
24212     } else  { 
24213       incr(mp->tfm_changed);
24214       if ( mp->param[1]>0 ) mp_tfm_four(mp, el_gordo);
24215       else mp_tfm_four(mp, -el_gordo);
24216     }
24217   } else {
24218     mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, mp->param[k]));
24219   }
24220 }
24221 if ( mp->tfm_changed>0 )  { 
24222   if ( mp->tfm_changed==1 ) mp_print_nl(mp, "(a font metric dimension");
24223 @.a font metric dimension...@>
24224   else  { 
24225     mp_print_nl(mp, "("); mp_print_int(mp, mp->tfm_changed);
24226 @.font metric dimensions...@>
24227     mp_print(mp, " font metric dimensions");
24228   }
24229   mp_print(mp, " had to be decreased)");
24230 }
24231
24232 @ @<Log the subfile sizes of the \.{TFM} file@>=
24233
24234   char s[200];
24235   wlog_ln(" ");
24236   if ( mp->bch_label<undefined_label ) decr(mp->nl);
24237   snprintf(s,128,"(You used %iw,%ih,%id,%ii,%il,%ik,%ie,%ip metric file positions)",
24238                  mp->nw, mp->nh, mp->nd, mp->ni, mp->nl, mp->nk, mp->ne,mp->np);
24239   wlog_ln(s);
24240 }
24241
24242 @* \[43] Reading font metric data.
24243
24244 \MP\ isn't a typesetting program but it does need to find the bounding box
24245 of a sequence of typeset characters.  Thus it needs to read \.{TFM} files as
24246 well as write them.
24247
24248 @<Glob...@>=
24249 FILE * tfm_infile;
24250
24251 @ All the width, height, and depth information is stored in an array called
24252 |font_info|.  This array is allocated sequentially and each font is stored
24253 as a series of |char_info| words followed by the width, height, and depth
24254 tables.  Since |font_name| entries are permanent, their |str_ref| values are
24255 set to |max_str_ref|.
24256
24257 @<Types...@>=
24258 typedef unsigned int font_number; /* |0..font_max| */
24259
24260 @ The |font_info| array is indexed via a group directory arrays.
24261 For example, the |char_info| data for character~|c| in font~|f| will be
24262 in |font_info[char_base[f]+c].qqqq|.
24263
24264 @<Glob...@>=
24265 font_number font_max; /* maximum font number for included text fonts */
24266 size_t      font_mem_size; /* number of words for \.{TFM} information for text fonts */
24267 memory_word *font_info; /* height, width, and depth data */
24268 char        **font_enc_name; /* encoding names, if any */
24269 boolean     *font_ps_name_fixed; /* are the postscript names fixed already?  */
24270 int         next_fmem; /* next unused entry in |font_info| */
24271 font_number last_fnum; /* last font number used so far */
24272 scaled      *font_dsize;  /* 16 times the ``design'' size in \ps\ points */
24273 char        **font_name;  /* name as specified in the \&{infont} command */
24274 char        **font_ps_name;  /* PostScript name for use when |internal[mp_prologues]>0| */
24275 font_number last_ps_fnum; /* last valid |font_ps_name| index */
24276 eight_bits  *font_bc;
24277 eight_bits  *font_ec;  /* first and last character code */
24278 int         *char_base;  /* base address for |char_info| */
24279 int         *width_base; /* index for zeroth character width */
24280 int         *height_base; /* index for zeroth character height */
24281 int         *depth_base; /* index for zeroth character depth */
24282 pointer     *font_sizes;
24283
24284 @ @<Allocate or initialize ...@>=
24285 mp->font_mem_size = 10000; 
24286 mp->font_info = xmalloc ((mp->font_mem_size+1),sizeof(memory_word));
24287 memset (mp->font_info,0,sizeof(memory_word)*(mp->font_mem_size+1));
24288 mp->font_enc_name = NULL;
24289 mp->font_ps_name_fixed = NULL;
24290 mp->font_dsize = NULL;
24291 mp->font_name = NULL;
24292 mp->font_ps_name = NULL;
24293 mp->font_bc = NULL;
24294 mp->font_ec = NULL;
24295 mp->last_fnum = null_font;
24296 mp->char_base = NULL;
24297 mp->width_base = NULL;
24298 mp->height_base = NULL;
24299 mp->depth_base = NULL;
24300 mp->font_sizes = null;
24301
24302 @ @<Dealloc variables@>=
24303 xfree(mp->font_info);
24304 xfree(mp->font_enc_name);
24305 xfree(mp->font_ps_name_fixed);
24306 xfree(mp->font_dsize);
24307 xfree(mp->font_name);
24308 xfree(mp->font_ps_name);
24309 xfree(mp->font_bc);
24310 xfree(mp->font_ec);
24311 xfree(mp->char_base);
24312 xfree(mp->width_base);
24313 xfree(mp->height_base);
24314 xfree(mp->depth_base);
24315 xfree(mp->font_sizes);
24316
24317
24318 @c 
24319 void mp_reallocate_fonts (MP mp, font_number l) {
24320   font_number f;
24321   XREALLOC(mp->font_enc_name,      l, char *);
24322   XREALLOC(mp->font_ps_name_fixed, l, boolean);
24323   XREALLOC(mp->font_dsize,         l, scaled);
24324   XREALLOC(mp->font_name,          l, char *);
24325   XREALLOC(mp->font_ps_name,       l, char *);
24326   XREALLOC(mp->font_bc,            l, eight_bits);
24327   XREALLOC(mp->font_ec,            l, eight_bits);
24328   XREALLOC(mp->char_base,          l, int);
24329   XREALLOC(mp->width_base,         l, int);
24330   XREALLOC(mp->height_base,        l, int);
24331   XREALLOC(mp->depth_base,         l, int);
24332   XREALLOC(mp->font_sizes,         l, pointer);
24333   for (f=(mp->last_fnum+1);f<=l;f++) {
24334     mp->font_enc_name[f]=NULL;
24335     mp->font_ps_name_fixed[f] = false;
24336     mp->font_name[f]=NULL;
24337     mp->font_ps_name[f]=NULL;
24338     mp->font_sizes[f]=null;
24339   }
24340   mp->font_max = l;
24341 }
24342
24343 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
24344 void mp_reallocate_fonts (MP mp, font_number l);
24345
24346
24347 @ A |null_font| containing no characters is useful for error recovery.  Its
24348 |font_name| entry starts out empty but is reset each time an erroneous font is
24349 found.  This helps to cut down on the number of duplicate error messages without
24350 wasting a lot of space.
24351
24352 @d null_font 0 /* the |font_number| for an empty font */
24353
24354 @<Set initial...@>=
24355 mp->font_dsize[null_font]=0;
24356 mp->font_bc[null_font]=1;
24357 mp->font_ec[null_font]=0;
24358 mp->char_base[null_font]=0;
24359 mp->width_base[null_font]=0;
24360 mp->height_base[null_font]=0;
24361 mp->depth_base[null_font]=0;
24362 mp->next_fmem=0;
24363 mp->last_fnum=null_font;
24364 mp->last_ps_fnum=null_font;
24365 mp->font_name[null_font]="nullfont";
24366 mp->font_ps_name[null_font]="";
24367
24368 @ Each |char_info| word is of type |four_quarters|.  The |b0| field contains
24369 the |width index|; the |b1| field contains the height
24370 index; the |b2| fields contains the depth index, and the |b3| field used only
24371 for temporary storage. (It is used to keep track of which characters occur in
24372 an edge structure that is being shipped out.)
24373 The corresponding words in the width, height, and depth tables are stored as
24374 |scaled| values in units of \ps\ points.
24375
24376 With the macros below, the |char_info| word for character~|c| in font~|f| is
24377 |char_info(f)(c)| and the width is
24378 $$\hbox{|char_width(f)(char_info(f)(c)).sc|.}$$
24379
24380 @d char_info_end(A) (A)].qqqq
24381 @d char_info(A) mp->font_info[mp->char_base[(A)]+char_info_end
24382 @d char_width_end(A) (A).b0].sc
24383 @d char_width(A) mp->font_info[mp->width_base[(A)]+char_width_end
24384 @d char_height_end(A) (A).b1].sc
24385 @d char_height(A) mp->font_info[mp->height_base[(A)]+char_height_end
24386 @d char_depth_end(A) (A).b2].sc
24387 @d char_depth(A) mp->font_info[mp->depth_base[(A)]+char_depth_end
24388 @d ichar_exists(A) ((A).b0>0)
24389
24390 @ The |font_ps_name| for a built-in font should be what PostScript expects.
24391 A preliminary name is obtained here from the \.{TFM} name as given in the
24392 |fname| argument.  This gets updated later from an external table if necessary.
24393
24394 @<Declare text measuring subroutines@>=
24395 @<Declare subroutines for parsing file names@>;
24396 font_number mp_read_font_info (MP mp, char*fname) {
24397   boolean file_opened; /* has |tfm_infile| been opened? */
24398   font_number n; /* the number to return */
24399   halfword lf,tfm_lh,bc,ec,nw,nh,nd; /* subfile size parameters */
24400   size_t whd_size; /* words needed for heights, widths, and depths */
24401   int i,ii; /* |font_info| indices */
24402   int jj; /* counts bytes to be ignored */
24403   scaled z; /* used to compute the design size */
24404   fraction d;
24405   /* height, width, or depth as a fraction of design size times $2^{-8}$ */
24406   eight_bits h_and_d; /* height and depth indices being unpacked */
24407   int tfbyte; /* a byte read from the file */
24408   n=null_font;
24409   @<Open |tfm_infile| for input@>;
24410   @<Read data from |tfm_infile|; if there is no room, say so and |goto done|;
24411     otherwise |goto bad_tfm| or |goto done| as appropriate@>;
24412 BAD_TFM:
24413   @<Complain that the \.{TFM} file is bad@>;
24414 DONE:
24415   if ( file_opened ) fclose(mp->tfm_infile);
24416   if ( n!=null_font ) { 
24417     mp->font_ps_name[n]=fname;
24418     mp->font_name[n]=fname;
24419   }
24420   return n;
24421 }
24422
24423 @ \MP\ doesn't bother to check the entire \.{TFM} file for errors or explain
24424 precisely what is wrong if it does find a problem.  Programs called \.{TFtoPL}
24425 @.TFtoPL@> @.PLtoTF@>
24426 and \.{PLtoTF} can be used to debug \.{TFM} files.
24427
24428 @<Complain that the \.{TFM} file is bad@>=
24429 print_err("Font ");
24430 mp_print(mp, fname);
24431 if ( file_opened ) mp_print(mp, " not usable: TFM file is bad");
24432 else mp_print(mp, " not usable: TFM file not found");
24433 help3("I wasn't able to read the size data for this font so this")
24434   ("`infont' operation won't produce anything. If the font name")
24435   ("is right, you might ask an expert to make a TFM file");
24436 if ( file_opened )
24437   mp->help_line[0]="is right, try asking an expert to fix the TFM file";
24438 mp_error(mp)
24439
24440 @ @<Read data from |tfm_infile|; if there is no room, say so...@>=
24441 @<Read the \.{TFM} size fields@>;
24442 @<Use the size fields to allocate space in |font_info|@>;
24443 @<Read the \.{TFM} header@>;
24444 @<Read the character data and the width, height, and depth tables and
24445   |goto done|@>
24446
24447 @ A bad \.{TFM} file can be shorter than it claims to be.  The code given here
24448 might try to read past the end of the file if this happens.  Changes will be
24449 needed if it causes a system error to refer to |tfm_infile^| or call
24450 |get_tfm_infile| when |eof(tfm_infile)| is true.  For example, the definition
24451 @^system dependencies@>
24452 of |tfget| could be changed to
24453 ``|begin get(tfm_infile); if eof(tfm_infile) then goto bad_tfm; end|.''
24454
24455 @d tfget {tfbyte = fgetc(mp->tfm_infile); }
24456 @d read_two(A) { (A)=tfbyte;
24457   if ( (A)>127 ) goto BAD_TFM;
24458   tfget; (A)=(A)*0400+tfbyte;
24459   }
24460 @d tf_ignore(A) { for (jj=(A);jj>=1;jj--) tfget; }
24461
24462 @<Read the \.{TFM} size fields@>=
24463 tfget; read_two(lf);
24464 tfget; read_two(tfm_lh);
24465 tfget; read_two(bc);
24466 tfget; read_two(ec);
24467 if ( (bc>1+ec)||(ec>255) ) goto BAD_TFM;
24468 tfget; read_two(nw);
24469 tfget; read_two(nh);
24470 tfget; read_two(nd);
24471 whd_size=(ec+1-bc)+nw+nh+nd;
24472 if ( lf<(int)(6+tfm_lh+whd_size) ) goto BAD_TFM;
24473 tf_ignore(10)
24474
24475 @ Offsets are added to |char_base[n]| and |width_base[n]| so that is not
24476 necessary to apply the |so|  and |qo| macros when looking up the width of a
24477 character in the string pool.  In order to ensure nonnegative |char_base|
24478 values when |bc>0|, it may be necessary to reserve a few unused |font_info|
24479 elements.
24480
24481 @<Use the size fields to allocate space in |font_info|@>=
24482 if ( mp->next_fmem<bc) mp->next_fmem=bc;  /* ensure nonnegative |char_base| */
24483 if (mp->last_fnum==mp->font_max)
24484   mp_reallocate_fonts(mp,(mp->font_max+(mp->font_max>>2)));
24485 while (mp->next_fmem+whd_size>=mp->font_mem_size) {
24486   size_t l = mp->font_mem_size+(mp->font_mem_size>>2);
24487   memory_word *font_info;
24488   font_info = xmalloc ((l+1),sizeof(memory_word));
24489   memset (font_info,0,sizeof(memory_word)*(l+1));
24490   memcpy (font_info,mp->font_info,sizeof(memory_word)*(mp->font_mem_size+1));
24491   xfree(mp->font_info);
24492   mp->font_info = font_info;
24493   mp->font_mem_size = l;
24494 }
24495 incr(mp->last_fnum);
24496 n=mp->last_fnum;
24497 mp->font_bc[n]=bc;
24498 mp->font_ec[n]=ec;
24499 mp->char_base[n]=mp->next_fmem-bc;
24500 mp->width_base[n]=mp->next_fmem+ec-bc+1;
24501 mp->height_base[n]=mp->width_base[n]+nw;
24502 mp->depth_base[n]=mp->height_base[n]+nh;
24503 mp->next_fmem=mp->next_fmem+whd_size;
24504
24505
24506 @ @<Read the \.{TFM} header@>=
24507 if ( tfm_lh<2 ) goto BAD_TFM;
24508 tf_ignore(4);
24509 tfget; read_two(z);
24510 tfget; z=z*0400+tfbyte;
24511 tfget; z=z*0400+tfbyte; /* now |z| is 16 times the design size */
24512 mp->font_dsize[n]=mp_take_fraction(mp, z,267432584);
24513   /* times ${72\over72.27}2^{28}$ to convert from \TeX\ points */
24514 tf_ignore(4*(tfm_lh-2))
24515
24516 @ @<Read the character data and the width, height, and depth tables...@>=
24517 ii=mp->width_base[n];
24518 i=mp->char_base[n]+bc;
24519 while ( i<ii ) { 
24520   tfget; mp->font_info[i].qqqq.b0=qi(tfbyte);
24521   tfget; h_and_d=tfbyte;
24522   mp->font_info[i].qqqq.b1=h_and_d / 16;
24523   mp->font_info[i].qqqq.b2=h_and_d % 16;
24524   tfget; tfget;
24525   incr(i);
24526 }
24527 while ( i<mp->next_fmem ) {
24528   @<Read a four byte dimension, scale it by the design size, store it in
24529     |font_info[i]|, and increment |i|@>;
24530 }
24531 if (feof(mp->tfm_infile) ) goto BAD_TFM;
24532 goto DONE
24533
24534 @ The raw dimension read into |d| should have magnitude at most $2^{24}$ when
24535 interpreted as an integer, and this includes a scale factor of $2^{20}$.  Thus
24536 we can multiply it by sixteen and think of it as a |fraction| that has been
24537 divided by sixteen.  This cancels the extra scale factor contained in
24538 |font_dsize[n|.
24539
24540 @<Read a four byte dimension, scale it by the design size, store it in...@>=
24541
24542 tfget; d=tfbyte;
24543 if ( d>=0200 ) d=d-0400;
24544 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24545 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24546 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24547 mp->font_info[i].sc=mp_take_fraction(mp, d*16,mp->font_dsize[n]);
24548 incr(i);
24549 }
24550
24551 @ This function does no longer use the file name parser, because |fname| is
24552 a C string already.
24553 @<Open |tfm_infile| for input@>=
24554 file_opened=false;
24555 mp_ptr_scan_file(mp, fname);
24556 if ( strlen(mp->cur_area)==0 ) { xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(MP_font_area);}
24557 if ( strlen(mp->cur_ext)==0 )  { xfree(mp->cur_ext); mp->cur_ext=xstrdup(".tfm"); }
24558 pack_cur_name;
24559 mp->tfm_infile = mp_open_file(mp, mp->name_of_file, "rb",mp_filetype_metrics);
24560 if ( !mp->tfm_infile  ) goto BAD_TFM;
24561 file_opened=true
24562
24563 @ When we have a font name and we don't know whether it has been loaded yet,
24564 we scan the |font_name| array before calling |read_font_info|.
24565
24566 @<Declare text measuring subroutines@>=
24567 font_number mp_find_font (MP mp, char *f) {
24568   font_number n;
24569   for (n=0;n<=mp->last_fnum;n++) {
24570     if (mp_xstrcmp(f,mp->font_name[n])==0 )
24571       return n;
24572   }
24573   return mp_read_font_info(mp, f);
24574 }
24575
24576 @ One simple application of |find_font| is the implementation of the |font_size|
24577 operator that gets the design size for a given font name.
24578
24579 @<Find the design size of the font whose name is |cur_exp|@>=
24580 mp_flush_cur_exp(mp, (mp->font_dsize[mp_find_font(mp, str(mp->cur_exp))]+8) / 16)
24581
24582 @ If we discover that the font doesn't have a requested character, we omit it
24583 from the bounding box computation and expect the \ps\ interpreter to drop it.
24584 This routine issues a warning message if the user has asked for it.
24585
24586 @<Declare text measuring subroutines@>=
24587 void mp_lost_warning (MP mp,font_number f, pool_pointer k) { 
24588   if ( mp->internal[mp_tracing_lost_chars]>0 ) { 
24589     mp_begin_diagnostic(mp);
24590     if ( mp->selector==log_only ) incr(mp->selector);
24591     mp_print_nl(mp, "Missing character: There is no ");
24592 @.Missing character@>
24593     mp_print_str(mp, mp->str_pool[k]); 
24594     mp_print(mp, " in font ");
24595     mp_print(mp, mp->font_name[f]); mp_print_char(mp, '!'); 
24596     mp_end_diagnostic(mp, false);
24597   }
24598 }
24599
24600 @ The whole purpose of saving the height, width, and depth information is to be
24601 able to find the bounding box of an item of text in an edge structure.  The
24602 |set_text_box| procedure takes a text node and adds this information.
24603
24604 @<Declare text measuring subroutines@>=
24605 void mp_set_text_box (MP mp,pointer p) {
24606   font_number f; /* |font_n(p)| */
24607   ASCII_code bc,ec; /* range of valid characters for font |f| */
24608   pool_pointer k,kk; /* current character and character to stop at */
24609   four_quarters cc; /* the |char_info| for the current character */
24610   scaled h,d; /* dimensions of the current character */
24611   width_val(p)=0;
24612   height_val(p)=-el_gordo;
24613   depth_val(p)=-el_gordo;
24614   f=font_n(p);
24615   bc=mp->font_bc[f];
24616   ec=mp->font_ec[f];
24617   kk=str_stop(text_p(p));
24618   k=mp->str_start[text_p(p)];
24619   while ( k<kk ) {
24620     @<Adjust |p|'s bounding box to contain |str_pool[k]|; advance |k|@>;
24621   }
24622   @<Set the height and depth to zero if the bounding box is empty@>;
24623 }
24624
24625 @ @<Adjust |p|'s bounding box to contain |str_pool[k]|; advance |k|@>=
24626
24627   if ( (mp->str_pool[k]<bc)||(mp->str_pool[k]>ec) ) {
24628     mp_lost_warning(mp, f,k);
24629   } else { 
24630     cc=char_info(f)(mp->str_pool[k]);
24631     if ( ! ichar_exists(cc) ) {
24632       mp_lost_warning(mp, f,k);
24633     } else { 
24634       width_val(p)=width_val(p)+char_width(f)(cc);
24635       h=char_height(f)(cc);
24636       d=char_depth(f)(cc);
24637       if ( h>height_val(p) ) height_val(p)=h;
24638       if ( d>depth_val(p) ) depth_val(p)=d;
24639     }
24640   }
24641   incr(k);
24642 }
24643
24644 @ Let's hope modern compilers do comparisons correctly when the difference would
24645 overflow.
24646
24647 @<Set the height and depth to zero if the bounding box is empty@>=
24648 if ( height_val(p)<-depth_val(p) ) { 
24649   height_val(p)=0;
24650   depth_val(p)=0;
24651 }
24652
24653 @ The new primitives fontmapfile and fontmapline.
24654
24655 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
24656 void mp_do_mapfile (MP mp) ;
24657 void mp_do_mapline (MP mp) ;
24658
24659 @ @c void mp_do_mapfile (MP mp) { 
24660   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
24661   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
24662     @<Complain about improper map operation@>;
24663   } else {
24664     mp_map_file(mp,mp->cur_exp);
24665   }
24666 }
24667 void mp_do_mapline (MP mp) { 
24668   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
24669   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
24670      @<Complain about improper map operation@>;
24671   } else { 
24672      mp_map_line(mp,mp->cur_exp);
24673   }
24674 }
24675
24676 @ @<Complain about improper map operation@>=
24677
24678   exp_err("Unsuitable expression");
24679   help1("Only known strings can be map files or map lines.");
24680   mp_put_get_error(mp);
24681 }
24682
24683 @ This is temporary.
24684
24685 @d ps_room(A) mp_ps_room(mp,A)
24686
24687 @ To print |scaled| value to PDF output we need some subroutines to ensure
24688 accurary.
24689
24690 @d max_integer   0x7FFFFFFF /* $2^{31}-1$ */
24691
24692 @<Glob...@>=
24693 scaled one_bp; /* scaled value corresponds to 1bp */
24694 scaled one_hundred_bp; /* scaled value corresponds to 100bp */
24695 scaled one_hundred_inch; /* scaled value corresponds to 100in */
24696 integer ten_pow[10]; /* $10^0..10^9$ */
24697 integer scaled_out; /* amount of |scaled| that was taken out in |divide_scaled| */
24698
24699 @ @<Set init...@>=
24700 mp->one_bp = 65782; /* 65781.76 */
24701 mp->one_hundred_bp = 6578176;
24702 mp->one_hundred_inch = 473628672;
24703 mp->ten_pow[0] = 1;
24704 for (i = 1;i<= 9; i++ ) {
24705   mp->ten_pow[i] = 10*mp->ten_pow[i - 1];
24706 }
24707
24708 @ The following function divides |s| by |m|. |dd| is number of decimal digits.
24709
24710 @c scaled mp_divide_scaled (MP mp,scaled s, scaled m, integer  dd) {
24711   scaled q,r;
24712   integer sign,i;
24713   sign = 1;
24714   if ( s < 0 ) { sign = -sign; s = -s; }
24715   if ( m < 0 ) { sign = -sign; m = -m; }
24716   if ( m == 0 )
24717     mp_confusion(mp, "arithmetic: divided by zero");
24718   else if ( m >= (max_integer / 10) )
24719     mp_confusion(mp, "arithmetic: number too big");
24720   q = s / m;
24721   r = s % m;
24722   for (i = 1;i<=dd;i++) {
24723     q = 10*q + (10*r) / m;
24724     r = (10*r) % m;
24725   }
24726   if ( 2*r >= m ) { incr(q); r = r - m; }
24727   mp->scaled_out = sign*(s - (r / mp->ten_pow[dd]));
24728   return (sign*q);
24729 }
24730
24731 @* \[44] Shipping pictures out.
24732 The |ship_out| procedure, to be described below, is given a pointer to
24733 an edge structure. Its mission is to output a file containing the \ps\
24734 description of an edge structure.
24735
24736 @ Each time an edge structure is shipped out we write a new \ps\ output
24737 file named according to the current \&{charcode}.
24738 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24739
24740 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24741 void mp_open_output_file (MP mp) ;
24742
24743 @ @c void mp_open_output_file (MP mp) {
24744   integer c; /* \&{charcode} rounded to the nearest integer */
24745   int old_setting; /* previous |selector| setting */
24746   pool_pointer i; /*  indexes into |filename_template|  */
24747   integer cc; /* a temporary integer for template building  */
24748   integer f,g=0; /* field widths */
24749   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
24750   c=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_char_code]);
24751   if ( mp->filename_template==0 ) {
24752     char *s; /* a file extension derived from |c| */
24753     if ( c<0 ) 
24754       s=xstrdup(".ps");
24755     else 
24756       @<Use |c| to compute the file extension |s|@>;
24757     mp_pack_job_name(mp, s);
24758     xfree(s);
24759     while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->ps_file, mp_filetype_postscript) )
24760       mp_prompt_file_name(mp, "file name for output",s);
24761   } else { /* initializations */
24762     str_number s, n; /* a file extension derived from |c| */
24763     old_setting=mp->selector; 
24764     mp->selector=new_string;
24765     f = 0;
24766     i = mp->str_start[mp->filename_template];
24767     n = rts(""); /* initialize */
24768     while ( i<str_stop(mp->filename_template) ) {
24769        if ( mp->str_pool[i]=='%' ) {
24770       CONTINUE:
24771         incr(i);
24772         if ( i<str_stop(mp->filename_template) ) {
24773           if ( mp->str_pool[i]=='j' ) {
24774             mp_print(mp, mp->job_name);
24775           } else if ( mp->str_pool[i]=='d' ) {
24776              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day]);
24777              print_with_leading_zeroes(cc);
24778           } else if ( mp->str_pool[i]=='m' ) {
24779              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]);
24780              print_with_leading_zeroes(cc);
24781           } else if ( mp->str_pool[i]=='y' ) {
24782              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year]);
24783              print_with_leading_zeroes(cc);
24784           } else if ( mp->str_pool[i]=='H' ) {
24785              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]) / 60;
24786              print_with_leading_zeroes(cc);
24787           }  else if ( mp->str_pool[i]=='M' ) {
24788              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]) % 60;
24789              print_with_leading_zeroes(cc);
24790           } else if ( mp->str_pool[i]=='c' ) {
24791             if ( c<0 ) mp_print(mp, "ps");
24792             else print_with_leading_zeroes(c);
24793           } else if ( (mp->str_pool[i]>='0') && 
24794                       (mp->str_pool[i]<='9') ) {
24795             if ( (f<10)  )
24796               f = (f*10) + mp->str_pool[i]-'0';
24797             goto CONTINUE;
24798           } else {
24799             mp_print_str(mp, mp->str_pool[i]);
24800           }
24801         }
24802       } else {
24803         if ( mp->str_pool[i]=='.' )
24804           if (length(n)==0)
24805             n = mp_make_string(mp);
24806         mp_print_str(mp, mp->str_pool[i]);
24807       };
24808       incr(i);
24809     };
24810     s = mp_make_string(mp);
24811     mp->selector= old_setting;
24812     if (length(n)==0) {
24813        n=s;
24814        s=rts("");
24815     };
24816     mp_pack_file_name(mp, str(n),"",str(s));
24817     while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->ps_file, mp_filetype_postscript) )
24818       mp_prompt_file_name(mp, "file name for output",str(s));
24819     delete_str_ref(n);
24820     delete_str_ref(s);
24821   }
24822   @<Store the true output file name if appropriate@>;
24823   @<Begin the progress report for the output of picture~|c|@>;
24824 }
24825
24826 @ The file extension created here could be up to five characters long in
24827 extreme cases so it may have to be shortened on some systems.
24828 @^system dependencies@>
24829
24830 @<Use |c| to compute the file extension |s|@>=
24831
24832   s = xmalloc(7,1);
24833   snprintf(s,7,".%i",(int)c);
24834 }
24835
24836 @ The user won't want to see all the output file names so we only save the
24837 first and last ones and a count of how many there were.  For this purpose
24838 files are ordered primarily by \&{charcode} and secondarily by order of
24839 creation.
24840 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24841
24842 @<Store the true output file name if appropriate@>=
24843 if ((c<mp->first_output_code)&&(mp->first_output_code>=0)) {
24844   mp->first_output_code=c;
24845   xfree(mp->first_file_name);
24846   mp->first_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24847 }
24848 if ( c>=mp->last_output_code ) {
24849   mp->last_output_code=c;
24850   xfree(mp->last_file_name);
24851   mp->last_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24852 }
24853
24854 @ @<Glob...@>=
24855 char * first_file_name;
24856 char * last_file_name; /* full file names */
24857 integer first_output_code;integer last_output_code; /* rounded \&{charcode} values */
24858 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24859 integer total_shipped; /* total number of |ship_out| operations completed */
24860
24861 @ @<Set init...@>=
24862 mp->first_file_name=xstrdup("");
24863 mp->last_file_name=xstrdup("");
24864 mp->first_output_code=32768;
24865 mp->last_output_code=-32768;
24866 mp->total_shipped=0;
24867
24868 @ @<Dealloc variables@>=
24869 xfree(mp->first_file_name);
24870 xfree(mp->last_file_name);
24871
24872 @ @<Begin the progress report for the output of picture~|c|@>=
24873 if ( (int)mp->term_offset>mp->max_print_line-6 ) mp_print_ln(mp);
24874 else if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_char(mp, ' ');
24875 mp_print_char(mp, '[');
24876 if ( c>=0 ) mp_print_int(mp, c)
24877
24878 @ @<End progress report@>=
24879 mp_print_char(mp, ']');
24880 update_terminal;
24881 incr(mp->total_shipped)
24882
24883 @ @<Explain what output files were written@>=
24884 if ( mp->total_shipped>0 ) { 
24885   mp_print_nl(mp, "");
24886   mp_print_int(mp, mp->total_shipped);
24887   mp_print(mp, " output file");
24888   if ( mp->total_shipped>1 ) mp_print_char(mp, 's');
24889   mp_print(mp, " written: ");
24890   mp_print(mp, mp->first_file_name);
24891   if ( mp->total_shipped>1 ) {
24892     if ( 31+strlen(mp->first_file_name)+
24893          strlen(mp->last_file_name)> (unsigned)mp->max_print_line) 
24894       mp_print_ln(mp);
24895     mp_print(mp, " .. ");
24896     mp_print(mp, mp->last_file_name);
24897   }
24898 }
24899
24900
24901 @ The most important output procedure is the one that gives the \ps\ version of
24902 a \MP\ path.
24903
24904 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24905 void mp_ps_path_out (MP mp,pointer h) {
24906   pointer p,q; /* for scanning the path */
24907   scaled d; /* a temporary value */
24908   boolean curved; /* |true| unless the cubic is almost straight */
24909   ps_room(40);
24910   if ( mp->need_newpath ) 
24911     mp_ps_print_cmd(mp, "newpath ","n ");
24912   mp->need_newpath=true;
24913   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(h),y_coord(h));
24914   mp_ps_print_cmd(mp, "moveto","m");
24915   p=h;
24916   do {  
24917     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) { 
24918       if ( p==h ) mp_ps_print_cmd(mp, " 0 0 rlineto"," 0 0 r");
24919       return;
24920     }
24921     q=link(p);
24922     @<Start a new line and print the \ps\ commands for the curve from
24923       |p| to~|q|@>;
24924     p=q;
24925   } while (p!=h);
24926   mp_ps_print_cmd(mp, " closepath"," p");
24927 }
24928
24929 @ @<Glob...@>=
24930 boolean need_newpath;
24931   /* will |ps_path_out| need to issue a \&{newpath} command next time */
24932 @:newpath_}{\&{newpath} command@>
24933
24934 @ @<Start a new line and print the \ps\ commands for the curve from...@>=
24935 curved=true;
24936 @<Set |curved:=false| if the cubic from |p| to |q| is almost straight@>;
24937 mp_print_ln(mp);
24938 if ( curved ){ 
24939   mp_ps_pair_out(mp, right_x(p),right_y(p));
24940   mp_ps_pair_out(mp, left_x(q),left_y(q));
24941   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(q),y_coord(q));
24942   mp_ps_print_cmd(mp, "curveto","c");
24943 } else if ( q!=h ){ 
24944   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(q),y_coord(q));
24945   mp_ps_print_cmd(mp, "lineto","l");
24946 }
24947
24948 @ Two types of straight lines come up often in \MP\ paths:
24949 cubics with zero initial and final velocity as created by |make_path| or
24950 |make_envelope|, and cubics with control points uniformly spaced on a line
24951 as created by |make_choices|.
24952
24953 @d bend_tolerance 131 /* allow rounding error of $2\cdot10^{-3}$ */
24954
24955 @<Set |curved:=false| if the cubic from |p| to |q| is almost straight@>=
24956 if ( right_x(p)==x_coord(p) )
24957   if ( right_y(p)==y_coord(p) )
24958     if ( left_x(q)==x_coord(q) )
24959       if ( left_y(q)==y_coord(q) ) curved=false;
24960 d=left_x(q)-right_x(p);
24961 if ( abs(right_x(p)-x_coord(p)-d)<=bend_tolerance )
24962   if ( abs(x_coord(q)-left_x(q)-d)<=bend_tolerance )
24963     { d=left_y(q)-right_y(p);
24964     if ( abs(right_y(p)-y_coord(p)-d)<=bend_tolerance )
24965       if ( abs(y_coord(q)-left_y(q)-d)<=bend_tolerance ) curved=false;
24966     }
24967
24968 @ We need to keep track of several parameters from the \ps\ graphics state.
24969 @^graphics state@>
24970 This allows us to be sure that \ps\ has the correct values when they are
24971 needed without wasting time and space setting them unnecessarily.
24972
24973 @d gs_node_size 10
24974 @d gs_red        mp->mem[mp->gs_state+1].sc
24975 @d gs_green      mp->mem[mp->gs_state+2].sc
24976 @d gs_blue       mp->mem[mp->gs_state+3].sc
24977 @d gs_black      mp->mem[mp->gs_state+4].sc
24978    /* color from the last \&{setcmykcolor} or \&{setrgbcolor} or \&{setgray} command */
24979 @d gs_colormodel mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b0
24980    /* the current colormodel */
24981 @d gs_ljoin      mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b1
24982 @d gs_lcap       mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b2
24983    /* values from the last \&{setlinejoin} and \&{setlinecap} commands */
24984 @d gs_adj_wx     mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b3
24985    /* what resolution-dependent adjustment applies to the width */
24986 @d gs_miterlim   mp->mem[mp->gs_state+6].sc
24987    /* the value from the last \&{setmiterlimit} command */
24988 @d gs_dash_p     mp->mem[mp->gs_state+7].hh.lh
24989    /* edge structure for last \&{setdash} command */
24990 @d gs_previous   mp->mem[mp->gs_state+7].hh.rh
24991    /* backlink to the previous |gs_state| structure */
24992 @d gs_dash_sc    mp->mem[mp->gs_state+8].sc
24993    /* scale factor used with |gs_dash_p| */
24994 @d gs_width      mp->mem[mp->gs_state+9].sc
24995    /* width setting or $-1$ if no \&{setlinewidth} command so far */
24996
24997 @<Glob...@>=
24998 pointer gs_state;
24999
25000 @ @<Set init...@>=
25001 mp->gs_state=null;
25002
25003 @ To avoid making undue assumptions about the initial graphics state, these
25004 parameters are given special values that are guaranteed not to match anything
25005 in the edge structure being shipped out.  On the other hand, the initial color
25006 should be black so that the translation of an all-black picture will have no
25007 \&{setcolor} commands.  (These would be undesirable in a font application.)
25008 Hence we use |c=0| when initializing the graphics state and we use |c<0|
25009 to recover from a situation where we have lost track of the graphics state.
25010
25011 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25012 void mp_unknown_graphics_state (MP mp,scaled c) ;
25013
25014 @ @c void mp_unknown_graphics_state (MP mp,scaled c) {
25015   pointer p; /* to shift graphic states around */
25016   quarterword k; /* a loop index for copying the |gs_state| */
25017   if ( (c==0)||(c==-1) ) {
25018     if ( mp->gs_state==null ) {
25019       mp->gs_state = mp_get_node(mp, gs_node_size);
25020       gs_previous=null;
25021     } else {
25022       while ( gs_previous!=null ) {
25023         p = gs_previous;
25024         mp_free_node(mp, mp->gs_state,gs_node_size);
25025         mp->gs_state=p;
25026       }
25027     }
25028     gs_red=c; gs_green=c; gs_blue=c; gs_black=c;
25029     gs_colormodel=mp_uninitialized_model;
25030     gs_ljoin=3;
25031     gs_lcap=3;
25032     gs_miterlim=0;
25033     gs_dash_p=mp_void;
25034     gs_dash_sc=0;
25035     gs_width=-1;
25036   } else if ( c==1 ) {
25037     p= mp->gs_state;
25038     mp->gs_state = mp_get_node(mp, gs_node_size);
25039     for (k=1;k<=gs_node_size-1;k++)
25040       mp->mem[mp->gs_state+k]=mp->mem[p+k];
25041     gs_previous = p;
25042   } else if ( c==2 ) {
25043     p = gs_previous;
25044     mp_free_node(mp, mp->gs_state,gs_node_size);
25045     mp->gs_state=p;
25046   }
25047 }
25048
25049 @ When it is time to output a graphical object, |fix_graphics_state| ensures
25050 that \ps's idea of the graphics state agrees with what is stored in the object.
25051
25052 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25053 @<Declare subroutines needed by |fix_graphics_state|@>;
25054 void mp_fix_graphics_state (MP mp, pointer p) ;
25055
25056 @ @c 
25057 void mp_fix_graphics_state (MP mp, pointer p) {
25058   /* get ready to output graphical object |p| */
25059   pointer hh,pp; /* for list manipulation */
25060   scaled wx,wy,ww; /* dimensions of pen bounding box */
25061   boolean adj_wx; /* whether pixel rounding should be based on |wx| or |wy| */
25062   integer tx,ty; /* temporaries for computing |adj_wx| */
25063   scaled scf; /* a scale factor for the dash pattern */
25064   if ( has_color(p) )
25065     @<Make sure \ps\ will use the right color for object~|p|@>;
25066   if ( (type(p)==mp_fill_code)||(type(p)==mp_stroked_code) )
25067     if ( pen_p(p)!=null )
25068       if ( pen_is_elliptical(pen_p(p)) ) {
25069         @<Generate \ps\ code that sets the stroke width to the
25070           appropriate rounded value@>;
25071         @<Make sure \ps\ will use the right dash pattern for |dash_p(p)|@>;
25072         @<Decide whether the line cap parameter matters and set it if necessary@>;
25073         @<Set the other numeric parameters as needed for object~|p|@>;
25074       }
25075   if ( mp->ps_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
25076 }
25077
25078 @ @<Decide whether the line cap parameter matters and set it if necessary@>=
25079 if ( type(p)==mp_stroked_code )
25080   if ( (left_type(path_p(p))==mp_endpoint)||(dash_p(p)!=null) )
25081     if ( gs_lcap!=lcap_val(p) ) {
25082       ps_room(13);
25083       mp_print_char(mp, ' ');
25084       mp_print_char(mp, '0'+lcap_val(p)); 
25085       mp_ps_print_cmd(mp, " setlinecap"," lc");
25086       gs_lcap=lcap_val(p);
25087     }
25088
25089 @ @<Set the other numeric parameters as needed for object~|p|@>=
25090 if ( gs_ljoin!=ljoin_val(p) ) {
25091   ps_room(14);
25092   mp_print_char(mp, ' ');
25093   mp_print_char(mp, '0'+ljoin_val(p)); mp_ps_print_cmd(mp, " setlinejoin"," lj");
25094   gs_ljoin=ljoin_val(p);
25095 }
25096 if ( gs_miterlim!=miterlim_val(p) ) {
25097   ps_room(27);
25098   mp_print_char(mp, ' ');
25099   mp_print_scaled(mp, miterlim_val(p)); mp_ps_print_cmd(mp, " setmiterlimit"," ml");
25100   gs_miterlim=miterlim_val(p);
25101 }
25102
25103 @ @<Make sure \ps\ will use the right color for object~|p|@>=
25104 {
25105   if ( (color_model(p)==mp_rgb_model)||
25106      ((color_model(p)==mp_uninitialized_model)&&
25107      ((mp->internal[mp_default_color_model] / unity)==mp_rgb_model)) ) {
25108   if ( (gs_colormodel!=mp_rgb_model)||(gs_red!=red_val(p))||
25109       (gs_green!=green_val(p))||(gs_blue!=blue_val(p)) ) {
25110       gs_red=red_val(p);
25111       gs_green=green_val(p);
25112       gs_blue=blue_val(p);
25113       gs_black= -1;
25114       gs_colormodel=mp_rgb_model;
25115       { ps_room(36);
25116         mp_print_char(mp, ' ');
25117         mp_print_scaled(mp, gs_red); mp_print_char(mp, ' ');
25118         mp_print_scaled(mp, gs_green); mp_print_char(mp, ' ');
25119         mp_print_scaled(mp, gs_blue);
25120         mp_ps_print_cmd(mp, " setrgbcolor", " R");
25121       }
25122     }
25123   } else if ( (color_model(p)==mp_cmyk_model)||
25124      ((color_model(p)==mp_uninitialized_model)&&
25125      ((mp->internal[mp_default_color_model] / unity)==mp_cmyk_model)) ) {
25126    if ( (gs_red!=cyan_val(p))||(gs_green!=magenta_val(p))||
25127       (gs_blue!=yellow_val(p))||(gs_black!=black_val(p))||
25128       (gs_colormodel!=mp_cmyk_model) ) {
25129       if ( color_model(p)==mp_uninitialized_model ) {
25130         gs_red=0;
25131         gs_green=0;
25132         gs_blue=0;
25133         gs_black=unity;
25134       } else {
25135         gs_red=cyan_val(p);
25136         gs_green=magenta_val(p);
25137         gs_blue=yellow_val(p);
25138         gs_black=black_val(p);
25139       }
25140       gs_colormodel=mp_cmyk_model;
25141       { ps_room(45);
25142         mp_print_char(mp, ' ');
25143         mp_print_scaled(mp, gs_red); mp_print_char(mp, ' ');
25144         mp_print_scaled(mp, gs_green); mp_print_char(mp, ' ');
25145         mp_print_scaled(mp, gs_blue); mp_print_char(mp, ' ');
25146         mp_print_scaled(mp, gs_black);
25147         mp_ps_print_cmd(mp, " setcmykcolor"," C");
25148       }
25149     }
25150   } else if ( (color_model(p)==mp_grey_model)||
25151     ((color_model(p)==mp_uninitialized_model)&&
25152      ((mp->internal[mp_default_color_model] / unity)==mp_grey_model)) ) {
25153    if ( (gs_red!=grey_val(p))||(gs_colormodel!=mp_grey_model) ) {
25154       gs_red = grey_val(p);
25155       gs_green= -1;
25156       gs_blue= -1;
25157       gs_black= -1;
25158       gs_colormodel=mp_grey_model;
25159       { ps_room(16);
25160         mp_print_char(mp, ' ');
25161         mp_print_scaled(mp, gs_red);
25162         mp_ps_print_cmd(mp, " setgray"," G");
25163       }
25164     }
25165   }
25166   if ( color_model(p)==mp_no_model )
25167     gs_colormodel=mp_no_model;
25168 }
25169
25170 @ In order to get consistent widths for horizontal and vertical pen strokes, we
25171 want \ps\ to use an integer number of pixels for the \&{setwidth} parameter.
25172 @:setwidth}{\&{setwidth}command@>
25173 We set |gs_width| to the ideal horizontal or vertical stroke width and then
25174 generate \ps\ code that computes the rounded value.  For non-circular pens, the
25175 pen shape will be rescaled so that horizontal or vertical parts of the stroke
25176 have the computed width.
25177
25178 Rounding the width to whole pixels is not likely to improve the appearance of
25179 diagonal or curved strokes, but we do it anyway for consistency.  The
25180 \&{truncate} command generated here tends to make all the strokes a little
25181 @:truncate}{\&{truncate} command@>
25182 thinner, but this is appropriate for \ps's scan-conversion rules.  Even with
25183 truncation, an ideal with of $w$~pixels gets mapped into $\lfloor w\rfloor+1$.
25184 It would be better to have $\lceil w\rceil$ but that is ridiculously expensive
25185 to compute in \ps.
25186
25187 @<Generate \ps\ code that sets the stroke width...@>=
25188 @<Set |wx| and |wy| to the width and height of the bounding box for
25189   |pen_p(p)|@>;
25190 @<Use |pen_p(p)| and |path_p(p)| to decide whether |wx| or |wy| is more
25191   important and set |adj_wx| and |ww| accordingly@>;
25192 if ( (ww!=gs_width) || (adj_wx!=gs_adj_wx) ) {
25193   if ( adj_wx ) {
25194     ps_room(13);
25195     mp_print_char(mp, ' '); mp_print_scaled(mp, ww);
25196     mp_ps_print_cmd(mp, 
25197       " 0 dtransform exch truncate exch idtransform pop setlinewidth"," hlw");
25198   } else {
25199     if ( mp->internal[mp_procset]>0 ) {
25200       ps_room(13);
25201       mp_print_char(mp, ' ');
25202       mp_print_scaled(mp, ww);
25203       mp_ps_print(mp, " vlw");
25204     } else { 
25205       ps_room(15);
25206       mp_print(mp, " 0 "); mp_print_scaled(mp, ww);
25207       mp_ps_print(mp, " dtransform truncate idtransform setlinewidth pop");
25208     }
25209   }
25210   gs_width = ww;
25211   gs_adj_wx = adj_wx;
25212 }
25213
25214 @ @<Set |wx| and |wy| to the width and height of the bounding box for...@>=
25215 pp=pen_p(p);
25216 if ( (right_x(pp)==x_coord(pp)) && (left_y(pp)==y_coord(pp)) ) {
25217   wx = abs(left_x(pp) - x_coord(pp));
25218   wy = abs(right_y(pp) - y_coord(pp));
25219 } else {
25220   wx = mp_pyth_add(mp, left_x(pp)-x_coord(pp), right_x(pp)-x_coord(pp));
25221   wy = mp_pyth_add(mp, left_y(pp)-y_coord(pp), right_y(pp)-y_coord(pp));
25222 }
25223
25224 @ The path is considered ``essentially horizontal'' if its range of
25225 $y$~coordinates is less than the $y$~range |wy| for the pen.  ``Essentially
25226 vertical'' paths are detected similarly.  This code ensures that no component
25227 of the pen transformation is more that |aspect_bound*(ww+1)|.
25228
25229 @d aspect_bound 10 /* ``less important'' of |wx|, |wy| cannot exceed the other by
25230     more than this factor */
25231
25232 @<Use |pen_p(p)| and |path_p(p)| to decide whether |wx| or |wy| is more...@>=
25233 tx=1; ty=1;
25234 if ( mp_coord_rangeOK(mp, path_p(p), y_loc(0), wy) ) tx=aspect_bound;
25235 else if ( mp_coord_rangeOK(mp, path_p(p), x_loc(0), wx) ) ty=aspect_bound;
25236 if ( wy / ty>=wx / tx ) { ww=wy; adj_wx=false; }
25237 else { ww=wx; adj_wx=true;  }
25238
25239 @ This routine quickly tests if path |h| is ``essentially horizontal'' or
25240 ``essentially vertical,'' where |zoff| is |x_loc(0)| or |y_loc(0)| and |dz| is
25241 allowable range for $x$ or~$y$.  We do not need and cannot afford a full
25242 bounding-box computation.
25243
25244 @<Declare subroutines needed by |fix_graphics_state|@>=
25245 boolean mp_coord_rangeOK (MP mp,pointer h, 
25246                           small_number  zoff, scaled dz) {
25247   pointer p; /* for scanning the path form |h| */
25248   scaled zlo,zhi; /* coordinate range so far */
25249   scaled z; /* coordinate currently being tested */
25250   zlo=knot_coord(h+zoff);
25251   zhi=zlo;
25252   p=h;
25253   while ( right_type(p)!=mp_endpoint ) {
25254     z=right_coord(p+zoff);
25255     @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>;
25256     p=link(p);
25257     z=left_coord(p+zoff);
25258     @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>;
25259     z=knot_coord(p+zoff);
25260     @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>;
25261     if ( p==h ) break;
25262   }
25263   return true;
25264 }
25265
25266 @ @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>=
25267 if ( z<zlo ) zlo=z;
25268 else if ( z>zhi ) zhi=z;
25269 if ( zhi-zlo>dz ) return false
25270
25271 @ Filling with an elliptical pen is implemented via a combination of \&{stroke}
25272 and \&{fill} commands and a nontrivial dash pattern would interfere with this.
25273 @:stroke}{\&{stroke} command@>
25274 @:fill}{\&{fill} command@>
25275 Note that we don't use |delete_edge_ref| because |gs_dash_p| is not counted as
25276 a reference.
25277
25278 @<Make sure \ps\ will use the right dash pattern for |dash_p(p)|@>=
25279 if ( type(p)==mp_fill_code ) {
25280   hh=null;
25281 } else { 
25282   hh=dash_p(p);
25283   scf=mp_get_pen_scale(mp, pen_p(p));
25284   if ( scf==0 ) {
25285     if ( gs_width==0 ) scf=dash_scale(p);  else hh=null;
25286   } else { 
25287     scf=mp_make_scaled(mp, gs_width,scf);
25288     scf=mp_take_scaled(mp, scf,dash_scale(p));
25289   }
25290 }
25291 if ( hh==null ) {
25292   if ( gs_dash_p!=null ) {
25293     mp_ps_print_cmd(mp, " [] 0 setdash"," rd");
25294     gs_dash_p=null;
25295   }
25296 } else if ( (gs_dash_sc!=scf) || ! mp_same_dashes(mp, gs_dash_p,hh) ) {
25297   @<Set the dash pattern from |dash_list(hh)| scaled by |scf|@>;
25298 }
25299
25300 @ Translating a dash list into \ps\ is very similar to printing it symbolically
25301 in |print_edges|.  A dash pattern with |dash_y(hh)=0| has length zero and is
25302 ignored.  The same fate applies in the bizarre case of a dash pattern that
25303 cannot be printed without overflow.
25304
25305 @<Set the dash pattern from |dash_list(hh)| scaled by |scf|@>=
25306 { gs_dash_p=hh;
25307   gs_dash_sc=scf;
25308   if ( (dash_y(hh)==0) || (abs(dash_y(hh)) / unity >= el_gordo / scf)){
25309     mp_ps_print_cmd(mp, " [] 0 setdash"," rd");
25310   } else { 
25311     pp=dash_list(hh);
25312     start_x(null_dash)=start_x(pp)+dash_y(hh);
25313     ps_room(28);
25314     mp_print(mp, " [");
25315     while ( pp!=null_dash ) {
25316       mp_ps_pair_out(mp, mp_take_scaled(mp, stop_x(pp)-start_x(pp),scf),
25317                          mp_take_scaled(mp, start_x(link(pp))-stop_x(pp),scf));
25318       pp=link(pp);
25319     }
25320     ps_room(22);
25321     mp_print(mp, "] ");
25322     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, mp_dash_offset(mp, hh),scf));
25323     mp_ps_print_cmd(mp, " setdash"," sd");
25324   }
25325 }
25326
25327 @ @<Declare subroutines needed by |fix_graphics_state|@>=
25328 boolean mp_same_dashes (MP mp,pointer h, pointer hh) ;
25329
25330 @ @c
25331 boolean mp_same_dashes (MP mp,pointer h, pointer hh) {
25332   /* do |h| and |hh| represent the same dash pattern? */
25333   pointer p,pp; /* dash nodes being compared */
25334   if ( h==hh ) return true;
25335   else if ( (h<=mp_void)||(hh<=mp_void) ) return false;
25336   else if ( dash_y(h)!=dash_y(hh) ) return false;
25337   else { @<Compare |dash_list(h)| and |dash_list(hh)|@>; }
25338   return false; /* can't happen */
25339 }
25340
25341 @ @<Compare |dash_list(h)| and |dash_list(hh)|@>=
25342 { p=dash_list(h);
25343   pp=dash_list(hh);
25344   while ( (p!=null_dash)&&(pp!=null_dash) ) {
25345     if ( (start_x(p)!=start_x(pp))||(stop_x(p)!=stop_x(pp)) ) {
25346       break;
25347     } else { 
25348       p=link(p);
25349       pp=link(pp);
25350     }
25351   }
25352   return (p==pp);
25353 }
25354
25355 @ When stroking a path with an elliptical pen, it is necessary to transform
25356 the coordinate system so that a unit circular pen will have the desired shape.
25357 To keep this transformation local, we enclose it in a
25358 $$\&{gsave}\ldots\&{grestore}$$
25359 block. Any translation component must be applied to the path being stroked
25360 while the rest of the transformation must apply only to the pen.
25361 If |fill_also=true|, the path is to be filled as well as stroked so we must
25362 insert commands to do this after giving the path.
25363
25364 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25365 void mp_stroke_ellipse (MP mp,pointer h, boolean fill_also) ;
25366
25367
25368 @c void mp_stroke_ellipse (MP mp,pointer h, boolean fill_also) {
25369   /* generate an elliptical pen stroke from object |h| */
25370   scaled txx,txy,tyx,tyy; /* transformation parameters */
25371   pointer p; /* the pen to stroke with */
25372   scaled d1,det; /* for tweaking transformation parameters */
25373   integer s; /* also for tweaking transformation paramters */
25374   boolean transformed; /* keeps track of whether gsave/grestore are needed */
25375   transformed=false;
25376   @<Use |pen_p(h)| to set the transformation parameters and give the initial
25377     translation@>;
25378   @<Tweak the transformation parameters so the transformation is nonsingular@>;
25379   mp_ps_path_out(mp, path_p(h));
25380   if ( mp->internal[mp_procset]==0 ) {
25381     if ( fill_also ) mp_print_nl(mp, "gsave fill grestore");
25382     @<Issue \ps\ commands to transform the coordinate system@>;
25383     mp_ps_print(mp, " stroke");
25384     if ( transformed ) mp_ps_print(mp, " grestore");
25385   } else {
25386     if ( fill_also ) mp_print_nl(mp, "B"); else mp_print_ln(mp);
25387     if ( (txy!=0)||(tyx!=0) ) {
25388       mp_print(mp, " [");
25389       mp_ps_pair_out(mp, txx,tyx);
25390       mp_ps_pair_out(mp, txy,tyy);
25391       mp_ps_print(mp, "0 0] t");
25392     } else if ((txx!=unity)||(tyy!=unity) )  {
25393       mp_ps_pair_out(mp,txx,tyy);
25394       mp_print(mp, " s");
25395     };
25396     mp_ps_print(mp, " S");
25397     if ( transformed ) mp_ps_print(mp, " Q");
25398   }
25399   mp_print_ln(mp);
25400 }
25401
25402 @ @<Use |pen_p(h)| to set the transformation parameters and give the...@>=
25403 p=pen_p(h);
25404 txx=left_x(p);
25405 tyx=left_y(p);
25406 txy=right_x(p);
25407 tyy=right_y(p);
25408 if ( (x_coord(p)!=0)||(y_coord(p)!=0) ) {
25409   mp_print_nl(mp, ""); mp_ps_print_cmd(mp, "gsave ","q ");
25410   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(p),y_coord(p));
25411   mp_ps_print(mp, "translate ");
25412   txx-=x_coord(p);
25413   tyx-=y_coord(p);
25414   txy-=x_coord(p);
25415   tyy-=y_coord(p);
25416   transformed=true;
25417 } else {
25418   mp_print_nl(mp, "");
25419 }
25420 @<Adjust the transformation to account for |gs_width| and output the
25421   initial \&{gsave} if |transformed| should be |true|@>
25422
25423 @ @<Adjust the transformation to account for |gs_width| and output the...@>=
25424 if ( gs_width!=unity ) {
25425   if ( gs_width==0 ) { 
25426     txx=unity; tyy=unity;
25427   } else { 
25428     txx=mp_make_scaled(mp, txx,gs_width);
25429     txy=mp_make_scaled(mp, txy,gs_width);
25430     tyx=mp_make_scaled(mp, tyx,gs_width);
25431     tyy=mp_make_scaled(mp, tyy,gs_width);
25432   };
25433 }
25434 if ( (txy!=0)||(tyx!=0)||(txx!=unity)||(tyy!=unity) ) {
25435   if ( (! transformed) ){ 
25436     mp_ps_print_cmd(mp, "gsave ","q ");
25437     transformed=true;
25438   }
25439 }
25440
25441 @ @<Issue \ps\ commands to transform the coordinate system@>=
25442 if ( (txy!=0)||(tyx!=0) ){ 
25443   mp_print_ln(mp);
25444   mp_print_char(mp, '[');
25445   mp_ps_pair_out(mp, txx,tyx);
25446   mp_ps_pair_out(mp, txy,tyy);
25447   mp_ps_print(mp, "0 0] concat");
25448 } else if ( (txx!=unity)||(tyy!=unity) ){ 
25449   mp_print_ln(mp);
25450   mp_ps_pair_out(mp, txx,tyy);
25451   mp_print(mp, "scale");
25452 }
25453
25454 @ The \ps\ interpreter will probably abort if it encounters a singular
25455 transformation matrix.  The determinant must be large enough to ensure that
25456 the printed representation will be nonsingular.  Since the printed
25457 representation is always within $2^{-17}$ of the internal |scaled| value, the
25458 total error is at most $4T_{\rm max}2^{-17}$, where $T_{\rm max}$ is a bound on
25459 the magnitudes of |txx/65536|, |txy/65536|, etc.
25460
25461 The |aspect_bound*(gs_width+1)| bound on the components of the pen
25462 transformation allows $T_{\rm max}$ to be at most |2*aspect_bound|.
25463
25464 @<Tweak the transformation parameters so the transformation is nonsingular@>=
25465 det=mp_take_scaled(mp, txx,tyy) - mp_take_scaled(mp, txy,tyx);
25466 d1=4*aspect_bound+1;
25467 if ( abs(det)<d1 ) { 
25468   if ( det>=0 ) { d1=d1-det; s=1;  }
25469   else { d1=-d1-det; s=-1;  };
25470   d1=d1*unity;
25471   if ( abs(txx)+abs(tyy)>=abs(txy)+abs(tyy) ) {
25472     if ( abs(txx)>abs(tyy) ) tyy=tyy+(d1+s*abs(txx)) / txx;
25473     else txx=txx+(d1+s*abs(tyy)) / tyy;
25474   } else {
25475     if ( abs(txy)>abs(tyx) ) tyx=tyx+(d1+s*abs(txy)) / txy;
25476     else txy=txy+(d1+s*abs(tyx)) / tyx;
25477   }
25478 }
25479
25480 @ Here is a simple routine that just fills a cycle.
25481
25482 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25483 void mp_ps_fill_out (MP mp,pointer p) ;
25484
25485 @ @c
25486 void mp_ps_fill_out (MP mp,pointer p) { /* fill cyclic path~|p| */
25487   mp_ps_path_out(mp, p);
25488   mp_ps_print_cmd(mp, " fill"," F");
25489   mp_print_ln(mp);
25490 }
25491
25492 @ Given a cyclic path~|p| and a graphical object~|h|, the |do_outer_envelope|
25493 procedure fills the cycle generated by |make_envelope|.  It need not do
25494 anything unless some region has positive winding number with respect to~|p|,
25495 but it does not seem worthwhile to test for this.
25496
25497 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25498 void mp_do_outer_envelope (MP mp,pointer p, pointer h) ;
25499
25500 @ @c
25501 void mp_do_outer_envelope (MP mp,pointer p, pointer h) {
25502   p=mp_make_envelope(mp, p, pen_p(h), ljoin_val(h), 0, miterlim_val(h));
25503   mp_ps_fill_out(mp, p);
25504   mp_toss_knot_list(mp, p);
25505 }
25506
25507 @ A text node may specify an arbitrary transformation but the usual case
25508 involves only shifting, scaling, and occasionally rotation.  The purpose
25509 of |choose_scale| is to select a scale factor so that the remaining
25510 transformation is as ``nice'' as possible.  The definition of ``nice''
25511 is somewhat arbitrary but shifting and $90^\circ$ rotation are especially
25512 nice because they work out well for bitmap fonts.  The code here selects
25513 a scale factor equal to $1/\sqrt2$ times the Frobenius norm of the
25514 non-shifting part of the transformation matrix.  It is careful to avoid
25515 additions that might cause undetected overflow.
25516
25517 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25518 scaled mp_choose_scale (MP mp,pointer p) ;
25519
25520 @ @c scaled mp_choose_scale (MP mp,pointer p) {
25521   /* |p| should point to a text node */
25522   scaled a,b,c,d,ad,bc; /* temporary values */
25523   a=txx_val(p);
25524   b=txy_val(p);
25525   c=tyx_val(p);
25526   d=tyy_val(p);
25527   if ( (a<0) ) negate(a);
25528   if ( (b<0) ) negate(b);
25529   if ( (c<0) ) negate(c);
25530   if ( (d<0) ) negate(d);
25531   ad=half(a-d);
25532   bc=half(b-c);
25533   return mp_pyth_add(mp, mp_pyth_add(mp, d+ad,ad), mp_pyth_add(mp, c+bc,bc));
25534 }
25535
25536 @ There may be many sizes of one font and we need to keep track of the
25537 characters used for each size.  This is done by keeping a linked list of
25538 sizes for each font with a counter in each text node giving the appropriate
25539 position in the size list for its font.
25540
25541 @d sc_factor(A) mp->mem[(A)+1].sc /* the scale factor stored in a font size node */
25542 @d font_size_size 2 /* size of a font size node */
25543
25544 @ @<Internal library declarations@>=
25545 boolean mp_has_font_size(MP mp, font_number f );
25546
25547 @ @c 
25548 boolean mp_has_font_size(MP mp, font_number f ) {
25549   return (mp->font_sizes[f]!=null);
25550 }
25551
25552
25553 @ The potential overflow here is caused by the fact the returned value
25554 has to fit in a |name_type|, which is a quarterword. 
25555
25556 @d fscale_tolerance 65 /* that's $.001\times2^{16}$ */
25557
25558 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25559 quarterword mp_size_index (MP mp, font_number f, scaled s) {
25560   pointer p,q; /* the previous and current font size nodes */
25561   quarterword i; /* the size index for |q| */
25562   q=mp->font_sizes[f];
25563   i=0;
25564   while ( q!=null ) {
25565     if ( abs(s-sc_factor(q))<=fscale_tolerance ) 
25566       return i;
25567     else 
25568       { p=q; q=link(q); incr(i); };
25569     if ( i==max_quarterword )
25570       mp_overflow(mp, "sizes per font",max_quarterword);
25571 @:MetaPost capacity exceeded sizes per font}{\quad sizes per font@>
25572   }
25573   q=mp_get_node(mp, font_size_size);
25574   sc_factor(q)=s;
25575   if ( i==0 ) mp->font_sizes[f]=q;  else link(p)=q;
25576   return i;
25577 }
25578
25579 @ @<Internal library ...@>=
25580 scaled mp_indexed_size (MP mp,font_number f, quarterword j);
25581
25582 @ @c
25583 scaled mp_indexed_size (MP mp,font_number f, quarterword j) {
25584   pointer p; /* a font size node */
25585   quarterword i; /* the size index for |p| */
25586   p=mp->font_sizes[f];
25587   i=0;
25588   if ( p==null ) mp_confusion(mp, "size");
25589   while ( (i!=j) ) { 
25590     incr(i); p=link(p);
25591     if ( p==null ) mp_confusion(mp, "size");
25592   }
25593   return sc_factor(p);
25594 }
25595
25596 @ @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25597 void mp_clear_sizes (MP mp) ;
25598
25599 @ @c void mp_clear_sizes (MP mp) {
25600   font_number f;  /* the font whose size list is being cleared */
25601   pointer p;  /* current font size nodes */
25602   for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25603     while ( mp->font_sizes[f]!=null ) {
25604       p=mp->font_sizes[f];
25605       mp->font_sizes[f]=link(p);
25606       mp_free_node(mp, p,font_size_size);
25607     }
25608   }
25609 }
25610
25611 @ The \&{special} command saves up lines of text to be printed during the next
25612 |ship_out| operation.  The saved items are stored as a list of capsule tokens.
25613
25614 @<Glob...@>=
25615 pointer last_pending; /* the last token in a list of pending specials */
25616
25617 @ @<Set init...@>=
25618 mp->last_pending=spec_head;
25619
25620 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
25621 case special_command: 
25622   if ( mp->cur_mod==0 ) mp_do_special(mp); else 
25623   if ( mp->cur_mod==1 ) mp_do_mapfile(mp); else 
25624   mp_do_mapline(mp);
25625   break;
25626
25627 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
25628 void mp_do_special (MP mp) ;
25629
25630 @ @c void mp_do_special (MP mp) { 
25631   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
25632   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
25633     @<Complain about improper special operation@>;
25634   } else { 
25635     link(mp->last_pending)=mp_stash_cur_exp(mp);
25636     mp->last_pending=link(mp->last_pending);
25637     link(mp->last_pending)=null;
25638   }
25639 }
25640
25641 @ @<Complain about improper special operation@>=
25642
25643   exp_err("Unsuitable expression");
25644   help1("Only known strings are allowed for output as specials.");
25645   mp_put_get_error(mp);
25646 }
25647
25648 @ @<Print any pending specials@>=
25649 t=link(spec_head);
25650 while ( t!=null ) {
25651   mp_print_str(mp, value(t));
25652   mp_print_ln(mp);
25653   t=link(t);
25654 }
25655 mp_flush_token_list(mp, link(spec_head));
25656 link(spec_head)=null;
25657 mp->last_pending=spec_head
25658
25659 @ We are now ready for the main output procedure.  Note that the |selector|
25660 setting is saved in a global variable so that |begin_diagnostic| can access it.
25661
25662 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25663 void mp_ship_out (MP mp, pointer h) ;
25664
25665 @ @c
25666 void mp_ship_out (MP mp, pointer h) { /* output edge structure |h| */
25667   pointer p; /* the current graphical object */
25668   pointer q; /* something that |p| points to */
25669   integer t; /* a temporary value */
25670   font_number f; /* fonts used in a text node or as loop counters */
25671   scaled ds,scf; /* design size and scale factor for a text node */
25672   boolean transformed; /* is the coordinate system being transformed? */
25673   mp_open_output_file(mp);
25674   mp->non_ps_setting=mp->selector;
25675   mp->selector=ps_file_only;
25676   mp_set_bbox(mp, h, true);
25677   mp_print_initial_comment(mp, h, minx_val(h),miny_val(h),maxx_val(h),maxy_val(h));
25678   if ( (mp->internal[mp_prologues]==two)||(mp->internal[mp_prologues]==three) ) {
25679     @<Scan all the text nodes and mark the used characters@>;
25680     @<Update encoding names@>;
25681     mp_print_improved_prologue(mp, h);
25682   } else {
25683     @<Scan all the text nodes and set the |font_sizes| lists;
25684      if |internal[mp_prologues]<=0| list the sizes selected by |choose_scale|,
25685      apply |unmark_font| to each font encountered, and call |mark_string|
25686      whenever the size index is zero@>;
25687     mp_print_prologue(mp, h);
25688   }
25689   @<Print any pending specials@>;
25690   mp_unknown_graphics_state(mp, 0);
25691   mp->need_newpath=true;
25692   p=link(dummy_loc(h));
25693   while ( p!=null ) { 
25694     if ( has_color(p) ) {
25695       if ( (pre_script(p))!=null ) {
25696         mp_print_nl (mp, str(pre_script(p))); mp_print_ln(mp);
25697       }
25698     }
25699     mp_fix_graphics_state(mp, p);
25700     switch (type(p)) {
25701     @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>;
25702     case mp_start_bounds_code:
25703     case mp_stop_bounds_code:
25704           break;
25705     } /* all cases are enumerated */
25706     p=link(p);
25707   }
25708   mp_ps_print_cmd(mp, "showpage","P"); mp_print_ln(mp);
25709   mp_print(mp, "%%EOF"); mp_print_ln(mp);
25710   fclose(mp->ps_file);
25711   mp->selector=mp->non_ps_setting;
25712   if ( mp->internal[mp_prologues]<=0 ) mp_clear_sizes(mp);
25713   @<End progress report@>;
25714   if ( mp->internal[mp_tracing_output]>0 ) 
25715    mp_print_edges(mp, h," (just shipped out)",true);
25716 }
25717
25718 @ @<Internal library declarations@>=
25719 void mp_apply_mark_string_chars(MP mp, pointer h, int next_size);
25720
25721 @ @c
25722 void mp_apply_mark_string_chars(MP mp, pointer h, int next_size) {
25723   pointer p;
25724   p=link(dummy_loc(h));
25725   while ( p!=null ) {
25726     if ( type(p)==mp_text_code )
25727       if ( font_n(p)!=null_font )
25728         if ( name_type(p)==next_size )
25729           mp_mark_string_chars(mp, font_n(p),text_p(p));
25730     p=link(p);
25731   }
25732 }
25733
25734 @ @<Scan all the text nodes and mark the used ...@>=
25735 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25736   if ( mp->font_sizes[f]!=null ) {
25737     mp_unmark_font(mp, f);
25738     mp->font_sizes[f]=null;
25739   }
25740 }
25741 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25742   p=link(dummy_loc(h));
25743   while ( p!=null ) {
25744     if ( type(p)==mp_text_code ) {
25745       if ( font_n(p)!=null_font ) {
25746         mp->font_sizes[font_n(p)] = mp_void;
25747         mp_mark_string_chars(mp, font_n(p),text_p(p));
25748         if ( mp_has_fm_entry(mp,font_n(p),NULL) )
25749           mp->font_ps_name[font_n(p)] = mp_fm_font_name(mp,font_n(p));
25750       }
25751     }
25752     p=link(p);
25753   }
25754 }
25755
25756 @ @<Update encoding names@>=
25757 mp_reload_encodings(mp);
25758 p=link(dummy_loc(h));
25759 while ( p!=null ) {
25760   if ( type(p)==mp_text_code )
25761     if ( font_n(p)!=null_font )
25762       if ( mp_has_fm_entry(mp,font_n(p),NULL) )
25763         if ( mp->font_enc_name[font_n(p)]==NULL )
25764           mp->font_enc_name[font_n(p)] = mp_fm_encoding_name(mp,font_n(p));
25765   p=link(p);
25766 }
25767
25768
25769 @ @<Scan all the text nodes and set the |font_sizes| lists;...@>=
25770 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) 
25771   mp->font_sizes[f]=null;
25772 p=link(dummy_loc(h));
25773 while ( p!=null ) {
25774   if ( type(p)==mp_text_code ) {
25775     if ( font_n(p)!=null_font ) {
25776       f=font_n(p);
25777       if ( mp->internal[mp_prologues]>0 ) {
25778         mp->font_sizes[f]=mp_void;
25779       } else { 
25780         if ( mp->font_sizes[f]==null )
25781           mp_unmark_font(mp, f);
25782         name_type(p)=mp_size_index(mp, f,mp_choose_scale(mp, p));
25783         if ( name_type(p)==0 )
25784           mp_mark_string_chars(mp, f,text_p(p));
25785       }
25786     }
25787   }
25788   p=link(p);
25789 }
25790
25791
25792
25793
25794 @ @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>=
25795 case mp_start_clip_code: 
25796   mp_print_nl(mp, ""); mp_ps_print_cmd(mp, "gsave ","q ");
25797   mp_ps_path_out(mp, path_p(p));
25798   mp_ps_print_cmd(mp, " clip"," W");
25799   mp_print_ln(mp);
25800   if ( mp->internal[mp_restore_clip_color]>0 )
25801     mp_unknown_graphics_state(mp, 1);
25802   break;
25803 case mp_stop_clip_code: 
25804   mp_print_nl(mp, ""); mp_ps_print_cmd(mp, "grestore","Q");
25805   mp_print_ln(mp);
25806   if ( mp->internal[mp_restore_clip_color]>0 )
25807     mp_unknown_graphics_state(mp, 2);
25808   else
25809     mp_unknown_graphics_state(mp, -1);
25810   break;
25811
25812 @ @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>=
25813 case mp_fill_code: 
25814   if ( pen_p(p)==null ) mp_ps_fill_out(mp, path_p(p));
25815   else if ( pen_is_elliptical(pen_p(p)) ) mp_stroke_ellipse(mp, p,true);
25816   else { 
25817     mp_do_outer_envelope(mp, mp_copy_path(mp, path_p(p)), p);
25818     mp_do_outer_envelope(mp, mp_htap_ypoc(mp, path_p(p)), p);
25819   }
25820   if ( (post_script(p))!=null ) {
25821     mp_print_nl (mp, str(post_script(p))); mp_print_ln(mp);
25822   };
25823   break;
25824 case mp_stroked_code:
25825   if ( pen_is_elliptical(pen_p(p)) ) mp_stroke_ellipse(mp, p,false);
25826   else { 
25827     q=mp_copy_path(mp, path_p(p));
25828     t=lcap_val(p);
25829     @<Break the cycle and set |t:=1| if path |q| is cyclic@>;
25830     q=mp_make_envelope(mp, q,pen_p(p),ljoin_val(p),t,miterlim_val(p));
25831     mp_ps_fill_out(mp, q);
25832     mp_toss_knot_list(mp, q);
25833   };
25834   if ( (post_script(p))!=null ) {
25835     mp_print_nl (mp, str(post_script(p))); mp_print_ln(mp);
25836   };
25837   break;
25838
25839 @ The envelope of a cyclic path~|q| could be computed by calling
25840 |make_envelope| once for |q| and once for its reversal.  We don't do this
25841 because it would fail color regions that are covered by the pen regardless
25842 of where it is placed on~|q|.
25843
25844 @<Break the cycle and set |t:=1| if path |q| is cyclic@>=
25845 if ( left_type(q)!=mp_endpoint ) { 
25846   left_type(mp_insert_knot(mp, q,x_coord(q),y_coord(q)))=mp_endpoint;
25847   right_type(q)=mp_endpoint;
25848   q=link(q);
25849   t=1;
25850 }
25851
25852 @ @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>=
25853 case mp_text_code: 
25854   if ( (font_n(p)!=null_font) && (length(text_p(p))>0) ) {
25855     if ( mp->internal[mp_prologues]>0 )
25856       scf=mp_choose_scale(mp, p);
25857     else 
25858       scf=mp_indexed_size(mp, font_n(p), name_type(p));
25859     @<Shift or transform as necessary before outputting text node~|p| at scale
25860       factor~|scf|; set |transformed:=true| if the original transformation must
25861       be restored@>;
25862     mp_ps_string_out(mp, str(text_p(p)));
25863     mp_ps_name_out(mp, mp->font_name[font_n(p)],false);
25864     @<Print the size information and \ps\ commands for text node~|p|@>;
25865     mp_print_ln(mp);
25866   }
25867   if ( (post_script(p))!=null ) {
25868     mp_print_nl (mp, str(post_script(p))); mp_print_ln(mp);
25869   }
25870   break;
25871
25872 @ @<Print the size information and \ps\ commands for text node~|p|@>=
25873 ps_room(18);
25874 mp_print_char(mp, ' ');
25875 ds=(mp->font_dsize[font_n(p)]+8) / 16;
25876 mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, ds,scf));
25877 mp_print(mp, " fshow");
25878 if ( transformed ) 
25879   mp_ps_print_cmd(mp, " grestore"," Q")
25880
25881 @ @<Shift or transform as necessary before outputting text node~|p| at...@>=
25882 transformed=(txx_val(p)!=scf)||(tyy_val(p)!=scf)||
25883             (txy_val(p)!=0)||(tyx_val(p)!=0);
25884 if ( transformed ) {
25885   mp_ps_print_cmd(mp, "gsave [", "q [");
25886   mp_ps_pair_out(mp, mp_make_scaled(mp, txx_val(p),scf),
25887                      mp_make_scaled(mp, tyx_val(p),scf));
25888   mp_ps_pair_out(mp, mp_make_scaled(mp, txy_val(p),scf),
25889                      mp_make_scaled(mp, tyy_val(p),scf));
25890   mp_ps_pair_out(mp, tx_val(p),ty_val(p));
25891   mp_ps_print_cmd(mp, "] concat 0 0 moveto","] t 0 0 m");
25892 } else { 
25893   mp_ps_pair_out(mp, tx_val(p),ty_val(p));
25894   mp_ps_print_cmd(mp, "moveto","m");
25895 }
25896 mp_print_ln(mp)
25897
25898 @ Now that we've finished |ship_out|, let's look at the other commands
25899 by which a user can send things to the \.{GF} file.
25900
25901 @ @<Determine if a character has been shipped out@>=
25902
25903   mp->cur_exp=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp) % 256;
25904   if ( mp->cur_exp<0 ) mp->cur_exp=mp->cur_exp+256;
25905   boolean_reset(mp->char_exists[mp->cur_exp]);
25906   mp->cur_type=mp_boolean_type;
25907 }
25908
25909 @ @<Glob...@>=
25910 psout_data ps;
25911
25912 @ @<Allocate or initialize ...@>=
25913 mp_backend_initialize(mp);
25914
25915 @ @<Dealloc...@>=
25916 mp_backend_free(mp);
25917
25918
25919 @* \[45] Dumping and undumping the tables.
25920 After \.{INIMP} has seen a collection of macros, it
25921 can write all the necessary information on an auxiliary file so
25922 that production versions of \MP\ are able to initialize their
25923 memory at high speed. The present section of the program takes
25924 care of such output and input. We shall consider simultaneously
25925 the processes of storing and restoring,
25926 so that the inverse relation between them is clear.
25927 @.INIMP@>
25928
25929 The global variable |mem_ident| is a string that is printed right
25930 after the |banner| line when \MP\ is ready to start. For \.{INIMP} this
25931 string says simply `\.{(INIMP)}'; for other versions of \MP\ it says,
25932 for example, `\.{(mem=plain 90.4.14)}', showing the year,
25933 month, and day that the mem file was created. We have |mem_ident=0|
25934 before \MP's tables are loaded.
25935
25936 @<Glob...@>=
25937 char * mem_ident;
25938
25939 @ @<Set init...@>=
25940 mp->mem_ident=NULL;
25941
25942 @ @<Initialize table entries...@>=
25943 mp->mem_ident=xstrdup(" (INIMP)");
25944
25945 @ @<Declare act...@>=
25946 void mp_store_mem_file (MP mp) ;
25947
25948 @ @c void mp_store_mem_file (MP mp) {
25949   integer k;  /* all-purpose index */
25950   pointer p,q; /* all-purpose pointers */
25951   integer x; /* something to dump */
25952   four_quarters w; /* four ASCII codes */
25953   memory_word WW;
25954   @<Create the |mem_ident|, open the mem file,
25955     and inform the user that dumping has begun@>;
25956   @<Dump constants for consistency check@>;
25957   @<Dump the string pool@>;
25958   @<Dump the dynamic memory@>;
25959   @<Dump the table of equivalents and the hash table@>;
25960   @<Dump a few more things and the closing check word@>;
25961   @<Close the mem file@>;
25962 }
25963
25964 @ Corresponding to the procedure that dumps a mem file, we also have a function
25965 that reads~one~in. The function returns |false| if the dumped mem is
25966 incompatible with the present \MP\ table sizes, etc.
25967
25968 @d off_base 6666 /* go here if the mem file is unacceptable */
25969 @d too_small(A) { wake_up_terminal;
25970   wterm_ln("---! Must increase the "); wterm((A));
25971 @.Must increase the x@>
25972   goto OFF_BASE;
25973   }
25974
25975 @c 
25976 boolean mp_load_mem_file (MP mp) {
25977   integer k; /* all-purpose index */
25978   pointer p,q; /* all-purpose pointers */
25979   integer x; /* something undumped */
25980   str_number s; /* some temporary string */
25981   four_quarters w; /* four ASCII codes */
25982   memory_word WW;
25983   @<Undump constants for consistency check@>;
25984   @<Undump the string pool@>;
25985   @<Undump the dynamic memory@>;
25986   @<Undump the table of equivalents and the hash table@>;
25987   @<Undump a few more things and the closing check word@>;
25988   return true; /* it worked! */
25989 OFF_BASE: 
25990   wake_up_terminal;
25991   wterm_ln("(Fatal mem file error; I'm stymied)\n");
25992 @.Fatal mem file error@>
25993    return false;
25994 }
25995
25996 @ @<Declarations@>=
25997 boolean mp_load_mem_file (MP mp) ;
25998
25999 @ Mem files consist of |memory_word| items, and we use the following
26000 macros to dump words of different types:
26001
26002 @d dump_wd(A)   { WW=(A);       fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
26003 @d dump_int(A)  { int cint=(A); fwrite(&cint,sizeof(cint),1,mp->mem_file); }
26004 @d dump_hh(A)   { WW.hh=(A);    fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
26005 @d dump_qqqq(A) { WW.qqqq=(A);  fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
26006 @d dump_string(A) { dump_int(strlen(A)+1);
26007                     fwrite(A,strlen(A)+1,1,mp->mem_file); }
26008
26009 @<Glob...@>=
26010 FILE * mem_file; /* for input or output of mem information */
26011
26012 @ The inverse macros are slightly more complicated, since we need to check
26013 the range of the values we are reading in. We say `|undump(a)(b)(x)|' to
26014 read an integer value |x| that is supposed to be in the range |a<=x<=b|.
26015
26016 @d undump_wd(A)   { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); (A)=WW; }
26017 @d undump_int(A)  { int cint; fread(&cint,sizeof(cint),1,mp->mem_file); (A)=cint; }
26018 @d undump_hh(A)   { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); (A)=WW.hh; }
26019 @d undump_qqqq(A) { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); (A)=WW.qqqq; }
26020 @d undump_strings(A,B,C) { 
26021    undump_int(x); if ( (x<(A)) || (x>(B)) ) goto OFF_BASE; else (C)=str(x); }
26022 @d undump(A,B,C) { undump_int(x); if ( (x<(A)) || (x>(int)(B)) ) goto OFF_BASE; else (C)=x; }
26023 @d undump_size(A,B,C,D) { undump_int(x);
26024                if (x<(A)) goto OFF_BASE; 
26025                if (x>(B)) { too_small((C)); } else {(D)=x;} }
26026 @d undump_string(A) { integer XX=0; undump_int(XX);
26027                       A = xmalloc(XX,sizeof(char));
26028                       fread(A,XX,1,mp->mem_file); }
26029
26030 @ The next few sections of the program should make it clear how we use the
26031 dump/undump macros.
26032
26033 @<Dump constants for consistency check@>=
26034 dump_int(mp->mem_top);
26035 dump_int(mp->hash_size);
26036 dump_int(mp->hash_prime)
26037 dump_int(mp->param_size);
26038 dump_int(mp->max_in_open);
26039
26040 @ Sections of a \.{WEB} program that are ``commented out'' still contribute
26041 strings to the string pool; therefore \.{INIMP} and \MP\ will have
26042 the same strings. (And it is, of course, a good thing that they do.)
26043 @.WEB@>
26044 @^string pool@>
26045
26046 @<Undump constants for consistency check@>=
26047 undump_int(x); mp->mem_top = x;
26048 undump_int(x); if (mp->hash_size != x) goto OFF_BASE;
26049 undump_int(x); if (mp->hash_prime != x) goto OFF_BASE;
26050 undump_int(x); if (mp->param_size != x) goto OFF_BASE;
26051 undump_int(x); if (mp->max_in_open != x) goto OFF_BASE
26052
26053 @ We do string pool compaction to avoid dumping unused strings.
26054
26055 @d dump_four_ASCII 
26056   w.b0=qi(mp->str_pool[k]); w.b1=qi(mp->str_pool[k+1]);
26057   w.b2=qi(mp->str_pool[k+2]); w.b3=qi(mp->str_pool[k+3]);
26058   dump_qqqq(w)
26059
26060 @<Dump the string pool@>=
26061 mp_do_compaction(mp, mp->pool_size);
26062 dump_int(mp->pool_ptr);
26063 dump_int(mp->max_str_ptr);
26064 dump_int(mp->str_ptr);
26065 k=0;
26066 while ( (mp->next_str[k]==k+1) && (k<=mp->max_str_ptr) ) 
26067   incr(k);
26068 dump_int(k);
26069 while ( k<=mp->max_str_ptr ) { 
26070   dump_int(mp->next_str[k]); incr(k);
26071 }
26072 k=0;
26073 while (1)  { 
26074   dump_int(mp->str_start[k]); /* TODO: valgrind warning here */
26075   if ( k==mp->str_ptr ) {
26076     break;
26077   } else { 
26078     k=mp->next_str[k]; 
26079   }
26080 };
26081 k=0;
26082 while (k+4<mp->pool_ptr ) { 
26083   dump_four_ASCII; k=k+4; 
26084 }
26085 k=mp->pool_ptr-4; dump_four_ASCII;
26086 mp_print_ln(mp); mp_print(mp, "at most "); mp_print_int(mp, mp->max_str_ptr);
26087 mp_print(mp, " strings of total length ");
26088 mp_print_int(mp, mp->pool_ptr)
26089
26090 @ @d undump_four_ASCII 
26091   undump_qqqq(w);
26092   mp->str_pool[k]=qo(w.b0); mp->str_pool[k+1]=qo(w.b1);
26093   mp->str_pool[k+2]=qo(w.b2); mp->str_pool[k+3]=qo(w.b3)
26094
26095 @<Undump the string pool@>=
26096 undump_int(mp->pool_ptr);
26097 mp_reallocate_pool(mp, mp->pool_ptr) ;
26098 undump_int(mp->max_str_ptr);
26099 mp_reallocate_strings (mp,mp->max_str_ptr) ;
26100 undump(0,mp->max_str_ptr,mp->str_ptr);
26101 undump(0,mp->max_str_ptr+1,s);
26102 for (k=0;k<=s-1;k++) 
26103   mp->next_str[k]=k+1;
26104 for (k=s;k<=mp->max_str_ptr;k++) 
26105   undump(s+1,mp->max_str_ptr+1,mp->next_str[k]);
26106 mp->fixed_str_use=0;
26107 k=0;
26108 while (1) { 
26109   undump(0,mp->pool_ptr,mp->str_start[k]);
26110   if ( k==mp->str_ptr ) break;
26111   mp->str_ref[k]=max_str_ref;
26112   incr(mp->fixed_str_use);
26113   mp->last_fixed_str=k; k=mp->next_str[k];
26114 }
26115 k=0;
26116 while ( k+4<mp->pool_ptr ) { 
26117   undump_four_ASCII; k=k+4;
26118 }
26119 k=mp->pool_ptr-4; undump_four_ASCII;
26120 mp->init_str_use=mp->fixed_str_use; mp->init_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26121 mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26122 mp->strs_used_up=mp->fixed_str_use;
26123 mp->pool_in_use=mp->str_start[mp->str_ptr]; mp->strs_in_use=mp->fixed_str_use;
26124 mp->max_pl_used=mp->pool_in_use; mp->max_strs_used=mp->strs_in_use;
26125 mp->pact_count=0; mp->pact_chars=0; mp->pact_strs=0;
26126
26127 @ By sorting the list of available spaces in the variable-size portion of
26128 |mem|, we are usually able to get by without having to dump very much
26129 of the dynamic memory.
26130
26131 We recompute |var_used| and |dyn_used|, so that \.{INIMP} dumps valid
26132 information even when it has not been gathering statistics.
26133
26134 @<Dump the dynamic memory@>=
26135 mp_sort_avail(mp); mp->var_used=0;
26136 dump_int(mp->lo_mem_max); dump_int(mp->rover);
26137 p=0; q=mp->rover; x=0;
26138 do {  
26139   for (k=p;k<= q+1;k++) 
26140     dump_wd(mp->mem[k]);
26141   x=x+q+2-p; mp->var_used=mp->var_used+q-p;
26142   p=q+node_size(q); q=rlink(q);
26143 } while (q!=mp->rover);
26144 mp->var_used=mp->var_used+mp->lo_mem_max-p; 
26145 mp->dyn_used=mp->mem_end+1-mp->hi_mem_min;
26146 for (k=p;k<= mp->lo_mem_max;k++ ) 
26147   dump_wd(mp->mem[k]);
26148 x=x+mp->lo_mem_max+1-p;
26149 dump_int(mp->hi_mem_min); dump_int(mp->avail);
26150 for (k=mp->hi_mem_min;k<=mp->mem_end;k++ ) 
26151   dump_wd(mp->mem[k]);
26152 x=x+mp->mem_end+1-mp->hi_mem_min;
26153 p=mp->avail;
26154 while ( p!=null ) { 
26155   decr(mp->dyn_used); p=link(p);
26156 }
26157 dump_int(mp->var_used); dump_int(mp->dyn_used);
26158 mp_print_ln(mp); mp_print_int(mp, x);
26159 mp_print(mp, " memory locations dumped; current usage is ");
26160 mp_print_int(mp, mp->var_used); mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->dyn_used)
26161
26162 @ @<Undump the dynamic memory@>=
26163 undump(lo_mem_stat_max+1000,hi_mem_stat_min-1,mp->lo_mem_max);
26164 undump(lo_mem_stat_max+1,mp->lo_mem_max,mp->rover);
26165 p=0; q=mp->rover;
26166 do {  
26167   for (k=p;k<= q+1; k++) 
26168     undump_wd(mp->mem[k]);
26169   p=q+node_size(q);
26170   if ( (p>mp->lo_mem_max)||((q>=rlink(q))&&(rlink(q)!=mp->rover)) ) 
26171     goto OFF_BASE;
26172   q=rlink(q);
26173 } while (q!=mp->rover);
26174 for (k=p;k<=mp->lo_mem_max;k++ ) 
26175   undump_wd(mp->mem[k]);
26176 undump(mp->lo_mem_max+1,hi_mem_stat_min,mp->hi_mem_min);
26177 undump(null,mp->mem_top,mp->avail); mp->mem_end=mp->mem_top;
26178 for (k=mp->hi_mem_min;k<= mp->mem_end;k++) 
26179   undump_wd(mp->mem[k]);
26180 undump_int(mp->var_used); undump_int(mp->dyn_used)
26181
26182 @ A different scheme is used to compress the hash table, since its lower region
26183 is usually sparse. When |text(p)<>0| for |p<=hash_used|, we output three
26184 words: |p|, |hash[p]|, and |eqtb[p]|. The hash table is, of course, densely
26185 packed for |p>=hash_used|, so the remaining entries are output in~a~block.
26186
26187 @<Dump the table of equivalents and the hash table@>=
26188 dump_int(mp->hash_used); 
26189 mp->st_count=frozen_inaccessible-1-mp->hash_used;
26190 for (p=1;p<=mp->hash_used;p++) {
26191   if ( text(p)!=0 ) {
26192      dump_int(p); dump_hh(mp->hash[p]); dump_hh(mp->eqtb[p]); incr(mp->st_count);
26193   }
26194 }
26195 for (p=mp->hash_used+1;p<=(int)hash_end;p++) {
26196   dump_hh(mp->hash[p]); dump_hh(mp->eqtb[p]);
26197 }
26198 dump_int(mp->st_count);
26199 mp_print_ln(mp); mp_print_int(mp, mp->st_count); mp_print(mp, " symbolic tokens")
26200
26201 @ @<Undump the table of equivalents and the hash table@>=
26202 undump(1,frozen_inaccessible,mp->hash_used); 
26203 p=0;
26204 do {  
26205   undump(p+1,mp->hash_used,p); 
26206   undump_hh(mp->hash[p]); undump_hh(mp->eqtb[p]);
26207 } while (p!=mp->hash_used);
26208 for (p=mp->hash_used+1;p<=(int)hash_end;p++ )  { 
26209   undump_hh(mp->hash[p]); undump_hh(mp->eqtb[p]);
26210 }
26211 undump_int(mp->st_count)
26212
26213 @ We have already printed a lot of statistics, so we set |mp_tracing_stats:=0|
26214 to prevent them appearing again.
26215
26216 @<Dump a few more things and the closing check word@>=
26217 dump_int(mp->max_internal);
26218 dump_int(mp->int_ptr);
26219 for (k=1;k<= mp->int_ptr;k++ ) { 
26220   dump_int(mp->internal[k]); 
26221   dump_string(mp->int_name[k]);
26222 }
26223 dump_int(mp->start_sym); 
26224 dump_int(mp->interaction); 
26225 dump_string(mp->mem_ident);
26226 dump_int(mp->bg_loc); dump_int(mp->eg_loc); dump_int(mp->serial_no); dump_int(69073);
26227 mp->internal[mp_tracing_stats]=0
26228
26229 @ @<Undump a few more things and the closing check word@>=
26230 undump_int(x);
26231 if (x>mp->max_internal) mp_grow_internals(mp,x);
26232 undump_int(mp->int_ptr);
26233 for (k=1;k<= mp->int_ptr;k++) { 
26234   undump_int(mp->internal[k]);
26235   undump_string(mp->int_name[k]);
26236 }
26237 undump(0,frozen_inaccessible,mp->start_sym);
26238 if (mp->interaction==mp_unspecified_mode) {
26239   undump(mp_unspecified_mode,mp_error_stop_mode,mp->interaction);
26240 } else {
26241   undump(mp_unspecified_mode,mp_error_stop_mode,x);
26242 }
26243 undump_string(mp->mem_ident);
26244 undump(1,hash_end,mp->bg_loc);
26245 undump(1,hash_end,mp->eg_loc);
26246 undump_int(mp->serial_no);
26247 undump_int(x); 
26248 if ( (x!=69073)|| feof(mp->mem_file) ) goto OFF_BASE
26249
26250 @ @<Create the |mem_ident|...@>=
26251
26252   xfree(mp->mem_ident);
26253   mp->mem_ident = xmalloc(256,1);
26254   snprintf(mp->mem_ident,256," (mem=%s %i.%i.%i)", 
26255            mp->job_name,
26256            (int)(mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year]) % 100),
26257            (int)mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]),
26258            (int)mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day]));
26259   mp_pack_job_name(mp, mem_extension);
26260   while (! mp_w_open_out(mp, &mp->mem_file) )
26261     mp_prompt_file_name(mp, "mem file name", mem_extension);
26262   mp_print_nl(mp, "Beginning to dump on file ");
26263 @.Beginning to dump...@>
26264   mp_print(mp, mp->name_of_file); 
26265   mp_print_nl(mp, mp->mem_ident);
26266 }
26267
26268 @ @<Dealloc variables@>=
26269 xfree(mp->mem_ident);
26270
26271 @ @<Close the mem file@>=
26272 fclose(mp->mem_file)
26273
26274 @* \[46] The main program.
26275 This is it: the part of \MP\ that executes all those procedures we have
26276 written.
26277
26278 Well---almost. We haven't put the parsing subroutines into the
26279 program yet; and we'd better leave space for a few more routines that may
26280 have been forgotten.
26281
26282 @c @<Declare the basic parsing subroutines@>;
26283 @<Declare miscellaneous procedures that were declared |forward|@>;
26284 @<Last-minute procedures@>
26285
26286 @ We've noted that there are two versions of \MP. One, called \.{INIMP},
26287 @.INIMP@>
26288 has to be run first; it initializes everything from scratch, without
26289 reading a mem file, and it has the capability of dumping a mem file.
26290 The other one is called `\.{VIRMP}'; it is a ``virgin'' program that needs
26291 @.VIRMP@>
26292 to input a mem file in order to get started. \.{VIRMP} typically has
26293 a bit more memory capacity than \.{INIMP}, because it does not need the
26294 space consumed by the dumping/undumping routines and the numerous calls on
26295 |primitive|, etc.
26296
26297 The \.{VIRMP} program cannot read a mem file instantaneously, of course;
26298 the best implementations therefore allow for production versions of \MP\ that
26299 not only avoid the loading routine for \PASCAL\ object code, they also have
26300 a mem file pre-loaded. 
26301
26302 @<Glob...@>=
26303 boolean ini_version; /* are we iniMP? */
26304
26305 @ @<Option variables@>=
26306 int ini_version; /* are we iniMP? */
26307
26308 @ @<Set |ini_version|@>=
26309 mp->ini_version = (opt->ini_version ? true : false);
26310
26311 @ Here we do whatever is needed to complete \MP's job gracefully on the
26312 local operating system. The code here might come into play after a fatal
26313 error; it must therefore consist entirely of ``safe'' operations that
26314 cannot produce error messages. For example, it would be a mistake to call
26315 |str_room| or |make_string| at this time, because a call on |overflow|
26316 might lead to an infinite loop.
26317 @^system dependencies@>
26318
26319 This program doesn't bother to close the input files that may still be open.
26320
26321 @<Last-minute...@>=
26322 void mp_close_files_and_terminate (MP mp) {
26323   integer k; /* all-purpose index */
26324   integer LH; /* the length of the \.{TFM} header, in words */
26325   int lk_offset; /* extra words inserted at beginning of |lig_kern| array */
26326   pointer p; /* runs through a list of \.{TFM} dimensions */
26327   @<Close all open files in the |rd_file| and |wr_file| arrays@>;
26328   if ( mp->internal[mp_tracing_stats]>0 )
26329     @<Output statistics about this job@>;
26330   wake_up_terminal; 
26331   @<Do all the finishing work on the \.{TFM} file@>;
26332   @<Explain what output files were written@>;
26333   if ( mp->log_opened ){ 
26334     wlog_cr;
26335     fclose(mp->log_file); mp->selector=mp->selector-2;
26336     if ( mp->selector==term_only ) {
26337       mp_print_nl(mp, "Transcript written on ");
26338 @.Transcript written...@>
26339       mp_print(mp, mp->log_name); mp_print_char(mp, '.');
26340     }
26341   }
26342   mp_print_ln(mp);
26343 }
26344
26345 @ @<Declarations@>=
26346 void mp_close_files_and_terminate (MP mp) ;
26347
26348 @ @<Close all open files in the |rd_file| and |wr_file| arrays@>=
26349 if (mp->rd_fname!=NULL) {
26350   for (k=0;k<=(int)mp->read_files-1;k++ ) {
26351     if ( mp->rd_fname[k]!=NULL ) {
26352       fclose(mp->rd_file[k]);
26353    }
26354  }
26355 }
26356 if (mp->wr_fname!=NULL) {
26357   for (k=0;k<=(int)mp->write_files-1;k++) {
26358     if ( mp->wr_fname[k]!=NULL ) {
26359      fclose(mp->wr_file[k]);
26360     }
26361   }
26362 }
26363
26364 @ @<Dealloc ...@>=
26365 for (k=0;k<(int)mp->max_read_files;k++ ) {
26366   if ( mp->rd_fname[k]!=NULL ) {
26367     fclose(mp->rd_file[k]);
26368     mp_xfree(mp->rd_fname[k]); 
26369   }
26370 }
26371 mp_xfree(mp->rd_file);
26372 mp_xfree(mp->rd_fname);
26373 for (k=0;k<(int)mp->max_write_files;k++) {
26374   if ( mp->wr_fname[k]!=NULL ) {
26375     fclose(mp->wr_file[k]);
26376     mp_xfree(mp->wr_fname[k]); 
26377   }
26378 }
26379 mp_xfree(mp->wr_file);
26380 mp_xfree(mp->wr_fname);
26381
26382
26383 @ We want to produce a \.{TFM} file if and only if |mp_fontmaking| is positive.
26384
26385 We reclaim all of the variable-size memory at this point, so that
26386 there is no chance of another memory overflow after the memory capacity
26387 has already been exceeded.
26388
26389 @<Do all the finishing work on the \.{TFM} file@>=
26390 if ( mp->internal[mp_fontmaking]>0 ) {
26391   @<Make the dynamic memory into one big available node@>;
26392   @<Massage the \.{TFM} widths@>;
26393   mp_fix_design_size(mp); mp_fix_check_sum(mp);
26394   @<Massage the \.{TFM} heights, depths, and italic corrections@>;
26395   mp->internal[mp_fontmaking]=0; /* avoid loop in case of fatal error */
26396   @<Finish the \.{TFM} file@>;
26397 }
26398
26399 @ @<Make the dynamic memory into one big available node@>=
26400 mp->rover=lo_mem_stat_max+1; link(mp->rover)=empty_flag; mp->lo_mem_max=mp->hi_mem_min-1;
26401 if ( mp->lo_mem_max-mp->rover>max_halfword ) mp->lo_mem_max=max_halfword+mp->rover;
26402 node_size(mp->rover)=mp->lo_mem_max-mp->rover; 
26403 llink(mp->rover)=mp->rover; rlink(mp->rover)=mp->rover;
26404 link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null
26405
26406 @ The present section goes directly to the log file instead of using
26407 |print| commands, because there's no need for these strings to take
26408 up |str_pool| memory when a non-{\bf stat} version of \MP\ is being used.
26409
26410 @<Output statistics...@>=
26411 if ( mp->log_opened ) { 
26412   char s[128];
26413   wlog_ln(" ");
26414   wlog_ln("Here is how much of MetaPost's memory you used:");
26415 @.Here is how much...@>
26416   snprintf(s,128," %i string%s out of %i",(int)mp->max_strs_used-mp->init_str_use,
26417           (mp->max_strs_used!=mp->init_str_use+1 ? "s" : ""),
26418           (int)(mp->max_strings-1-mp->init_str_use));
26419   wlog_ln(s);
26420   snprintf(s,128," %i string characters out of %i",
26421            (int)mp->max_pl_used-mp->init_pool_ptr,
26422            (int)mp->pool_size-mp->init_pool_ptr);
26423   wlog_ln(s);
26424   snprintf(s,128," %i words of memory out of %i",
26425            (int)mp->lo_mem_max+mp->mem_end-mp->hi_mem_min+2,
26426            (int)mp->mem_end+1);
26427   wlog_ln(s);
26428   snprintf(s,128," %i symbolic tokens out of %i", (int)mp->st_count, (int)mp->hash_size);
26429   wlog_ln(s);
26430   snprintf(s,128," %ii, %in, %ip, %ib stack positions out of %ii, %in, %ip, %ib",
26431            (int)mp->max_in_stack,(int)mp->int_ptr,
26432            (int)mp->max_param_stack,(int)mp->max_buf_stack+1,
26433            (int)mp->stack_size,(int)mp->max_internal,(int)mp->param_size,(int)mp->buf_size);
26434   wlog_ln(s);
26435   snprintf(s,128," %i string compactions (moved %i characters, %i strings)",
26436           (int)mp->pact_count,(int)mp->pact_chars,(int)mp->pact_strs);
26437   wlog_ln(s);
26438 }
26439
26440 @ We get to the |final_cleanup| routine when \&{end} or \&{dump} has
26441 been scanned.
26442
26443 @<Last-minute...@>=
26444 void mp_final_cleanup (MP mp) {
26445   small_number c; /* 0 for \&{end}, 1 for \&{dump} */
26446   c=mp->cur_mod;
26447   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
26448   while ( mp->input_ptr>0 ) {
26449     if ( token_state ) mp_end_token_list(mp);
26450     else  mp_end_file_reading(mp);
26451   }
26452   while ( mp->loop_ptr!=null ) mp_stop_iteration(mp);
26453   while ( mp->open_parens>0 ) { 
26454     mp_print(mp, " )"); decr(mp->open_parens);
26455   };
26456   while ( mp->cond_ptr!=null ) {
26457     mp_print_nl(mp, "(end occurred when ");
26458 @.end occurred...@>
26459     mp_print_cmd_mod(mp, fi_or_else,mp->cur_if);
26460     /* `\.{if}' or `\.{elseif}' or `\.{else}' */
26461     if ( mp->if_line!=0 ) {
26462       mp_print(mp, " on line "); mp_print_int(mp, mp->if_line);
26463     }
26464     mp_print(mp, " was incomplete)");
26465     mp->if_line=if_line_field(mp->cond_ptr);
26466     mp->cur_if=name_type(mp->cond_ptr); mp->cond_ptr=link(mp->cond_ptr);
26467   }
26468   if ( mp->history!=mp_spotless )
26469     if ( ((mp->history==mp_warning_issued)||(mp->interaction<mp_error_stop_mode)) )
26470       if ( mp->selector==term_and_log ) {
26471     mp->selector=term_only;
26472     mp_print_nl(mp, "(see the transcript file for additional information)");
26473 @.see the transcript file...@>
26474     mp->selector=term_and_log;
26475   }
26476   if ( c==1 ) {
26477     if (mp->ini_version) {
26478       mp_store_mem_file(mp); return;
26479     }
26480     mp_print_nl(mp, "(dump is performed only by INIMP)"); return;
26481 @.dump...only by INIMP@>
26482   }
26483 }
26484
26485 @ @<Declarations@>=
26486 void mp_final_cleanup (MP mp) ;
26487 void mp_init_prim (MP mp) ;
26488 void mp_init_tab (MP mp) ;
26489
26490 @ @<Last-minute...@>=
26491 void mp_init_prim (MP mp) { /* initialize all the primitives */
26492   @<Put each...@>;
26493 }
26494 @#
26495 void mp_init_tab (MP mp) { /* initialize other tables */
26496   integer k; /* all-purpose index */
26497   @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>;
26498 }
26499
26500
26501 @ When we begin the following code, \MP's tables may still contain garbage;
26502 the strings might not even be present. Thus we must proceed cautiously to get
26503 bootstrapped in.
26504
26505 But when we finish this part of the program, \MP\ is ready to call on the
26506 |main_control| routine to do its work.
26507
26508 @<Get the first line...@>=
26509
26510   @<Initialize the input routines@>;
26511   if ( (mp->mem_ident==NULL)||(mp->buffer[loc]=='&') ) {
26512     if ( mp->mem_ident!=NULL ) {
26513       mp_do_initialize(mp); /* erase preloaded mem */
26514     }
26515     if ( ! mp_open_mem_file(mp) ) return mp_fatal_error_stop;
26516     if ( ! mp_load_mem_file(mp) ) {
26517       fclose( mp->mem_file); return mp_fatal_error_stop;
26518     }
26519     fclose( mp->mem_file);
26520     while ( (loc<limit)&&(mp->buffer[loc]==' ') ) incr(loc);
26521   }
26522   mp->buffer[limit]='%';
26523   mp_fix_date_and_time(mp);
26524   mp->sys_random_seed = (scaled)(mp->get_random_seed)(mp);
26525   mp_init_randoms(mp, mp->sys_random_seed);
26526   @<Initialize the print |selector|...@>;
26527   if ( loc<limit ) if ( mp->buffer[loc]!='\\' ) 
26528     mp_start_input(mp); /* \&{input} assumed */
26529 }
26530
26531 @ @<Run inimpost commands@>=
26532 {
26533   mp_get_strings_started(mp);
26534   mp_init_tab(mp); /* initialize the tables */
26535   mp_init_prim(mp); /* call |primitive| for each primitive */
26536   mp->init_str_use=mp->str_ptr; mp->init_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26537   mp->max_str_ptr=mp->str_ptr; mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26538   mp_fix_date_and_time(mp);
26539 }
26540
26541
26542 @* \[47] Debugging.
26543 Once \MP\ is working, you should be able to diagnose most errors with
26544 the \.{show} commands and other diagnostic features. But for the initial
26545 stages of debugging, and for the revelation of really deep mysteries, you
26546 can compile \MP\ with a few more aids, including the \PASCAL\ runtime
26547 checks and its debugger. An additional routine called |debug_help|
26548 will also come into play when you type `\.D' after an error message;
26549 |debug_help| also occurs just before a fatal error causes \MP\ to succumb.
26550 @^debugging@>
26551 @^system dependencies@>
26552
26553 The interface to |debug_help| is primitive, but it is good enough when used
26554 with a \PASCAL\ debugger that allows you to set breakpoints and to read
26555 variables and change their values. After getting the prompt `\.{debug \#}', you
26556 type either a negative number (this exits |debug_help|), or zero (this
26557 goes to a location where you can set a breakpoint, thereby entering into
26558 dialog with the \PASCAL\ debugger), or a positive number |m| followed by
26559 an argument |n|. The meaning of |m| and |n| will be clear from the
26560 program below. (If |m=13|, there is an additional argument, |l|.)
26561 @.debug \#@>
26562
26563 @<Last-minute...@>=
26564 void mp_debug_help (MP mp) { /* routine to display various things */
26565   integer k;
26566   int l,m,n;
26567   while (1) { 
26568     wake_up_terminal;
26569     mp_print_nl(mp, "debug # (-1 to exit):"); update_terminal;
26570 @.debug \#@>
26571     m = 0;
26572     fscanf(mp->term_in,"%i",&m);
26573     if ( m<=0 )
26574       return;
26575     n = 0 ;
26576     fscanf(mp->term_in,"%i",&n);
26577     switch (m) {
26578     @<Numbered cases for |debug_help|@>;
26579     default: mp_print(mp, "?"); break;
26580     }
26581   }
26582 }
26583
26584 @ @<Numbered cases...@>=
26585 case 1: mp_print_word(mp, mp->mem[n]); /* display |mem[n]| in all forms */
26586   break;
26587 case 2: mp_print_int(mp, info(n));
26588   break;
26589 case 3: mp_print_int(mp, link(n));
26590   break;
26591 case 4: mp_print_int(mp, eq_type(n)); mp_print_char(mp, ':'); mp_print_int(mp, equiv(n));
26592   break;
26593 case 5: mp_print_variable_name(mp, n);
26594   break;
26595 case 6: mp_print_int(mp, mp->internal[n]);
26596   break;
26597 case 7: mp_do_show_dependencies(mp);
26598   break;
26599 case 9: mp_show_token_list(mp, n,null,100000,0);
26600   break;
26601 case 10: mp_print_str(mp, n);
26602   break;
26603 case 11: mp_check_mem(mp, n>0); /* check wellformedness; print new busy locations if |n>0| */
26604   break;
26605 case 12: mp_search_mem(mp, n); /* look for pointers to |n| */
26606   break;
26607 case 13: l = 0;  fscanf(mp->term_in,"%i",&l); mp_print_cmd_mod(mp, n,l); 
26608   break;
26609 case 14: for (k=0;k<=n;k++) mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
26610   break;
26611 case 15: mp->panicking=! mp->panicking;
26612   break;
26613
26614
26615 @ Saving the filename template
26616
26617 @<Save the filename template@>=
26618
26619   if ( mp->filename_template!=0 ) delete_str_ref(mp->filename_template);
26620   if ( length(mp->cur_exp)==0 ) mp->filename_template=0;
26621   else { 
26622     mp->filename_template=mp->cur_exp; add_str_ref(mp->filename_template);
26623   }
26624 }
26625
26626 @* \[48] System-dependent changes.
26627 This section should be replaced, if necessary, by any special
26628 modification of the program
26629 that are necessary to make \MP\ work at a particular installation.
26630 It is usually best to design your change file so that all changes to
26631 previous sections preserve the section numbering; then everybody's version
26632 will be consistent with the published program. More extensive changes,
26633 which introduce new sections, can be inserted here; then only the index
26634 itself will get a new section number.
26635 @^system dependencies@>
26636
26637 @* \[49] Index.
26638 Here is where you can find all uses of each identifier in the program,
26639 with underlined entries pointing to where the identifier was defined.
26640 If the identifier is only one letter long, however, you get to see only
26641 the underlined entries. {\sl All references are to section numbers instead of
26642 page numbers.}
26643
26644 This index also lists error messages and other aspects of the program
26645 that you might want to look up some day. For example, the entry
26646 for ``system dependencies'' lists all sections that should receive
26647 special attention from people who are installing \MP\ in a new
26648 operating environment. A list of various things that can't happen appears
26649 under ``this can't happen''.
26650 Approximately 25 sections are listed under ``inner loop''; these account
26651 for more than 60\pct! of \MP's running time, exclusive of input and output.