fix the initial degenerate cubic case in a better manner
[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,q0,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, the target node |q| can
10365 be collapsed to the initial node |p| which might be the same as the
10366 initial node |c| of the curve. This would cause the |offset_prep| routine
10367 to bail out too early, causing distress later on. (See for example
10368 the testcase reported by Bogus\l{}aw Jackowski in tracker id 267, case 52c
10369 on Sarovar.)
10370
10371 @<Advance |p| to node |q|, removing any ``dead'' cubics...@>=
10372 q0=q;
10373 do { 
10374   r=link(p);
10375   if ( x_coord(p)==right_x(p) && y_coord(p)==right_y(p) &&
10376        x_coord(p)==left_x(r)  && y_coord(p)==left_y(r) &&
10377        x_coord(p)==x_coord(r) && y_coord(p)==y_coord(r) &&
10378        r!=p ) {
10379       @<Remove the cubic following |p| and update the data structures
10380         to merge |r| into |p|@>;
10381   }
10382   p=r;
10383 } while (p!=q);
10384 /* Check if we removed too much */
10385 if(q!=q0)
10386   q = link(q)
10387
10388 @ @<Remove the cubic following |p| and update the data structures...@>=
10389 { k_needed=info(p)-zero_off;
10390   if ( r==q ) { 
10391     q=p;
10392   } else { 
10393     info(p)=k_needed+info(r);
10394     k_needed=0;
10395   };
10396   if ( r==c ) { info(p)=info(c); c=p; };
10397   if ( r==mp->spec_p1 ) mp->spec_p1=p;
10398   if ( r==mp->spec_p2 ) mp->spec_p2=p;
10399   r=p; mp_remove_cubic(mp, p);
10400 }
10401
10402 @ Not setting the |info| field of the newly created knot allows the splitting
10403 routine to work for paths.
10404
10405 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10406 void mp_split_cubic (MP mp,pointer p, fraction t) { /* splits the cubic after |p| */
10407   scaled v; /* an intermediate value */
10408   pointer q,r; /* for list manipulation */
10409   q=link(p); r=mp_get_node(mp, knot_node_size); link(p)=r; link(r)=q;
10410   originator(r)=mp_program_code;
10411   left_type(r)=mp_explicit; right_type(r)=mp_explicit;
10412   v=t_of_the_way(right_x(p),left_x(q));
10413   right_x(p)=t_of_the_way(x_coord(p),right_x(p));
10414   left_x(q)=t_of_the_way(left_x(q),x_coord(q));
10415   left_x(r)=t_of_the_way(right_x(p),v);
10416   right_x(r)=t_of_the_way(v,left_x(q));
10417   x_coord(r)=t_of_the_way(left_x(r),right_x(r));
10418   v=t_of_the_way(right_y(p),left_y(q));
10419   right_y(p)=t_of_the_way(y_coord(p),right_y(p));
10420   left_y(q)=t_of_the_way(left_y(q),y_coord(q));
10421   left_y(r)=t_of_the_way(right_y(p),v);
10422   right_y(r)=t_of_the_way(v,left_y(q));
10423   y_coord(r)=t_of_the_way(left_y(r),right_y(r));
10424 }
10425
10426 @ This does not set |info(p)| or |right_type(p)|.
10427
10428 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10429 void mp_remove_cubic (MP mp,pointer p) { /* removes the dead cubic following~|p| */
10430   pointer q; /* the node that disappears */
10431   q=link(p); link(p)=link(q);
10432   right_x(p)=right_x(q); right_y(p)=right_y(q);
10433   mp_free_node(mp, q,knot_node_size);
10434 }
10435
10436 @ Let $d\prec d'$ mean that the counter-clockwise angle from $d$ to~$d'$ is
10437 strictly between zero and $180^\circ$.  Then we can define $d\preceq d'$ to
10438 mean that the angle could be zero or $180^\circ$. If $w_k=(u_k,v_k)$ is the
10439 $k$th pen offset, the $k$th pen edge direction is defined by the formula
10440 $$d_k=(u\k-u_k,\,v\k-v_k).$$
10441 When listed by increasing $k$, these directions occur in counter-clockwise
10442 order so that $d_k\preceq d\k$ for all~$k$.
10443 The goal of |offset_prep| is to find an offset index~|k| to associate with
10444 each cubic, such that the direction $d(t)$ of the cubic satisfies
10445 $$d_{k-1}\preceq d(t)\preceq d_k\qquad\hbox{for $0\le t\le 1$.}\eqno(*)$$
10446 We may have to split a cubic into many pieces before each
10447 piece corresponds to a unique offset.
10448
10449 @<Split the cubic between |p| and |q|, if necessary, into cubics...@>=
10450 info(p)=zero_off+k_needed;
10451 k_needed=0;
10452 @<Prepare for derivative computations;
10453   |goto not_found| if the current cubic is dead@>;
10454 @<Find the initial direction |(dx,dy)|@>;
10455 @<Update |info(p)| and find the offset $w_k$ such that
10456   $d_{k-1}\preceq(\\{dx},\\{dy})\prec d_k$; also advance |w0| for
10457   the direction change at |p|@>;
10458 @<Find the final direction |(dxin,dyin)|@>;
10459 @<Decide on the net change in pen offsets and set |turn_amt|@>;
10460 @<Complete the offset splitting process@>;
10461 w0=mp_pen_walk(mp, w0,turn_amt)
10462
10463 @ @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10464 pointer mp_pen_walk (MP mp,pointer w, integer k) {
10465   /* walk |k| steps around a pen from |w| */
10466   while ( k>0 ) { w=link(w); decr(k);  };
10467   while ( k<0 ) { w=knil(w); incr(k);  };
10468   return w;
10469 }
10470
10471 @ The direction of a cubic $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)=\bigl(x(t),y(t)\bigr)$ can be
10472 calculated from the quadratic polynomials
10473 ${1\over3}x'(t)=B(x_1-x_0,x_2-x_1,x_3-x_2;t)$ and
10474 ${1\over3}y'(t)=B(y_1-y_0,y_2-y_1,y_3-y_2;t)$.
10475 Since we may be calculating directions from several cubics
10476 split from the current one, it is desirable to do these calculations
10477 without losing too much precision. ``Scaled up'' values of the
10478 derivatives, which will be less tainted by accumulated errors than
10479 derivatives found from the cubics themselves, are maintained in
10480 local variables |x0|, |x1|, and |x2|, representing $X_0=2^l(x_1-x_0)$,
10481 $X_1=2^l(x_2-x_1)$, and $X_2=2^l(x_3-x_2)$; similarly |y0|, |y1|, and~|y2|
10482 represent $Y_0=2^l(y_1-y_0)$, $Y_1=2^l(y_2-y_1)$, and $Y_2=2^l(y_3-y_2)$.
10483
10484 @<Other local variables for |offset_prep|@>=
10485 integer x0,x1,x2,y0,y1,y2; /* representatives of derivatives */
10486 integer t0,t1,t2; /* coefficients of polynomial for slope testing */
10487 integer du,dv,dx,dy; /* for directions of the pen and the curve */
10488 integer dx0,dy0; /* initial direction for the first cubic in the curve */
10489 integer max_coef; /* used while scaling */
10490 integer x0a,x1a,x2a,y0a,y1a,y2a; /* intermediate values */
10491 fraction t; /* where the derivative passes through zero */
10492 fraction s; /* a temporary value */
10493
10494 @ @<Prepare for derivative computations...@>=
10495 x0=right_x(p)-x_coord(p);
10496 x2=x_coord(q)-left_x(q);
10497 x1=left_x(q)-right_x(p);
10498 y0=right_y(p)-y_coord(p); y2=y_coord(q)-left_y(q);
10499 y1=left_y(q)-right_y(p);
10500 max_coef=abs(x0);
10501 if ( abs(x1)>max_coef ) max_coef=abs(x1);
10502 if ( abs(x2)>max_coef ) max_coef=abs(x2);
10503 if ( abs(y0)>max_coef ) max_coef=abs(y0);
10504 if ( abs(y1)>max_coef ) max_coef=abs(y1);
10505 if ( abs(y2)>max_coef ) max_coef=abs(y2);
10506 if ( max_coef==0 ) goto NOT_FOUND;
10507 while ( max_coef<fraction_half ) {
10508   double(max_coef);
10509   double(x0); double(x1); double(x2);
10510   double(y0); double(y1); double(y2);
10511 }
10512
10513 @ Let us first solve a special case of the problem: Suppose we
10514 know an index~$k$ such that either (i)~$d(t)\succeq d_{k-1}$ for all~$t$
10515 and $d(0)\prec d_k$, or (ii)~$d(t)\preceq d_k$ for all~$t$ and
10516 $d(0)\succ d_{k-1}$.
10517 Then, in a sense, we're halfway done, since one of the two relations
10518 in $(*)$ is satisfied, and the other couldn't be satisfied for
10519 any other value of~|k|.
10520
10521 Actually, the conditions can be relaxed somewhat since a relation such as
10522 $d(t)\succeq d_{k-1}$ restricts $d(t)$ to a half plane when all that really
10523 matters is whether $d(t)$ crosses the ray in the $d_{k-1}$ direction from
10524 the origin.  The condition for case~(i) becomes $d_{k-1}\preceq d(0)\prec d_k$
10525 and $d(t)$ never crosses the $d_{k-1}$ ray in the clockwise direction.
10526 Case~(ii) is similar except $d(t)$ cannot cross the $d_k$ ray in the
10527 counterclockwise direction.
10528
10529 The |fin_offset_prep| subroutine solves the stated subproblem.
10530 It has a parameter called |rise| that is |1| in
10531 case~(i), |-1| in case~(ii). Parameters |x0| through |y2| represent
10532 the derivative of the cubic following |p|.
10533 The |w| parameter should point to offset~$w_k$ and |info(p)| should already
10534 be set properly.  The |turn_amt| parameter gives the absolute value of the
10535 overall net change in pen offsets.
10536
10537 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10538 void mp_fin_offset_prep (MP mp,pointer p, pointer w, integer 
10539   x0,integer x1, integer x2, integer y0, integer y1, integer y2, 
10540   integer rise, integer turn_amt)  {
10541   pointer ww; /* for list manipulation */
10542   scaled du,dv; /* for slope calculation */
10543   integer t0,t1,t2; /* test coefficients */
10544   fraction t; /* place where the derivative passes a critical slope */
10545   fraction s; /* slope or reciprocal slope */
10546   integer v; /* intermediate value for updating |x0..y2| */
10547   pointer q; /* original |link(p)| */
10548   q=link(p);
10549   while (1)  { 
10550     if ( rise>0 ) ww=link(w); /* a pointer to $w\k$ */
10551     else  ww=knil(w); /* a pointer to $w_{k-1}$ */
10552     @<Compute test coefficients |(t0,t1,t2)|
10553       for $d(t)$ versus $d_k$ or $d_{k-1}$@>;
10554     t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,t2);
10555     if ( t>=fraction_one ) {
10556       if ( turn_amt>0 ) t=fraction_one;  else return;
10557     }
10558     @<Split the cubic at $t$,
10559       and split off another cubic if the derivative crosses back@>;
10560     w=ww;
10561   }
10562 }
10563
10564 @ We want $B(\\{t0},\\{t1},\\{t2};t)$ to be the dot product of $d(t)$ with a
10565 $-90^\circ$ rotation of the vector from |w| to |ww|.  This makes the resulting
10566 function cross from positive to negative when $d_{k-1}\preceq d(t)\preceq d_k$
10567 begins to fail.
10568
10569 @<Compute test coefficients |(t0,t1,t2)| for $d(t)$ versus...@>=
10570 du=x_coord(ww)-x_coord(w); dv=y_coord(ww)-y_coord(w);
10571 if ( abs(du)>=abs(dv) ) {
10572   s=mp_make_fraction(mp, dv,du);
10573   t0=mp_take_fraction(mp, x0,s)-y0;
10574   t1=mp_take_fraction(mp, x1,s)-y1;
10575   t2=mp_take_fraction(mp, x2,s)-y2;
10576   if ( du<0 ) { negate(t0); negate(t1); negate(t2);  }
10577 } else { 
10578   s=mp_make_fraction(mp, du,dv);
10579   t0=x0-mp_take_fraction(mp, y0,s);
10580   t1=x1-mp_take_fraction(mp, y1,s);
10581   t2=x2-mp_take_fraction(mp, y2,s);
10582   if ( dv<0 ) { negate(t0); negate(t1); negate(t2);  }
10583 }
10584 if ( t0<0 ) t0=0 /* should be positive without rounding error */
10585
10586 @ The curve has crossed $d_k$ or $d_{k-1}$; its initial segment satisfies
10587 $(*)$, and it might cross again, yielding another solution of $(*)$.
10588
10589 @<Split the cubic at $t$, and split off another...@>=
10590
10591 mp_split_cubic(mp, p,t); p=link(p); info(p)=zero_off+rise;
10592 decr(turn_amt);
10593 v=t_of_the_way(x0,x1); x1=t_of_the_way(x1,x2);
10594 x0=t_of_the_way(v,x1);
10595 v=t_of_the_way(y0,y1); y1=t_of_the_way(y1,y2);
10596 y0=t_of_the_way(v,y1);
10597 if ( turn_amt<0 ) {
10598   t1=t_of_the_way(t1,t2);
10599   if ( t1>0 ) t1=0; /* without rounding error, |t1| would be |<=0| */
10600   t=mp_crossing_point(mp, 0,-t1,-t2);
10601   if ( t>fraction_one ) t=fraction_one;
10602   incr(turn_amt);
10603   if ( (t==fraction_one)&&(link(p)!=q) ) {
10604     info(link(p))=info(link(p))-rise;
10605   } else { 
10606     mp_split_cubic(mp, p,t); info(link(p))=zero_off-rise;
10607     v=t_of_the_way(x1,x2); x1=t_of_the_way(x0,x1);
10608     x2=t_of_the_way(x1,v);
10609     v=t_of_the_way(y1,y2); y1=t_of_the_way(y0,y1);
10610     y2=t_of_the_way(y1,v);
10611   }
10612 }
10613 }
10614
10615 @ Now we must consider the general problem of |offset_prep|, when
10616 nothing is known about a given cubic. We start by finding its
10617 direction in the vicinity of |t=0|.
10618
10619 If $z'(t)=0$, the given cubic is numerically unstable but |offset_prep|
10620 has not yet introduced any more numerical errors.  Thus we can compute
10621 the true initial direction for the given cubic, even if it is almost
10622 degenerate.
10623
10624 @<Find the initial direction |(dx,dy)|@>=
10625 dx=x0; dy=y0;
10626 if ( dx==0 && dy==0 ) { 
10627   dx=x1; dy=y1;
10628   if ( dx==0 && dy==0 ) { 
10629     dx=x2; dy=y2;
10630   }
10631 }
10632 if ( p==c ) { dx0=dx; dy0=dy;  }
10633
10634 @ @<Find the final direction |(dxin,dyin)|@>=
10635 dxin=x2; dyin=y2;
10636 if ( dxin==0 && dyin==0 ) {
10637   dxin=x1; dyin=y1;
10638   if ( dxin==0 && dyin==0 ) {
10639     dxin=x0; dyin=y0;
10640   }
10641 }
10642
10643 @ The next step is to bracket the initial direction between consecutive
10644 edges of the pen polygon.  We must be careful to turn clockwise only if
10645 this makes the turn less than $180^\circ$. (A $180^\circ$ turn must be
10646 counter-clockwise in order to make \&{doublepath} envelopes come out
10647 @:double_path_}{\&{doublepath} primitive@>
10648 right.) This code depends on |w0| being the offset for |(dxin,dyin)|.
10649
10650 @<Update |info(p)| and find the offset $w_k$ such that...@>=
10651 turn_amt=mp_get_turn_amt(mp,w0,dx,dy,(mp_ab_vs_cd(mp, dy,dxin,dx,dyin)>=0));
10652 w=mp_pen_walk(mp, w0, turn_amt);
10653 w0=w;
10654 info(p)=info(p)+turn_amt
10655
10656 @ Decide how many pen offsets to go away from |w| in order to find the offset
10657 for |(dx,dy)|, going counterclockwise if |ccw| is |true|.  This assumes that
10658 |w| is the offset for some direction $(x',y')$ from which the angle to |(dx,dy)|
10659 in the sense determined by |ccw| is less than or equal to $180^\circ$.
10660
10661 If the pen polygon has only two edges, they could both be parallel
10662 to |(dx,dy)|.  In this case, we must be careful to stop after crossing the first
10663 such edge in order to avoid an infinite loop.
10664
10665 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10666 integer mp_get_turn_amt (MP mp,pointer w, scaled  dx,
10667                          scaled dy, boolean  ccw) {
10668   pointer ww; /* a neighbor of knot~|w| */
10669   integer s; /* turn amount so far */
10670   integer t; /* |ab_vs_cd| result */
10671   s=0;
10672   if ( ccw ) { 
10673     ww=link(w);
10674     do {  
10675       t=mp_ab_vs_cd(mp, dy,(x_coord(ww)-x_coord(w)),
10676                         dx,(y_coord(ww)-y_coord(w)));
10677       if ( t<0 ) break;
10678       incr(s);
10679       w=ww; ww=link(ww);
10680     } while (t>0);
10681   } else { 
10682     ww=knil(w);
10683     while ( mp_ab_vs_cd(mp, dy,(x_coord(w)-x_coord(ww)),
10684                             dx,(y_coord(w)-y_coord(ww))) < 0) { 
10685       decr(s);
10686       w=ww; ww=knil(ww);
10687     }
10688   }
10689   return s;
10690 }
10691
10692 @ When we're all done, the final offset is |w0| and the final curve direction
10693 is |(dxin,dyin)|.  With this knowledge of the incoming direction at |c|, we
10694 can correct |info(c)| which was erroneously based on an incoming offset
10695 of~|h|.
10696
10697 @d fix_by(A) info(c)=info(c)+(A)
10698
10699 @<Fix the offset change in |info(c)| and set |c| to the return value of...@>=
10700 mp->spec_offset=info(c)-zero_off;
10701 if ( link(c)==c ) {
10702   info(c)=zero_off+n;
10703 } else { 
10704   fix_by(k_needed);
10705   while ( w0!=h ) { fix_by(1); w0=link(w0);  };
10706   while ( info(c)<=zero_off-n ) fix_by(n);
10707   while ( info(c)>zero_off ) fix_by(-n);
10708   if ( (info(c)!=zero_off)&&(mp_ab_vs_cd(mp, dy0,dxin,dx0,dyin)>=0) ) fix_by(n);
10709 }
10710 return c
10711
10712 @ Finally we want to reduce the general problem to situations that
10713 |fin_offset_prep| can handle. We split the cubic into at most three parts
10714 with respect to $d_{k-1}$, and apply |fin_offset_prep| to each part.
10715
10716 @<Complete the offset splitting process@>=
10717 ww=knil(w);
10718 @<Compute test coeff...@>;
10719 @<Find the first |t| where $d(t)$ crosses $d_{k-1}$ or set
10720   |t:=fraction_one+1|@>;
10721 if ( t>fraction_one ) {
10722   mp_fin_offset_prep(mp, p,w,x0,x1,x2,y0,y1,y2,1,turn_amt);
10723 } else {
10724   mp_split_cubic(mp, p,t); r=link(p);
10725   x1a=t_of_the_way(x0,x1); x1=t_of_the_way(x1,x2);
10726   x2a=t_of_the_way(x1a,x1);
10727   y1a=t_of_the_way(y0,y1); y1=t_of_the_way(y1,y2);
10728   y2a=t_of_the_way(y1a,y1);
10729   mp_fin_offset_prep(mp, p,w,x0,x1a,x2a,y0,y1a,y2a,1,0); x0=x2a; y0=y2a;
10730   info(r)=zero_off-1;
10731   if ( turn_amt>=0 ) {
10732     t1=t_of_the_way(t1,t2);
10733     if ( t1>0 ) t1=0;
10734     t=mp_crossing_point(mp, 0,-t1,-t2);
10735     if ( t>fraction_one ) t=fraction_one;
10736     @<Split off another rising cubic for |fin_offset_prep|@>;
10737     mp_fin_offset_prep(mp, r,ww,x0,x1,x2,y0,y1,y2,-1,0);
10738   } else {
10739     mp_fin_offset_prep(mp, r,ww,x0,x1,x2,y0,y1,y2,-1,(-1-turn_amt));
10740   }
10741 }
10742
10743 @ @<Split off another rising cubic for |fin_offset_prep|@>=
10744 mp_split_cubic(mp, r,t); info(link(r))=zero_off+1;
10745 x1a=t_of_the_way(x1,x2); x1=t_of_the_way(x0,x1);
10746 x0a=t_of_the_way(x1,x1a);
10747 y1a=t_of_the_way(y1,y2); y1=t_of_the_way(y0,y1);
10748 y0a=t_of_the_way(y1,y1a);
10749 mp_fin_offset_prep(mp, link(r),w,x0a,x1a,x2,y0a,y1a,y2,1,turn_amt);
10750 x2=x0a; y2=y0a
10751
10752 @ At this point, the direction of the incoming pen edge is |(-du,-dv)|.
10753 When the component of $d(t)$ perpendicular to |(-du,-dv)| crosses zero, we
10754 need to decide whether the directions are parallel or antiparallel.  We
10755 can test this by finding the dot product of $d(t)$ and |(-du,-dv)|, but this
10756 should be avoided when the value of |turn_amt| already determines the
10757 answer.  If |t2<0|, there is one crossing and it is antiparallel only if
10758 |turn_amt>=0|.  If |turn_amt<0|, there should always be at least one
10759 crossing and the first crossing cannot be antiparallel.
10760
10761 @<Find the first |t| where $d(t)$ crosses $d_{k-1}$ or set...@>=
10762 t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,t2);
10763 if ( turn_amt>=0 ) {
10764   if ( t2<0 ) {
10765     t=fraction_one+1;
10766   } else { 
10767     u0=t_of_the_way(x0,x1);
10768     u1=t_of_the_way(x1,x2);
10769     ss=mp_take_fraction(mp, -du,t_of_the_way(u0,u1));
10770     v0=t_of_the_way(y0,y1);
10771     v1=t_of_the_way(y1,y2);
10772     ss=ss+mp_take_fraction(mp, -dv,t_of_the_way(v0,v1));
10773     if ( ss<0 ) t=fraction_one+1;
10774   }
10775 } else if ( t>fraction_one ) {
10776   t=fraction_one;
10777 }
10778
10779 @ @<Other local variables for |offset_prep|@>=
10780 integer u0,u1,v0,v1; /* intermediate values for $d(t)$ calculation */
10781 integer ss = 0; /* the part of the dot product computed so far */
10782 int d_sign; /* sign of overall change in direction for this cubic */
10783
10784 @ If the cubic almost has a cusp, it is a numerically ill-conditioned
10785 problem to decide which way it loops around but that's OK as long we're
10786 consistent.  To make \&{doublepath} envelopes work properly, reversing
10787 the path should always change the sign of |turn_amt|.
10788
10789 @<Decide on the net change in pen offsets and set |turn_amt|@>=
10790 d_sign=mp_ab_vs_cd(mp, dx,dyin, dxin,dy);
10791 if ( d_sign==0 ) {
10792   if ( dx==0 ) {
10793     if ( dy>0 ) d_sign=1;  else d_sign=-1;
10794   } else {
10795     if ( dx>0 ) d_sign=1;  else d_sign=-1; 
10796   }
10797 }
10798 @<Make |ss| negative if and only if the total change in direction is
10799   more than $180^\circ$@>;
10800 turn_amt=mp_get_turn_amt(mp, w, dxin, dyin, (d_sign>0));
10801 if ( ss<0 ) turn_amt=turn_amt-d_sign*n
10802
10803 @ In order to be invariant under path reversal, the result of this computation
10804 should not change when |x0|, |y0|, $\ldots$ are all negated and |(x0,y0)| is
10805 then swapped with |(x2,y2)|.  We make use of the identities
10806 |take_fraction(-a,-b)=take_fraction(a,b)| and
10807 |t_of_the_way(-a,-b)=-(t_of_the_way(a,b))|.
10808
10809 @<Make |ss| negative if and only if the total change in direction is...@>=
10810 t0=half(mp_take_fraction(mp, x0,y2))-half(mp_take_fraction(mp, x2,y0));
10811 t1=half(mp_take_fraction(mp, x1,(y0+y2)))-half(mp_take_fraction(mp, y1,(x0+x2)));
10812 if ( t0==0 ) t0=d_sign; /* path reversal always negates |d_sign| */
10813 if ( t0>0 ) {
10814   t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,-t0);
10815   u0=t_of_the_way(x0,x1);
10816   u1=t_of_the_way(x1,x2);
10817   v0=t_of_the_way(y0,y1);
10818   v1=t_of_the_way(y1,y2);
10819 } else { 
10820   t=mp_crossing_point(mp, -t0,t1,t0);
10821   u0=t_of_the_way(x2,x1);
10822   u1=t_of_the_way(x1,x0);
10823   v0=t_of_the_way(y2,y1);
10824   v1=t_of_the_way(y1,y0);
10825 }
10826 ss=mp_take_fraction(mp, (x0+x2),t_of_the_way(u0,u1))+
10827    mp_take_fraction(mp, (y0+y2),t_of_the_way(v0,v1))
10828
10829 @ Here's a routine that prints an envelope spec in symbolic form.  It assumes
10830 that the |cur_pen| has not been walked around to the first offset.
10831
10832 @c 
10833 void mp_print_spec (MP mp,pointer cur_spec, pointer cur_pen, char *s) {
10834   pointer p,q; /* list traversal */
10835   pointer w; /* the current pen offset */
10836   mp_print_diagnostic(mp, "Envelope spec",s,true);
10837   p=cur_spec; w=mp_pen_walk(mp, cur_pen,mp->spec_offset);
10838   mp_print_ln(mp);
10839   mp_print_two(mp, x_coord(cur_spec),y_coord(cur_spec));
10840   mp_print(mp, " % beginning with offset ");
10841   mp_print_two(mp, x_coord(w),y_coord(w));
10842   do { 
10843     while (1) {  
10844       q=link(p);
10845       @<Print the cubic between |p| and |q|@>;
10846       p=q;
10847           if ((p==cur_spec) || (info(p)!=zero_off)) 
10848         break;
10849     }
10850     if ( info(p)!=zero_off ) {
10851       @<Update |w| as indicated by |info(p)| and print an explanation@>;
10852     }
10853   } while (p!=cur_spec);
10854   mp_print_nl(mp, " & cycle");
10855   mp_end_diagnostic(mp, true);
10856 }
10857
10858 @ @<Update |w| as indicated by |info(p)| and print an explanation@>=
10859
10860   w=mp_pen_walk(mp, w, (info(p)-zero_off));
10861   mp_print(mp, " % ");
10862   if ( info(p)>zero_off ) mp_print(mp, "counter");
10863   mp_print(mp, "clockwise to offset ");
10864   mp_print_two(mp, x_coord(w),y_coord(w));
10865 }
10866
10867 @ @<Print the cubic between |p| and |q|@>=
10868
10869   mp_print_nl(mp, "   ..controls ");
10870   mp_print_two(mp, right_x(p),right_y(p));
10871   mp_print(mp, " and ");
10872   mp_print_two(mp, left_x(q),left_y(q));
10873   mp_print_nl(mp, " ..");
10874   mp_print_two(mp, x_coord(q),y_coord(q));
10875 }
10876
10877 @ Once we have an envelope spec, the remaining task to construct the actual
10878 envelope by offsetting each cubic as determined by the |info| fields in
10879 the knots.  First we use |offset_prep| to convert the |c| into an envelope
10880 spec. Then we add the offsets so that |c| becomes a cyclic path that represents
10881 the envelope.
10882
10883 The |ljoin| and |miterlim| parameters control the treatment of points where the
10884 pen offset changes, and |lcap| controls the endpoints of a \&{doublepath}.
10885 The endpoints are easily located because |c| is given in undoubled form
10886 and then doubled in this procedure.  We use |spec_p1| and |spec_p2| to keep
10887 track of the endpoints and treat them like very sharp corners.
10888 Butt end caps are treated like beveled joins; round end caps are treated like
10889 round joins; and square end caps are achieved by setting |join_type:=3|.
10890
10891 None of these parameters apply to inside joins where the convolution tracing
10892 has retrograde lines.  In such cases we use a simple connect-the-endpoints
10893 approach that is achieved by setting |join_type:=2|.
10894
10895 @c @<Declare a function called |insert_knot|@>;
10896 pointer mp_make_envelope (MP mp,pointer c, pointer h, small_number ljoin,
10897   small_number lcap, scaled miterlim) {
10898   pointer p,q,r,q0; /* for manipulating the path */
10899   int join_type=0; /* codes |0..3| for mitered, round, beveled, or square */
10900   pointer w,w0; /* the pen knot for the current offset */
10901   scaled qx,qy; /* unshifted coordinates of |q| */
10902   halfword k,k0; /* controls pen edge insertion */
10903   @<Other local variables for |make_envelope|@>;
10904   dxin=0; dyin=0; dxout=0; dyout=0;
10905   mp->spec_p1=null; mp->spec_p2=null;
10906   @<If endpoint, double the path |c|, and set |spec_p1| and |spec_p2|@>;
10907   @<Use |offset_prep| to compute the envelope spec then walk |h| around to
10908     the initial offset@>;
10909   w=h;
10910   p=c;
10911   do {  
10912     q=link(p); q0=q;
10913     qx=x_coord(q); qy=y_coord(q);
10914     k=info(q);
10915     k0=k; w0=w;
10916     if ( k!=zero_off ) {
10917       @<Set |join_type| to indicate how to handle offset changes at~|q|@>;
10918     }
10919     @<Add offset |w| to the cubic from |p| to |q|@>;
10920     while ( k!=zero_off ) { 
10921       @<Step |w| and move |k| one step closer to |zero_off|@>;
10922       if ( (join_type==1)||(k==zero_off) )
10923          q=mp_insert_knot(mp, q,qx+x_coord(w),qy+y_coord(w));
10924     };
10925     if ( q!=link(p) ) {
10926       @<Set |p=link(p)| and add knots between |p| and |q| as
10927         required by |join_type|@>;
10928     }
10929     p=q;
10930   } while (q0!=c);
10931   return c;
10932 }
10933
10934 @ @<Use |offset_prep| to compute the envelope spec then walk |h| around to...@>=
10935 c=mp_offset_prep(mp, c,h);
10936 if ( mp->internal[mp_tracing_specs]>0 ) 
10937   mp_print_spec(mp, c,h,"");
10938 h=mp_pen_walk(mp, h,mp->spec_offset)
10939
10940 @ Mitered and squared-off joins depend on path directions that are difficult to
10941 compute for degenerate cubics.  The envelope spec computed by |offset_prep| can
10942 have degenerate cubics only if the entire cycle collapses to a single
10943 degenerate cubic.  Setting |join_type:=2| in this case makes the computed
10944 envelope degenerate as well.
10945
10946 @<Set |join_type| to indicate how to handle offset changes at~|q|@>=
10947 if ( k<zero_off ) {
10948   join_type=2;
10949 } else {
10950   if ( (q!=mp->spec_p1)&&(q!=mp->spec_p2) ) join_type=ljoin;
10951   else if ( lcap==2 ) join_type=3;
10952   else join_type=2-lcap;
10953   if ( (join_type==0)||(join_type==3) ) {
10954     @<Set the incoming and outgoing directions at |q|; in case of
10955       degeneracy set |join_type:=2|@>;
10956     if ( join_type==0 ) {
10957       @<If |miterlim| is less than the secant of half the angle at |q|
10958         then set |join_type:=2|@>;
10959     }
10960   }
10961 }
10962
10963 @ @<If |miterlim| is less than the secant of half the angle at |q|...@>=
10964
10965   tmp=mp_take_fraction(mp, miterlim,fraction_half+
10966       half(mp_take_fraction(mp, dxin,dxout)+mp_take_fraction(mp, dyin,dyout)));
10967   if ( tmp<unity )
10968     if ( mp_take_scaled(mp, miterlim,tmp)<unity ) join_type=2;
10969 }
10970
10971 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
10972 fraction dxin,dyin,dxout,dyout; /* directions at |q| when square or mitered */
10973 scaled tmp; /* a temporary value */
10974
10975 @ The coordinates of |p| have already been shifted unless |p| is the first
10976 knot in which case they get shifted at the very end.
10977
10978 @<Add offset |w| to the cubic from |p| to |q|@>=
10979 right_x(p)=right_x(p)+x_coord(w);
10980 right_y(p)=right_y(p)+y_coord(w);
10981 left_x(q)=left_x(q)+x_coord(w);
10982 left_y(q)=left_y(q)+y_coord(w);
10983 x_coord(q)=x_coord(q)+x_coord(w);
10984 y_coord(q)=y_coord(q)+y_coord(w);
10985 left_type(q)=mp_explicit;
10986 right_type(q)=mp_explicit
10987
10988 @ @<Step |w| and move |k| one step closer to |zero_off|@>=
10989 if ( k>zero_off ){ w=link(w); decr(k);  }
10990 else { w=knil(w); incr(k);  }
10991
10992 @ The cubic from |q| to the new knot at |(x,y)| becomes a line segment and
10993 the |right_x| and |right_y| fields of |r| are set from |q|.  This is done in
10994 case the cubic containing these control points is ``yet to be examined.''
10995
10996 @<Declare a function called |insert_knot|@>=
10997 pointer mp_insert_knot (MP mp,pointer q, scaled x, scaled y) {
10998   /* returns the inserted knot */
10999   pointer r; /* the new knot */
11000   r=mp_get_node(mp, knot_node_size);
11001   link(r)=link(q); link(q)=r;
11002   right_x(r)=right_x(q);
11003   right_y(r)=right_y(q);
11004   x_coord(r)=x;
11005   y_coord(r)=y;
11006   right_x(q)=x_coord(q);
11007   right_y(q)=y_coord(q);
11008   left_x(r)=x_coord(r);
11009   left_y(r)=y_coord(r);
11010   left_type(r)=mp_explicit;
11011   right_type(r)=mp_explicit;
11012   originator(r)=mp_program_code;
11013   return r;
11014 }
11015
11016 @ After setting |p:=link(p)|, either |join_type=1| or |q=link(p)|.
11017
11018 @<Set |p=link(p)| and add knots between |p| and |q| as...@>=
11019
11020   p=link(p);
11021   if ( (join_type==0)||(join_type==3) ) {
11022     if ( join_type==0 ) {
11023       @<Insert a new knot |r| between |p| and |q| as required for a mitered join@>
11024     } else {
11025       @<Make |r| the last of two knots inserted between |p| and |q| to form a
11026         squared join@>;
11027     }
11028     if ( r!=null ) { 
11029       right_x(r)=x_coord(r);
11030       right_y(r)=y_coord(r);
11031     }
11032   }
11033 }
11034
11035 @ For very small angles, adding a knot is unnecessary and would cause numerical
11036 problems, so we just set |r:=null| in that case.
11037
11038 @<Insert a new knot |r| between |p| and |q| as required for a mitered join@>=
11039
11040   det=mp_take_fraction(mp, dyout,dxin)-mp_take_fraction(mp, dxout,dyin);
11041   if ( abs(det)<26844 ) { 
11042      r=null; /* sine $<10^{-4}$ */
11043   } else { 
11044     tmp=mp_take_fraction(mp, x_coord(q)-x_coord(p),dyout)-
11045         mp_take_fraction(mp, y_coord(q)-y_coord(p),dxout);
11046     tmp=mp_make_fraction(mp, tmp,det);
11047     r=mp_insert_knot(mp, p,x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxin),
11048       y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyin));
11049   }
11050 }
11051
11052 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
11053 fraction det; /* a determinant used for mitered join calculations */
11054
11055 @ @<Make |r| the last of two knots inserted between |p| and |q| to form a...@>=
11056
11057   ht_x=y_coord(w)-y_coord(w0);
11058   ht_y=x_coord(w0)-x_coord(w);
11059   while ( (abs(ht_x)<fraction_half)&&(abs(ht_y)<fraction_half) ) { 
11060     ht_x+=ht_x; ht_y+=ht_y;
11061   }
11062   @<Scan the pen polygon between |w0| and |w| and make |max_ht| the range dot
11063     product with |(ht_x,ht_y)|@>;
11064   tmp=mp_make_fraction(mp, max_ht,mp_take_fraction(mp, dxin,ht_x)+
11065                                   mp_take_fraction(mp, dyin,ht_y));
11066   r=mp_insert_knot(mp, p,x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxin),
11067                          y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyin));
11068   tmp=mp_make_fraction(mp, max_ht,mp_take_fraction(mp, dxout,ht_x)+
11069                                   mp_take_fraction(mp, dyout,ht_y));
11070   r=mp_insert_knot(mp, r,x_coord(q)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxout),
11071                          y_coord(q)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyout));
11072 }
11073
11074 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
11075 fraction ht_x,ht_y; /* perpendicular to the segment from |p| to |q| */
11076 scaled max_ht; /* maximum height of the pen polygon above the |w0|-|w| line */
11077 halfword kk; /* keeps track of the pen vertices being scanned */
11078 pointer ww; /* the pen vertex being tested */
11079
11080 @ The dot product of the vector from |w0| to |ww| with |(ht_x,ht_y)| ranges
11081 from zero to |max_ht|.
11082
11083 @<Scan the pen polygon between |w0| and |w| and make |max_ht| the range...@>=
11084 max_ht=0;
11085 kk=zero_off;
11086 ww=w;
11087 while (1)  { 
11088   @<Step |ww| and move |kk| one step closer to |k0|@>;
11089   if ( kk==k0 ) break;
11090   tmp=mp_take_fraction(mp, (x_coord(ww)-x_coord(w0)),ht_x)+
11091       mp_take_fraction(mp, (y_coord(ww)-y_coord(w0)),ht_y);
11092   if ( tmp>max_ht ) max_ht=tmp;
11093 }
11094
11095
11096 @ @<Step |ww| and move |kk| one step closer to |k0|@>=
11097 if ( kk>k0 ) { ww=link(ww); decr(kk);  }
11098 else { ww=knil(ww); incr(kk);  }
11099
11100 @ @<If endpoint, double the path |c|, and set |spec_p1| and |spec_p2|@>=
11101 if ( left_type(c)==mp_endpoint ) { 
11102   mp->spec_p1=mp_htap_ypoc(mp, c);
11103   mp->spec_p2=mp->path_tail;
11104   originator(mp->spec_p1)=mp_program_code;
11105   link(mp->spec_p2)=link(mp->spec_p1);
11106   link(mp->spec_p1)=c;
11107   mp_remove_cubic(mp, mp->spec_p1);
11108   c=mp->spec_p1;
11109   if ( c!=link(c) ) {
11110     originator(mp->spec_p2)=mp_program_code;
11111     mp_remove_cubic(mp, mp->spec_p2);
11112   } else {
11113     @<Make |c| look like a cycle of length one@>;
11114   }
11115 }
11116
11117 @ @<Make |c| look like a cycle of length one@>=
11118
11119   left_type(c)=mp_explicit; right_type(c)=mp_explicit;
11120   left_x(c)=x_coord(c); left_y(c)=y_coord(c);
11121   right_x(c)=x_coord(c); right_y(c)=y_coord(c);
11122 }
11123
11124 @ In degenerate situations we might have to look at the knot preceding~|q|.
11125 That knot is |p| but if |p<>c|, its coordinates have already been offset by |w|.
11126
11127 @<Set the incoming and outgoing directions at |q|; in case of...@>=
11128 dxin=x_coord(q)-left_x(q);
11129 dyin=y_coord(q)-left_y(q);
11130 if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
11131   dxin=x_coord(q)-right_x(p);
11132   dyin=y_coord(q)-right_y(p);
11133   if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
11134     dxin=x_coord(q)-x_coord(p);
11135     dyin=y_coord(q)-y_coord(p);
11136     if ( p!=c ) { /* the coordinates of |p| have been offset by |w| */
11137       dxin=dxin+x_coord(w);
11138       dyin=dyin+y_coord(w);
11139     }
11140   }
11141 }
11142 tmp=mp_pyth_add(mp, dxin,dyin);
11143 if ( tmp==0 ) {
11144   join_type=2;
11145 } else { 
11146   dxin=mp_make_fraction(mp, dxin,tmp);
11147   dyin=mp_make_fraction(mp, dyin,tmp);
11148   @<Set the outgoing direction at |q|@>;
11149 }
11150
11151 @ If |q=c| then the coordinates of |r| and the control points between |q|
11152 and~|r| have already been offset by |h|.
11153
11154 @<Set the outgoing direction at |q|@>=
11155 dxout=right_x(q)-x_coord(q);
11156 dyout=right_y(q)-y_coord(q);
11157 if ( (dxout==0)&&(dyout==0) ) {
11158   r=link(q);
11159   dxout=left_x(r)-x_coord(q);
11160   dyout=left_y(r)-y_coord(q);
11161   if ( (dxout==0)&&(dyout==0) ) {
11162     dxout=x_coord(r)-x_coord(q);
11163     dyout=y_coord(r)-y_coord(q);
11164   }
11165 }
11166 if ( q==c ) {
11167   dxout=dxout-x_coord(h);
11168   dyout=dyout-y_coord(h);
11169 }
11170 tmp=mp_pyth_add(mp, dxout,dyout);
11171 if ( tmp==0 ) mp_confusion(mp, "degenerate spec");
11172 @:this can't happen degerate spec}{\quad degenerate spec@>
11173 dxout=mp_make_fraction(mp, dxout,tmp);
11174 dyout=mp_make_fraction(mp, dyout,tmp)
11175
11176 @* \[23] Direction and intersection times.
11177 A path of length $n$ is defined parametrically by functions $x(t)$ and
11178 $y(t)$, for |0<=t<=n|; we can regard $t$ as the ``time'' at which the path
11179 reaches the point $\bigl(x(t),y(t)\bigr)$.  In this section of the program
11180 we shall consider operations that determine special times associated with
11181 given paths: the first time that a path travels in a given direction, and
11182 a pair of times at which two paths cross each other.
11183
11184 @ Let's start with the easier task. The function |find_direction_time| is
11185 given a direction |(x,y)| and a path starting at~|h|. If the path never
11186 travels in direction |(x,y)|, the direction time will be~|-1|; otherwise
11187 it will be nonnegative.
11188
11189 Certain anomalous cases can arise: If |(x,y)=(0,0)|, so that the given
11190 direction is undefined, the direction time will be~0. If $\bigl(x'(t),
11191 y'(t)\bigr)=(0,0)$, so that the path direction is undefined, it will be
11192 assumed to match any given direction at time~|t|.
11193
11194 The routine solves this problem in nondegenerate cases by rotating the path
11195 and the given direction so that |(x,y)=(1,0)|; i.e., the main task will be
11196 to find when a given path first travels ``due east.''
11197
11198 @c 
11199 scaled mp_find_direction_time (MP mp,scaled x, scaled y, pointer h) {
11200   scaled max; /* $\max\bigl(\vert x\vert,\vert y\vert\bigr)$ */
11201   pointer p,q; /* for list traversal */
11202   scaled n; /* the direction time at knot |p| */
11203   scaled tt; /* the direction time within a cubic */
11204   @<Other local variables for |find_direction_time|@>;
11205   @<Normalize the given direction for better accuracy;
11206     but |return| with zero result if it's zero@>;
11207   n=0; p=h; phi=0;
11208   while (1) { 
11209     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) break;
11210     q=link(p);
11211     @<Rotate the cubic between |p| and |q|; then
11212       |goto found| if the rotated cubic travels due east at some time |tt|;
11213       but |break| if an entire cyclic path has been traversed@>;
11214     p=q; n=n+unity;
11215   }
11216   return (-unity);
11217 FOUND: 
11218   return (n+tt);
11219 }
11220
11221 @ @<Normalize the given direction for better accuracy...@>=
11222 if ( abs(x)<abs(y) ) { 
11223   x=mp_make_fraction(mp, x,abs(y));
11224   if ( y>0 ) y=fraction_one; else y=-fraction_one;
11225 } else if ( x==0 ) { 
11226   return 0;
11227 } else  { 
11228   y=mp_make_fraction(mp, y,abs(x));
11229   if ( x>0 ) x=fraction_one; else x=-fraction_one;
11230 }
11231
11232 @ Since we're interested in the tangent directions, we work with the
11233 derivative $${\textstyle1\over3}B'(x_0,x_1,x_2,x_3;t)=
11234 B(x_1-x_0,x_2-x_1,x_3-x_2;t)$$ instead of
11235 $B(x_0,x_1,x_2,x_3;t)$ itself. The derived coefficients are also scaled up
11236 in order to achieve better accuracy.
11237
11238 The given path may turn abruptly at a knot, and it might pass the critical
11239 tangent direction at such a time. Therefore we remember the direction |phi|
11240 in which the previous rotated cubic was traveling. (The value of |phi| will be
11241 undefined on the first cubic, i.e., when |n=0|.)
11242
11243 @<Rotate the cubic between |p| and |q|; then...@>=
11244 tt=0;
11245 @<Set local variables |x1,x2,x3| and |y1,y2,y3| to multiples of the control
11246   points of the rotated derivatives@>;
11247 if ( y1==0 ) if ( x1>=0 ) goto FOUND;
11248 if ( n>0 ) { 
11249   @<Exit to |found| if an eastward direction occurs at knot |p|@>;
11250   if ( p==h ) break;
11251   };
11252 if ( (x3!=0)||(y3!=0) ) phi=mp_n_arg(mp, x3,y3);
11253 @<Exit to |found| if the curve whose derivatives are specified by
11254   |x1,x2,x3,y1,y2,y3| travels eastward at some time~|tt|@>
11255
11256 @ @<Other local variables for |find_direction_time|@>=
11257 scaled x1,x2,x3,y1,y2,y3;  /* multiples of rotated derivatives */
11258 angle theta,phi; /* angles of exit and entry at a knot */
11259 fraction t; /* temp storage */
11260
11261 @ @<Set local variables |x1,x2,x3| and |y1,y2,y3| to multiples...@>=
11262 x1=right_x(p)-x_coord(p); x2=left_x(q)-right_x(p);
11263 x3=x_coord(q)-left_x(q);
11264 y1=right_y(p)-y_coord(p); y2=left_y(q)-right_y(p);
11265 y3=y_coord(q)-left_y(q);
11266 max=abs(x1);
11267 if ( abs(x2)>max ) max=abs(x2);
11268 if ( abs(x3)>max ) max=abs(x3);
11269 if ( abs(y1)>max ) max=abs(y1);
11270 if ( abs(y2)>max ) max=abs(y2);
11271 if ( abs(y3)>max ) max=abs(y3);
11272 if ( max==0 ) goto FOUND;
11273 while ( max<fraction_half ){ 
11274   max+=max; x1+=x1; x2+=x2; x3+=x3;
11275   y1+=y1; y2+=y2; y3+=y3;
11276 }
11277 t=x1; x1=mp_take_fraction(mp, x1,x)+mp_take_fraction(mp, y1,y);
11278 y1=mp_take_fraction(mp, y1,x)-mp_take_fraction(mp, t,y);
11279 t=x2; x2=mp_take_fraction(mp, x2,x)+mp_take_fraction(mp, y2,y);
11280 y2=mp_take_fraction(mp, y2,x)-mp_take_fraction(mp, t,y);
11281 t=x3; x3=mp_take_fraction(mp, x3,x)+mp_take_fraction(mp, y3,y);
11282 y3=mp_take_fraction(mp, y3,x)-mp_take_fraction(mp, t,y)
11283
11284 @ @<Exit to |found| if an eastward direction occurs at knot |p|@>=
11285 theta=mp_n_arg(mp, x1,y1);
11286 if ( theta>=0 ) if ( phi<=0 ) if ( phi>=theta-one_eighty_deg ) goto FOUND;
11287 if ( theta<=0 ) if ( phi>=0 ) if ( phi<=theta+one_eighty_deg ) goto FOUND
11288
11289 @ In this step we want to use the |crossing_point| routine to find the
11290 roots of the quadratic equation $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$.
11291 Several complications arise: If the quadratic equation has a double root,
11292 the curve never crosses zero, and |crossing_point| will find nothing;
11293 this case occurs iff $y_1y_3=y_2^2$ and $y_1y_2<0$. If the quadratic
11294 equation has simple roots, or only one root, we may have to negate it
11295 so that $B(y_1,y_2,y_3;t)$ crosses from positive to negative at its first root.
11296 And finally, we need to do special things if $B(y_1,y_2,y_3;t)$ is
11297 identically zero.
11298
11299 @ @<Exit to |found| if the curve whose derivatives are specified by...@>=
11300 if ( x1<0 ) if ( x2<0 ) if ( x3<0 ) goto DONE;
11301 if ( mp_ab_vs_cd(mp, y1,y3,y2,y2)==0 ) {
11302   @<Handle the test for eastward directions when $y_1y_3=y_2^2$;
11303     either |goto found| or |goto done|@>;
11304 }
11305 if ( y1<=0 ) {
11306   if ( y1<0 ) { y1=-y1; y2=-y2; y3=-y3; }
11307   else if ( y2>0 ){ y2=-y2; y3=-y3; };
11308 }
11309 @<Check the places where $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$ to see if
11310   $B(x_1,x_2,x_3;t)\ge0$@>;
11311 DONE:
11312
11313 @ The quadratic polynomial $B(y_1,y_2,y_3;t)$ begins |>=0| and has at most
11314 two roots, because we know that it isn't identically zero.
11315
11316 It must be admitted that the |crossing_point| routine is not perfectly accurate;
11317 rounding errors might cause it to find a root when $y_1y_3>y_2^2$, or to
11318 miss the roots when $y_1y_3<y_2^2$. The rotation process is itself
11319 subject to rounding errors. Yet this code optimistically tries to
11320 do the right thing.
11321
11322 @d we_found_it { tt=(t+04000) / 010000; goto FOUND; }
11323
11324 @<Check the places where $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$...@>=
11325 t=mp_crossing_point(mp, y1,y2,y3);
11326 if ( t>fraction_one ) goto DONE;
11327 y2=t_of_the_way(y2,y3);
11328 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11329 x2=t_of_the_way(x2,x3);
11330 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11331 if ( x1>=0 ) we_found_it;
11332 if ( y2>0 ) y2=0;
11333 tt=t; t=mp_crossing_point(mp, 0,-y2,-y3);
11334 if ( t>fraction_one ) goto DONE;
11335 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11336 x2=t_of_the_way(x2,x3);
11337 if ( t_of_the_way(x1,x2)>=0 ) { 
11338   t=t_of_the_way(tt,fraction_one); we_found_it;
11339 }
11340
11341 @ @<Handle the test for eastward directions when $y_1y_3=y_2^2$;
11342     either |goto found| or |goto done|@>=
11343
11344   if ( mp_ab_vs_cd(mp, y1,y2,0,0)<0 ) {
11345     t=mp_make_fraction(mp, y1,y1-y2);
11346     x1=t_of_the_way(x1,x2);
11347     x2=t_of_the_way(x2,x3);
11348     if ( t_of_the_way(x1,x2)>=0 ) we_found_it;
11349   } else if ( y3==0 ) {
11350     if ( y1==0 ) {
11351       @<Exit to |found| if the derivative $B(x_1,x_2,x_3;t)$ becomes |>=0|@>;
11352     } else if ( x3>=0 ) {
11353       tt=unity; goto FOUND;
11354     }
11355   }
11356   goto DONE;
11357 }
11358
11359 @ At this point we know that the derivative of |y(t)| is identically zero,
11360 and that |x1<0|; but either |x2>=0| or |x3>=0|, so there's some hope of
11361 traveling east.
11362
11363 @<Exit to |found| if the derivative $B(x_1,x_2,x_3;t)$ becomes |>=0|...@>=
11364
11365   t=mp_crossing_point(mp, -x1,-x2,-x3);
11366   if ( t<=fraction_one ) we_found_it;
11367   if ( mp_ab_vs_cd(mp, x1,x3,x2,x2)<=0 ) { 
11368     t=mp_make_fraction(mp, x1,x1-x2); we_found_it;
11369   }
11370 }
11371
11372 @ The intersection of two cubics can be found by an interesting variant
11373 of the general bisection scheme described in the introduction to
11374 |crossing_point|.\
11375 Given $w(t)=B(w_0,w_1,w_2,w_3;t)$ and $z(t)=B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$,
11376 we wish to find a pair of times $(t_1,t_2)$ such that $w(t_1)=z(t_2)$,
11377 if an intersection exists. First we find the smallest rectangle that
11378 encloses the points $\{w_0,w_1,w_2,w_3\}$ and check that it overlaps
11379 the smallest rectangle that encloses
11380 $\{z_0,z_1,z_2,z_3\}$; if not, the cubics certainly don't intersect.
11381 But if the rectangles do overlap, we bisect the intervals, getting
11382 new cubics $w'$ and~$w''$, $z'$~and~$z''$; the intersection routine first
11383 tries for an intersection between $w'$ and~$z'$, then (if unsuccessful)
11384 between $w'$ and~$z''$, then (if still unsuccessful) between $w''$ and~$z'$,
11385 finally (if thrice unsuccessful) between $w''$ and~$z''$. After $l$~successful
11386 levels of bisection we will have determined the intersection times $t_1$
11387 and~$t_2$ to $l$~bits of accuracy.
11388
11389 \def\submin{_{\rm min}} \def\submax{_{\rm max}}
11390 As before, it is better to work with the numbers $W_k=2^l(w_k-w_{k-1})$
11391 and $Z_k=2^l(z_k-z_{k-1})$ rather than the coefficients $w_k$ and $z_k$
11392 themselves. We also need one other quantity, $\Delta=2^l(w_0-z_0)$,
11393 to determine when the enclosing rectangles overlap. Here's why:
11394 The $x$~coordinates of~$w(t)$ are between $u\submin$ and $u\submax$,
11395 and the $x$~coordinates of~$z(t)$ are between $x\submin$ and $x\submax$,
11396 if we write $w_k=(u_k,v_k)$ and $z_k=(x_k,y_k)$ and $u\submin=
11397 \min(u_0,u_1,u_2,u_3)$, etc. These intervals of $x$~coordinates
11398 overlap if and only if $u\submin\L x\submax$ and
11399 $x\submin\L u\submax$. Letting
11400 $$U\submin=\min(0,U_1,U_1+U_2,U_1+U_2+U_3),\;
11401   U\submax=\max(0,U_1,U_1+U_2,U_1+U_2+U_3),$$
11402 we have $u\submin=2^lu_0+U\submin$, etc.; the condition for overlap
11403 reduces to
11404 $$X\submin-U\submax\L 2^l(u_0-x_0)\L X\submax-U\submin.$$
11405 Thus we want to maintain the quantity $2^l(u_0-x_0)$; similarly,
11406 the quantity $2^l(v_0-y_0)$ accounts for the $y$~coordinates. The
11407 coordinates of $\Delta=2^l(w_0-z_0)$ must stay bounded as $l$ increases,
11408 because of the overlap condition; i.e., we know that $X\submin$,
11409 $X\submax$, and their relatives are bounded, hence $X\submax-
11410 U\submin$ and $X\submin-U\submax$ are bounded.
11411
11412 @ Incidentally, if the given cubics intersect more than once, the process
11413 just sketched will not necessarily find the lexicographically smallest pair
11414 $(t_1,t_2)$. The solution actually obtained will be smallest in ``shuffled
11415 order''; i.e., if $t_1=(.a_1a_2\ldots a_{16})_2$ and
11416 $t_2=(.b_1b_2\ldots b_{16})_2$, then we will minimize
11417 $a_1b_1a_2b_2\ldots a_{16}b_{16}$, not
11418 $a_1a_2\ldots a_{16}b_1b_2\ldots b_{16}$.
11419 Shuffled order agrees with lexicographic order if all pairs of solutions
11420 $(t_1,t_2)$ and $(t_1',t_2')$ have the property that $t_1<t_1'$ iff
11421 $t_2<t_2'$; but in general, lexicographic order can be quite different,
11422 and the bisection algorithm would be substantially less efficient if it were
11423 constrained by lexicographic order.
11424
11425 For example, suppose that an overlap has been found for $l=3$ and
11426 $(t_1,t_2)= (.101,.011)$ in binary, but that no overlap is produced by
11427 either of the alternatives $(.1010,.0110)$, $(.1010,.0111)$ at level~4.
11428 Then there is probably an intersection in one of the subintervals
11429 $(.1011,.011x)$; but lexicographic order would require us to explore
11430 $(.1010,.1xxx)$ and $(.1011,.00xx)$ and $(.1011,.010x)$ first. We wouldn't
11431 want to store all of the subdivision data for the second path, so the
11432 subdivisions would have to be regenerated many times. Such inefficiencies
11433 would be associated with every `1' in the binary representation of~$t_1$.
11434
11435 @ The subdivision process introduces rounding errors, hence we need to
11436 make a more liberal test for overlap. It is not hard to show that the
11437 computed values of $U_i$ differ from the truth by at most~$l$, on
11438 level~$l$, hence $U\submin$ and $U\submax$ will be at most $3l$ in error.
11439 If $\beta$ is an upper bound on the absolute error in the computed
11440 components of $\Delta=(|delx|,|dely|)$ on level~$l$, we will replace
11441 the test `$X\submin-U\submax\L|delx|$' by the more liberal test
11442 `$X\submin-U\submax\L|delx|+|tol|$', where $|tol|=6l+\beta$.
11443
11444 More accuracy is obtained if we try the algorithm first with |tol=0|;
11445 the more liberal tolerance is used only if an exact approach fails.
11446 It is convenient to do this double-take by letting `3' in the preceding
11447 paragraph be a parameter, which is first 0, then 3.
11448
11449 @<Glob...@>=
11450 unsigned int tol_step; /* either 0 or 3, usually */
11451
11452 @ We shall use an explicit stack to implement the recursive bisection
11453 method described above. The |bisect_stack| array will contain numerous 5-word
11454 packets like $(U_1,U_2,U_3,U\submin,U\submax)$, as well as 20-word packets
11455 comprising the 5-word packets for $U$, $V$, $X$, and~$Y$.
11456
11457 The following macros define the allocation of stack positions to
11458 the quantities needed for bisection-intersection.
11459
11460 @d stack_1(A) mp->bisect_stack[(A)] /* $U_1$, $V_1$, $X_1$, or $Y_1$ */
11461 @d stack_2(A) mp->bisect_stack[(A)+1] /* $U_2$, $V_2$, $X_2$, or $Y_2$ */
11462 @d stack_3(A) mp->bisect_stack[(A)+2] /* $U_3$, $V_3$, $X_3$, or $Y_3$ */
11463 @d stack_min(A) mp->bisect_stack[(A)+3]
11464   /* $U\submin$, $V\submin$, $X\submin$, or $Y\submin$ */
11465 @d stack_max(A) mp->bisect_stack[(A)+4]
11466   /* $U\submax$, $V\submax$, $X\submax$, or $Y\submax$ */
11467 @d int_packets 20 /* number of words to represent $U_k$, $V_k$, $X_k$, and $Y_k$ */
11468 @#
11469 @d u_packet(A) ((A)-5)
11470 @d v_packet(A) ((A)-10)
11471 @d x_packet(A) ((A)-15)
11472 @d y_packet(A) ((A)-20)
11473 @d l_packets (mp->bisect_ptr-int_packets)
11474 @d r_packets mp->bisect_ptr
11475 @d ul_packet u_packet(l_packets) /* base of $U'_k$ variables */
11476 @d vl_packet v_packet(l_packets) /* base of $V'_k$ variables */
11477 @d xl_packet x_packet(l_packets) /* base of $X'_k$ variables */
11478 @d yl_packet y_packet(l_packets) /* base of $Y'_k$ variables */
11479 @d ur_packet u_packet(r_packets) /* base of $U''_k$ variables */
11480 @d vr_packet v_packet(r_packets) /* base of $V''_k$ variables */
11481 @d xr_packet x_packet(r_packets) /* base of $X''_k$ variables */
11482 @d yr_packet y_packet(r_packets) /* base of $Y''_k$ variables */
11483 @#
11484 @d u1l stack_1(ul_packet) /* $U'_1$ */
11485 @d u2l stack_2(ul_packet) /* $U'_2$ */
11486 @d u3l stack_3(ul_packet) /* $U'_3$ */
11487 @d v1l stack_1(vl_packet) /* $V'_1$ */
11488 @d v2l stack_2(vl_packet) /* $V'_2$ */
11489 @d v3l stack_3(vl_packet) /* $V'_3$ */
11490 @d x1l stack_1(xl_packet) /* $X'_1$ */
11491 @d x2l stack_2(xl_packet) /* $X'_2$ */
11492 @d x3l stack_3(xl_packet) /* $X'_3$ */
11493 @d y1l stack_1(yl_packet) /* $Y'_1$ */
11494 @d y2l stack_2(yl_packet) /* $Y'_2$ */
11495 @d y3l stack_3(yl_packet) /* $Y'_3$ */
11496 @d u1r stack_1(ur_packet) /* $U''_1$ */
11497 @d u2r stack_2(ur_packet) /* $U''_2$ */
11498 @d u3r stack_3(ur_packet) /* $U''_3$ */
11499 @d v1r stack_1(vr_packet) /* $V''_1$ */
11500 @d v2r stack_2(vr_packet) /* $V''_2$ */
11501 @d v3r stack_3(vr_packet) /* $V''_3$ */
11502 @d x1r stack_1(xr_packet) /* $X''_1$ */
11503 @d x2r stack_2(xr_packet) /* $X''_2$ */
11504 @d x3r stack_3(xr_packet) /* $X''_3$ */
11505 @d y1r stack_1(yr_packet) /* $Y''_1$ */
11506 @d y2r stack_2(yr_packet) /* $Y''_2$ */
11507 @d y3r stack_3(yr_packet) /* $Y''_3$ */
11508 @#
11509 @d stack_dx mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr] /* stacked value of |delx| */
11510 @d stack_dy mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+1] /* stacked value of |dely| */
11511 @d stack_tol mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+2] /* stacked value of |tol| */
11512 @d stack_uv mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+3] /* stacked value of |uv| */
11513 @d stack_xy mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+4] /* stacked value of |xy| */
11514 @d int_increment (int_packets+int_packets+5) /* number of stack words per level */
11515
11516 @<Glob...@>=
11517 integer *bisect_stack;
11518 unsigned int bisect_ptr;
11519
11520 @ @<Allocate or initialize ...@>=
11521 mp->bisect_stack = xmalloc((bistack_size+1),sizeof(integer));
11522
11523 @ @<Dealloc variables@>=
11524 xfree(mp->bisect_stack);
11525
11526 @ @<Check the ``constant''...@>=
11527 if ( int_packets+17*int_increment>bistack_size ) mp->bad=19;
11528
11529 @ Computation of the min and max is a tedious but fairly fast sequence of
11530 instructions; exactly four comparisons are made in each branch.
11531
11532 @d set_min_max(A) 
11533   if ( stack_1((A))<0 ) {
11534     if ( stack_3((A))>=0 ) {
11535       if ( stack_2((A))<0 ) stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11536       else stack_min((A))=stack_1((A));
11537       stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11538       if ( stack_max((A))<0 ) stack_max((A))=0;
11539     } else { 
11540       stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11541       if ( stack_min((A))>stack_1((A)) ) stack_min((A))=stack_1((A));
11542       stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11543       if ( stack_max((A))<0 ) stack_max((A))=0;
11544     }
11545   } else if ( stack_3((A))<=0 ) {
11546     if ( stack_2((A))>0 ) stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11547     else stack_max((A))=stack_1((A));
11548     stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11549     if ( stack_min((A))>0 ) stack_min((A))=0;
11550   } else  { 
11551     stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11552     if ( stack_max((A))<stack_1((A)) ) stack_max((A))=stack_1((A));
11553     stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11554     if ( stack_min((A))>0 ) stack_min((A))=0;
11555   }
11556
11557 @ It's convenient to keep the current values of $l$, $t_1$, and $t_2$ in
11558 the integer form $2^l+2^lt_1$ and $2^l+2^lt_2$. The |cubic_intersection|
11559 routine uses global variables |cur_t| and |cur_tt| for this purpose;
11560 after successful completion, |cur_t| and |cur_tt| will contain |unity|
11561 plus the |scaled| values of $t_1$ and~$t_2$.
11562
11563 The values of |cur_t| and |cur_tt| will be set to zero if |cubic_intersection|
11564 finds no intersection. The routine gives up and gives an approximate answer
11565 if it has backtracked
11566 more than 5000 times (otherwise there are cases where several minutes
11567 of fruitless computation would be possible).
11568
11569 @d max_patience 5000
11570
11571 @<Glob...@>=
11572 integer cur_t;integer cur_tt; /* controls and results of |cubic_intersection| */
11573 integer time_to_go; /* this many backtracks before giving up */
11574 integer max_t; /* maximum of $2^{l+1}$ so far achieved */
11575
11576 @ The given cubics $B(w_0,w_1,w_2,w_3;t)$ and
11577 $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$ are specified in adjacent knot nodes |(p,link(p))|
11578 and |(pp,link(pp))|, respectively.
11579
11580 @c void mp_cubic_intersection (MP mp,pointer p, pointer pp) {
11581   pointer q,qq; /* |link(p)|, |link(pp)| */
11582   mp->time_to_go=max_patience; mp->max_t=2;
11583   @<Initialize for intersections at level zero@>;
11584 CONTINUE:
11585   while (1) { 
11586     if ( mp->delx-mp->tol<=stack_max(x_packet(mp->xy))-stack_min(u_packet(mp->uv)))
11587     if ( mp->delx+mp->tol>=stack_min(x_packet(mp->xy))-stack_max(u_packet(mp->uv)))
11588     if ( mp->dely-mp->tol<=stack_max(y_packet(mp->xy))-stack_min(v_packet(mp->uv)))
11589     if ( mp->dely+mp->tol>=stack_min(y_packet(mp->xy))-stack_max(v_packet(mp->uv))) 
11590     { 
11591       if ( mp->cur_t>=mp->max_t ){ 
11592         if ( mp->max_t==two ) { /* we've done 17 bisections */ 
11593            mp->cur_t=halfp(mp->cur_t+1); mp->cur_tt=halfp(mp->cur_tt+1); return;
11594         }
11595         mp->max_t+=mp->max_t; mp->appr_t=mp->cur_t; mp->appr_tt=mp->cur_tt;
11596       }
11597       @<Subdivide for a new level of intersection@>;
11598       goto CONTINUE;
11599     }
11600     if ( mp->time_to_go>0 ) {
11601       decr(mp->time_to_go);
11602     } else { 
11603       while ( mp->appr_t<unity ) { 
11604         mp->appr_t+=mp->appr_t; mp->appr_tt+=mp->appr_tt;
11605       }
11606       mp->cur_t=mp->appr_t; mp->cur_tt=mp->appr_tt; return;
11607     }
11608     @<Advance to the next pair |(cur_t,cur_tt)|@>;
11609   }
11610 }
11611
11612 @ The following variables are global, although they are used only by
11613 |cubic_intersection|, because it is necessary on some machines to
11614 split |cubic_intersection| up into two procedures.
11615
11616 @<Glob...@>=
11617 integer delx;integer dely; /* the components of $\Delta=2^l(w_0-z_0)$ */
11618 integer tol; /* bound on the uncertainly in the overlap test */
11619 unsigned int uv;
11620 unsigned int xy; /* pointers to the current packets of interest */
11621 integer three_l; /* |tol_step| times the bisection level */
11622 integer appr_t;integer appr_tt; /* best approximations known to the answers */
11623
11624 @ We shall assume that the coordinates are sufficiently non-extreme that
11625 integer overflow will not occur.
11626
11627 @<Initialize for intersections at level zero@>=
11628 q=link(p); qq=link(pp); mp->bisect_ptr=int_packets;
11629 u1r=right_x(p)-x_coord(p); u2r=left_x(q)-right_x(p);
11630 u3r=x_coord(q)-left_x(q); set_min_max(ur_packet);
11631 v1r=right_y(p)-y_coord(p); v2r=left_y(q)-right_y(p);
11632 v3r=y_coord(q)-left_y(q); set_min_max(vr_packet);
11633 x1r=right_x(pp)-x_coord(pp); x2r=left_x(qq)-right_x(pp);
11634 x3r=x_coord(qq)-left_x(qq); set_min_max(xr_packet);
11635 y1r=right_y(pp)-y_coord(pp); y2r=left_y(qq)-right_y(pp);
11636 y3r=y_coord(qq)-left_y(qq); set_min_max(yr_packet);
11637 mp->delx=x_coord(p)-x_coord(pp); mp->dely=y_coord(p)-y_coord(pp);
11638 mp->tol=0; mp->uv=r_packets; mp->xy=r_packets; 
11639 mp->three_l=0; mp->cur_t=1; mp->cur_tt=1
11640
11641 @ @<Subdivide for a new level of intersection@>=
11642 stack_dx=mp->delx; stack_dy=mp->dely; stack_tol=mp->tol; 
11643 stack_uv=mp->uv; stack_xy=mp->xy;
11644 mp->bisect_ptr=mp->bisect_ptr+int_increment;
11645 mp->cur_t+=mp->cur_t; mp->cur_tt+=mp->cur_tt;
11646 u1l=stack_1(u_packet(mp->uv)); u3r=stack_3(u_packet(mp->uv));
11647 u2l=half(u1l+stack_2(u_packet(mp->uv)));
11648 u2r=half(u3r+stack_2(u_packet(mp->uv)));
11649 u3l=half(u2l+u2r); u1r=u3l;
11650 set_min_max(ul_packet); set_min_max(ur_packet);
11651 v1l=stack_1(v_packet(mp->uv)); v3r=stack_3(v_packet(mp->uv));
11652 v2l=half(v1l+stack_2(v_packet(mp->uv)));
11653 v2r=half(v3r+stack_2(v_packet(mp->uv)));
11654 v3l=half(v2l+v2r); v1r=v3l;
11655 set_min_max(vl_packet); set_min_max(vr_packet);
11656 x1l=stack_1(x_packet(mp->xy)); x3r=stack_3(x_packet(mp->xy));
11657 x2l=half(x1l+stack_2(x_packet(mp->xy)));
11658 x2r=half(x3r+stack_2(x_packet(mp->xy)));
11659 x3l=half(x2l+x2r); x1r=x3l;
11660 set_min_max(xl_packet); set_min_max(xr_packet);
11661 y1l=stack_1(y_packet(mp->xy)); y3r=stack_3(y_packet(mp->xy));
11662 y2l=half(y1l+stack_2(y_packet(mp->xy)));
11663 y2r=half(y3r+stack_2(y_packet(mp->xy)));
11664 y3l=half(y2l+y2r); y1r=y3l;
11665 set_min_max(yl_packet); set_min_max(yr_packet);
11666 mp->uv=l_packets; mp->xy=l_packets;
11667 mp->delx+=mp->delx; mp->dely+=mp->dely;
11668 mp->tol=mp->tol-mp->three_l+mp->tol_step; 
11669 mp->tol+=mp->tol; mp->three_l=mp->three_l+mp->tol_step
11670
11671 @ @<Advance to the next pair |(cur_t,cur_tt)|@>=
11672 NOT_FOUND: 
11673 if ( odd(mp->cur_tt) ) {
11674   if ( odd(mp->cur_t) ) {
11675      @<Descend to the previous level and |goto not_found|@>;
11676   } else { 
11677     incr(mp->cur_t);
11678     mp->delx=mp->delx+stack_1(u_packet(mp->uv))+stack_2(u_packet(mp->uv))
11679       +stack_3(u_packet(mp->uv));
11680     mp->dely=mp->dely+stack_1(v_packet(mp->uv))+stack_2(v_packet(mp->uv))
11681       +stack_3(v_packet(mp->uv));
11682     mp->uv=mp->uv+int_packets; /* switch from |l_packet| to |r_packet| */
11683     decr(mp->cur_tt); mp->xy=mp->xy-int_packets; 
11684          /* switch from |r_packet| to |l_packet| */
11685     mp->delx=mp->delx+stack_1(x_packet(mp->xy))+stack_2(x_packet(mp->xy))
11686       +stack_3(x_packet(mp->xy));
11687     mp->dely=mp->dely+stack_1(y_packet(mp->xy))+stack_2(y_packet(mp->xy))
11688       +stack_3(y_packet(mp->xy));
11689   }
11690 } else { 
11691   incr(mp->cur_tt); mp->tol=mp->tol+mp->three_l;
11692   mp->delx=mp->delx-stack_1(x_packet(mp->xy))-stack_2(x_packet(mp->xy))
11693     -stack_3(x_packet(mp->xy));
11694   mp->dely=mp->dely-stack_1(y_packet(mp->xy))-stack_2(y_packet(mp->xy))
11695     -stack_3(y_packet(mp->xy));
11696   mp->xy=mp->xy+int_packets; /* switch from |l_packet| to |r_packet| */
11697 }
11698
11699 @ @<Descend to the previous level...@>=
11700
11701   mp->cur_t=halfp(mp->cur_t); mp->cur_tt=halfp(mp->cur_tt);
11702   if ( mp->cur_t==0 ) return;
11703   mp->bisect_ptr=mp->bisect_ptr-int_increment; 
11704   mp->three_l=mp->three_l-mp->tol_step;
11705   mp->delx=stack_dx; mp->dely=stack_dy; mp->tol=stack_tol; 
11706   mp->uv=stack_uv; mp->xy=stack_xy;
11707   goto NOT_FOUND;
11708 }
11709
11710 @ The |path_intersection| procedure is much simpler.
11711 It invokes |cubic_intersection| in lexicographic order until finding a
11712 pair of cubics that intersect. The final intersection times are placed in
11713 |cur_t| and~|cur_tt|.
11714
11715 @c void mp_path_intersection (MP mp,pointer h, pointer hh) {
11716   pointer p,pp; /* link registers that traverse the given paths */
11717   integer n,nn; /* integer parts of intersection times, minus |unity| */
11718   @<Change one-point paths into dead cycles@>;
11719   mp->tol_step=0;
11720   do {  
11721     n=-unity; p=h;
11722     do {  
11723       if ( right_type(p)!=mp_endpoint ) { 
11724         nn=-unity; pp=hh;
11725         do {  
11726           if ( right_type(pp)!=mp_endpoint )  { 
11727             mp_cubic_intersection(mp, p,pp);
11728             if ( mp->cur_t>0 ) { 
11729               mp->cur_t=mp->cur_t+n; mp->cur_tt=mp->cur_tt+nn; 
11730               return;
11731             }
11732           }
11733           nn=nn+unity; pp=link(pp);
11734         } while (pp!=hh);
11735       }
11736       n=n+unity; p=link(p);
11737     } while (p!=h);
11738     mp->tol_step=mp->tol_step+3;
11739   } while (mp->tol_step<=3);
11740   mp->cur_t=-unity; mp->cur_tt=-unity;
11741 }
11742
11743 @ @<Change one-point paths...@>=
11744 if ( right_type(h)==mp_endpoint ) {
11745   right_x(h)=x_coord(h); left_x(h)=x_coord(h);
11746   right_y(h)=y_coord(h); left_y(h)=y_coord(h); right_type(h)=mp_explicit;
11747 }
11748 if ( right_type(hh)==mp_endpoint ) {
11749   right_x(hh)=x_coord(hh); left_x(hh)=x_coord(hh);
11750   right_y(hh)=y_coord(hh); left_y(hh)=y_coord(hh); right_type(hh)=mp_explicit;
11751 }
11752
11753 @* \[24] Dynamic linear equations.
11754 \MP\ users define variables implicitly by stating equations that should be
11755 satisfied; the computer is supposed to be smart enough to solve those equations.
11756 And indeed, the computer tries valiantly to do so, by distinguishing five
11757 different types of numeric values:
11758
11759 \smallskip\hang
11760 |type(p)=mp_known| is the nice case, when |value(p)| is the |scaled| value
11761 of the variable whose address is~|p|.
11762
11763 \smallskip\hang
11764 |type(p)=mp_dependent| means that |value(p)| is not present, but |dep_list(p)|
11765 points to a {\sl dependency list\/} that expresses the value of variable~|p|
11766 as a |scaled| number plus a sum of independent variables with |fraction|
11767 coefficients.
11768
11769 \smallskip\hang
11770 |type(p)=mp_independent| means that |value(p)=64s+m|, where |s>0| is a ``serial
11771 number'' reflecting the time this variable was first used in an equation;
11772 also |0<=m<64|, and each dependent variable
11773 that refers to this one is actually referring to the future value of
11774 this variable times~$2^m$. (Usually |m=0|, but higher degrees of
11775 scaling are sometimes needed to keep the coefficients in dependency lists
11776 from getting too large. The value of~|m| will always be even.)
11777
11778 \smallskip\hang
11779 |type(p)=mp_numeric_type| means that variable |p| hasn't appeared in an
11780 equation before, but it has been explicitly declared to be numeric.
11781
11782 \smallskip\hang
11783 |type(p)=undefined| means that variable |p| hasn't appeared before.
11784
11785 \smallskip\noindent
11786 We have actually discussed these five types in the reverse order of their
11787 history during a computation: Once |known|, a variable never again
11788 becomes |dependent|; once |dependent|, it almost never again becomes
11789 |mp_independent|; once |mp_independent|, it never again becomes |mp_numeric_type|;
11790 and once |mp_numeric_type|, it never again becomes |undefined| (except
11791 of course when the user specifically decides to scrap the old value
11792 and start again). A backward step may, however, take place: Sometimes
11793 a |dependent| variable becomes |mp_independent| again, when one of the
11794 independent variables it depends on is reverting to |undefined|.
11795
11796
11797 The next patch detects overflow of independent-variable serial
11798 numbers. Diagnosed and patched by Thorsten Dahlheimer.
11799
11800 @d s_scale 64 /* the serial numbers are multiplied by this factor */
11801 @d max_indep_vars 0177777777 /* $2^{25}-1$ */
11802 @d max_serial_no 017777777700 /* |max_indep_vars*s_scale| */
11803 @d new_indep(A)  /* create a new independent variable */
11804   { if ( mp->serial_no==max_serial_no )
11805     mp_fatal_error(mp, "variable instance identifiers exhausted");
11806   type((A))=mp_independent; mp->serial_no=mp->serial_no+s_scale;
11807   value((A))=mp->serial_no;
11808   }
11809
11810 @<Glob...@>=
11811 integer serial_no; /* the most recent serial number, times |s_scale| */
11812
11813 @ @<Make variable |q+s| newly independent@>=new_indep(q+s)
11814
11815 @ But how are dependency lists represented? It's simple: The linear combination
11816 $\alpha_1v_1+\cdots+\alpha_kv_k+\beta$ appears in |k+1| value nodes. If
11817 |q=dep_list(p)| points to this list, and if |k>0|, then |value(q)=
11818 @t$\alpha_1$@>| (which is a |fraction|); |info(q)| points to the location
11819 of $\alpha_1$; and |link(p)| points to the dependency list
11820 $\alpha_2v_2+\cdots+\alpha_kv_k+\beta$. On the other hand if |k=0|,
11821 then |value(q)=@t$\beta$@>| (which is |scaled|) and |info(q)=null|.
11822 The independent variables $v_1$, \dots,~$v_k$ have been sorted so that
11823 they appear in decreasing order of their |value| fields (i.e., of
11824 their serial numbers). \ (It is convenient to use decreasing order,
11825 since |value(null)=0|. If the independent variables were not sorted by
11826 serial number but by some other criterion, such as their location in |mem|,
11827 the equation-solving mechanism would be too system-dependent, because
11828 the ordering can affect the computed results.)
11829
11830 The |link| field in the node that contains the constant term $\beta$ is
11831 called the {\sl final link\/} of the dependency list. \MP\ maintains
11832 a doubly-linked master list of all dependency lists, in terms of a permanently
11833 allocated node
11834 in |mem| called |dep_head|. If there are no dependencies, we have
11835 |link(dep_head)=dep_head| and |prev_dep(dep_head)=dep_head|;
11836 otherwise |link(dep_head)| points to the first dependent variable, say~|p|,
11837 and |prev_dep(p)=dep_head|. We have |type(p)=mp_dependent|, and |dep_list(p)|
11838 points to its dependency list. If the final link of that dependency list
11839 occurs in location~|q|, then |link(q)| points to the next dependent
11840 variable (say~|r|); and we have |prev_dep(r)=q|, etc.
11841
11842 @d dep_list(A) link(value_loc((A)))
11843   /* half of the |value| field in a |dependent| variable */
11844 @d prev_dep(A) info(value_loc((A)))
11845   /* the other half; makes a doubly linked list */
11846 @d dep_node_size 2 /* the number of words per dependency node */
11847
11848 @<Initialize table entries...@>= mp->serial_no=0;
11849 link(dep_head)=dep_head; prev_dep(dep_head)=dep_head;
11850 info(dep_head)=null; dep_list(dep_head)=null;
11851
11852 @ Actually the description above contains a little white lie. There's
11853 another kind of variable called |mp_proto_dependent|, which is
11854 just like a |dependent| one except that the $\alpha$ coefficients
11855 in its dependency list are |scaled| instead of being fractions.
11856 Proto-dependency lists are mixed with dependency lists in the
11857 nodes reachable from |dep_head|.
11858
11859 @ Here is a procedure that prints a dependency list in symbolic form.
11860 The second parameter should be either |dependent| or |mp_proto_dependent|,
11861 to indicate the scaling of the coefficients.
11862
11863 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
11864 void mp_print_dependency (MP mp,pointer p, small_number t) {
11865   integer v; /* a coefficient */
11866   pointer pp,q; /* for list manipulation */
11867   pp=p;
11868   while (1) { 
11869     v=abs(value(p)); q=info(p);
11870     if ( q==null ) { /* the constant term */
11871       if ( (v!=0)||(p==pp) ) {
11872          if ( value(p)>0 ) if ( p!=pp ) mp_print_char(mp, '+');
11873          mp_print_scaled(mp, value(p));
11874       }
11875       return;
11876     }
11877     @<Print the coefficient, unless it's $\pm1.0$@>;
11878     if ( type(q)!=mp_independent ) mp_confusion(mp, "dep");
11879 @:this can't happen dep}{\quad dep@>
11880     mp_print_variable_name(mp, q); v=value(q) % s_scale;
11881     while ( v>0 ) { mp_print(mp, "*4"); v=v-2; }
11882     p=link(p);
11883   }
11884 }
11885
11886 @ @<Print the coefficient, unless it's $\pm1.0$@>=
11887 if ( value(p)<0 ) mp_print_char(mp, '-');
11888 else if ( p!=pp ) mp_print_char(mp, '+');
11889 if ( t==mp_dependent ) v=mp_round_fraction(mp, v);
11890 if ( v!=unity ) mp_print_scaled(mp, v)
11891
11892 @ The maximum absolute value of a coefficient in a given dependency list
11893 is returned by the following simple function.
11894
11895 @c fraction mp_max_coef (MP mp,pointer p) {
11896   fraction x; /* the maximum so far */
11897   x=0;
11898   while ( info(p)!=null ) {
11899     if ( abs(value(p))>x ) x=abs(value(p));
11900     p=link(p);
11901   }
11902   return x;
11903 }
11904
11905 @ One of the main operations needed on dependency lists is to add a multiple
11906 of one list to the other; we call this |p_plus_fq|, where |p| and~|q| point
11907 to dependency lists and |f| is a fraction.
11908
11909 If the coefficient of any independent variable becomes |coef_bound| or
11910 more, in absolute value, this procedure changes the type of that variable
11911 to `|independent_needing_fix|', and sets the global variable |fix_needed|
11912 to~|true|. The value of $|coef_bound|=\mu$ is chosen so that
11913 $\mu^2+\mu<8$; this means that the numbers we deal with won't
11914 get too large. (Instead of the ``optimum'' $\mu=(\sqrt{33}-1)/2\approx
11915 2.3723$, the safer value 7/3 is taken as the threshold.)
11916
11917 The changes mentioned in the preceding paragraph are actually done only if
11918 the global variable |watch_coefs| is |true|. But it usually is; in fact,
11919 it is |false| only when \MP\ is making a dependency list that will soon
11920 be equated to zero.
11921
11922 Several procedures that act on dependency lists, including |p_plus_fq|,
11923 set the global variable |dep_final| to the final (constant term) node of
11924 the dependency list that they produce.
11925
11926 @d coef_bound 04525252525 /* |fraction| approximation to 7/3 */
11927 @d independent_needing_fix 0
11928
11929 @<Glob...@>=
11930 boolean fix_needed; /* does at least one |independent| variable need scaling? */
11931 boolean watch_coefs; /* should we scale coefficients that exceed |coef_bound|? */
11932 pointer dep_final; /* location of the constant term and final link */
11933
11934 @ @<Set init...@>=
11935 mp->fix_needed=false; mp->watch_coefs=true;
11936
11937 @ The |p_plus_fq| procedure has a fourth parameter, |t|, that should be
11938 set to |mp_proto_dependent| if |p| is a proto-dependency list. In this
11939 case |f| will be |scaled|, not a |fraction|. Similarly, the fifth parameter~|tt|
11940 should be |mp_proto_dependent| if |q| is a proto-dependency list.
11941
11942 List |q| is unchanged by the operation; but list |p| is totally destroyed.
11943
11944 The final link of the dependency list or proto-dependency list returned
11945 by |p_plus_fq| is the same as the original final link of~|p|. Indeed, the
11946 constant term of the result will be located in the same |mem| location
11947 as the original constant term of~|p|.
11948
11949 Coefficients of the result are assumed to be zero if they are less than
11950 a certain threshold. This compensates for inevitable rounding errors,
11951 and tends to make more variables `|known|'. The threshold is approximately
11952 $10^{-5}$ in the case of normal dependency lists, $10^{-4}$ for
11953 proto-dependencies.
11954
11955 @d fraction_threshold 2685 /* a |fraction| coefficient less than this is zeroed */
11956 @d half_fraction_threshold 1342 /* half of |fraction_threshold| */
11957 @d scaled_threshold 8 /* a |scaled| coefficient less than this is zeroed */
11958 @d half_scaled_threshold 4 /* half of |scaled_threshold| */
11959
11960 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
11961 pointer mp_p_plus_fq ( MP mp, pointer p, integer f, 
11962                       pointer q, small_number t, small_number tt) ;
11963
11964 @ @c
11965 pointer mp_p_plus_fq ( MP mp, pointer p, integer f, 
11966                       pointer q, small_number t, small_number tt) {
11967   pointer pp,qq; /* |info(p)| and |info(q)|, respectively */
11968   pointer r,s; /* for list manipulation */
11969   integer mp_threshold; /* defines a neighborhood of zero */
11970   integer v; /* temporary register */
11971   if ( t==mp_dependent ) mp_threshold=fraction_threshold;
11972   else mp_threshold=scaled_threshold;
11973   r=temp_head; pp=info(p); qq=info(q);
11974   while (1) {
11975     if ( pp==qq ) {
11976       if ( pp==null ) {
11977        break;
11978       } else {
11979         @<Contribute a term from |p|, plus |f| times the
11980           corresponding term from |q|@>
11981       }
11982     } else if ( value(pp)<value(qq) ) {
11983       @<Contribute a term from |q|, multiplied by~|f|@>
11984     } else { 
11985      link(r)=p; r=p; p=link(p); pp=info(p);
11986     }
11987   }
11988   if ( t==mp_dependent )
11989     value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),mp_take_fraction(mp, value(q),f));
11990   else  
11991     value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),mp_take_scaled(mp, value(q),f));
11992   link(r)=p; mp->dep_final=p; 
11993   return link(temp_head);
11994 }
11995
11996 @ @<Contribute a term from |p|, plus |f|...@>=
11997
11998   if ( tt==mp_dependent ) v=value(p)+mp_take_fraction(mp, f,value(q));
11999   else v=value(p)+mp_take_scaled(mp, f,value(q));
12000   value(p)=v; s=p; p=link(p);
12001   if ( abs(v)<mp_threshold ) {
12002     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12003   } else {
12004     if ( (abs(v)>=coef_bound)  && mp->watch_coefs ) { 
12005       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
12006     }
12007     link(r)=s; r=s;
12008   };
12009   pp=info(p); q=link(q); qq=info(q);
12010 }
12011
12012 @ @<Contribute a term from |q|, multiplied by~|f|@>=
12013
12014   if ( tt==mp_dependent ) v=mp_take_fraction(mp, f,value(q));
12015   else v=mp_take_scaled(mp, f,value(q));
12016   if ( abs(v)>halfp(mp_threshold) ) { 
12017     s=mp_get_node(mp, dep_node_size); info(s)=qq; value(s)=v;
12018     if ( (abs(v)>=coef_bound) && mp->watch_coefs ) { 
12019       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
12020     }
12021     link(r)=s; r=s;
12022   }
12023   q=link(q); qq=info(q);
12024 }
12025
12026 @ It is convenient to have another subroutine for the special case
12027 of |p_plus_fq| when |f=1.0|. In this routine lists |p| and |q| are
12028 both of the same type~|t| (either |dependent| or |mp_proto_dependent|).
12029
12030 @c pointer mp_p_plus_q (MP mp,pointer p, pointer q, small_number t) {
12031   pointer pp,qq; /* |info(p)| and |info(q)|, respectively */
12032   pointer r,s; /* for list manipulation */
12033   integer mp_threshold; /* defines a neighborhood of zero */
12034   integer v; /* temporary register */
12035   if ( t==mp_dependent ) mp_threshold=fraction_threshold;
12036   else mp_threshold=scaled_threshold;
12037   r=temp_head; pp=info(p); qq=info(q);
12038   while (1) {
12039     if ( pp==qq ) {
12040       if ( pp==null ) {
12041         break;
12042       } else {
12043         @<Contribute a term from |p|, plus the
12044           corresponding term from |q|@>
12045       }
12046     } else if ( value(pp)<value(qq) ) {
12047       s=mp_get_node(mp, dep_node_size); info(s)=qq; value(s)=value(q);
12048       q=link(q); qq=info(q); link(r)=s; r=s;
12049     } else { 
12050       link(r)=p; r=p; p=link(p); pp=info(p);
12051     }
12052   }
12053   value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),value(q));
12054   link(r)=p; mp->dep_final=p; 
12055   return link(temp_head);
12056 }
12057
12058 @ @<Contribute a term from |p|, plus the...@>=
12059
12060   v=value(p)+value(q);
12061   value(p)=v; s=p; p=link(p); pp=info(p);
12062   if ( abs(v)<mp_threshold ) {
12063     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12064   } else { 
12065     if ( (abs(v)>=coef_bound ) && mp->watch_coefs ) {
12066       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
12067     }
12068     link(r)=s; r=s;
12069   }
12070   q=link(q); qq=info(q);
12071 }
12072
12073 @ A somewhat simpler routine will multiply a dependency list
12074 by a given constant~|v|. The constant is either a |fraction| less than
12075 |fraction_one|, or it is |scaled|. In the latter case we might be forced to
12076 convert a dependency list to a proto-dependency list.
12077 Parameters |t0| and |t1| are the list types before and after;
12078 they should agree unless |t0=mp_dependent| and |t1=mp_proto_dependent|
12079 and |v_is_scaled=true|.
12080
12081 @c pointer mp_p_times_v (MP mp,pointer p, integer v, small_number t0,
12082                          small_number t1, boolean v_is_scaled) {
12083   pointer r,s; /* for list manipulation */
12084   integer w; /* tentative coefficient */
12085   integer mp_threshold;
12086   boolean scaling_down;
12087   if ( t0!=t1 ) scaling_down=true; else scaling_down=! v_is_scaled;
12088   if ( t1==mp_dependent ) mp_threshold=half_fraction_threshold;
12089   else mp_threshold=half_scaled_threshold;
12090   r=temp_head;
12091   while ( info(p)!=null ) {    
12092     if ( scaling_down ) w=mp_take_fraction(mp, v,value(p));
12093     else w=mp_take_scaled(mp, v,value(p));
12094     if ( abs(w)<=mp_threshold ) { 
12095       s=link(p); mp_free_node(mp, p,dep_node_size); p=s;
12096     } else {
12097       if ( abs(w)>=coef_bound ) { 
12098         mp->fix_needed=true; type(info(p))=independent_needing_fix;
12099       }
12100       link(r)=p; r=p; value(p)=w; p=link(p);
12101     }
12102   }
12103   link(r)=p;
12104   if ( v_is_scaled ) value(p)=mp_take_scaled(mp, value(p),v);
12105   else value(p)=mp_take_fraction(mp, value(p),v);
12106   return link(temp_head);
12107 };
12108
12109 @ Similarly, we sometimes need to divide a dependency list
12110 by a given |scaled| constant.
12111
12112 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12113 pointer mp_p_over_v (MP mp,pointer p, scaled v, small_number 
12114   t0, small_number t1) ;
12115
12116 @ @c
12117 pointer mp_p_over_v (MP mp,pointer p, scaled v, small_number 
12118   t0, small_number t1) {
12119   pointer r,s; /* for list manipulation */
12120   integer w; /* tentative coefficient */
12121   integer mp_threshold;
12122   boolean scaling_down;
12123   if ( t0!=t1 ) scaling_down=true; else scaling_down=false;
12124   if ( t1==mp_dependent ) mp_threshold=half_fraction_threshold;
12125   else mp_threshold=half_scaled_threshold;
12126   r=temp_head;
12127   while ( info( p)!=null ) {
12128     if ( scaling_down ) {
12129       if ( abs(v)<02000000 ) w=mp_make_scaled(mp, value(p),v*010000);
12130       else w=mp_make_scaled(mp, mp_round_fraction(mp, value(p)),v);
12131     } else {
12132       w=mp_make_scaled(mp, value(p),v);
12133     }
12134     if ( abs(w)<=mp_threshold ) {
12135       s=link(p); mp_free_node(mp, p,dep_node_size); p=s;
12136     } else { 
12137       if ( abs(w)>=coef_bound ) {
12138          mp->fix_needed=true; type(info(p))=independent_needing_fix;
12139       }
12140       link(r)=p; r=p; value(p)=w; p=link(p);
12141     }
12142   }
12143   link(r)=p; value(p)=mp_make_scaled(mp, value(p),v);
12144   return link(temp_head);
12145 };
12146
12147 @ Here's another utility routine for dependency lists. When an independent
12148 variable becomes dependent, we want to remove it from all existing
12149 dependencies. The |p_with_x_becoming_q| function computes the
12150 dependency list of~|p| after variable~|x| has been replaced by~|q|.
12151
12152 This procedure has basically the same calling conventions as |p_plus_fq|:
12153 List~|q| is unchanged; list~|p| is destroyed; the constant node and the
12154 final link are inherited from~|p|; and the fourth parameter tells whether
12155 or not |p| is |mp_proto_dependent|. However, the global variable |dep_final|
12156 is not altered if |x| does not occur in list~|p|.
12157
12158 @c pointer mp_p_with_x_becoming_q (MP mp,pointer p,
12159            pointer x, pointer q, small_number t) {
12160   pointer r,s; /* for list manipulation */
12161   integer v; /* coefficient of |x| */
12162   integer sx; /* serial number of |x| */
12163   s=p; r=temp_head; sx=value(x);
12164   while ( value(info(s))>sx ) { r=s; s=link(s); };
12165   if ( info(s)!=x ) { 
12166     return p;
12167   } else { 
12168     link(temp_head)=p; link(r)=link(s); v=value(s);
12169     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12170     return mp_p_plus_fq(mp, link(temp_head),v,q,t,mp_dependent);
12171   }
12172 }
12173
12174 @ Here's a simple procedure that reports an error when a variable
12175 has just received a known value that's out of the required range.
12176
12177 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12178 void mp_val_too_big (MP mp,scaled x) ;
12179
12180 @ @c void mp_val_too_big (MP mp,scaled x) { 
12181   if ( mp->internal[mp_warning_check]>0 ) { 
12182     print_err("Value is too large ("); mp_print_scaled(mp, x); mp_print_char(mp, ')');
12183 @.Value is too large@>
12184     help4("The equation I just processed has given some variable")
12185       ("a value of 4096 or more. Continue and I'll try to cope")
12186       ("with that big value; but it might be dangerous.")
12187       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
12188     mp_error(mp);
12189   }
12190 }
12191
12192 @ When a dependent variable becomes known, the following routine
12193 removes its dependency list. Here |p| points to the variable, and
12194 |q| points to the dependency list (which is one node long).
12195
12196 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12197 void mp_make_known (MP mp,pointer p, pointer q) ;
12198
12199 @ @c void mp_make_known (MP mp,pointer p, pointer q) {
12200   int t; /* the previous type */
12201   prev_dep(link(q))=prev_dep(p);
12202   link(prev_dep(p))=link(q); t=type(p);
12203   type(p)=mp_known; value(p)=value(q); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
12204   if ( abs(value(p))>=fraction_one ) mp_val_too_big(mp, value(p));
12205   if (( mp->internal[mp_tracing_equations]>0) && mp_interesting(mp, p) ) {
12206     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "#### ");
12207 @:]]]\#\#\#\#_}{\.{\#\#\#\#}@>
12208     mp_print_variable_name(mp, p); 
12209     mp_print_char(mp, '='); mp_print_scaled(mp, value(p));
12210     mp_end_diagnostic(mp, false);
12211   }
12212   if (( mp->cur_exp==p ) && mp->cur_type==t ) {
12213     mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=value(p);
12214     mp_free_node(mp, p,value_node_size);
12215   }
12216 }
12217
12218 @ The |fix_dependencies| routine is called into action when |fix_needed|
12219 has been triggered. The program keeps a list~|s| of independent variables
12220 whose coefficients must be divided by~4.
12221
12222 In unusual cases, this fixup process might reduce one or more coefficients
12223 to zero, so that a variable will become known more or less by default.
12224
12225 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12226 void mp_fix_dependencies (MP mp);
12227
12228 @ @c void mp_fix_dependencies (MP mp) {
12229   pointer p,q,r,s,t; /* list manipulation registers */
12230   pointer x; /* an independent variable */
12231   r=link(dep_head); s=null;
12232   while ( r!=dep_head ){ 
12233     t=r;
12234     @<Run through the dependency list for variable |t|, fixing
12235       all nodes, and ending with final link~|q|@>;
12236     r=link(q);
12237     if ( q==dep_list(t) ) mp_make_known(mp, t,q);
12238   }
12239   while ( s!=null ) { 
12240     p=link(s); x=info(s); free_avail(s); s=p;
12241     type(x)=mp_independent; value(x)=value(x)+2;
12242   }
12243   mp->fix_needed=false;
12244 }
12245
12246 @ @d independent_being_fixed 1 /* this variable already appears in |s| */
12247
12248 @<Run through the dependency list for variable |t|...@>=
12249 r=value_loc(t); /* |link(r)=dep_list(t)| */
12250 while (1) { 
12251   q=link(r); x=info(q);
12252   if ( x==null ) break;
12253   if ( type(x)<=independent_being_fixed ) {
12254     if ( type(x)<independent_being_fixed ) {
12255       p=mp_get_avail(mp); link(p)=s; s=p;
12256       info(s)=x; type(x)=independent_being_fixed;
12257     }
12258     value(q)=value(q) / 4;
12259     if ( value(q)==0 ) {
12260       link(r)=link(q); mp_free_node(mp, q,dep_node_size); q=r;
12261     }
12262   }
12263   r=q;
12264 }
12265
12266
12267 @ The |new_dep| routine installs a dependency list~|p| into the value node~|q|,
12268 linking it into the list of all known dependencies. We assume that
12269 |dep_final| points to the final node of list~|p|.
12270
12271 @c void mp_new_dep (MP mp,pointer q, pointer p) {
12272   pointer r; /* what used to be the first dependency */
12273   dep_list(q)=p; prev_dep(q)=dep_head;
12274   r=link(dep_head); link(mp->dep_final)=r; prev_dep(r)=mp->dep_final;
12275   link(dep_head)=q;
12276 }
12277
12278 @ Here is one of the ways a dependency list gets started.
12279 The |const_dependency| routine produces a list that has nothing but
12280 a constant term.
12281
12282 @c pointer mp_const_dependency (MP mp, scaled v) {
12283   mp->dep_final=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12284   value(mp->dep_final)=v; info(mp->dep_final)=null;
12285   return mp->dep_final;
12286 }
12287
12288 @ And here's a more interesting way to start a dependency list from scratch:
12289 The parameter to |single_dependency| is the location of an
12290 independent variable~|x|, and the result is the simple dependency list
12291 `|x+0|'.
12292
12293 In the unlikely event that the given independent variable has been doubled so
12294 often that we can't refer to it with a nonzero coefficient,
12295 |single_dependency| returns the simple list `0'.  This case can be
12296 recognized by testing that the returned list pointer is equal to
12297 |dep_final|.
12298
12299 @c pointer mp_single_dependency (MP mp,pointer p) {
12300   pointer q; /* the new dependency list */
12301   integer m; /* the number of doublings */
12302   m=value(p) % s_scale;
12303   if ( m>28 ) {
12304     return mp_const_dependency(mp, 0);
12305   } else { 
12306     q=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12307     value(q)=two_to_the(28-m); info(q)=p;
12308     link(q)=mp_const_dependency(mp, 0);
12309     return q;
12310   }
12311 }
12312
12313 @ We sometimes need to make an exact copy of a dependency list.
12314
12315 @c pointer mp_copy_dep_list (MP mp,pointer p) {
12316   pointer q; /* the new dependency list */
12317   q=mp_get_node(mp, dep_node_size); mp->dep_final=q;
12318   while (1) { 
12319     info(mp->dep_final)=info(p); value(mp->dep_final)=value(p);
12320     if ( info(mp->dep_final)==null ) break;
12321     link(mp->dep_final)=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12322     mp->dep_final=link(mp->dep_final); p=link(p);
12323   }
12324   return q;
12325 }
12326
12327 @ But how do variables normally become known? Ah, now we get to the heart of the
12328 equation-solving mechanism. The |linear_eq| procedure is given a |dependent|
12329 or |mp_proto_dependent| list,~|p|, in which at least one independent variable
12330 appears. It equates this list to zero, by choosing an independent variable
12331 with the largest coefficient and making it dependent on the others. The
12332 newly dependent variable is eliminated from all current dependencies,
12333 thereby possibly making other dependent variables known.
12334
12335 The given list |p| is, of course, totally destroyed by all this processing.
12336
12337 @c void mp_linear_eq (MP mp, pointer p, small_number t) {
12338   pointer q,r,s; /* for link manipulation */
12339   pointer x; /* the variable that loses its independence */
12340   integer n; /* the number of times |x| had been halved */
12341   integer v; /* the coefficient of |x| in list |p| */
12342   pointer prev_r; /* lags one step behind |r| */
12343   pointer final_node; /* the constant term of the new dependency list */
12344   integer w; /* a tentative coefficient */
12345    @<Find a node |q| in list |p| whose coefficient |v| is largest@>;
12346   x=info(q); n=value(x) % s_scale;
12347   @<Divide list |p| by |-v|, removing node |q|@>;
12348   if ( mp->internal[mp_tracing_equations]>0 ) {
12349     @<Display the new dependency@>;
12350   }
12351   @<Simplify all existing dependencies by substituting for |x|@>;
12352   @<Change variable |x| from |independent| to |dependent| or |known|@>;
12353   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
12354 }
12355
12356 @ @<Find a node |q| in list |p| whose coefficient |v| is largest@>=
12357 q=p; r=link(p); v=value(q);
12358 while ( info(r)!=null ) { 
12359   if ( abs(value(r))>abs(v) ) { q=r; v=value(r); };
12360   r=link(r);
12361 }
12362
12363 @ Here we want to change the coefficients from |scaled| to |fraction|,
12364 except in the constant term. In the common case of a trivial equation
12365 like `\.{x=3.14}', we will have |v=-fraction_one|, |q=p|, and |t=mp_dependent|.
12366
12367 @<Divide list |p| by |-v|, removing node |q|@>=
12368 s=temp_head; link(s)=p; r=p;
12369 do { 
12370   if ( r==q ) {
12371     link(s)=link(r); mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12372   } else  { 
12373     w=mp_make_fraction(mp, value(r),v);
12374     if ( abs(w)<=half_fraction_threshold ) {
12375       link(s)=link(r); mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12376     } else { 
12377       value(r)=-w; s=r;
12378     }
12379   }
12380   r=link(s);
12381 } while (info(r)!=null);
12382 if ( t==mp_proto_dependent ) {
12383   value(r)=-mp_make_scaled(mp, value(r),v);
12384 } else if ( v!=-fraction_one ) {
12385   value(r)=-mp_make_fraction(mp, value(r),v);
12386 }
12387 final_node=r; p=link(temp_head)
12388
12389 @ @<Display the new dependency@>=
12390 if ( mp_interesting(mp, x) ) {
12391   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "## "); 
12392   mp_print_variable_name(mp, x);
12393 @:]]]\#\#_}{\.{\#\#}@>
12394   w=n;
12395   while ( w>0 ) { mp_print(mp, "*4"); w=w-2;  };
12396   mp_print_char(mp, '='); mp_print_dependency(mp, p,mp_dependent); 
12397   mp_end_diagnostic(mp, false);
12398 }
12399
12400 @ @<Simplify all existing dependencies by substituting for |x|@>=
12401 prev_r=dep_head; r=link(dep_head);
12402 while ( r!=dep_head ) {
12403   s=dep_list(r); q=mp_p_with_x_becoming_q(mp, s,x,p,type(r));
12404   if ( info(q)==null ) {
12405     mp_make_known(mp, r,q);
12406   } else { 
12407     dep_list(r)=q;
12408     do {  q=link(q); } while (info(q)!=null);
12409     prev_r=q;
12410   }
12411   r=link(prev_r);
12412 }
12413
12414 @ @<Change variable |x| from |independent| to |dependent| or |known|@>=
12415 if ( n>0 ) @<Divide list |p| by $2^n$@>;
12416 if ( info(p)==null ) {
12417   type(x)=mp_known;
12418   value(x)=value(p);
12419   if ( abs(value(x))>=fraction_one ) mp_val_too_big(mp, value(x));
12420   mp_free_node(mp, p,dep_node_size);
12421   if ( mp->cur_exp==x ) if ( mp->cur_type==mp_independent ) {
12422     mp->cur_exp=value(x); mp->cur_type=mp_known;
12423     mp_free_node(mp, x,value_node_size);
12424   }
12425 } else { 
12426   type(x)=mp_dependent; mp->dep_final=final_node; mp_new_dep(mp, x,p);
12427   if ( mp->cur_exp==x ) if ( mp->cur_type==mp_independent ) mp->cur_type=mp_dependent;
12428 }
12429
12430 @ @<Divide list |p| by $2^n$@>=
12431
12432   s=temp_head; link(temp_head)=p; r=p;
12433   do {  
12434     if ( n>30 ) w=0;
12435     else w=value(r) / two_to_the(n);
12436     if ( (abs(w)<=half_fraction_threshold)&&(info(r)!=null) ) {
12437       link(s)=link(r);
12438       mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12439     } else { 
12440       value(r)=w; s=r;
12441     }
12442     r=link(s);
12443   } while (info(s)!=null);
12444   p=link(temp_head);
12445 }
12446
12447 @ The |check_mem| procedure, which is used only when \MP\ is being
12448 debugged, makes sure that the current dependency lists are well formed.
12449
12450 @<Check the list of linear dependencies@>=
12451 q=dep_head; p=link(q);
12452 while ( p!=dep_head ) {
12453   if ( prev_dep(p)!=q ) {
12454     mp_print_nl(mp, "Bad PREVDEP at "); mp_print_int(mp, p);
12455 @.Bad PREVDEP...@>
12456   }
12457   p=dep_list(p);
12458   while (1) {
12459     r=info(p); q=p; p=link(q);
12460     if ( r==null ) break;
12461     if ( value(info(p))>=value(r) ) {
12462       mp_print_nl(mp, "Out of order at "); mp_print_int(mp, p);
12463 @.Out of order...@>
12464     }
12465   }
12466 }
12467
12468 @* \[25] Dynamic nonlinear equations.
12469 Variables of numeric type are maintained by the general scheme of
12470 independent, dependent, and known values that we have just studied;
12471 and the components of pair and transform variables are handled in the
12472 same way. But \MP\ also has five other types of values: \&{boolean},
12473 \&{string}, \&{pen}, \&{path}, and \&{picture}; what about them?
12474
12475 Equations are allowed between nonlinear quantities, but only in a
12476 simple form. Two variables that haven't yet been assigned values are
12477 either equal to each other, or they're not.
12478
12479 Before a boolean variable has received a value, its type is |mp_unknown_boolean|;
12480 similarly, there are variables whose type is |mp_unknown_string|, |mp_unknown_pen|,
12481 |mp_unknown_path|, and |mp_unknown_picture|. In such cases the value is either
12482 |null| (which means that no other variables are equivalent to this one), or
12483 it points to another variable of the same undefined type. The pointers in the
12484 latter case form a cycle of nodes, which we shall call a ``ring.''
12485 Rings of undefined variables may include capsules, which arise as
12486 intermediate results within expressions or as \&{expr} parameters to macros.
12487
12488 When one member of a ring receives a value, the same value is given to
12489 all the other members. In the case of paths and pictures, this implies
12490 making separate copies of a potentially large data structure; users should
12491 restrain their enthusiasm for such generality, unless they have lots and
12492 lots of memory space.
12493
12494 @ The following procedure is called when a capsule node is being
12495 added to a ring (e.g., when an unknown variable is mentioned in an expression).
12496
12497 @c pointer mp_new_ring_entry (MP mp,pointer p) {
12498   pointer q; /* the new capsule node */
12499   q=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(q)=mp_capsule;
12500   type(q)=type(p);
12501   if ( value(p)==null ) value(q)=p; else value(q)=value(p);
12502   value(p)=q;
12503   return q;
12504 }
12505
12506 @ Conversely, we might delete a capsule or a variable before it becomes known.
12507 The following procedure simply detaches a quantity from its ring,
12508 without recycling the storage.
12509
12510 @<Declare the recycling subroutines@>=
12511 void mp_ring_delete (MP mp,pointer p) {
12512   pointer q; 
12513   q=value(p);
12514   if ( q!=null ) if ( q!=p ){ 
12515     while ( value(q)!=p ) q=value(q);
12516     value(q)=value(p);
12517   }
12518 }
12519
12520 @ Eventually there might be an equation that assigns values to all of the
12521 variables in a ring. The |nonlinear_eq| subroutine does the necessary
12522 propagation of values.
12523
12524 If the parameter |flush_p| is |true|, node |p| itself needn't receive a
12525 value, it will soon be recycled.
12526
12527 @c void mp_nonlinear_eq (MP mp,integer v, pointer p, boolean flush_p) {
12528   small_number t; /* the type of ring |p| */
12529   pointer q,r; /* link manipulation registers */
12530   t=type(p)-unknown_tag; q=value(p);
12531   if ( flush_p ) type(p)=mp_vacuous; else p=q;
12532   do {  
12533     r=value(q); type(q)=t;
12534     switch (t) {
12535     case mp_boolean_type: value(q)=v; break;
12536     case mp_string_type: value(q)=v; add_str_ref(v); break;
12537     case mp_pen_type: value(q)=copy_pen(v); break;
12538     case mp_path_type: value(q)=mp_copy_path(mp, v); break;
12539     case mp_picture_type: value(q)=v; add_edge_ref(v); break;
12540     } /* there ain't no more cases */
12541     q=r;
12542   } while (q!=p);
12543 }
12544
12545 @ If two members of rings are equated, and if they have the same type,
12546 the |ring_merge| procedure is called on to make them equivalent.
12547
12548 @c void mp_ring_merge (MP mp,pointer p, pointer q) {
12549   pointer r; /* traverses one list */
12550   r=value(p);
12551   while ( r!=p ) {
12552     if ( r==q ) {
12553       @<Exclaim about a redundant equation@>;
12554       return;
12555     };
12556     r=value(r);
12557   }
12558   r=value(p); value(p)=value(q); value(q)=r;
12559 }
12560
12561 @ @<Exclaim about a redundant equation@>=
12562
12563   print_err("Redundant equation");
12564 @.Redundant equation@>
12565   help2("I already knew that this equation was true.")
12566    ("But perhaps no harm has been done; let's continue.");
12567   mp_put_get_error(mp);
12568 }
12569
12570 @* \[26] Introduction to the syntactic routines.
12571 Let's pause a moment now and try to look at the Big Picture.
12572 The \MP\ program consists of three main parts: syntactic routines,
12573 semantic routines, and output routines. The chief purpose of the
12574 syntactic routines is to deliver the user's input to the semantic routines,
12575 while parsing expressions and locating operators and operands. The
12576 semantic routines act as an interpreter responding to these operators,
12577 which may be regarded as commands. And the output routines are
12578 periodically called on to produce compact font descriptions that can be
12579 used for typesetting or for making interim proof drawings. We have
12580 discussed the basic data structures and many of the details of semantic
12581 operations, so we are good and ready to plunge into the part of \MP\ that
12582 actually controls the activities.
12583
12584 Our current goal is to come to grips with the |get_next| procedure,
12585 which is the keystone of \MP's input mechanism. Each call of |get_next|
12586 sets the value of three variables |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|,
12587 representing the next input token.
12588 $$\vbox{\halign{#\hfil\cr
12589   \hbox{|cur_cmd| denotes a command code from the long list of codes
12590    given earlier;}\cr
12591   \hbox{|cur_mod| denotes a modifier of the command code;}\cr
12592   \hbox{|cur_sym| is the hash address of the symbolic token that was
12593    just scanned,}\cr
12594   \hbox{\qquad or zero in the case of a numeric or string
12595    or capsule token.}\cr}}$$
12596 Underlying this external behavior of |get_next| is all the machinery
12597 necessary to convert from character files to tokens. At a given time we
12598 may be only partially finished with the reading of several files (for
12599 which \&{input} was specified), and partially finished with the expansion
12600 of some user-defined macros and/or some macro parameters, and partially
12601 finished reading some text that the user has inserted online,
12602 and so on. When reading a character file, the characters must be
12603 converted to tokens; comments and blank spaces must
12604 be removed, numeric and string tokens must be evaluated.
12605
12606 To handle these situations, which might all be present simultaneously,
12607 \MP\ uses various stacks that hold information about the incomplete
12608 activities, and there is a finite state control for each level of the
12609 input mechanism. These stacks record the current state of an implicitly
12610 recursive process, but the |get_next| procedure is not recursive.
12611
12612 @<Glob...@>=
12613 eight_bits cur_cmd; /* current command set by |get_next| */
12614 integer cur_mod; /* operand of current command */
12615 halfword cur_sym; /* hash address of current symbol */
12616
12617 @ The |print_cmd_mod| routine prints a symbolic interpretation of a
12618 command code and its modifier.
12619 It consists of a rather tedious sequence of print
12620 commands, and most of it is essentially an inverse to the |primitive|
12621 routine that enters a \MP\ primitive into |hash| and |eqtb|. Therefore almost
12622 all of this procedure appears elsewhere in the program, together with the
12623 corresponding |primitive| calls.
12624
12625 @<Declare the procedure called |print_cmd_mod|@>=
12626 void mp_print_cmd_mod (MP mp,integer c, integer m) { 
12627  switch (c) {
12628   @<Cases of |print_cmd_mod| for symbolic printing of primitives@>
12629   default: mp_print(mp, "[unknown command code!]"); break;
12630   }
12631 }
12632
12633 @ Here is a procedure that displays a given command in braces, in the
12634 user's transcript file.
12635
12636 @d show_cur_cmd_mod mp_show_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod)
12637
12638 @c 
12639 void mp_show_cmd_mod (MP mp,integer c, integer m) { 
12640   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{");
12641   mp_print_cmd_mod(mp, c,m); mp_print_char(mp, '}');
12642   mp_end_diagnostic(mp, false);
12643 }
12644
12645 @* \[27] Input stacks and states.
12646 The state of \MP's input mechanism appears in the input stack, whose
12647 entries are records with five fields, called |index|, |start|, |loc|,
12648 |limit|, and |name|. The top element of this stack is maintained in a
12649 global variable for which no subscripting needs to be done; the other
12650 elements of the stack appear in an array. Hence the stack is declared thus:
12651
12652 @<Types...@>=
12653 typedef struct {
12654   quarterword index_field;
12655   halfword start_field, loc_field, limit_field, name_field;
12656 } in_state_record;
12657
12658 @ @<Glob...@>=
12659 in_state_record *input_stack;
12660 integer input_ptr; /* first unused location of |input_stack| */
12661 integer max_in_stack; /* largest value of |input_ptr| when pushing */
12662 in_state_record cur_input; /* the ``top'' input state */
12663 int stack_size; /* maximum number of simultaneous input sources */
12664
12665 @ @<Allocate or initialize ...@>=
12666 mp->stack_size = 300;
12667 mp->input_stack = xmalloc((mp->stack_size+1),sizeof(in_state_record));
12668
12669 @ @<Dealloc variables@>=
12670 xfree(mp->input_stack);
12671
12672 @ We've already defined the special variable |loc==cur_input.loc_field|
12673 in our discussion of basic input-output routines. The other components of
12674 |cur_input| are defined in the same way:
12675
12676 @d index mp->cur_input.index_field /* reference for buffer information */
12677 @d start mp->cur_input.start_field /* starting position in |buffer| */
12678 @d limit mp->cur_input.limit_field /* end of current line in |buffer| */
12679 @d name mp->cur_input.name_field /* name of the current file */
12680
12681 @ Let's look more closely now at the five control variables
12682 (|index|,~|start|,~|loc|,~|limit|,~|name|),
12683 assuming that \MP\ is reading a line of characters that have been input
12684 from some file or from the user's terminal. There is an array called
12685 |buffer| that acts as a stack of all lines of characters that are
12686 currently being read from files, including all lines on subsidiary
12687 levels of the input stack that are not yet completed. \MP\ will return to
12688 the other lines when it is finished with the present input file.
12689
12690 (Incidentally, on a machine with byte-oriented addressing, it would be
12691 appropriate to combine |buffer| with the |str_pool| array,
12692 letting the buffer entries grow downward from the top of the string pool
12693 and checking that these two tables don't bump into each other.)
12694
12695 The line we are currently working on begins in position |start| of the
12696 buffer; the next character we are about to read is |buffer[loc]|; and
12697 |limit| is the location of the last character present. We always have
12698 |loc<=limit|. For convenience, |buffer[limit]| has been set to |"%"|, so
12699 that the end of a line is easily sensed.
12700
12701 The |name| variable is a string number that designates the name of
12702 the current file, if we are reading an ordinary text file.  Special codes
12703 |is_term..max_spec_src| indicate other sources of input text.
12704
12705 @d is_term 0 /* |name| value when reading from the terminal for normal input */
12706 @d is_read 1 /* |name| value when executing a \&{readstring} or \&{readfrom} */
12707 @d is_scantok 2 /* |name| value when reading text generated by \&{scantokens} */
12708 @d max_spec_src is_scantok
12709
12710 @ Additional information about the current line is available via the
12711 |index| variable, which counts how many lines of characters are present
12712 in the buffer below the current level. We have |index=0| when reading
12713 from the terminal and prompting the user for each line; then if the user types,
12714 e.g., `\.{input figs}', we will have |index=1| while reading
12715 the file \.{figs.mp}. However, it does not follow that |index| is the
12716 same as the input stack pointer, since many of the levels on the input
12717 stack may come from token lists and some |index| values may correspond
12718 to \.{MPX} files that are not currently on the stack.
12719
12720 The global variable |in_open| is equal to the highest |index| value counting
12721 \.{MPX} files but excluding token-list input levels.  Thus, the number of
12722 partially read lines in the buffer is |in_open+1| and we have |in_open>=index|
12723 when we are not reading a token list.
12724
12725 If we are not currently reading from the terminal,
12726 we are reading from the file variable |input_file[index]|. We use
12727 the notation |terminal_input| as a convenient abbreviation for |name=is_term|,
12728 and |cur_file| as an abbreviation for |input_file[index]|.
12729
12730 When \MP\ is not reading from the terminal, the global variable |line| contains
12731 the line number in the current file, for use in error messages. More precisely,
12732 |line| is a macro for |line_stack[index]| and the |line_stack| array gives
12733 the line number for each file in the |input_file| array.
12734
12735 When an \.{MPX} file is opened the file name is stored in the |mpx_name|
12736 array so that the name doesn't get lost when the file is temporarily removed
12737 from the input stack.
12738 Thus when |input_file[k]| is an \.{MPX} file, its name is |mpx_name[k]|
12739 and it contains translated \TeX\ pictures for |input_file[k-1]|.
12740 Since this is not an \.{MPX} file, we have
12741 $$ \hbox{|mpx_name[k-1]<=absent|}. $$
12742 This |name| field is set to |finished| when |input_file[k]| is completely
12743 read.
12744
12745 If more information about the input state is needed, it can be
12746 included in small arrays like those shown here. For example,
12747 the current page or segment number in the input file might be put
12748 into a variable |page|, that is really a macro for the current entry
12749 in `\ignorespaces|page_stack:array[0..max_in_open] of integer|\unskip'
12750 by analogy with |line_stack|.
12751 @^system dependencies@>
12752
12753 @d terminal_input (name==is_term) /* are we reading from the terminal? */
12754 @d cur_file mp->input_file[index] /* the current |FILE *| variable */
12755 @d line mp->line_stack[index] /* current line number in the current source file */
12756 @d in_name mp->iname_stack[index] /* a string used to construct \.{MPX} file names */
12757 @d in_area mp->iarea_stack[index] /* another string for naming \.{MPX} files */
12758 @d absent 1 /* |name_field| value for unused |mpx_in_stack| entries */
12759 @d mpx_reading (mp->mpx_name[index]>absent)
12760   /* when reading a file, is it an \.{MPX} file? */
12761 @d finished 0
12762   /* |name_field| value when the corresponding \.{MPX} file is finished */
12763
12764 @<Glob...@>=
12765 integer in_open; /* the number of lines in the buffer, less one */
12766 unsigned int open_parens; /* the number of open text files */
12767 FILE  * *input_file ;
12768 integer *line_stack ; /* the line number for each file */
12769 char *  *iname_stack; /* used for naming \.{MPX} files */
12770 char *  *iarea_stack; /* used for naming \.{MPX} files */
12771 halfword*mpx_name  ;
12772
12773 @ @<Allocate or ...@>=
12774 mp->input_file  = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(FILE *));
12775 mp->line_stack  = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(integer));
12776 mp->iname_stack = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(char *));
12777 mp->iarea_stack = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(char *));
12778 mp->mpx_name    = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(halfword));
12779 {
12780   int k;
12781   for (k=0;k<=mp->max_in_open;k++) {
12782     mp->iname_stack[k] =NULL;
12783     mp->iarea_stack[k] =NULL;
12784   }
12785 }
12786
12787 @ @<Dealloc variables@>=
12788 {
12789   int l;
12790   for (l=0;l<=mp->max_in_open;l++) {
12791     xfree(mp->iname_stack[l]);
12792     xfree(mp->iarea_stack[l]);
12793   }
12794 }
12795 xfree(mp->input_file);
12796 xfree(mp->line_stack);
12797 xfree(mp->iname_stack);
12798 xfree(mp->iarea_stack);
12799 xfree(mp->mpx_name);
12800
12801
12802 @ However, all this discussion about input state really applies only to the
12803 case that we are inputting from a file. There is another important case,
12804 namely when we are currently getting input from a token list. In this case
12805 |index>max_in_open|, and the conventions about the other state variables
12806 are different:
12807
12808 \yskip\hang|loc| is a pointer to the current node in the token list, i.e.,
12809 the node that will be read next. If |loc=null|, the token list has been
12810 fully read.
12811
12812 \yskip\hang|start| points to the first node of the token list; this node
12813 may or may not contain a reference count, depending on the type of token
12814 list involved.
12815
12816 \yskip\hang|token_type|, which takes the place of |index| in the
12817 discussion above, is a code number that explains what kind of token list
12818 is being scanned.
12819
12820 \yskip\hang|name| points to the |eqtb| address of the control sequence
12821 being expanded, if the current token list is a macro not defined by
12822 \&{vardef}. Macros defined by \&{vardef} have |name=null|; their name
12823 can be deduced by looking at their first two parameters.
12824
12825 \yskip\hang|param_start|, which takes the place of |limit|, tells where
12826 the parameters of the current macro or loop text begin in the |param_stack|.
12827
12828 \yskip\noindent The |token_type| can take several values, depending on
12829 where the current token list came from:
12830
12831 \yskip
12832 \indent|forever_text|, if the token list being scanned is the body of
12833 a \&{forever} loop;
12834
12835 \indent|loop_text|, if the token list being scanned is the body of
12836 a \&{for} or \&{forsuffixes} loop;
12837
12838 \indent|parameter|, if a \&{text} or \&{suffix} parameter is being scanned;
12839
12840 \indent|backed_up|, if the token list being scanned has been inserted as
12841 `to be read again'.
12842
12843 \indent|inserted|, if the token list being scanned has been inserted as
12844 part of error recovery;
12845
12846 \indent|macro|, if the expansion of a user-defined symbolic token is being
12847 scanned.
12848
12849 \yskip\noindent
12850 The token list begins with a reference count if and only if |token_type=
12851 macro|.
12852 @^reference counts@>
12853
12854 @d token_type index /* type of current token list */
12855 @d token_state (index>(int)mp->max_in_open) /* are we scanning a token list? */
12856 @d file_state (index<=(int)mp->max_in_open) /* are we scanning a file line? */
12857 @d param_start limit /* base of macro parameters in |param_stack| */
12858 @d forever_text (mp->max_in_open+1) /* |token_type| code for loop texts */
12859 @d loop_text (mp->max_in_open+2) /* |token_type| code for loop texts */
12860 @d parameter (mp->max_in_open+3) /* |token_type| code for parameter texts */
12861 @d backed_up (mp->max_in_open+4) /* |token_type| code for texts to be reread */
12862 @d inserted (mp->max_in_open+5) /* |token_type| code for inserted texts */
12863 @d macro (mp->max_in_open+6) /* |token_type| code for macro replacement texts */
12864
12865 @ The |param_stack| is an auxiliary array used to hold pointers to the token
12866 lists for parameters at the current level and subsidiary levels of input.
12867 This stack grows at a different rate from the others.
12868
12869 @<Glob...@>=
12870 pointer *param_stack;  /* token list pointers for parameters */
12871 integer param_ptr; /* first unused entry in |param_stack| */
12872 integer max_param_stack;  /* largest value of |param_ptr| */
12873
12874 @ @<Allocate or initialize ...@>=
12875 mp->param_stack = xmalloc((mp->param_size+1),sizeof(pointer));
12876
12877 @ @<Dealloc variables@>=
12878 xfree(mp->param_stack);
12879
12880 @ Notice that the |line| isn't valid when |token_state| is true because it
12881 depends on |index|.  If we really need to know the line number for the
12882 topmost file in the index stack we use the following function.  If a page
12883 number or other information is needed, this routine should be modified to
12884 compute it as well.
12885 @^system dependencies@>
12886
12887 @<Declare a function called |true_line|@>=
12888 integer mp_true_line (MP mp) {
12889   int k; /* an index into the input stack */
12890   if ( file_state && (name>max_spec_src) ) {
12891      return line;
12892   } else { 
12893     k=mp->input_ptr;
12894     while ((k>0) &&
12895            ((mp->input_stack[(k-1)].index_field>mp->max_in_open)||
12896             (mp->input_stack[(k-1)].name_field<=max_spec_src))) {
12897       decr(k);
12898     }
12899     return mp->line_stack[(k-1)];
12900   }
12901   return 0; 
12902 }
12903
12904 @ Thus, the ``current input state'' can be very complicated indeed; there
12905 can be many levels and each level can arise in a variety of ways. The
12906 |show_context| procedure, which is used by \MP's error-reporting routine to
12907 print out the current input state on all levels down to the most recent
12908 line of characters from an input file, illustrates most of these conventions.
12909 The global variable |file_ptr| contains the lowest level that was
12910 displayed by this procedure.
12911
12912 @<Glob...@>=
12913 integer file_ptr; /* shallowest level shown by |show_context| */
12914
12915 @ The status at each level is indicated by printing two lines, where the first
12916 line indicates what was read so far and the second line shows what remains
12917 to be read. The context is cropped, if necessary, so that the first line
12918 contains at most |half_error_line| characters, and the second contains
12919 at most |error_line|. Non-current input levels whose |token_type| is
12920 `|backed_up|' are shown only if they have not been fully read.
12921
12922 @c void mp_show_context (MP mp) { /* prints where the scanner is */
12923   int old_setting; /* saved |selector| setting */
12924   @<Local variables for formatting calculations@>
12925   mp->file_ptr=mp->input_ptr; mp->input_stack[mp->file_ptr]=mp->cur_input;
12926   /* store current state */
12927   while (1) { 
12928     mp->cur_input=mp->input_stack[mp->file_ptr]; /* enter into the context */
12929     @<Display the current context@>;
12930     if ( file_state )
12931       if ( (name>max_spec_src) || (mp->file_ptr==0) ) break;
12932     decr(mp->file_ptr);
12933   }
12934   mp->cur_input=mp->input_stack[mp->input_ptr]; /* restore original state */
12935 }
12936
12937 @ @<Display the current context@>=
12938 if ( (mp->file_ptr==mp->input_ptr) || file_state ||
12939    (token_type!=backed_up) || (loc!=null) ) {
12940     /* we omit backed-up token lists that have already been read */
12941   mp->tally=0; /* get ready to count characters */
12942   old_setting=mp->selector;
12943   if ( file_state ) {
12944     @<Print location of current line@>;
12945     @<Pseudoprint the line@>;
12946   } else { 
12947     @<Print type of token list@>;
12948     @<Pseudoprint the token list@>;
12949   }
12950   mp->selector=old_setting; /* stop pseudoprinting */
12951   @<Print two lines using the tricky pseudoprinted information@>;
12952 }
12953
12954 @ This routine should be changed, if necessary, to give the best possible
12955 indication of where the current line resides in the input file.
12956 For example, on some systems it is best to print both a page and line number.
12957 @^system dependencies@>
12958
12959 @<Print location of current line@>=
12960 if ( name>max_spec_src ) {
12961   mp_print_nl(mp, "l."); mp_print_int(mp, mp_true_line(mp));
12962 } else if ( terminal_input ) {
12963   if ( mp->file_ptr==0 ) mp_print_nl(mp, "<*>");
12964   else mp_print_nl(mp, "<insert>");
12965 } else if ( name==is_scantok ) {
12966   mp_print_nl(mp, "<scantokens>");
12967 } else {
12968   mp_print_nl(mp, "<read>");
12969 }
12970 mp_print_char(mp, ' ')
12971
12972 @ Can't use case statement here because the |token_type| is not
12973 a constant expression.
12974
12975 @<Print type of token list@>=
12976 {
12977   if(token_type==forever_text) {
12978     mp_print_nl(mp, "<forever> ");
12979   } else if (token_type==loop_text) {
12980     @<Print the current loop value@>;
12981   } else if (token_type==parameter) {
12982     mp_print_nl(mp, "<argument> "); 
12983   } else if (token_type==backed_up) { 
12984     if ( loc==null ) mp_print_nl(mp, "<recently read> ");
12985     else mp_print_nl(mp, "<to be read again> ");
12986   } else if (token_type==inserted) {
12987     mp_print_nl(mp, "<inserted text> ");
12988   } else if (token_type==macro) {
12989     mp_print_ln(mp);
12990     if ( name!=null ) mp_print_text(name);
12991     else @<Print the name of a \&{vardef}'d macro@>;
12992     mp_print(mp, "->");
12993   } else {
12994     mp_print_nl(mp, "?");/* this should never happen */
12995 @.?\relax@>
12996   }
12997 }
12998
12999 @ The parameter that corresponds to a loop text is either a token list
13000 (in the case of \&{forsuffixes}) or a ``capsule'' (in the case of \&{for}).
13001 We'll discuss capsules later; for now, all we need to know is that
13002 the |link| field in a capsule parameter is |void| and that
13003 |print_exp(p,0)| displays the value of capsule~|p| in abbreviated form.
13004
13005 @<Print the current loop value@>=
13006 { mp_print_nl(mp, "<for("); p=mp->param_stack[param_start];
13007   if ( p!=null ) {
13008     if ( link(p)==mp_void ) mp_print_exp(mp, p,0); /* we're in a \&{for} loop */
13009     else mp_show_token_list(mp, p,null,20,mp->tally);
13010   }
13011   mp_print(mp, ")> ");
13012 }
13013
13014 @ The first two parameters of a macro defined by \&{vardef} will be token
13015 lists representing the macro's prefix and ``at point.'' By putting these
13016 together, we get the macro's full name.
13017
13018 @<Print the name of a \&{vardef}'d macro@>=
13019 { p=mp->param_stack[param_start];
13020   if ( p==null ) {
13021     mp_show_token_list(mp, mp->param_stack[param_start+1],null,20,mp->tally);
13022   } else { 
13023     q=p;
13024     while ( link(q)!=null ) q=link(q);
13025     link(q)=mp->param_stack[param_start+1];
13026     mp_show_token_list(mp, p,null,20,mp->tally);
13027     link(q)=null;
13028   }
13029 }
13030
13031 @ Now it is necessary to explain a little trick. We don't want to store a long
13032 string that corresponds to a token list, because that string might take up
13033 lots of memory; and we are printing during a time when an error message is
13034 being given, so we dare not do anything that might overflow one of \MP's
13035 tables. So `pseudoprinting' is the answer: We enter a mode of printing
13036 that stores characters into a buffer of length |error_line|, where character
13037 $k+1$ is placed into \hbox{|trick_buf[k mod error_line]|} if
13038 |k<trick_count|, otherwise character |k| is dropped. Initially we set
13039 |tally:=0| and |trick_count:=1000000|; then when we reach the
13040 point where transition from line 1 to line 2 should occur, we
13041 set |first_count:=tally| and |trick_count:=@tmax@>(error_line,
13042 tally+1+error_line-half_error_line)|. At the end of the
13043 pseudoprinting, the values of |first_count|, |tally|, and
13044 |trick_count| give us all the information we need to print the two lines,
13045 and all of the necessary text is in |trick_buf|.
13046
13047 Namely, let |l| be the length of the descriptive information that appears
13048 on the first line. The length of the context information gathered for that
13049 line is |k=first_count|, and the length of the context information
13050 gathered for line~2 is $m=\min(|tally|, |trick_count|)-k$. If |l+k<=h|,
13051 where |h=half_error_line|, we print |trick_buf[0..k-1]| after the
13052 descriptive information on line~1, and set |n:=l+k|; here |n| is the
13053 length of line~1. If $l+k>h$, some cropping is necessary, so we set |n:=h|
13054 and print `\.{...}' followed by
13055 $$\hbox{|trick_buf[(l+k-h+3)..k-1]|,}$$
13056 where subscripts of |trick_buf| are circular modulo |error_line|. The
13057 second line consists of |n|~spaces followed by |trick_buf[k..(k+m-1)]|,
13058 unless |n+m>error_line|; in the latter case, further cropping is done.
13059 This is easier to program than to explain.
13060
13061 @<Local variables for formatting...@>=
13062 int i; /* index into |buffer| */
13063 integer l; /* length of descriptive information on line 1 */
13064 integer m; /* context information gathered for line 2 */
13065 int n; /* length of line 1 */
13066 integer p; /* starting or ending place in |trick_buf| */
13067 integer q; /* temporary index */
13068
13069 @ The following code tells the print routines to gather
13070 the desired information.
13071
13072 @d begin_pseudoprint { 
13073   l=mp->tally; mp->tally=0; mp->selector=pseudo;
13074   mp->trick_count=1000000;
13075 }
13076 @d set_trick_count {
13077   mp->first_count=mp->tally;
13078   mp->trick_count=mp->tally+1+mp->error_line-mp->half_error_line;
13079   if ( mp->trick_count<mp->error_line ) mp->trick_count=mp->error_line;
13080 }
13081
13082 @ And the following code uses the information after it has been gathered.
13083
13084 @<Print two lines using the tricky pseudoprinted information@>=
13085 if ( mp->trick_count==1000000 ) set_trick_count;
13086   /* |set_trick_count| must be performed */
13087 if ( mp->tally<mp->trick_count ) m=mp->tally-mp->first_count;
13088 else m=mp->trick_count-mp->first_count; /* context on line 2 */
13089 if ( l+mp->first_count<=mp->half_error_line ) {
13090   p=0; n=l+mp->first_count;
13091 } else  { 
13092   mp_print(mp, "..."); p=l+mp->first_count-mp->half_error_line+3;
13093   n=mp->half_error_line;
13094 }
13095 for (q=p;q<=mp->first_count-1;q++) {
13096   mp_print_char(mp, mp->trick_buf[q % mp->error_line]);
13097 }
13098 mp_print_ln(mp);
13099 for (q=1;q<=n;q++) {
13100   mp_print_char(mp, ' '); /* print |n| spaces to begin line~2 */
13101 }
13102 if ( m+n<=mp->error_line ) p=mp->first_count+m; 
13103 else p=mp->first_count+(mp->error_line-n-3);
13104 for (q=mp->first_count;q<=p-1;q++) {
13105   mp_print_char(mp, mp->trick_buf[q % mp->error_line]);
13106 }
13107 if ( m+n>mp->error_line ) mp_print(mp, "...")
13108
13109 @ But the trick is distracting us from our current goal, which is to
13110 understand the input state. So let's concentrate on the data structures that
13111 are being pseudoprinted as we finish up the |show_context| procedure.
13112
13113 @<Pseudoprint the line@>=
13114 begin_pseudoprint;
13115 if ( limit>0 ) {
13116   for (i=start;i<=limit-1;i++) {
13117     if ( i==loc ) set_trick_count;
13118     mp_print_str(mp, mp->buffer[i]);
13119   }
13120 }
13121
13122 @ @<Pseudoprint the token list@>=
13123 begin_pseudoprint;
13124 if ( token_type!=macro ) mp_show_token_list(mp, start,loc,100000,0);
13125 else mp_show_macro(mp, start,loc,100000)
13126
13127 @ Here is the missing piece of |show_token_list| that is activated when the
13128 token beginning line~2 is about to be shown:
13129
13130 @<Do magic computation@>=set_trick_count
13131
13132 @* \[28] Maintaining the input stacks.
13133 The following subroutines change the input status in commonly needed ways.
13134
13135 First comes |push_input|, which stores the current state and creates a
13136 new level (having, initially, the same properties as the old).
13137
13138 @d push_input  { /* enter a new input level, save the old */
13139   if ( mp->input_ptr>mp->max_in_stack ) {
13140     mp->max_in_stack=mp->input_ptr;
13141     if ( mp->input_ptr==mp->stack_size ) {
13142       int l = (mp->stack_size+(mp->stack_size>>2));
13143       XREALLOC(mp->input_stack, l, in_state_record);
13144       mp->stack_size = l;
13145     }         
13146   }
13147   mp->input_stack[mp->input_ptr]=mp->cur_input; /* stack the record */
13148   incr(mp->input_ptr);
13149 }
13150
13151 @ And of course what goes up must come down.
13152
13153 @d pop_input { /* leave an input level, re-enter the old */
13154     decr(mp->input_ptr); mp->cur_input=mp->input_stack[mp->input_ptr];
13155   }
13156
13157 @ Here is a procedure that starts a new level of token-list input, given
13158 a token list |p| and its type |t|. If |t=macro|, the calling routine should
13159 set |name|, reset~|loc|, and increase the macro's reference count.
13160
13161 @d back_list(A) mp_begin_token_list(mp, (A),backed_up) /* backs up a simple token list */
13162
13163 @c void mp_begin_token_list (MP mp,pointer p, quarterword t)  { 
13164   push_input; start=p; token_type=t;
13165   param_start=mp->param_ptr; loc=p;
13166 }
13167
13168 @ When a token list has been fully scanned, the following computations
13169 should be done as we leave that level of input.
13170 @^inner loop@>
13171
13172 @c void mp_end_token_list (MP mp) { /* leave a token-list input level */
13173   pointer p; /* temporary register */
13174   if ( token_type>=backed_up ) { /* token list to be deleted */
13175     if ( token_type<=inserted ) { 
13176       mp_flush_token_list(mp, start); goto DONE;
13177     } else {
13178       mp_delete_mac_ref(mp, start); /* update reference count */
13179     }
13180   }
13181   while ( mp->param_ptr>param_start ) { /* parameters must be flushed */
13182     decr(mp->param_ptr);
13183     p=mp->param_stack[mp->param_ptr];
13184     if ( p!=null ) {
13185       if ( link(p)==mp_void ) { /* it's an \&{expr} parameter */
13186         mp_recycle_value(mp, p); mp_free_node(mp, p,value_node_size);
13187       } else {
13188         mp_flush_token_list(mp, p); /* it's a \&{suffix} or \&{text} parameter */
13189       }
13190     }
13191   }
13192 DONE: 
13193   pop_input; check_interrupt;
13194 }
13195
13196 @ The contents of |cur_cmd,cur_mod,cur_sym| are placed into an equivalent
13197 token by the |cur_tok| routine.
13198 @^inner loop@>
13199
13200 @c @<Declare the procedure called |make_exp_copy|@>;
13201 pointer mp_cur_tok (MP mp) {
13202   pointer p; /* a new token node */
13203   small_number save_type; /* |cur_type| to be restored */
13204   integer save_exp; /* |cur_exp| to be restored */
13205   if ( mp->cur_sym==0 ) {
13206     if ( mp->cur_cmd==capsule_token ) {
13207       save_type=mp->cur_type; save_exp=mp->cur_exp;
13208       mp_make_exp_copy(mp, mp->cur_mod); p=mp_stash_cur_exp(mp); link(p)=null;
13209       mp->cur_type=save_type; mp->cur_exp=save_exp;
13210     } else { 
13211       p=mp_get_node(mp, token_node_size);
13212       value(p)=mp->cur_mod; name_type(p)=mp_token;
13213       if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) type(p)=mp_known;
13214       else type(p)=mp_string_type;
13215     }
13216   } else { 
13217     fast_get_avail(p); info(p)=mp->cur_sym;
13218   }
13219   return p;
13220 }
13221
13222 @ Sometimes \MP\ has read too far and wants to ``unscan'' what it has
13223 seen. The |back_input| procedure takes care of this by putting the token
13224 just scanned back into the input stream, ready to be read again.
13225 If |cur_sym<>0|, the values of |cur_cmd| and |cur_mod| are irrelevant.
13226
13227 @<Declarations@>= 
13228 void mp_back_input (MP mp);
13229
13230 @ @c void mp_back_input (MP mp) {/* undoes one token of input */
13231   pointer p; /* a token list of length one */
13232   p=mp_cur_tok(mp);
13233   while ( token_state &&(loc==null) ) 
13234     mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
13235   back_list(p);
13236 }
13237
13238 @ The |back_error| routine is used when we want to restore or replace an
13239 offending token just before issuing an error message.  We disable interrupts
13240 during the call of |back_input| so that the help message won't be lost.
13241
13242 @<Declarations@>=
13243 void mp_error (MP mp);
13244 void mp_back_error (MP mp);
13245
13246 @ @c void mp_back_error (MP mp) { /* back up one token and call |error| */
13247   mp->OK_to_interrupt=false; 
13248   mp_back_input(mp); 
13249   mp->OK_to_interrupt=true; mp_error(mp);
13250 }
13251 void mp_ins_error (MP mp) { /* back up one inserted token and call |error| */
13252   mp->OK_to_interrupt=false; 
13253   mp_back_input(mp); token_type=inserted;
13254   mp->OK_to_interrupt=true; mp_error(mp);
13255 }
13256
13257 @ The |begin_file_reading| procedure starts a new level of input for lines
13258 of characters to be read from a file, or as an insertion from the
13259 terminal. It does not take care of opening the file, nor does it set |loc|
13260 or |limit| or |line|.
13261 @^system dependencies@>
13262
13263 @c void mp_begin_file_reading (MP mp) { 
13264   if ( mp->in_open==mp->max_in_open ) 
13265     mp_overflow(mp, "text input levels",mp->max_in_open);
13266 @:MetaPost capacity exceeded text input levels}{\quad text input levels@>
13267   if ( mp->first==mp->buf_size ) 
13268     mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
13269   incr(mp->in_open); push_input; index=mp->in_open;
13270   mp->mpx_name[index]=absent;
13271   start=mp->first;
13272   name=is_term; /* |terminal_input| is now |true| */
13273 }
13274
13275 @ Conversely, the variables must be downdated when such a level of input
13276 is finished.  Any associated \.{MPX} file must also be closed and popped
13277 off the file stack.
13278
13279 @c void mp_end_file_reading (MP mp) { 
13280   if ( mp->in_open>index ) {
13281     if ( (mp->mpx_name[mp->in_open]==absent)||(name<=max_spec_src) ) {
13282       mp_confusion(mp, "endinput");
13283 @:this can't happen endinput}{\quad endinput@>
13284     } else { 
13285       fclose(mp->input_file[mp->in_open]); /* close an \.{MPX} file */
13286       delete_str_ref(mp->mpx_name[mp->in_open]);
13287       decr(mp->in_open);
13288     }
13289   }
13290   mp->first=start;
13291   if ( index!=mp->in_open ) mp_confusion(mp, "endinput");
13292   if ( name>max_spec_src ) {
13293     fclose(cur_file);
13294     delete_str_ref(name);
13295     xfree(in_name); 
13296     xfree(in_area);
13297   }
13298   pop_input; decr(mp->in_open);
13299 }
13300
13301 @ Here is a function that tries to resume input from an \.{MPX} file already
13302 associated with the current input file.  It returns |false| if this doesn't
13303 work.
13304
13305 @c boolean mp_begin_mpx_reading (MP mp) { 
13306   if ( mp->in_open!=index+1 ) {
13307      return false;
13308   } else { 
13309     if ( mp->mpx_name[mp->in_open]<=absent ) mp_confusion(mp, "mpx");
13310 @:this can't happen mpx}{\quad mpx@>
13311     if ( mp->first==mp->buf_size ) 
13312       mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
13313     push_input; index=mp->in_open;
13314     start=mp->first;
13315     name=mp->mpx_name[mp->in_open]; add_str_ref(name);
13316     @<Put an empty line in the input buffer@>;
13317     return true;
13318   }
13319 }
13320
13321 @ This procedure temporarily stops reading an \.{MPX} file.
13322
13323 @c void mp_end_mpx_reading (MP mp) { 
13324   if ( mp->in_open!=index ) mp_confusion(mp, "mpx");
13325 @:this can't happen mpx}{\quad mpx@>
13326   if ( loc<limit ) {
13327     @<Complain that we are not at the end of a line in the \.{MPX} file@>;
13328   }
13329   mp->first=start;
13330   pop_input;
13331 }
13332
13333 @ Here we enforce a restriction that simplifies the input stacks considerably.
13334 This should not inconvenience the user because \.{MPX} files are generated
13335 by an auxiliary program called \.{DVItoMP}.
13336
13337 @ @<Complain that we are not at the end of a line in the \.{MPX} file@>=
13338
13339 print_err("`mpxbreak' must be at the end of a line");
13340 help4("This file contains picture expressions for btex...etex")
13341   ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
13342   ("but this one seems to be messed up.  I'm going to ignore")
13343   ("the rest of this line.");
13344 mp_error(mp);
13345 }
13346
13347 @ In order to keep the stack from overflowing during a long sequence of
13348 inserted `\.{show}' commands, the following routine removes completed
13349 error-inserted lines from memory.
13350
13351 @c void mp_clear_for_error_prompt (MP mp) { 
13352   while ( file_state && terminal_input &&
13353     (mp->input_ptr>0)&&(loc==limit) ) mp_end_file_reading(mp);
13354   mp_print_ln(mp); clear_terminal;
13355 }
13356
13357 @ To get \MP's whole input mechanism going, we perform the following
13358 actions.
13359
13360 @<Initialize the input routines@>=
13361 { mp->input_ptr=0; mp->max_in_stack=0;
13362   mp->in_open=0; mp->open_parens=0; mp->max_buf_stack=0;
13363   mp->param_ptr=0; mp->max_param_stack=0;
13364   mp->first=1;
13365   start=1; index=0; line=0; name=is_term;
13366   mp->mpx_name[0]=absent;
13367   mp->force_eof=false;
13368   if ( ! mp_init_terminal(mp) ) mp_jump_out(mp);
13369   limit=mp->last; mp->first=mp->last+1; 
13370   /* |init_terminal| has set |loc| and |last| */
13371 }
13372
13373 @* \[29] Getting the next token.
13374 The heart of \MP's input mechanism is the |get_next| procedure, which
13375 we shall develop in the next few sections of the program. Perhaps we
13376 shouldn't actually call it the ``heart,'' however; it really acts as \MP's
13377 eyes and mouth, reading the source files and gobbling them up. And it also
13378 helps \MP\ to regurgitate stored token lists that are to be processed again.
13379
13380 The main duty of |get_next| is to input one token and to set |cur_cmd|
13381 and |cur_mod| to that token's command code and modifier. Furthermore, if
13382 the input token is a symbolic token, that token's |hash| address
13383 is stored in |cur_sym|; otherwise |cur_sym| is set to zero.
13384
13385 Underlying this simple description is a certain amount of complexity
13386 because of all the cases that need to be handled.
13387 However, the inner loop of |get_next| is reasonably short and fast.
13388
13389 @ Before getting into |get_next|, we need to consider a mechanism by which
13390 \MP\ helps keep errors from propagating too far. Whenever the program goes
13391 into a mode where it keeps calling |get_next| repeatedly until a certain
13392 condition is met, it sets |scanner_status| to some value other than |normal|.
13393 Then if an input file ends, or if an `\&{outer}' symbol appears,
13394 an appropriate error recovery will be possible.
13395
13396 The global variable |warning_info| helps in this error recovery by providing
13397 additional information. For example, |warning_info| might indicate the
13398 name of a macro whose replacement text is being scanned.
13399
13400 @d normal 0 /* |scanner_status| at ``quiet times'' */
13401 @d skipping 1 /* |scanner_status| when false conditional text is being skipped */
13402 @d flushing 2 /* |scanner_status| when junk after a statement is being ignored */
13403 @d absorbing 3 /* |scanner_status| when a \&{text} parameter is being scanned */
13404 @d var_defining 4 /* |scanner_status| when a \&{vardef} is being scanned */
13405 @d op_defining 5 /* |scanner_status| when a macro \&{def} is being scanned */
13406 @d loop_defining 6 /* |scanner_status| when a \&{for} loop is being scanned */
13407 @d tex_flushing 7 /* |scanner_status| when skipping \TeX\ material */
13408
13409 @<Glob...@>=
13410 integer scanner_status; /* are we scanning at high speed? */
13411 integer warning_info; /* if so, what else do we need to know,
13412     in case an error occurs? */
13413
13414 @ @<Initialize the input routines@>=
13415 mp->scanner_status=normal;
13416
13417 @ The following subroutine
13418 is called when an `\&{outer}' symbolic token has been scanned or
13419 when the end of a file has been reached. These two cases are distinguished
13420 by |cur_sym|, which is zero at the end of a file.
13421
13422 @c boolean mp_check_outer_validity (MP mp) {
13423   pointer p; /* points to inserted token list */
13424   if ( mp->scanner_status==normal ) {
13425     return true;
13426   } else if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) {
13427     @<Check if the file has ended while flushing \TeX\ material and set the
13428       result value for |check_outer_validity|@>;
13429   } else { 
13430     mp->deletions_allowed=false;
13431     @<Back up an outer symbolic token so that it can be reread@>;
13432     if ( mp->scanner_status>skipping ) {
13433       @<Tell the user what has run away and try to recover@>;
13434     } else { 
13435       print_err("Incomplete if; all text was ignored after line ");
13436 @.Incomplete if...@>
13437       mp_print_int(mp, mp->warning_info);
13438       help3("A forbidden `outer' token occurred in skipped text.")
13439         ("This kind of error happens when you say `if...' and forget")
13440         ("the matching `fi'. I've inserted a `fi'; this might work.");
13441       if ( mp->cur_sym==0 ) 
13442         mp->help_line[2]="The file ended while I was skipping conditional text.";
13443       mp->cur_sym=frozen_fi; mp_ins_error(mp);
13444     }
13445     mp->deletions_allowed=true; 
13446         return false;
13447   }
13448 }
13449
13450 @ @<Check if the file has ended while flushing \TeX\ material and set...@>=
13451 if ( mp->cur_sym!=0 ) { 
13452    return true;
13453 } else { 
13454   mp->deletions_allowed=false;
13455   print_err("TeX mode didn't end; all text was ignored after line ");
13456   mp_print_int(mp, mp->warning_info);
13457   help2("The file ended while I was looking for the `etex' to")
13458     ("finish this TeX material.  I've inserted `etex' now.");
13459   mp->cur_sym = frozen_etex;
13460   mp_ins_error(mp);
13461   mp->deletions_allowed=true;
13462   return false;
13463 }
13464
13465 @ @<Back up an outer symbolic token so that it can be reread@>=
13466 if ( mp->cur_sym!=0 ) {
13467   p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->cur_sym;
13468   back_list(p); /* prepare to read the symbolic token again */
13469 }
13470
13471 @ @<Tell the user what has run away...@>=
13472
13473   mp_runaway(mp); /* print the definition-so-far */
13474   if ( mp->cur_sym==0 ) {
13475     print_err("File ended");
13476 @.File ended while scanning...@>
13477   } else { 
13478     print_err("Forbidden token found");
13479 @.Forbidden token found...@>
13480   }
13481   mp_print(mp, " while scanning ");
13482   help4("I suspect you have forgotten an `enddef',")
13483     ("causing me to read past where you wanted me to stop.")
13484     ("I'll try to recover; but if the error is serious,")
13485     ("you'd better type `E' or `X' now and fix your file.");
13486   switch (mp->scanner_status) {
13487     @<Complete the error message,
13488       and set |cur_sym| to a token that might help recover from the error@>
13489   } /* there are no other cases */
13490   mp_ins_error(mp);
13491 }
13492
13493 @ As we consider various kinds of errors, it is also appropriate to
13494 change the first line of the help message just given; |help_line[3]|
13495 points to the string that might be changed.
13496
13497 @<Complete the error message,...@>=
13498 case flushing: 
13499   mp_print(mp, "to the end of the statement");
13500   mp->help_line[3]="A previous error seems to have propagated,";
13501   mp->cur_sym=frozen_semicolon;
13502   break;
13503 case absorbing: 
13504   mp_print(mp, "a text argument");
13505   mp->help_line[3]="It seems that a right delimiter was left out,";
13506   if ( mp->warning_info==0 ) {
13507     mp->cur_sym=frozen_end_group;
13508   } else { 
13509     mp->cur_sym=frozen_right_delimiter;
13510     equiv(frozen_right_delimiter)=mp->warning_info;
13511   }
13512   break;
13513 case var_defining:
13514 case op_defining: 
13515   mp_print(mp, "the definition of ");
13516   if ( mp->scanner_status==op_defining ) 
13517      mp_print_text(mp->warning_info);
13518   else 
13519      mp_print_variable_name(mp, mp->warning_info);
13520   mp->cur_sym=frozen_end_def;
13521   break;
13522 case loop_defining: 
13523   mp_print(mp, "the text of a "); 
13524   mp_print_text(mp->warning_info);
13525   mp_print(mp, " loop");
13526   mp->help_line[3]="I suspect you have forgotten an `endfor',";
13527   mp->cur_sym=frozen_end_for;
13528   break;
13529
13530 @ The |runaway| procedure displays the first part of the text that occurred
13531 when \MP\ began its special |scanner_status|, if that text has been saved.
13532
13533 @<Declare the procedure called |runaway|@>=
13534 void mp_runaway (MP mp) { 
13535   if ( mp->scanner_status>flushing ) { 
13536      mp_print_nl(mp, "Runaway ");
13537          switch (mp->scanner_status) { 
13538          case absorbing: mp_print(mp, "text?"); break;
13539          case var_defining: 
13540      case op_defining: mp_print(mp,"definition?"); break;
13541      case loop_defining: mp_print(mp, "loop?"); break;
13542      } /* there are no other cases */
13543      mp_print_ln(mp); 
13544      mp_show_token_list(mp, link(hold_head),null,mp->error_line-10,0);
13545   }
13546 }
13547
13548 @ We need to mention a procedure that may be called by |get_next|.
13549
13550 @<Declarations@>= 
13551 void mp_firm_up_the_line (MP mp);
13552
13553 @ And now we're ready to take the plunge into |get_next| itself.
13554 Note that the behavior depends on the |scanner_status| because percent signs
13555 and double quotes need to be passed over when skipping TeX material.
13556
13557 @c 
13558 void mp_get_next (MP mp) {
13559   /* sets |cur_cmd|, |cur_mod|, |cur_sym| to next token */
13560 @^inner loop@>
13561   /*restart*/ /* go here to get the next input token */
13562   /*exit*/ /* go here when the next input token has been got */
13563   /*|common_ending|*/ /* go here to finish getting a symbolic token */
13564   /*found*/ /* go here when the end of a symbolic token has been found */
13565   /*switch*/ /* go here to branch on the class of an input character */
13566   /*|start_numeric_token|,|start_decimal_token|,|fin_numeric_token|,|done|*/
13567     /* go here at crucial stages when scanning a number */
13568   int k; /* an index into |buffer| */
13569   ASCII_code c; /* the current character in the buffer */
13570   ASCII_code class; /* its class number */
13571   integer n,f; /* registers for decimal-to-binary conversion */
13572 RESTART: 
13573   mp->cur_sym=0;
13574   if ( file_state ) {
13575     @<Input from external file; |goto restart| if no input found,
13576     or |return| if a non-symbolic token is found@>;
13577   } else {
13578     @<Input from token list; |goto restart| if end of list or
13579       if a parameter needs to be expanded,
13580       or |return| if a non-symbolic token is found@>;
13581   }
13582 COMMON_ENDING: 
13583   @<Finish getting the symbolic token in |cur_sym|;
13584    |goto restart| if it is illegal@>;
13585 }
13586
13587 @ When a symbolic token is declared to be `\&{outer}', its command code
13588 is increased by |outer_tag|.
13589 @^inner loop@>
13590
13591 @<Finish getting the symbolic token in |cur_sym|...@>=
13592 mp->cur_cmd=eq_type(mp->cur_sym); mp->cur_mod=equiv(mp->cur_sym);
13593 if ( mp->cur_cmd>=outer_tag ) {
13594   if ( mp_check_outer_validity(mp) ) 
13595     mp->cur_cmd=mp->cur_cmd-outer_tag;
13596   else 
13597     goto RESTART;
13598 }
13599
13600 @ A percent sign appears in |buffer[limit]|; this makes it unnecessary
13601 to have a special test for end-of-line.
13602 @^inner loop@>
13603
13604 @<Input from external file;...@>=
13605
13606 SWITCH: 
13607   c=mp->buffer[loc]; incr(loc); class=mp->char_class[c];
13608   switch (class) {
13609   case digit_class: goto START_NUMERIC_TOKEN; break;
13610   case period_class: 
13611     class=mp->char_class[mp->buffer[loc]];
13612     if ( class>period_class ) {
13613       goto SWITCH;
13614     } else if ( class<period_class ) { /* |class=digit_class| */
13615       n=0; goto START_DECIMAL_TOKEN;
13616     }
13617 @:. }{\..\ token@>
13618     break;
13619   case space_class: goto SWITCH; break;
13620   case percent_class: 
13621     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) {
13622       if ( loc<limit ) goto SWITCH;
13623     }
13624     @<Move to next line of file, or |goto restart| if there is no next line@>;
13625     check_interrupt;
13626     goto SWITCH;
13627     break;
13628   case string_class: 
13629     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) goto SWITCH;
13630     else @<Get a string token and |return|@>;
13631     break;
13632   case isolated_classes: 
13633     k=loc-1; goto FOUND; break;
13634   case invalid_class: 
13635     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) goto SWITCH;
13636     else @<Decry the invalid character and |goto restart|@>;
13637     break;
13638   default: break; /* letters, etc. */
13639   }
13640   k=loc-1;
13641   while ( mp->char_class[mp->buffer[loc]]==class ) incr(loc);
13642   goto FOUND;
13643 START_NUMERIC_TOKEN:
13644   @<Get the integer part |n| of a numeric token;
13645     set |f:=0| and |goto fin_numeric_token| if there is no decimal point@>;
13646 START_DECIMAL_TOKEN:
13647   @<Get the fraction part |f| of a numeric token@>;
13648 FIN_NUMERIC_TOKEN:
13649   @<Pack the numeric and fraction parts of a numeric token
13650     and |return|@>;
13651 FOUND: 
13652   mp->cur_sym=mp_id_lookup(mp, k,loc-k);
13653 }
13654
13655 @ We go to |restart| instead of to |SWITCH|, because |state| might equal
13656 |token_list| after the error has been dealt with
13657 (cf.\ |clear_for_error_prompt|).
13658
13659 @<Decry the invalid...@>=
13660
13661   print_err("Text line contains an invalid character");
13662 @.Text line contains...@>
13663   help2("A funny symbol that I can\'t read has just been input.")
13664     ("Continue, and I'll forget that it ever happened.");
13665   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13666   goto RESTART;
13667 }
13668
13669 @ @<Get a string token and |return|@>=
13670
13671   if ( mp->buffer[loc]=='"' ) {
13672     mp->cur_mod=rts("");
13673   } else { 
13674     k=loc; mp->buffer[limit+1]='"';
13675     do {  
13676      incr(loc);
13677     } while (mp->buffer[loc]!='"');
13678     if ( loc>limit ) {
13679       @<Decry the missing string delimiter and |goto restart|@>;
13680     }
13681     if ( loc==k+1 ) {
13682       mp->cur_mod=mp->buffer[k];
13683     } else { 
13684       str_room(loc-k);
13685       do {  
13686         append_char(mp->buffer[k]); incr(k);
13687       } while (k!=loc);
13688       mp->cur_mod=mp_make_string(mp);
13689     }
13690   }
13691   incr(loc); mp->cur_cmd=string_token; 
13692   return;
13693 }
13694
13695 @ We go to |restart| after this error message, not to |SWITCH|,
13696 because the |clear_for_error_prompt| routine might have reinstated
13697 |token_state| after |error| has finished.
13698
13699 @<Decry the missing string delimiter and |goto restart|@>=
13700
13701   loc=limit; /* the next character to be read on this line will be |"%"| */
13702   print_err("Incomplete string token has been flushed");
13703 @.Incomplete string token...@>
13704   help3("Strings should finish on the same line as they began.")
13705     ("I've deleted the partial string; you might want to")
13706     ("insert another by typing, e.g., `I\"new string\"'.");
13707   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp);
13708   mp->deletions_allowed=true; 
13709   goto RESTART;
13710 }
13711
13712 @ @<Get the integer part |n| of a numeric token...@>=
13713 n=c-'0';
13714 while ( mp->char_class[mp->buffer[loc]]==digit_class ) {
13715   if ( n<32768 ) n=10*n+mp->buffer[loc]-'0';
13716   incr(loc);
13717 }
13718 if ( mp->buffer[loc]=='.' ) 
13719   if ( mp->char_class[mp->buffer[loc+1]]==digit_class ) 
13720     goto DONE;
13721 f=0; 
13722 goto FIN_NUMERIC_TOKEN;
13723 DONE: incr(loc)
13724
13725 @ @<Get the fraction part |f| of a numeric token@>=
13726 k=0;
13727 do { 
13728   if ( k<17 ) { /* digits for |k>=17| cannot affect the result */
13729     mp->dig[k]=mp->buffer[loc]-'0'; incr(k);
13730   }
13731   incr(loc);
13732 } while (mp->char_class[mp->buffer[loc]]==digit_class);
13733 f=mp_round_decimals(mp, k);
13734 if ( f==unity ) {
13735   incr(n); f=0;
13736 }
13737
13738 @ @<Pack the numeric and fraction parts of a numeric token and |return|@>=
13739 if ( n<32768 ) {
13740   @<Set |cur_mod:=n*unity+f| and check if it is uncomfortably large@>;
13741 } else if ( mp->scanner_status!=tex_flushing ) {
13742   print_err("Enormous number has been reduced");
13743 @.Enormous number...@>
13744   help2("I can\'t handle numbers bigger than 32767.99998;")
13745     ("so I've changed your constant to that maximum amount.");
13746   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13747   mp->cur_mod=el_gordo;
13748 }
13749 mp->cur_cmd=numeric_token; return
13750
13751 @ @<Set |cur_mod:=n*unity+f| and check if it is uncomfortably large@>=
13752
13753   mp->cur_mod=n*unity+f;
13754   if ( mp->cur_mod>=fraction_one ) {
13755     if ( (mp->internal[mp_warning_check]>0) &&
13756          (mp->scanner_status!=tex_flushing) ) {
13757       print_err("Number is too large (");
13758       mp_print_scaled(mp, mp->cur_mod);
13759       mp_print_char(mp, ')');
13760       help3("It is at least 4096. Continue and I'll try to cope")
13761       ("with that big value; but it might be dangerous.")
13762       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
13763       mp_error(mp);
13764     }
13765   }
13766 }
13767
13768 @ Let's consider now what happens when |get_next| is looking at a token list.
13769 @^inner loop@>
13770
13771 @<Input from token list;...@>=
13772 if ( loc>=mp->hi_mem_min ) { /* one-word token */
13773   mp->cur_sym=info(loc); loc=link(loc); /* move to next */
13774   if ( mp->cur_sym>=expr_base ) {
13775     if ( mp->cur_sym>=suffix_base ) {
13776       @<Insert a suffix or text parameter and |goto restart|@>;
13777     } else { 
13778       mp->cur_cmd=capsule_token;
13779       mp->cur_mod=mp->param_stack[param_start+mp->cur_sym-(expr_base)];
13780       mp->cur_sym=0; return;
13781     }
13782   }
13783 } else if ( loc>null ) {
13784   @<Get a stored numeric or string or capsule token and |return|@>
13785 } else { /* we are done with this token list */
13786   mp_end_token_list(mp); goto RESTART; /* resume previous level */
13787 }
13788
13789 @ @<Insert a suffix or text parameter...@>=
13790
13791   if ( mp->cur_sym>=text_base ) mp->cur_sym=mp->cur_sym-mp->param_size;
13792   /* |param_size=text_base-suffix_base| */
13793   mp_begin_token_list(mp,
13794                       mp->param_stack[param_start+mp->cur_sym-(suffix_base)],
13795                       parameter);
13796   goto RESTART;
13797 }
13798
13799 @ @<Get a stored numeric or string or capsule token...@>=
13800
13801   if ( name_type(loc)==mp_token ) {
13802     mp->cur_mod=value(loc);
13803     if ( type(loc)==mp_known ) {
13804       mp->cur_cmd=numeric_token;
13805     } else { 
13806       mp->cur_cmd=string_token; add_str_ref(mp->cur_mod);
13807     }
13808   } else { 
13809     mp->cur_mod=loc; mp->cur_cmd=capsule_token;
13810   };
13811   loc=link(loc); return;
13812 }
13813
13814 @ All of the easy branches of |get_next| have now been taken care of.
13815 There is one more branch.
13816
13817 @<Move to next line of file, or |goto restart|...@>=
13818 if ( name>max_spec_src ) {
13819   @<Read next line of file into |buffer|, or
13820     |goto restart| if the file has ended@>;
13821 } else { 
13822   if ( mp->input_ptr>0 ) {
13823      /* text was inserted during error recovery or by \&{scantokens} */
13824     mp_end_file_reading(mp); goto RESTART; /* resume previous level */
13825   }
13826   if ( mp->selector<log_only || mp->selector>=write_file) mp_open_log_file(mp);
13827   if ( mp->interaction>mp_nonstop_mode ) {
13828     if ( limit==start ) /* previous line was empty */
13829       mp_print_nl(mp, "(Please type a command or say `end')");
13830 @.Please type...@>
13831     mp_print_ln(mp); mp->first=start;
13832     prompt_input("*"); /* input on-line into |buffer| */
13833 @.*\relax@>
13834     limit=mp->last; mp->buffer[limit]='%';
13835     mp->first=limit+1; loc=start;
13836   } else {
13837     mp_fatal_error(mp, "*** (job aborted, no legal end found)");
13838 @.job aborted@>
13839     /* nonstop mode, which is intended for overnight batch processing,
13840     never waits for on-line input */
13841   }
13842 }
13843
13844 @ The global variable |force_eof| is normally |false|; it is set |true|
13845 by an \&{endinput} command.
13846
13847 @<Glob...@>=
13848 boolean force_eof; /* should the next \&{input} be aborted early? */
13849
13850 @ We must decrement |loc| in order to leave the buffer in a valid state
13851 when an error condition causes us to |goto restart| without calling
13852 |end_file_reading|.
13853
13854 @<Read next line of file into |buffer|, or
13855   |goto restart| if the file has ended@>=
13856
13857   incr(line); mp->first=start;
13858   if ( ! mp->force_eof ) {
13859     if ( mp_input_ln(mp, cur_file,true) ) /* not end of file */
13860       mp_firm_up_the_line(mp); /* this sets |limit| */
13861     else 
13862       mp->force_eof=true;
13863   };
13864   if ( mp->force_eof ) {
13865     mp->force_eof=false;
13866     decr(loc);
13867     if ( mpx_reading ) {
13868       @<Complain that the \.{MPX} file ended unexpectly; then set
13869         |cur_sym:=frozen_mpx_break| and |goto comon_ending|@>;
13870     } else { 
13871       mp_print_char(mp, ')'); decr(mp->open_parens);
13872       update_terminal; /* show user that file has been read */
13873       mp_end_file_reading(mp); /* resume previous level */
13874       if ( mp_check_outer_validity(mp) ) goto  RESTART;  
13875       else goto RESTART;
13876     }
13877   }
13878   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start; /* ready to read */
13879 }
13880
13881 @ We should never actually come to the end of an \.{MPX} file because such
13882 files should have an \&{mpxbreak} after the translation of the last
13883 \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} block.
13884
13885 @<Complain that the \.{MPX} file ended unexpectly; then set...@>=
13886
13887   mp->mpx_name[index]=finished;
13888   print_err("mpx file ended unexpectedly");
13889   help4("The file had too few picture expressions for btex...etex")
13890     ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
13891     ("but this one got messed up.  You might want to insert a")
13892     ("picture expression now.");
13893   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13894   mp->cur_sym=frozen_mpx_break; goto COMMON_ENDING;
13895 }
13896
13897 @ Sometimes we want to make it look as though we have just read a blank line
13898 without really doing so.
13899
13900 @<Put an empty line in the input buffer@>=
13901 mp->last=mp->first; limit=mp->last; /* simulate |input_ln| and |firm_up_the_line| */
13902 mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start
13903
13904 @ If the user has set the |mp_pausing| parameter to some positive value,
13905 and if nonstop mode has not been selected, each line of input is displayed
13906 on the terminal and the transcript file, followed by `\.{=>}'.
13907 \MP\ waits for a response. If the response is null (i.e., if nothing is
13908 typed except perhaps a few blank spaces), the original
13909 line is accepted as it stands; otherwise the line typed is
13910 used instead of the line in the file.
13911
13912 @c void mp_firm_up_the_line (MP mp) {
13913   size_t k; /* an index into |buffer| */
13914   limit=mp->last;
13915   if ( mp->internal[mp_pausing]>0 ) if ( mp->interaction>mp_nonstop_mode ) {
13916     wake_up_terminal; mp_print_ln(mp);
13917     if ( start<limit ) {
13918       for (k=(size_t)start;k<=(size_t)(limit-1);k++) {
13919         mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
13920       } 
13921     }
13922     mp->first=limit; prompt_input("=>"); /* wait for user response */
13923 @.=>@>
13924     if ( mp->last>mp->first ) {
13925       for (k=mp->first;k<=mp->last-1;k++) { /* move line down in buffer */
13926         mp->buffer[k+start-mp->first]=mp->buffer[k];
13927       }
13928       limit=start+mp->last-mp->first;
13929     }
13930   }
13931 }
13932
13933 @* \[30] Dealing with \TeX\ material.
13934 The \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} and \&{verbatimtex}$\,\ldots\,$\&{etex}
13935 features need to be implemented at a low level in the scanning process
13936 so that \MP\ can stay in synch with the a preprocessor that treats
13937 blocks of \TeX\ material as they occur in the input file without trying
13938 to expand \MP\ macros.  Thus we need a special version of |get_next|
13939 that does not expand macros and such but does handle \&{btex},
13940 \&{verbatimtex}, etc.
13941
13942 The special version of |get_next| is called |get_t_next|.  It works by flushing
13943 \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} and \&{verbatimtex}\allowbreak
13944 $\,\ldots\,$\&{etex} blocks, switching to the \.{MPX} file when it sees
13945 \&{btex}, and switching back when it sees \&{mpxbreak}.
13946
13947 @d btex_code 0
13948 @d verbatim_code 1
13949
13950 @ @<Put each...@>=
13951 mp_primitive(mp, "btex",start_tex,btex_code);
13952 @:btex_}{\&{btex} primitive@>
13953 mp_primitive(mp, "verbatimtex",start_tex,verbatim_code);
13954 @:verbatimtex_}{\&{verbatimtex} primitive@>
13955 mp_primitive(mp, "etex",etex_marker,0); mp->eqtb[frozen_etex]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
13956 @:etex_}{\&{etex} primitive@>
13957 mp_primitive(mp, "mpxbreak",mpx_break,0); mp->eqtb[frozen_mpx_break]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
13958 @:mpx_break_}{\&{mpxbreak} primitive@>
13959
13960 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
13961 case start_tex: if ( m==btex_code ) mp_print(mp, "btex");
13962   else mp_print(mp, "verbatimtex"); break;
13963 case etex_marker: mp_print(mp, "etex"); break;
13964 case mpx_break: mp_print(mp, "mpxbreak"); break;
13965
13966 @ Actually, |get_t_next| is a macro that avoids procedure overhead except
13967 in the unusual case where \&{btex}, \&{verbatimtex}, \&{etex}, or \&{mpxbreak}
13968 is encountered.
13969
13970 @d get_t_next {mp_get_next(mp); if ( mp->cur_cmd<=max_pre_command ) mp_t_next(mp); }
13971
13972 @<Declarations@>=
13973 void mp_start_mpx_input (MP mp);
13974
13975 @ @c 
13976 void mp_t_next (MP mp) {
13977   int old_status; /* saves the |scanner_status| */
13978   integer old_info; /* saves the |warning_info| */
13979   while ( mp->cur_cmd<=max_pre_command ) {
13980     if ( mp->cur_cmd==mpx_break ) {
13981       if ( ! file_state || (mp->mpx_name[index]==absent) ) {
13982         @<Complain about a misplaced \&{mpxbreak}@>;
13983       } else { 
13984         mp_end_mpx_reading(mp); 
13985         goto TEX_FLUSH;
13986       }
13987     } else if ( mp->cur_cmd==start_tex ) {
13988       if ( token_state || (name<=max_spec_src) ) {
13989         @<Complain that we are not reading a file@>;
13990       } else if ( mpx_reading ) {
13991         @<Complain that \.{MPX} files cannot contain \TeX\ material@>;
13992       } else if ( (mp->cur_mod!=verbatim_code)&&
13993                   (mp->mpx_name[index]!=finished) ) {
13994         if ( ! mp_begin_mpx_reading(mp) ) mp_start_mpx_input(mp);
13995       } else {
13996         goto TEX_FLUSH;
13997       }
13998     } else {
13999        @<Complain about a misplaced \&{etex}@>;
14000     }
14001     goto COMMON_ENDING;
14002   TEX_FLUSH: 
14003     @<Flush the \TeX\ material@>;
14004   COMMON_ENDING: 
14005     mp_get_next(mp);
14006   }
14007 }
14008
14009 @ We could be in the middle of an operation such as skipping false conditional
14010 text when \TeX\ material is encountered, so we must be careful to save the
14011 |scanner_status|.
14012
14013 @<Flush the \TeX\ material@>=
14014 old_status=mp->scanner_status;
14015 old_info=mp->warning_info;
14016 mp->scanner_status=tex_flushing;
14017 mp->warning_info=line;
14018 do {  mp_get_next(mp); } while (mp->cur_cmd!=etex_marker);
14019 mp->scanner_status=old_status;
14020 mp->warning_info=old_info
14021
14022 @ @<Complain that \.{MPX} files cannot contain \TeX\ material@>=
14023 { print_err("An mpx file cannot contain btex or verbatimtex blocks");
14024 help4("This file contains picture expressions for btex...etex")
14025   ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
14026   ("but this one seems to be messed up.  I'll just keep going")
14027   ("and hope for the best.");
14028 mp_error(mp);
14029 }
14030
14031 @ @<Complain that we are not reading a file@>=
14032 { print_err("You can only use `btex' or `verbatimtex' in a file");
14033 help3("I'll have to ignore this preprocessor command because it")
14034   ("only works when there is a file to preprocess.  You might")
14035   ("want to delete everything up to the next `etex`.");
14036 mp_error(mp);
14037 }
14038
14039 @ @<Complain about a misplaced \&{mpxbreak}@>=
14040 { print_err("Misplaced mpxbreak");
14041 help2("I'll ignore this preprocessor command because it")
14042   ("doesn't belong here");
14043 mp_error(mp);
14044 }
14045
14046 @ @<Complain about a misplaced \&{etex}@>=
14047 { print_err("Extra etex will be ignored");
14048 help1("There is no btex or verbatimtex for this to match");
14049 mp_error(mp);
14050 }
14051
14052 @* \[31] Scanning macro definitions.
14053 \MP\ has a variety of ways to tuck tokens away into token lists for later
14054 use: Macros can be defined with \&{def}, \&{vardef}, \&{primarydef}, etc.;
14055 repeatable code can be defined with \&{for}, \&{forever}, \&{forsuffixes}.
14056 All such operations are handled by the routines in this part of the program.
14057
14058 The modifier part of each command code is zero for the ``ending delimiters''
14059 like \&{enddef} and \&{endfor}.
14060
14061 @d start_def 1 /* command modifier for \&{def} */
14062 @d var_def 2 /* command modifier for \&{vardef} */
14063 @d end_def 0 /* command modifier for \&{enddef} */
14064 @d start_forever 1 /* command modifier for \&{forever} */
14065 @d end_for 0 /* command modifier for \&{endfor} */
14066
14067 @<Put each...@>=
14068 mp_primitive(mp, "def",macro_def,start_def);
14069 @:def_}{\&{def} primitive@>
14070 mp_primitive(mp, "vardef",macro_def,var_def);
14071 @:var_def_}{\&{vardef} primitive@>
14072 mp_primitive(mp, "primarydef",macro_def,secondary_primary_macro);
14073 @:primary_def_}{\&{primarydef} primitive@>
14074 mp_primitive(mp, "secondarydef",macro_def,tertiary_secondary_macro);
14075 @:secondary_def_}{\&{secondarydef} primitive@>
14076 mp_primitive(mp, "tertiarydef",macro_def,expression_tertiary_macro);
14077 @:tertiary_def_}{\&{tertiarydef} primitive@>
14078 mp_primitive(mp, "enddef",macro_def,end_def); mp->eqtb[frozen_end_def]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14079 @:end_def_}{\&{enddef} primitive@>
14080 @#
14081 mp_primitive(mp, "for",iteration,expr_base);
14082 @:for_}{\&{for} primitive@>
14083 mp_primitive(mp, "forsuffixes",iteration,suffix_base);
14084 @:for_suffixes_}{\&{forsuffixes} primitive@>
14085 mp_primitive(mp, "forever",iteration,start_forever);
14086 @:forever_}{\&{forever} primitive@>
14087 mp_primitive(mp, "endfor",iteration,end_for); mp->eqtb[frozen_end_for]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14088 @:end_for_}{\&{endfor} primitive@>
14089
14090 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14091 case macro_def:
14092   if ( m<=var_def ) {
14093     if ( m==start_def ) mp_print(mp, "def");
14094     else if ( m<start_def ) mp_print(mp, "enddef");
14095     else mp_print(mp, "vardef");
14096   } else if ( m==secondary_primary_macro ) { 
14097     mp_print(mp, "primarydef");
14098   } else if ( m==tertiary_secondary_macro ) { 
14099     mp_print(mp, "secondarydef");
14100   } else { 
14101     mp_print(mp, "tertiarydef");
14102   }
14103   break;
14104 case iteration: 
14105   if ( m<=start_forever ) {
14106     if ( m==start_forever ) mp_print(mp, "forever"); 
14107     else mp_print(mp, "endfor");
14108   } else if ( m==expr_base ) {
14109     mp_print(mp, "for"); 
14110   } else { 
14111     mp_print(mp, "forsuffixes");
14112   }
14113   break;
14114
14115 @ Different macro-absorbing operations have different syntaxes, but they
14116 also have a lot in common. There is a list of special symbols that are to
14117 be replaced by parameter tokens; there is a special command code that
14118 ends the definition; the quotation conventions are identical.  Therefore
14119 it makes sense to have most of the work done by a single subroutine. That
14120 subroutine is called |scan_toks|.
14121
14122 The first parameter to |scan_toks| is the command code that will
14123 terminate scanning (either |macro_def|, |loop_repeat|, or |iteration|).
14124
14125 The second parameter, |subst_list|, points to a (possibly empty) list
14126 of two-word nodes whose |info| and |value| fields specify symbol tokens
14127 before and after replacement. The list will be returned to free storage
14128 by |scan_toks|.
14129
14130 The third parameter is simply appended to the token list that is built.
14131 And the final parameter tells how many of the special operations
14132 \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, and \.{\AT!\#} are to be replaced by suffix parameters.
14133 When such parameters are present, they are called \.{(SUFFIX0)},
14134 \.{(SUFFIX1)}, and \.{(SUFFIX2)}.
14135
14136 @c pointer mp_scan_toks (MP mp,command_code terminator, pointer 
14137   subst_list, pointer tail_end, small_number suffix_count) {
14138   pointer p; /* tail of the token list being built */
14139   pointer q; /* temporary for link management */
14140   integer balance; /* left delimiters minus right delimiters */
14141   p=hold_head; balance=1; link(hold_head)=null;
14142   while (1) { 
14143     get_t_next;
14144     if ( mp->cur_sym>0 ) {
14145       @<Substitute for |cur_sym|, if it's on the |subst_list|@>;
14146       if ( mp->cur_cmd==terminator ) {
14147         @<Adjust the balance; |break| if it's zero@>;
14148       } else if ( mp->cur_cmd==macro_special ) {
14149         @<Handle quoted symbols, \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, or \.{\AT!\#}@>;
14150       }
14151     }
14152     link(p)=mp_cur_tok(mp); p=link(p);
14153   }
14154   link(p)=tail_end; mp_flush_node_list(mp, subst_list);
14155   return link(hold_head);
14156 }
14157
14158 @ @<Substitute for |cur_sym|...@>=
14159
14160   q=subst_list;
14161   while ( q!=null ) {
14162     if ( info(q)==mp->cur_sym ) {
14163       mp->cur_sym=value(q); mp->cur_cmd=relax; break;
14164     }
14165     q=link(q);
14166   }
14167 }
14168
14169 @ @<Adjust the balance; |break| if it's zero@>=
14170 if ( mp->cur_mod>0 ) {
14171   incr(balance);
14172 } else { 
14173   decr(balance);
14174   if ( balance==0 )
14175     break;
14176 }
14177
14178 @ Four commands are intended to be used only within macro texts: \&{quote},
14179 \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, and \.{\AT!\#}. They are variants of a single command
14180 code called |macro_special|.
14181
14182 @d quote 0 /* |macro_special| modifier for \&{quote} */
14183 @d macro_prefix 1 /* |macro_special| modifier for \.{\#\AT!} */
14184 @d macro_at 2 /* |macro_special| modifier for \.{\AT!} */
14185 @d macro_suffix 3 /* |macro_special| modifier for \.{\AT!\#} */
14186
14187 @<Put each...@>=
14188 mp_primitive(mp, "quote",macro_special,quote);
14189 @:quote_}{\&{quote} primitive@>
14190 mp_primitive(mp, "#@@",macro_special,macro_prefix);
14191 @:]]]\#\AT!_}{\.{\#\AT!} primitive@>
14192 mp_primitive(mp, "@@",macro_special,macro_at);
14193 @:]]]\AT!_}{\.{\AT!} primitive@>
14194 mp_primitive(mp, "@@#",macro_special,macro_suffix);
14195 @:]]]\AT!\#_}{\.{\AT!\#} primitive@>
14196
14197 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14198 case macro_special: 
14199   switch (m) {
14200   case macro_prefix: mp_print(mp, "#@@"); break;
14201   case macro_at: mp_print_char(mp, '@@'); break;
14202   case macro_suffix: mp_print(mp, "@@#"); break;
14203   default: mp_print(mp, "quote"); break;
14204   }
14205   break;
14206
14207 @ @<Handle quoted...@>=
14208
14209   if ( mp->cur_mod==quote ) { get_t_next; } 
14210   else if ( mp->cur_mod<=suffix_count ) 
14211     mp->cur_sym=suffix_base-1+mp->cur_mod;
14212 }
14213
14214 @ Here is a routine that's used whenever a token will be redefined. If
14215 the user's token is unredefinable, the `|frozen_inaccessible|' token is
14216 substituted; the latter is redefinable but essentially impossible to use,
14217 hence \MP's tables won't get fouled up.
14218
14219 @c void mp_get_symbol (MP mp) { /* sets |cur_sym| to a safe symbol */
14220 RESTART: 
14221   get_t_next;
14222   if ( (mp->cur_sym==0)||(mp->cur_sym>frozen_inaccessible) ) {
14223     print_err("Missing symbolic token inserted");
14224 @.Missing symbolic token...@>
14225     help3("Sorry: You can\'t redefine a number, string, or expr.")
14226       ("I've inserted an inaccessible symbol so that your")
14227       ("definition will be completed without mixing me up too badly.");
14228     if ( mp->cur_sym>0 )
14229       mp->help_line[2]="Sorry: You can\'t redefine my error-recovery tokens.";
14230     else if ( mp->cur_cmd==string_token ) 
14231       delete_str_ref(mp->cur_mod);
14232     mp->cur_sym=frozen_inaccessible; mp_ins_error(mp); goto RESTART;
14233   }
14234 }
14235
14236 @ Before we actually redefine a symbolic token, we need to clear away its
14237 former value, if it was a variable. The following stronger version of
14238 |get_symbol| does that.
14239
14240 @c void mp_get_clear_symbol (MP mp) { 
14241   mp_get_symbol(mp); mp_clear_symbol(mp, mp->cur_sym,false);
14242 }
14243
14244 @ Here's another little subroutine; it checks that an equals sign
14245 or assignment sign comes along at the proper place in a macro definition.
14246
14247 @c void mp_check_equals (MP mp) { 
14248   if ( mp->cur_cmd!=equals ) if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
14249      mp_missing_err(mp, "=");
14250 @.Missing `='@>
14251     help5("The next thing in this `def' should have been `=',")
14252       ("because I've already looked at the definition heading.")
14253       ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
14254       ("was present. Everything from here to `enddef'")
14255       ("will be the replacement text of this macro.");
14256     mp_back_error(mp);
14257   }
14258 }
14259
14260 @ A \&{primarydef}, \&{secondarydef}, or \&{tertiarydef} is rather easily
14261 handled now that we have |scan_toks|.  In this case there are
14262 two parameters, which will be \.{EXPR0} and \.{EXPR1} (i.e.,
14263 |expr_base| and |expr_base+1|).
14264
14265 @c void mp_make_op_def (MP mp) {
14266   command_code m; /* the type of definition */
14267   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
14268   m=mp->cur_mod;
14269   mp_get_symbol(mp); q=mp_get_node(mp, token_node_size);
14270   info(q)=mp->cur_sym; value(q)=expr_base;
14271   mp_get_clear_symbol(mp); mp->warning_info=mp->cur_sym;
14272   mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14273   info(p)=mp->cur_sym; value(p)=expr_base+1; link(p)=q;
14274   get_t_next; mp_check_equals(mp);
14275   mp->scanner_status=op_defining; q=mp_get_avail(mp); ref_count(q)=null;
14276   r=mp_get_avail(mp); link(q)=r; info(r)=general_macro;
14277   link(r)=mp_scan_toks(mp, macro_def,p,null,0);
14278   mp->scanner_status=normal; eq_type(mp->warning_info)=m;
14279   equiv(mp->warning_info)=q; mp_get_x_next(mp);
14280 }
14281
14282 @ Parameters to macros are introduced by the keywords \&{expr},
14283 \&{suffix}, \&{text}, \&{primary}, \&{secondary}, and \&{tertiary}.
14284
14285 @<Put each...@>=
14286 mp_primitive(mp, "expr",param_type,expr_base);
14287 @:expr_}{\&{expr} primitive@>
14288 mp_primitive(mp, "suffix",param_type,suffix_base);
14289 @:suffix_}{\&{suffix} primitive@>
14290 mp_primitive(mp, "text",param_type,text_base);
14291 @:text_}{\&{text} primitive@>
14292 mp_primitive(mp, "primary",param_type,primary_macro);
14293 @:primary_}{\&{primary} primitive@>
14294 mp_primitive(mp, "secondary",param_type,secondary_macro);
14295 @:secondary_}{\&{secondary} primitive@>
14296 mp_primitive(mp, "tertiary",param_type,tertiary_macro);
14297 @:tertiary_}{\&{tertiary} primitive@>
14298
14299 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14300 case param_type:
14301   if ( m>=expr_base ) {
14302     if ( m==expr_base ) mp_print(mp, "expr");
14303     else if ( m==suffix_base ) mp_print(mp, "suffix");
14304     else mp_print(mp, "text");
14305   } else if ( m<secondary_macro ) {
14306     mp_print(mp, "primary");
14307   } else if ( m==secondary_macro ) {
14308     mp_print(mp, "secondary");
14309   } else {
14310     mp_print(mp, "tertiary");
14311   }
14312   break;
14313
14314 @ Let's turn next to the more complex processing associated with \&{def}
14315 and \&{vardef}. When the following procedure is called, |cur_mod|
14316 should be either |start_def| or |var_def|.
14317
14318 @c @<Declare the procedure called |check_delimiter|@>;
14319 @<Declare the function called |scan_declared_variable|@>;
14320 void mp_scan_def (MP mp) {
14321   int m; /* the type of definition */
14322   int n; /* the number of special suffix parameters */
14323   int k; /* the total number of parameters */
14324   int c; /* the kind of macro we're defining */
14325   pointer r; /* parameter-substitution list */
14326   pointer q; /* tail of the macro token list */
14327   pointer p; /* temporary storage */
14328   halfword base; /* |expr_base|, |suffix_base|, or |text_base| */
14329   pointer l_delim,r_delim; /* matching delimiters */
14330   m=mp->cur_mod; c=general_macro; link(hold_head)=null;
14331   q=mp_get_avail(mp); ref_count(q)=null; r=null;
14332   @<Scan the token or variable to be defined;
14333     set |n|, |scanner_status|, and |warning_info|@>;
14334   k=n;
14335   if ( mp->cur_cmd==left_delimiter ) {
14336     @<Absorb delimited parameters, putting them into lists |q| and |r|@>;
14337   }
14338   if ( mp->cur_cmd==param_type ) {
14339     @<Absorb undelimited parameters, putting them into list |r|@>;
14340   }
14341   mp_check_equals(mp);
14342   p=mp_get_avail(mp); info(p)=c; link(q)=p;
14343   @<Attach the replacement text to the tail of node |p|@>;
14344   mp->scanner_status=normal; mp_get_x_next(mp);
14345 }
14346
14347 @ We don't put `|frozen_end_group|' into the replacement text of
14348 a \&{vardef}, because the user may want to redefine `\.{endgroup}'.
14349
14350 @<Attach the replacement text to the tail of node |p|@>=
14351 if ( m==start_def ) {
14352   link(p)=mp_scan_toks(mp, macro_def,r,null,n);
14353 } else { 
14354   q=mp_get_avail(mp); info(q)=mp->bg_loc; link(p)=q;
14355   p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->eg_loc;
14356   link(q)=mp_scan_toks(mp, macro_def,r,p,n);
14357 }
14358 if ( mp->warning_info==bad_vardef ) 
14359   mp_flush_token_list(mp, value(bad_vardef))
14360
14361 @ @<Glob...@>=
14362 int bg_loc;
14363 int eg_loc; /* hash addresses of `\.{begingroup}' and `\.{endgroup}' */
14364
14365 @ @<Scan the token or variable to be defined;...@>=
14366 if ( m==start_def ) {
14367   mp_get_clear_symbol(mp); mp->warning_info=mp->cur_sym; get_t_next;
14368   mp->scanner_status=op_defining; n=0;
14369   eq_type(mp->warning_info)=defined_macro; equiv(mp->warning_info)=q;
14370 } else { 
14371   p=mp_scan_declared_variable(mp);
14372   mp_flush_variable(mp, equiv(info(p)),link(p),true);
14373   mp->warning_info=mp_find_variable(mp, p); mp_flush_list(mp, p);
14374   if ( mp->warning_info==null ) @<Change to `\.{a bad variable}'@>;
14375   mp->scanner_status=var_defining; n=2;
14376   if ( mp->cur_cmd==macro_special ) if ( mp->cur_mod==macro_suffix ) {/* \.{\AT!\#} */
14377     n=3; get_t_next;
14378   }
14379   type(mp->warning_info)=mp_unsuffixed_macro-2+n; value(mp->warning_info)=q;
14380 } /* |mp_suffixed_macro=mp_unsuffixed_macro+1| */
14381
14382 @ @<Change to `\.{a bad variable}'@>=
14383
14384   print_err("This variable already starts with a macro");
14385 @.This variable already...@>
14386   help2("After `vardef a' you can\'t say `vardef a.b'.")
14387     ("So I'll have to discard this definition.");
14388   mp_error(mp); mp->warning_info=bad_vardef;
14389 }
14390
14391 @ @<Initialize table entries...@>=
14392 name_type(bad_vardef)=mp_root; link(bad_vardef)=frozen_bad_vardef;
14393 equiv(frozen_bad_vardef)=bad_vardef; eq_type(frozen_bad_vardef)=tag_token;
14394
14395 @ @<Absorb delimited parameters, putting them into lists |q| and |r|@>=
14396 do {  
14397   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; get_t_next;
14398   if ( (mp->cur_cmd==param_type)&&(mp->cur_mod>=expr_base) ) {
14399    base=mp->cur_mod;
14400   } else { 
14401     print_err("Missing parameter type; `expr' will be assumed");
14402 @.Missing parameter type@>
14403     help1("You should've had `expr' or `suffix' or `text' here.");
14404     mp_back_error(mp); base=expr_base;
14405   }
14406   @<Absorb parameter tokens for type |base|@>;
14407   mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
14408   get_t_next;
14409 } while (mp->cur_cmd==left_delimiter)
14410
14411 @ @<Absorb parameter tokens for type |base|@>=
14412 do { 
14413   link(q)=mp_get_avail(mp); q=link(q); info(q)=base+k;
14414   mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size); 
14415   value(p)=base+k; info(p)=mp->cur_sym;
14416   if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14417 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
14418   incr(k); link(p)=r; r=p; get_t_next;
14419 } while (mp->cur_cmd==comma)
14420
14421 @ @<Absorb undelimited parameters, putting them into list |r|@>=
14422
14423   p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14424   if ( mp->cur_mod<expr_base ) {
14425     c=mp->cur_mod; value(p)=expr_base+k;
14426   } else { 
14427     value(p)=mp->cur_mod+k;
14428     if ( mp->cur_mod==expr_base ) c=expr_macro;
14429     else if ( mp->cur_mod==suffix_base ) c=suffix_macro;
14430     else c=text_macro;
14431   }
14432   if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14433   incr(k); mp_get_symbol(mp); info(p)=mp->cur_sym; link(p)=r; r=p; get_t_next;
14434   if ( c==expr_macro ) if ( mp->cur_cmd==of_token ) {
14435     c=of_macro; p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14436     if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14437     value(p)=expr_base+k; mp_get_symbol(mp); info(p)=mp->cur_sym;
14438     link(p)=r; r=p; get_t_next;
14439   }
14440 }
14441
14442 @* \[32] Expanding the next token.
14443 Only a few command codes |<min_command| can possibly be returned by
14444 |get_t_next|; in increasing order, they are
14445 |if_test|, |fi_or_else|, |input|, |iteration|, |repeat_loop|,
14446 |exit_test|, |relax|, |scan_tokens|, |expand_after|, and |defined_macro|.
14447
14448 \MP\ usually gets the next token of input by saying |get_x_next|. This is
14449 like |get_t_next| except that it keeps getting more tokens until
14450 finding |cur_cmd>=min_command|. In other words, |get_x_next| expands
14451 macros and removes conditionals or iterations or input instructions that
14452 might be present.
14453
14454 It follows that |get_x_next| might invoke itself recursively. In fact,
14455 there is massive recursion, since macro expansion can involve the
14456 scanning of arbitrarily complex expressions, which in turn involve
14457 macro expansion and conditionals, etc.
14458 @^recursion@>
14459
14460 Therefore it's necessary to declare a whole bunch of |forward|
14461 procedures at this point, and to insert some other procedures
14462 that will be invoked by |get_x_next|.
14463
14464 @<Declarations@>= 
14465 void mp_scan_primary (MP mp);
14466 void mp_scan_secondary (MP mp);
14467 void mp_scan_tertiary (MP mp);
14468 void mp_scan_expression (MP mp);
14469 void mp_scan_suffix (MP mp);
14470 @<Declare the procedure called |macro_call|@>;
14471 void mp_get_boolean (MP mp);
14472 void mp_pass_text (MP mp);
14473 void mp_conditional (MP mp);
14474 void mp_start_input (MP mp);
14475 void mp_begin_iteration (MP mp);
14476 void mp_resume_iteration (MP mp);
14477 void mp_stop_iteration (MP mp);
14478
14479 @ An auxiliary subroutine called |expand| is used by |get_x_next|
14480 when it has to do exotic expansion commands.
14481
14482 @c void mp_expand (MP mp) {
14483   pointer p; /* for list manipulation */
14484   size_t k; /* something that we hope is |<=buf_size| */
14485   pool_pointer j; /* index into |str_pool| */
14486   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) 
14487     if ( mp->cur_cmd!=defined_macro )
14488       show_cur_cmd_mod;
14489   switch (mp->cur_cmd)  {
14490   case if_test:
14491     mp_conditional(mp); /* this procedure is discussed in Part 36 below */
14492     break;
14493   case fi_or_else:
14494     @<Terminate the current conditional and skip to \&{fi}@>;
14495     break;
14496   case input:
14497     @<Initiate or terminate input from a file@>;
14498     break;
14499   case iteration:
14500     if ( mp->cur_mod==end_for ) {
14501       @<Scold the user for having an extra \&{endfor}@>;
14502     } else {
14503       mp_begin_iteration(mp); /* this procedure is discussed in Part 37 below */
14504     }
14505     break;
14506   case repeat_loop: 
14507     @<Repeat a loop@>;
14508     break;
14509   case exit_test: 
14510     @<Exit a loop if the proper time has come@>;
14511     break;
14512   case relax: 
14513     break;
14514   case expand_after: 
14515     @<Expand the token after the next token@>;
14516     break;
14517   case scan_tokens: 
14518     @<Put a string into the input buffer@>;
14519     break;
14520   case defined_macro:
14521    mp_macro_call(mp, mp->cur_mod,null,mp->cur_sym);
14522    break;
14523   }; /* there are no other cases */
14524 };
14525
14526 @ @<Scold the user...@>=
14527
14528   print_err("Extra `endfor'");
14529 @.Extra `endfor'@>
14530   help2("I'm not currently working on a for loop,")
14531     ("so I had better not try to end anything.");
14532   mp_error(mp);
14533 }
14534
14535 @ The processing of \&{input} involves the |start_input| subroutine,
14536 which will be declared later; the processing of \&{endinput} is trivial.
14537
14538 @<Put each...@>=
14539 mp_primitive(mp, "input",input,0);
14540 @:input_}{\&{input} primitive@>
14541 mp_primitive(mp, "endinput",input,1);
14542 @:end_input_}{\&{endinput} primitive@>
14543
14544 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
14545 case input: 
14546   if ( m==0 ) mp_print(mp, "input");
14547   else mp_print(mp, "endinput");
14548   break;
14549
14550 @ @<Initiate or terminate input...@>=
14551 if ( mp->cur_mod>0 ) mp->force_eof=true;
14552 else mp_start_input(mp)
14553
14554 @ We'll discuss the complicated parts of loop operations later. For now
14555 it suffices to know that there's a global variable called |loop_ptr|
14556 that will be |null| if no loop is in progress.
14557
14558 @<Repeat a loop@>=
14559 { while ( token_state &&(loc==null) ) 
14560     mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
14561   if ( mp->loop_ptr==null ) {
14562     print_err("Lost loop");
14563 @.Lost loop@>
14564     help2("I'm confused; after exiting from a loop, I still seem")
14565       ("to want to repeat it. I'll try to forget the problem.");
14566     mp_error(mp);
14567   } else {
14568     mp_resume_iteration(mp); /* this procedure is in Part 37 below */
14569   }
14570 }
14571
14572 @ @<Exit a loop if the proper time has come@>=
14573 { mp_get_boolean(mp);
14574   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) 
14575     mp_show_cmd_mod(mp, nullary,mp->cur_exp);
14576   if ( mp->cur_exp==true_code ) {
14577     if ( mp->loop_ptr==null ) {
14578       print_err("No loop is in progress");
14579 @.No loop is in progress@>
14580       help1("Why say `exitif' when there's nothing to exit from?");
14581       if ( mp->cur_cmd==semicolon ) mp_error(mp); else mp_back_error(mp);
14582     } else {
14583      @<Exit prematurely from an iteration@>;
14584     }
14585   } else if ( mp->cur_cmd!=semicolon ) {
14586     mp_missing_err(mp, ";");
14587 @.Missing `;'@>
14588     help2("After `exitif <boolean exp>' I expect to see a semicolon.")
14589     ("I shall pretend that one was there."); mp_back_error(mp);
14590   }
14591 }
14592
14593 @ Here we use the fact that |forever_text| is the only |token_type| that
14594 is less than |loop_text|.
14595
14596 @<Exit prematurely...@>=
14597 { p=null;
14598   do {  
14599     if ( file_state ) {
14600       mp_end_file_reading(mp);
14601     } else { 
14602       if ( token_type<=loop_text ) p=start;
14603       mp_end_token_list(mp);
14604     }
14605   } while (p==null);
14606   if ( p!=info(mp->loop_ptr) ) mp_fatal_error(mp, "*** (loop confusion)");
14607 @.loop confusion@>
14608   mp_stop_iteration(mp); /* this procedure is in Part 34 below */
14609 }
14610
14611 @ @<Expand the token after the next token@>=
14612 { get_t_next;
14613   p=mp_cur_tok(mp); get_t_next;
14614   if ( mp->cur_cmd<min_command ) mp_expand(mp); 
14615   else mp_back_input(mp);
14616   back_list(p);
14617 }
14618
14619 @ @<Put a string into the input buffer@>=
14620 { mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
14621   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
14622     mp_disp_err(mp, null,"Not a string");
14623 @.Not a string@>
14624     help2("I'm going to flush this expression, since")
14625        ("scantokens should be followed by a known string.");
14626     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
14627   } else { 
14628     mp_back_input(mp);
14629     if ( length(mp->cur_exp)>0 )
14630        @<Pretend we're reading a new one-line file@>;
14631   }
14632 }
14633
14634 @ @<Pretend we're reading a new one-line file@>=
14635 { mp_begin_file_reading(mp); name=is_scantok;
14636   k=mp->first+length(mp->cur_exp);
14637   if ( k>=mp->max_buf_stack ) {
14638     while ( k>=mp->buf_size ) {
14639       mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
14640     }
14641     mp->max_buf_stack=k+1;
14642   }
14643   j=mp->str_start[mp->cur_exp]; limit=k;
14644   while ( mp->first<(size_t)limit ) {
14645     mp->buffer[mp->first]=mp->str_pool[j]; incr(j); incr(mp->first);
14646   }
14647   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start; 
14648   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
14649 }
14650
14651 @ Here finally is |get_x_next|.
14652
14653 The expression scanning routines to be considered later
14654 communicate via the global quantities |cur_type| and |cur_exp|;
14655 we must be very careful to save and restore these quantities while
14656 macros are being expanded.
14657 @^inner loop@>
14658
14659 @<Declarations@>=
14660 void mp_get_x_next (MP mp);
14661
14662 @ @c void mp_get_x_next (MP mp) {
14663   pointer save_exp; /* a capsule to save |cur_type| and |cur_exp| */
14664   get_t_next;
14665   if ( mp->cur_cmd<min_command ) {
14666     save_exp=mp_stash_cur_exp(mp);
14667     do {  
14668       if ( mp->cur_cmd==defined_macro ) 
14669         mp_macro_call(mp, mp->cur_mod,null,mp->cur_sym);
14670       else 
14671         mp_expand(mp);
14672       get_t_next;
14673      } while (mp->cur_cmd<min_command);
14674      mp_unstash_cur_exp(mp, save_exp); /* that restores |cur_type| and |cur_exp| */
14675   }
14676 }
14677
14678 @ Now let's consider the |macro_call| procedure, which is used to start up
14679 all user-defined macros. Since the arguments to a macro might be expressions,
14680 |macro_call| is recursive.
14681 @^recursion@>
14682
14683 The first parameter to |macro_call| points to the reference count of the
14684 token list that defines the macro. The second parameter contains any
14685 arguments that have already been parsed (see below).  The third parameter
14686 points to the symbolic token that names the macro. If the third parameter
14687 is |null|, the macro was defined by \&{vardef}, so its name can be
14688 reconstructed from the prefix and ``at'' arguments found within the
14689 second parameter.
14690
14691 What is this second parameter? It's simply a linked list of one-word items,
14692 whose |info| fields point to the arguments. In other words, if |arg_list=null|,
14693 no arguments have been scanned yet; otherwise |info(arg_list)| points to
14694 the first scanned argument, and |link(arg_list)| points to the list of
14695 further arguments (if any).
14696
14697 Arguments of type \&{expr} are so-called capsules, which we will
14698 discuss later when we concentrate on expressions; they can be
14699 recognized easily because their |link| field is |void|. Arguments of type
14700 \&{suffix} and \&{text} are token lists without reference counts.
14701
14702 @ After argument scanning is complete, the arguments are moved to the
14703 |param_stack|. (They can't be put on that stack any sooner, because
14704 the stack is growing and shrinking in unpredictable ways as more arguments
14705 are being acquired.)  Then the macro body is fed to the scanner; i.e.,
14706 the replacement text of the macro is placed at the top of the \MP's
14707 input stack, so that |get_t_next| will proceed to read it next.
14708
14709 @<Declare the procedure called |macro_call|@>=
14710 @<Declare the procedure called |print_macro_name|@>;
14711 @<Declare the procedure called |print_arg|@>;
14712 @<Declare the procedure called |scan_text_arg|@>;
14713 void mp_macro_call (MP mp,pointer def_ref, pointer arg_list, 
14714                     pointer macro_name) ;
14715
14716 @ @c
14717 void mp_macro_call (MP mp,pointer def_ref, pointer arg_list, 
14718                     pointer macro_name) {
14719   /* invokes a user-defined control sequence */
14720   pointer r; /* current node in the macro's token list */
14721   pointer p,q; /* for list manipulation */
14722   integer n; /* the number of arguments */
14723   pointer tail = 0; /* tail of the argument list */
14724   pointer l_delim=0,r_delim=0; /* a delimiter pair */
14725   r=link(def_ref); add_mac_ref(def_ref);
14726   if ( arg_list==null ) {
14727     n=0;
14728   } else {
14729    @<Determine the number |n| of arguments already supplied,
14730     and set |tail| to the tail of |arg_list|@>;
14731   }
14732   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) {
14733     @<Show the text of the macro being expanded, and the existing arguments@>;
14734   }
14735   @<Scan the remaining arguments, if any; set |r| to the first token
14736     of the replacement text@>;
14737   @<Feed the arguments and replacement text to the scanner@>;
14738 }
14739
14740 @ @<Show the text of the macro...@>=
14741 mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_ln(mp); 
14742 mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14743 if ( n==3 ) mp_print(mp, "@@#"); /* indicate a suffixed macro */
14744 mp_show_macro(mp, def_ref,null,100000);
14745 if ( arg_list!=null ) {
14746   n=0; p=arg_list;
14747   do {  
14748     q=info(p);
14749     mp_print_arg(mp, q,n,0);
14750     incr(n); p=link(p);
14751   } while (p!=null);
14752 }
14753 mp_end_diagnostic(mp, false)
14754
14755
14756 @ @<Declare the procedure called |print_macro_name|@>=
14757 void mp_print_macro_name (MP mp,pointer a, pointer n);
14758
14759 @ @c
14760 void mp_print_macro_name (MP mp,pointer a, pointer n) {
14761   pointer p,q; /* they traverse the first part of |a| */
14762   if ( n!=null ) {
14763     mp_print_text(n);
14764   } else  { 
14765     p=info(a);
14766     if ( p==null ) {
14767       mp_print_text(info(info(link(a))));
14768     } else { 
14769       q=p;
14770       while ( link(q)!=null ) q=link(q);
14771       link(q)=info(link(a));
14772       mp_show_token_list(mp, p,null,1000,0);
14773       link(q)=null;
14774     }
14775   }
14776 }
14777
14778 @ @<Declare the procedure called |print_arg|@>=
14779 void mp_print_arg (MP mp,pointer q, integer n, pointer b) ;
14780
14781 @ @c
14782 void mp_print_arg (MP mp,pointer q, integer n, pointer b) {
14783   if ( link(q)==mp_void ) mp_print_nl(mp, "(EXPR");
14784   else if ( (b<text_base)&&(b!=text_macro) ) mp_print_nl(mp, "(SUFFIX");
14785   else mp_print_nl(mp, "(TEXT");
14786   mp_print_int(mp, n); mp_print(mp, ")<-");
14787   if ( link(q)==mp_void ) mp_print_exp(mp, q,1);
14788   else mp_show_token_list(mp, q,null,1000,0);
14789 }
14790
14791 @ @<Determine the number |n| of arguments already supplied...@>=
14792 {  
14793   n=1; tail=arg_list;
14794   while ( link(tail)!=null ) { 
14795     incr(n); tail=link(tail);
14796   }
14797 }
14798
14799 @ @<Scan the remaining arguments, if any; set |r|...@>=
14800 mp->cur_cmd=comma+1; /* anything |<>comma| will do */
14801 while ( info(r)>=expr_base ) { 
14802   @<Scan the delimited argument represented by |info(r)|@>;
14803   r=link(r);
14804 };
14805 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
14806   print_err("Too many arguments to ");
14807 @.Too many arguments...@>
14808   mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name); mp_print_char(mp, ';');
14809   mp_print_nl(mp, "  Missing `"); mp_print_text(r_delim);
14810 @.Missing `)'...@>
14811   mp_print(mp, "' has been inserted");
14812   help3("I'm going to assume that the comma I just read was a")
14813    ("right delimiter, and then I'll begin expanding the macro.")
14814    ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14815   mp_error(mp);
14816 }
14817 if ( info(r)!=general_macro ) {
14818   @<Scan undelimited argument(s)@>;
14819 }
14820 r=link(r)
14821
14822 @ At this point, the reader will find it advisable to review the explanation
14823 of token list format that was presented earlier, paying special attention to
14824 the conventions that apply only at the beginning of a macro's token list.
14825
14826 On the other hand, the reader will have to take the expression-parsing
14827 aspects of the following program on faith; we will explain |cur_type|
14828 and |cur_exp| later. (Several things in this program depend on each other,
14829 and it's necessary to jump into the circle somewhere.)
14830
14831 @<Scan the delimited argument represented by |info(r)|@>=
14832 if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
14833   mp_get_x_next(mp);
14834   if ( mp->cur_cmd!=left_delimiter ) {
14835     print_err("Missing argument to ");
14836 @.Missing argument...@>
14837     mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14838     help3("That macro has more parameters than you thought.")
14839      ("I'll continue by pretending that each missing argument")
14840      ("is either zero or null.");
14841     if ( info(r)>=suffix_base ) {
14842       mp->cur_exp=null; mp->cur_type=mp_token_list;
14843     } else { 
14844       mp->cur_exp=0; mp->cur_type=mp_known;
14845     }
14846     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=right_delimiter; 
14847     goto FOUND;
14848   }
14849   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod;
14850 }
14851 @<Scan the argument represented by |info(r)|@>;
14852 if ( mp->cur_cmd!=comma ) 
14853   @<Check that the proper right delimiter was present@>;
14854 FOUND:  
14855 @<Append the current expression to |arg_list|@>
14856
14857 @ @<Check that the proper right delim...@>=
14858 if ( (mp->cur_cmd!=right_delimiter)||(mp->cur_mod!=l_delim) ) {
14859   if ( info(link(r))>=expr_base ) {
14860     mp_missing_err(mp, ",");
14861 @.Missing `,'@>
14862     help3("I've finished reading a macro argument and am about to")
14863       ("read another; the arguments weren't delimited correctly.")
14864        ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14865     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=comma;
14866   } else { 
14867     mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
14868 @.Missing `)'@>
14869     help2("I've gotten to the end of the macro parameter list.")
14870        ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14871     mp_back_error(mp);
14872   }
14873 }
14874
14875 @ A \&{suffix} or \&{text} parameter will be have been scanned as
14876 a token list pointed to by |cur_exp|, in which case we will have
14877 |cur_type=token_list|.
14878
14879 @<Append the current expression to |arg_list|@>=
14880
14881   p=mp_get_avail(mp);
14882   if ( mp->cur_type==mp_token_list ) info(p)=mp->cur_exp;
14883   else info(p)=mp_stash_cur_exp(mp);
14884   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) {
14885     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_arg(mp, info(p),n,info(r)); 
14886     mp_end_diagnostic(mp, false);
14887   }
14888   if ( arg_list==null ) arg_list=p;
14889   else link(tail)=p;
14890   tail=p; incr(n);
14891 }
14892
14893 @ @<Scan the argument represented by |info(r)|@>=
14894 if ( info(r)>=text_base ) {
14895   mp_scan_text_arg(mp, l_delim,r_delim);
14896 } else { 
14897   mp_get_x_next(mp);
14898   if ( info(r)>=suffix_base ) mp_scan_suffix(mp);
14899   else mp_scan_expression(mp);
14900 }
14901
14902 @ The parameters to |scan_text_arg| are either a pair of delimiters
14903 or zero; the latter case is for undelimited text arguments, which
14904 end with the first semicolon or \&{endgroup} or \&{end} that is not
14905 contained in a group.
14906
14907 @<Declare the procedure called |scan_text_arg|@>=
14908 void mp_scan_text_arg (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) ;
14909
14910 @ @c
14911 void mp_scan_text_arg (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) {
14912   integer balance; /* excess of |l_delim| over |r_delim| */
14913   pointer p; /* list tail */
14914   mp->warning_info=l_delim; mp->scanner_status=absorbing;
14915   p=hold_head; balance=1; link(hold_head)=null;
14916   while (1)  { 
14917     get_t_next;
14918     if ( l_delim==0 ) {
14919       @<Adjust the balance for an undelimited argument; |break| if done@>;
14920     } else {
14921           @<Adjust the balance for a delimited argument; |break| if done@>;
14922     }
14923     link(p)=mp_cur_tok(mp); p=link(p);
14924   }
14925   mp->cur_exp=link(hold_head); mp->cur_type=mp_token_list;
14926   mp->scanner_status=normal;
14927 };
14928
14929 @ @<Adjust the balance for a delimited argument...@>=
14930 if ( mp->cur_cmd==right_delimiter ) { 
14931   if ( mp->cur_mod==l_delim ) { 
14932     decr(balance);
14933     if ( balance==0 ) break;
14934   }
14935 } else if ( mp->cur_cmd==left_delimiter ) {
14936   if ( mp->cur_mod==r_delim ) incr(balance);
14937 }
14938
14939 @ @<Adjust the balance for an undelimited...@>=
14940 if ( end_of_statement ) { /* |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop| */
14941   if ( balance==1 ) { break; }
14942   else  { if ( mp->cur_cmd==end_group ) decr(balance); }
14943 } else if ( mp->cur_cmd==begin_group ) { 
14944   incr(balance); 
14945 }
14946
14947 @ @<Scan undelimited argument(s)@>=
14948
14949   if ( info(r)<text_macro ) {
14950     mp_get_x_next(mp);
14951     if ( info(r)!=suffix_macro ) {
14952       if ( (mp->cur_cmd==equals)||(mp->cur_cmd==assignment) ) mp_get_x_next(mp);
14953     }
14954   }
14955   switch (info(r)) {
14956   case primary_macro:mp_scan_primary(mp); break;
14957   case secondary_macro:mp_scan_secondary(mp); break;
14958   case tertiary_macro:mp_scan_tertiary(mp); break;
14959   case expr_macro:mp_scan_expression(mp); break;
14960   case of_macro:
14961     @<Scan an expression followed by `\&{of} $\langle$primary$\rangle$'@>;
14962     break;
14963   case suffix_macro:
14964     @<Scan a suffix with optional delimiters@>;
14965     break;
14966   case text_macro:mp_scan_text_arg(mp, 0,0); break;
14967   } /* there are no other cases */
14968   mp_back_input(mp); 
14969   @<Append the current expression to |arg_list|@>;
14970 }
14971
14972 @ @<Scan an expression followed by `\&{of} $\langle$primary$\rangle$'@>=
14973
14974   mp_scan_expression(mp); p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp_stash_cur_exp(mp);
14975   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) { 
14976     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_arg(mp, info(p),n,0); 
14977     mp_end_diagnostic(mp, false);
14978   }
14979   if ( arg_list==null ) arg_list=p; else link(tail)=p;
14980   tail=p;incr(n);
14981   if ( mp->cur_cmd!=of_token ) {
14982     mp_missing_err(mp, "of"); mp_print(mp, " for ");
14983 @.Missing `of'@>
14984     mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14985     help1("I've got the first argument; will look now for the other.");
14986     mp_back_error(mp);
14987   }
14988   mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
14989 }
14990
14991 @ @<Scan a suffix with optional delimiters@>=
14992
14993   if ( mp->cur_cmd!=left_delimiter ) {
14994     l_delim=null;
14995   } else { 
14996     l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp);
14997   };
14998   mp_scan_suffix(mp);
14999   if ( l_delim!=null ) {
15000     if ((mp->cur_cmd!=right_delimiter)||(mp->cur_mod!=l_delim) ) {
15001       mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
15002 @.Missing `)'@>
15003       help2("I've gotten to the end of the macro parameter list.")
15004          ("You might want to delete some tokens before continuing.");
15005       mp_back_error(mp);
15006     }
15007     mp_get_x_next(mp);
15008   }
15009 }
15010
15011 @ Before we put a new token list on the input stack, it is wise to clean off
15012 all token lists that have recently been depleted. Then a user macro that ends
15013 with a call to itself will not require unbounded stack space.
15014
15015 @<Feed the arguments and replacement text to the scanner@>=
15016 while ( token_state &&(loc==null) ) mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
15017 if ( mp->param_ptr+n>mp->max_param_stack ) {
15018   mp->max_param_stack=mp->param_ptr+n;
15019   if ( mp->max_param_stack>mp->param_size )
15020     mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
15021 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
15022 }
15023 mp_begin_token_list(mp, def_ref,macro); name=macro_name; loc=r;
15024 if ( n>0 ) {
15025   p=arg_list;
15026   do {  
15027    mp->param_stack[mp->param_ptr]=info(p); incr(mp->param_ptr); p=link(p);
15028   } while (p!=null);
15029   mp_flush_list(mp, arg_list);
15030 }
15031
15032 @ It's sometimes necessary to put a single argument onto |param_stack|.
15033 The |stack_argument| subroutine does this.
15034
15035 @c void mp_stack_argument (MP mp,pointer p) { 
15036   if ( mp->param_ptr==mp->max_param_stack ) {
15037     incr(mp->max_param_stack);
15038     if ( mp->max_param_stack>mp->param_size )
15039       mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
15040 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
15041   }
15042   mp->param_stack[mp->param_ptr]=p; incr(mp->param_ptr);
15043 }
15044
15045 @* \[33] Conditional processing.
15046 Let's consider now the way \&{if} commands are handled.
15047
15048 Conditions can be inside conditions, and this nesting has a stack
15049 that is independent of other stacks.
15050 Four global variables represent the top of the condition stack:
15051 |cond_ptr| points to pushed-down entries, if~any; |cur_if| tells whether
15052 we are processing \&{if} or \&{elseif}; |if_limit| specifies
15053 the largest code of a |fi_or_else| command that is syntactically legal;
15054 and |if_line| is the line number at which the current conditional began.
15055
15056 If no conditions are currently in progress, the condition stack has the
15057 special state |cond_ptr=null|, |if_limit=normal|, |cur_if=0|, |if_line=0|.
15058 Otherwise |cond_ptr| points to a two-word node; the |type|, |name_type|, and
15059 |link| fields of the first word contain |if_limit|, |cur_if|, and
15060 |cond_ptr| at the next level, and the second word contains the
15061 corresponding |if_line|.
15062
15063 @d if_node_size 2 /* number of words in stack entry for conditionals */
15064 @d if_line_field(A) mp->mem[(A)+1].cint
15065 @d if_code 1 /* code for \&{if} being evaluated */
15066 @d fi_code 2 /* code for \&{fi} */
15067 @d else_code 3 /* code for \&{else} */
15068 @d else_if_code 4 /* code for \&{elseif} */
15069
15070 @<Glob...@>=
15071 pointer cond_ptr; /* top of the condition stack */
15072 integer if_limit; /* upper bound on |fi_or_else| codes */
15073 small_number cur_if; /* type of conditional being worked on */
15074 integer if_line; /* line where that conditional began */
15075
15076 @ @<Set init...@>=
15077 mp->cond_ptr=null; mp->if_limit=normal; mp->cur_if=0; mp->if_line=0;
15078
15079 @ @<Put each...@>=
15080 mp_primitive(mp, "if",if_test,if_code);
15081 @:if_}{\&{if} primitive@>
15082 mp_primitive(mp, "fi",fi_or_else,fi_code); mp->eqtb[frozen_fi]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
15083 @:fi_}{\&{fi} primitive@>
15084 mp_primitive(mp, "else",fi_or_else,else_code);
15085 @:else_}{\&{else} primitive@>
15086 mp_primitive(mp, "elseif",fi_or_else,else_if_code);
15087 @:else_if_}{\&{elseif} primitive@>
15088
15089 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
15090 case if_test:
15091 case fi_or_else: 
15092   switch (m) {
15093   case if_code:mp_print(mp, "if"); break;
15094   case fi_code:mp_print(mp, "fi");  break;
15095   case else_code:mp_print(mp, "else"); break;
15096   default: mp_print(mp, "elseif"); break;
15097   }
15098   break;
15099
15100 @ Here is a procedure that ignores text until coming to an \&{elseif},
15101 \&{else}, or \&{fi} at level zero of $\&{if}\ldots\&{fi}$
15102 nesting. After it has acted, |cur_mod| will indicate the token that
15103 was found.
15104
15105 \MP's smallest two command codes are |if_test| and |fi_or_else|; this
15106 makes the skipping process a bit simpler.
15107
15108 @c 
15109 void mp_pass_text (MP mp) {
15110   integer l = 0;
15111   mp->scanner_status=skipping;
15112   mp->warning_info=mp_true_line(mp);
15113   while (1)  { 
15114     get_t_next;
15115     if ( mp->cur_cmd<=fi_or_else ) {
15116       if ( mp->cur_cmd<fi_or_else ) {
15117         incr(l);
15118       } else { 
15119         if ( l==0 ) break;
15120         if ( mp->cur_mod==fi_code ) decr(l);
15121       }
15122     } else {
15123       @<Decrease the string reference count,
15124        if the current token is a string@>;
15125     }
15126   }
15127   mp->scanner_status=normal;
15128 }
15129
15130 @ @<Decrease the string reference count...@>=
15131 if ( mp->cur_cmd==string_token ) { delete_str_ref(mp->cur_mod); }
15132
15133 @ When we begin to process a new \&{if}, we set |if_limit:=if_code|; then
15134 if \&{elseif} or \&{else} or \&{fi} occurs before the current \&{if}
15135 condition has been evaluated, a colon will be inserted.
15136 A construction like `\.{if fi}' would otherwise get \MP\ confused.
15137
15138 @<Push the condition stack@>=
15139 { p=mp_get_node(mp, if_node_size); link(p)=mp->cond_ptr; type(p)=mp->if_limit;
15140   name_type(p)=mp->cur_if; if_line_field(p)=mp->if_line;
15141   mp->cond_ptr=p; mp->if_limit=if_code; mp->if_line=mp_true_line(mp); 
15142   mp->cur_if=if_code;
15143 }
15144
15145 @ @<Pop the condition stack@>=
15146 { p=mp->cond_ptr; mp->if_line=if_line_field(p);
15147   mp->cur_if=name_type(p); mp->if_limit=type(p); mp->cond_ptr=link(p);
15148   mp_free_node(mp, p,if_node_size);
15149 }
15150
15151 @ Here's a procedure that changes the |if_limit| code corresponding to
15152 a given value of |cond_ptr|.
15153
15154 @c void mp_change_if_limit (MP mp,small_number l, pointer p) {
15155   pointer q;
15156   if ( p==mp->cond_ptr ) {
15157     mp->if_limit=l; /* that's the easy case */
15158   } else  { 
15159     q=mp->cond_ptr;
15160     while (1) { 
15161       if ( q==null ) mp_confusion(mp, "if");
15162 @:this can't happen if}{\quad if@>
15163       if ( link(q)==p ) { 
15164         type(q)=l; return;
15165       }
15166       q=link(q);
15167     }
15168   }
15169 }
15170
15171 @ The user is supposed to put colons into the proper parts of conditional
15172 statements. Therefore, \MP\ has to check for their presence.
15173
15174 @c 
15175 void mp_check_colon (MP mp) { 
15176   if ( mp->cur_cmd!=colon ) { 
15177     mp_missing_err(mp, ":");
15178 @.Missing `:'@>
15179     help2("There should've been a colon after the condition.")
15180          ("I shall pretend that one was there.");;
15181     mp_back_error(mp);
15182   }
15183 }
15184
15185 @ A condition is started when the |get_x_next| procedure encounters
15186 an |if_test| command; in that case |get_x_next| calls |conditional|,
15187 which is a recursive procedure.
15188 @^recursion@>
15189
15190 @c void mp_conditional (MP mp) {
15191   pointer save_cond_ptr; /* |cond_ptr| corresponding to this conditional */
15192   int new_if_limit; /* future value of |if_limit| */
15193   pointer p; /* temporary register */
15194   @<Push the condition stack@>; 
15195   save_cond_ptr=mp->cond_ptr;
15196 RESWITCH: 
15197   mp_get_boolean(mp); new_if_limit=else_if_code;
15198   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
15199     @<Display the boolean value of |cur_exp|@>;
15200   }
15201 FOUND: 
15202   mp_check_colon(mp);
15203   if ( mp->cur_exp==true_code ) {
15204     mp_change_if_limit(mp, new_if_limit,save_cond_ptr);
15205     return; /* wait for \&{elseif}, \&{else}, or \&{fi} */
15206   };
15207   @<Skip to \&{elseif} or \&{else} or \&{fi}, then |goto done|@>;
15208 DONE: 
15209   mp->cur_if=mp->cur_mod; mp->if_line=mp_true_line(mp);
15210   if ( mp->cur_mod==fi_code ) {
15211     @<Pop the condition stack@>
15212   } else if ( mp->cur_mod==else_if_code ) {
15213     goto RESWITCH;
15214   } else  { 
15215     mp->cur_exp=true_code; new_if_limit=fi_code; mp_get_x_next(mp); 
15216     goto FOUND;
15217   }
15218 }
15219
15220 @ In a construction like `\&{if} \&{if} \&{true}: $0=1$: \\{foo}
15221 \&{else}: \\{bar} \&{fi}', the first \&{else}
15222 that we come to after learning that the \&{if} is false is not the
15223 \&{else} we're looking for. Hence the following curious logic is needed.
15224
15225 @<Skip to \&{elseif}...@>=
15226 while (1) { 
15227   mp_pass_text(mp);
15228   if ( mp->cond_ptr==save_cond_ptr ) goto DONE;
15229   else if ( mp->cur_mod==fi_code ) @<Pop the condition stack@>;
15230 }
15231
15232
15233 @ @<Display the boolean value...@>=
15234 { mp_begin_diagnostic(mp);
15235   if ( mp->cur_exp==true_code ) mp_print(mp, "{true}");
15236   else mp_print(mp, "{false}");
15237   mp_end_diagnostic(mp, false);
15238 }
15239
15240 @ The processing of conditionals is complete except for the following
15241 code, which is actually part of |get_x_next|. It comes into play when
15242 \&{elseif}, \&{else}, or \&{fi} is scanned.
15243
15244 @<Terminate the current conditional and skip to \&{fi}@>=
15245 if ( mp->cur_mod>mp->if_limit ) {
15246   if ( mp->if_limit==if_code ) { /* condition not yet evaluated */
15247     mp_missing_err(mp, ":");
15248 @.Missing `:'@>
15249     mp_back_input(mp); mp->cur_sym=frozen_colon; mp_ins_error(mp);
15250   } else  { 
15251     print_err("Extra "); mp_print_cmd_mod(mp, fi_or_else,mp->cur_mod);
15252 @.Extra else@>
15253 @.Extra elseif@>
15254 @.Extra fi@>
15255     help1("I'm ignoring this; it doesn't match any if.");
15256     mp_error(mp);
15257   }
15258 } else  { 
15259   while ( mp->cur_mod!=fi_code ) mp_pass_text(mp); /* skip to \&{fi} */
15260   @<Pop the condition stack@>;
15261 }
15262
15263 @* \[34] Iterations.
15264 To bring our treatment of |get_x_next| to a close, we need to consider what
15265 \MP\ does when it sees \&{for}, \&{forsuffixes}, and \&{forever}.
15266
15267 There's a global variable |loop_ptr| that keeps track of the \&{for} loops
15268 that are currently active. If |loop_ptr=null|, no loops are in progress;
15269 otherwise |info(loop_ptr)| points to the iterative text of the current
15270 (innermost) loop, and |link(loop_ptr)| points to the data for any other
15271 loops that enclose the current one.
15272
15273 A loop-control node also has two other fields, called |loop_type| and
15274 |loop_list|, whose contents depend on the type of loop:
15275
15276 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=null| means that |loop_list(loop_ptr)|
15277 points to a list of one-word nodes whose |info| fields point to the
15278 remaining argument values of a suffix list and expression list.
15279
15280 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=mp_void| means that the current loop is
15281 `\&{forever}'.
15282
15283 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=progression_flag| means that
15284 |p=loop_list(loop_ptr)| points to a ``progression node'' and |value(p)|,
15285 |step_size(p)|, and |final_value(p)| contain the data for an arithmetic
15286 progression.
15287
15288 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=p>mp_void| means that |p| points to an edge
15289 header and |loop_list(loop_ptr)| points into the graphical object list for
15290 that edge header.
15291
15292 \yskip\noindent In the case of a progression node, the first word is not used
15293 because the link field of words in the dynamic memory area cannot be arbitrary.
15294
15295 @d loop_list_loc(A) ((A)+1) /* where the |loop_list| field resides */
15296 @d loop_type(A) info(loop_list_loc((A))) /* the type of \&{for} loop */
15297 @d loop_list(A) link(loop_list_loc((A))) /* the remaining list elements */
15298 @d loop_node_size 2 /* the number of words in a loop control node */
15299 @d progression_node_size 4 /* the number of words in a progression node */
15300 @d step_size(A) mp->mem[(A)+2].sc /* the step size in an arithmetic progression */
15301 @d final_value(A) mp->mem[(A)+3].sc /* the final value in an arithmetic progression */
15302 @d progression_flag (null+2)
15303   /* |loop_type| value when |loop_list| points to a progression node */
15304
15305 @<Glob...@>=
15306 pointer loop_ptr; /* top of the loop-control-node stack */
15307
15308 @ @<Set init...@>=
15309 mp->loop_ptr=null;
15310
15311 @ If the expressions that define an arithmetic progression in
15312 a \&{for} loop don't have known numeric values, the |bad_for|
15313 subroutine screams at the user.
15314
15315 @c void mp_bad_for (MP mp, char * s) {
15316   mp_disp_err(mp, null,"Improper "); /* show the bad expression above the message */
15317 @.Improper...replaced by 0@>
15318   mp_print(mp, s); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
15319   help4("When you say `for x=a step b until c',")
15320     ("the initial value `a' and the step size `b'")
15321     ("and the final value `c' must have known numeric values.")
15322     ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
15323   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
15324 };
15325
15326 @ Here's what \MP\ does when \&{for}, \&{forsuffixes}, or \&{forever}
15327 has just been scanned. (This code requires slight familiarity with
15328 expression-parsing routines that we have not yet discussed; but it seems
15329 to belong in the present part of the program, even though the original author
15330 didn't write it until later. The reader may wish to come back to it.)
15331
15332 @c void mp_begin_iteration (MP mp) {
15333   halfword m; /* |expr_base| (\&{for}) or |suffix_base| (\&{forsuffixes}) */
15334   halfword n; /* hash address of the current symbol */
15335   pointer s; /* the new loop-control node */
15336   pointer p; /* substitution list for |scan_toks| */
15337   pointer q;  /* link manipulation register */
15338   pointer pp; /* a new progression node */
15339   m=mp->cur_mod; n=mp->cur_sym; s=mp_get_node(mp, loop_node_size);
15340   if ( m==start_forever ){ 
15341     loop_type(s)=mp_void; p=null; mp_get_x_next(mp);
15342   } else { 
15343     mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size);
15344     info(p)=mp->cur_sym; value(p)=m;
15345     mp_get_x_next(mp);
15346     if ( mp->cur_cmd==within_token ) {
15347       @<Set up a picture iteration@>;
15348     } else { 
15349       @<Check for the |"="| or |":="| in a loop header@>;
15350       @<Scan the values to be used in the loop@>;
15351     }
15352   }
15353   @<Check for the presence of a colon@>;
15354   @<Scan the loop text and put it on the loop control stack@>;
15355   mp_resume_iteration(mp);
15356 }
15357
15358 @ @<Check for the |"="| or |":="| in a loop header@>=
15359 if ( (mp->cur_cmd!=equals)&&(mp->cur_cmd!=assignment) ) { 
15360   mp_missing_err(mp, "=");
15361 @.Missing `='@>
15362   help3("The next thing in this loop should have been `=' or `:='.")
15363     ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
15364     ("was present, and I'll look for the values next.");
15365   mp_back_error(mp);
15366 }
15367
15368 @ @<Check for the presence of a colon@>=
15369 if ( mp->cur_cmd!=colon ) { 
15370   mp_missing_err(mp, ":");
15371 @.Missing `:'@>
15372   help3("The next thing in this loop should have been a `:'.")
15373     ("So I'll pretend that a colon was present;")
15374     ("everything from here to `endfor' will be iterated.");
15375   mp_back_error(mp);
15376 }
15377
15378 @ We append a special |frozen_repeat_loop| token in place of the
15379 `\&{endfor}' at the end of the loop. This will come through \MP's scanner
15380 at the proper time to cause the loop to be repeated.
15381
15382 (If the user tries some shenanigan like `\&{for} $\ldots$ \&{let} \&{endfor}',
15383 he will be foiled by the |get_symbol| routine, which keeps frozen
15384 tokens unchanged. Furthermore the |frozen_repeat_loop| is an \&{outer}
15385 token, so it won't be lost accidentally.)
15386
15387 @ @<Scan the loop text...@>=
15388 q=mp_get_avail(mp); info(q)=frozen_repeat_loop;
15389 mp->scanner_status=loop_defining; mp->warning_info=n;
15390 info(s)=mp_scan_toks(mp, iteration,p,q,0); mp->scanner_status=normal;
15391 link(s)=mp->loop_ptr; mp->loop_ptr=s
15392
15393 @ @<Initialize table...@>=
15394 eq_type(frozen_repeat_loop)=repeat_loop+outer_tag;
15395 text(frozen_repeat_loop)=intern(" ENDFOR");
15396
15397 @ The loop text is inserted into \MP's scanning apparatus by the
15398 |resume_iteration| routine.
15399
15400 @c void mp_resume_iteration (MP mp) {
15401   pointer p,q; /* link registers */
15402   p=loop_type(mp->loop_ptr);
15403   if ( p==progression_flag ) { 
15404     p=loop_list(mp->loop_ptr); /* now |p| points to a progression node */
15405     mp->cur_exp=value(p);
15406     if ( @<The arithmetic progression has ended@> ) {
15407       mp_stop_iteration(mp);
15408       return;
15409     }
15410     mp->cur_type=mp_known; q=mp_stash_cur_exp(mp); /* make |q| an \&{expr} argument */
15411     value(p)=mp->cur_exp+step_size(p); /* set |value(p)| for the next iteration */
15412   } else if ( p==null ) { 
15413     p=loop_list(mp->loop_ptr);
15414     if ( p==null ) {
15415       mp_stop_iteration(mp);
15416       return;
15417     }
15418     loop_list(mp->loop_ptr)=link(p); q=info(p); free_avail(p);
15419   } else if ( p==mp_void ) { 
15420     mp_begin_token_list(mp, info(mp->loop_ptr),forever_text); return;
15421   } else {
15422     @<Make |q| a capsule containing the next picture component from
15423       |loop_list(loop_ptr)| or |goto not_found|@>;
15424   }
15425   mp_begin_token_list(mp, info(mp->loop_ptr),loop_text);
15426   mp_stack_argument(mp, q);
15427   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
15428      @<Trace the start of a loop@>;
15429   }
15430   return;
15431 NOT_FOUND:
15432   mp_stop_iteration(mp);
15433 }
15434
15435 @ @<The arithmetic progression has ended@>=
15436 ((step_size(p)>0)&&(mp->cur_exp>final_value(p)))||
15437  ((step_size(p)<0)&&(mp->cur_exp<final_value(p)))
15438
15439 @ @<Trace the start of a loop@>=
15440
15441   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{loop value=");
15442 @.loop value=n@>
15443   if ( (q!=null)&&(link(q)==mp_void) ) mp_print_exp(mp, q,1);
15444   else mp_show_token_list(mp, q,null,50,0);
15445   mp_print_char(mp, '}'); mp_end_diagnostic(mp, false);
15446 }
15447
15448 @ @<Make |q| a capsule containing the next picture component from...@>=
15449 { q=loop_list(mp->loop_ptr);
15450   if ( q==null ) goto NOT_FOUND;
15451   skip_component(q) goto NOT_FOUND;
15452   mp->cur_exp=mp_copy_objects(mp, loop_list(mp->loop_ptr),q);
15453   mp_init_bbox(mp, mp->cur_exp);
15454   mp->cur_type=mp_picture_type;
15455   loop_list(mp->loop_ptr)=q;
15456   q=mp_stash_cur_exp(mp);
15457 }
15458
15459 @ A level of loop control disappears when |resume_iteration| has decided
15460 not to resume, or when an \&{exitif} construction has removed the loop text
15461 from the input stack.
15462
15463 @c void mp_stop_iteration (MP mp) {
15464   pointer p,q; /* the usual */
15465   p=loop_type(mp->loop_ptr);
15466   if ( p==progression_flag )  {
15467     mp_free_node(mp, loop_list(mp->loop_ptr),progression_node_size);
15468   } else if ( p==null ){ 
15469     q=loop_list(mp->loop_ptr);
15470     while ( q!=null ) {
15471       p=info(q);
15472       if ( p!=null ) {
15473         if ( link(p)==mp_void ) { /* it's an \&{expr} parameter */
15474           mp_recycle_value(mp, p); mp_free_node(mp, p,value_node_size);
15475         } else {
15476           mp_flush_token_list(mp, p); /* it's a \&{suffix} or \&{text} parameter */
15477         }
15478       }
15479       p=q; q=link(q); free_avail(p);
15480     }
15481   } else if ( p>progression_flag ) {
15482     delete_edge_ref(p);
15483   }
15484   p=mp->loop_ptr; mp->loop_ptr=link(p); mp_flush_token_list(mp, info(p));
15485   mp_free_node(mp, p,loop_node_size);
15486 }
15487
15488 @ Now that we know all about loop control, we can finish up
15489 the missing portion of |begin_iteration| and we'll be done.
15490
15491 The following code is performed after the `\.=' has been scanned in
15492 a \&{for} construction (if |m=expr_base|) or a \&{forsuffixes} construction
15493 (if |m=suffix_base|).
15494
15495 @<Scan the values to be used in the loop@>=
15496 loop_type(s)=null; q=loop_list_loc(s); link(q)=null; /* |link(q)=loop_list(s)| */
15497 do {  
15498   mp_get_x_next(mp);
15499   if ( m!=expr_base ) {
15500     mp_scan_suffix(mp);
15501   } else { 
15502     if ( mp->cur_cmd>=colon ) if ( mp->cur_cmd<=comma ) 
15503           goto CONTINUE;
15504     mp_scan_expression(mp);
15505     if ( mp->cur_cmd==step_token ) if ( q==loop_list_loc(s) ) {
15506       @<Prepare for step-until construction and |break|@>;
15507     }
15508     mp->cur_exp=mp_stash_cur_exp(mp);
15509   }
15510   link(q)=mp_get_avail(mp); q=link(q); 
15511   info(q)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
15512 CONTINUE:
15513   ;
15514 } while (mp->cur_cmd==comma)
15515
15516 @ @<Prepare for step-until construction and |break|@>=
15517
15518   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "initial value");
15519   pp=mp_get_node(mp, progression_node_size); value(pp)=mp->cur_exp;
15520   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
15521   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "step size");
15522   step_size(pp)=mp->cur_exp;
15523   if ( mp->cur_cmd!=until_token ) { 
15524     mp_missing_err(mp, "until");
15525 @.Missing `until'@>
15526     help2("I assume you meant to say `until' after `step'.")
15527       ("So I'll look for the final value and colon next.");
15528     mp_back_error(mp);
15529   }
15530   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
15531   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "final value");
15532   final_value(pp)=mp->cur_exp; loop_list(s)=pp;
15533   loop_type(s)=progression_flag; 
15534   break;
15535 }
15536
15537 @ The last case is when we have just seen ``\&{within}'', and we need to
15538 parse a picture expression and prepare to iterate over it.
15539
15540 @<Set up a picture iteration@>=
15541 { mp_get_x_next(mp);
15542   mp_scan_expression(mp);
15543   @<Make sure the current expression is a known picture@>;
15544   loop_type(s)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
15545   q=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
15546   if ( q!= null ) 
15547     if ( is_start_or_stop(q) )
15548       if ( mp_skip_1component(mp, q)==null ) q=link(q);
15549   loop_list(s)=q;
15550 }
15551
15552 @ @<Make sure the current expression is a known picture@>=
15553 if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
15554   mp_disp_err(mp, null,"Improper iteration spec has been replaced by nullpicture");
15555   help1("When you say `for x in p', p must be a known picture.");
15556   mp_put_get_flush_error(mp, mp_get_node(mp, edge_header_size));
15557   mp_init_edges(mp, mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_picture_type;
15558 }
15559
15560 @* \[35] File names.
15561 It's time now to fret about file names.  Besides the fact that different
15562 operating systems treat files in different ways, we must cope with the
15563 fact that completely different naming conventions are used by different
15564 groups of people. The following programs show what is required for one
15565 particular operating system; similar routines for other systems are not
15566 difficult to devise.
15567 @^system dependencies@>
15568
15569 \MP\ assumes that a file name has three parts: the name proper; its
15570 ``extension''; and a ``file area'' where it is found in an external file
15571 system.  The extension of an input file is assumed to be
15572 `\.{.mp}' unless otherwise specified; it is `\.{.log}' on the
15573 transcript file that records each run of \MP; it is `\.{.tfm}' on the font
15574 metric files that describe characters in any fonts created by \MP; it is
15575 `\.{.ps}' or `.{\it nnn}' for some number {\it nnn} on the \ps\ output files;
15576 and it is `\.{.mem}' on the mem files written by \.{INIMP} to initialize \MP.
15577 The file area can be arbitrary on input files, but files are usually
15578 output to the user's current area.  If an input file cannot be
15579 found on the specified area, \MP\ will look for it on a special system
15580 area; this special area is intended for commonly used input files.
15581
15582 Simple uses of \MP\ refer only to file names that have no explicit
15583 extension or area. For example, a person usually says `\.{input} \.{cmr10}'
15584 instead of `\.{input} \.{cmr10.new}'. Simple file
15585 names are best, because they make the \MP\ source files portable;
15586 whenever a file name consists entirely of letters and digits, it should be
15587 treated in the same way by all implementations of \MP. However, users
15588 need the ability to refer to other files in their environment, especially
15589 when responding to error messages concerning unopenable files; therefore
15590 we want to let them use the syntax that appears in their favorite
15591 operating system.
15592
15593 @ \MP\ uses the same conventions that have proved to be satisfactory for
15594 \TeX\ and \MF. In order to isolate the system-dependent aspects of file names,
15595 @^system dependencies@>
15596 the system-independent parts of \MP\ are expressed in terms
15597 of three system-dependent
15598 procedures called |begin_name|, |more_name|, and |end_name|. In
15599 essence, if the user-specified characters of the file name are $c_1\ldots c_n$,
15600 the system-independent driver program does the operations
15601 $$|begin_name|;\,|more_name|(c_1);\,\ldots\,;|more_name|(c_n);
15602 \,|end_name|.$$
15603 These three procedures communicate with each other via global variables.
15604 Afterwards the file name will appear in the string pool as three strings
15605 called |cur_name|\penalty10000\hskip-.05em,
15606 |cur_area|, and |cur_ext|; the latter two are null (i.e.,
15607 |""|), unless they were explicitly specified by the user.
15608
15609 Actually the situation is slightly more complicated, because \MP\ needs
15610 to know when the file name ends. The |more_name| routine is a function
15611 (with side effects) that returns |true| on the calls |more_name|$(c_1)$,
15612 \dots, |more_name|$(c_{n-1})$. The final call |more_name|$(c_n)$
15613 returns |false|; or, it returns |true| and $c_n$ is the last character
15614 on the current input line. In other words,
15615 |more_name| is supposed to return |true| unless it is sure that the
15616 file name has been completely scanned; and |end_name| is supposed to be able
15617 to finish the assembly of |cur_name|, |cur_area|, and |cur_ext| regardless of
15618 whether $|more_name|(c_n)$ returned |true| or |false|.
15619
15620 @<Glob...@>=
15621 char * cur_name; /* name of file just scanned */
15622 char * cur_area; /* file area just scanned, or \.{""} */
15623 char * cur_ext; /* file extension just scanned, or \.{""} */
15624
15625 @ It is easier to maintain reference counts if we assign initial values.
15626
15627 @<Set init...@>=
15628 mp->cur_name=xstrdup(""); 
15629 mp->cur_area=xstrdup(""); 
15630 mp->cur_ext=xstrdup("");
15631
15632 @ @<Dealloc variables@>=
15633 xfree(mp->cur_area);
15634 xfree(mp->cur_name);
15635 xfree(mp->cur_ext);
15636
15637 @ The file names we shall deal with for illustrative purposes have the
15638 following structure:  If the name contains `\.>' or `\.:', the file area
15639 consists of all characters up to and including the final such character;
15640 otherwise the file area is null.  If the remaining file name contains
15641 `\..', the file extension consists of all such characters from the first
15642 remaining `\..' to the end, otherwise the file extension is null.
15643 @^system dependencies@>
15644
15645 We can scan such file names easily by using two global variables that keep track
15646 of the occurrences of area and extension delimiters.  Note that these variables
15647 cannot be of type |pool_pointer| because a string pool compaction could occur
15648 while scanning a file name.
15649
15650 @<Glob...@>=
15651 integer area_delimiter;
15652   /* most recent `\.>' or `\.:' relative to |str_start[str_ptr]| */
15653 integer ext_delimiter; /* the relevant `\..', if any */
15654
15655 @ Input files that can't be found in the user's area may appear in standard
15656 system areas called |MP_area| and |MF_area|.  (The latter is used when the file
15657 extension is |".mf"|.)  The standard system area for font metric files
15658 to be read is |MP_font_area|.
15659 This system area name will, of course, vary from place to place.
15660 @^system dependencies@>
15661
15662 @d MP_area "MPinputs:"
15663 @.MPinputs@>
15664 @d MF_area "MFinputs:"
15665 @.MFinputs@>
15666 @d MP_font_area ""
15667 @.TeXfonts@>
15668
15669 @ Here now is the first of the system-dependent routines for file name scanning.
15670 @^system dependencies@>
15671
15672 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15673 void mp_begin_name (MP mp) { 
15674   xfree(mp->cur_name); 
15675   xfree(mp->cur_area); 
15676   xfree(mp->cur_ext);
15677   mp->area_delimiter=-1; 
15678   mp->ext_delimiter=-1;
15679 }
15680
15681 @ And here's the second.
15682 @^system dependencies@>
15683
15684 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15685 boolean mp_more_name (MP mp, ASCII_code c) { 
15686   if (c==' ') {
15687     return false;
15688   } else { 
15689     if ( (c=='>')||(c==':') ) { 
15690       mp->area_delimiter=mp->pool_ptr; 
15691       mp->ext_delimiter=-1;
15692     } else if ( (c=='.')&&(mp->ext_delimiter<0) ) {
15693       mp->ext_delimiter=mp->pool_ptr;
15694     }
15695     str_room(1); append_char(c); /* contribute |c| to the current string */
15696     return true;
15697   }
15698 }
15699
15700 @ The third.
15701 @^system dependencies@>
15702
15703 @d copy_pool_segment(A,B,C) { 
15704       A = xmalloc(C+1,sizeof(char)); 
15705       strncpy(A,(char *)(mp->str_pool+B),C);  
15706       A[C] = 0;}
15707
15708 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15709 void mp_end_name (MP mp) {
15710   pool_pointer s; /* length of area, name, and extension */
15711   unsigned int len;
15712   /* "my/w.mp" */
15713   s = mp->str_start[mp->str_ptr];
15714   if ( mp->area_delimiter<0 ) {    
15715     mp->cur_area=xstrdup("");
15716   } else {
15717     len = mp->area_delimiter-s; 
15718     copy_pool_segment(mp->cur_area,s,len);
15719     s += len+1;
15720   }
15721   if ( mp->ext_delimiter<0 ) {
15722     mp->cur_ext=xstrdup("");
15723     len = mp->pool_ptr-s; 
15724   } else {
15725     copy_pool_segment(mp->cur_ext,mp->ext_delimiter,(mp->pool_ptr-mp->ext_delimiter));
15726     len = mp->ext_delimiter-s;
15727   }
15728   copy_pool_segment(mp->cur_name,s,len);
15729   mp->pool_ptr=s; /* don't need this partial string */
15730 }
15731
15732 @ Conversely, here is a routine that takes three strings and prints a file
15733 name that might have produced them. (The routine is system dependent, because
15734 some operating systems put the file area last instead of first.)
15735 @^system dependencies@>
15736
15737 @<Basic printing...@>=
15738 void mp_print_file_name (MP mp, char * n, char * a, char * e) { 
15739   mp_print(mp, a); mp_print(mp, n); mp_print(mp, e);
15740 };
15741
15742 @ Another system-dependent routine is needed to convert three internal
15743 \MP\ strings
15744 to the |name_of_file| value that is used to open files. The present code
15745 allows both lowercase and uppercase letters in the file name.
15746 @^system dependencies@>
15747
15748 @d append_to_name(A) { c=(A); 
15749   if ( k<file_name_size ) {
15750     mp->name_of_file[k]=xchr(c);
15751     incr(k);
15752   }
15753 }
15754
15755 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15756 void mp_pack_file_name (MP mp, char *n, char *a, char *e) {
15757   integer k; /* number of positions filled in |name_of_file| */
15758   ASCII_code c; /* character being packed */
15759   char *j; /* a character  index */
15760   k=0;
15761   assert(n);
15762   if (a!=NULL) {
15763     for (j=a;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15764   }
15765   for (j=n;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15766   if (e!=NULL) {
15767     for (j=e;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15768   }
15769   mp->name_of_file[k]=0;
15770   mp->name_length=k; 
15771 }
15772
15773 @ @<Internal library declarations@>=
15774 void mp_pack_file_name (MP mp, char *n, char *a, char *e) ;
15775
15776 @ A messier routine is also needed, since mem file names must be scanned
15777 before \MP's string mechanism has been initialized. We shall use the
15778 global variable |MP_mem_default| to supply the text for default system areas
15779 and extensions related to mem files.
15780 @^system dependencies@>
15781
15782 @d mem_default_length 9 /* length of the |MP_mem_default| string */
15783 @d mem_ext_length 4 /* length of its `\.{.mem}' part */
15784 @d mem_extension ".mem" /* the extension, as a \.{WEB} constant */
15785
15786 @<Glob...@>=
15787 char *MP_mem_default;
15788 char *mem_name; /* for commandline */
15789
15790 @ @<Option variables@>=
15791 char *mem_name; /* for commandline */
15792
15793 @ @<Allocate or initialize ...@>=
15794 mp->MP_mem_default = xstrdup("plain.mem");
15795 mp->mem_name = xstrdup(opt->mem_name);
15796 @.plain@>
15797 @^system dependencies@>
15798
15799 @ @<Dealloc variables@>=
15800 xfree(mp->MP_mem_default);
15801 xfree(mp->mem_name);
15802
15803 @ @<Check the ``constant'' values for consistency@>=
15804 if ( mem_default_length>file_name_size ) mp->bad=20;
15805
15806 @ Here is the messy routine that was just mentioned. It sets |name_of_file|
15807 from the first |n| characters of |MP_mem_default|, followed by
15808 |buffer[a..b-1]|, followed by the last |mem_ext_length| characters of
15809 |MP_mem_default|.
15810
15811 We dare not give error messages here, since \MP\ calls this routine before
15812 the |error| routine is ready to roll. Instead, we simply drop excess characters,
15813 since the error will be detected in another way when a strange file name
15814 isn't found.
15815 @^system dependencies@>
15816
15817 @c void mp_pack_buffered_name (MP mp,small_number n, integer a,
15818                                integer b) {
15819   integer k; /* number of positions filled in |name_of_file| */
15820   ASCII_code c; /* character being packed */
15821   integer j; /* index into |buffer| or |MP_mem_default| */
15822   if ( n+b-a+1+mem_ext_length>file_name_size )
15823     b=a+file_name_size-n-1-mem_ext_length;
15824   k=0;
15825   for (j=0;j<n;j++) {
15826     append_to_name(xord((int)mp->MP_mem_default[j]));
15827   }
15828   for (j=a;j<b;j++) {
15829     append_to_name(mp->buffer[j]);
15830   }
15831   for (j=mem_default_length-mem_ext_length;
15832       j<mem_default_length;j++) {
15833     append_to_name(xord((int)mp->MP_mem_default[j]));
15834   } 
15835   mp->name_of_file[k]=0;
15836   mp->name_length=k; 
15837 }
15838
15839 @ Here is the only place we use |pack_buffered_name|. This part of the program
15840 becomes active when a ``virgin'' \MP\ is trying to get going, just after
15841 the preliminary initialization, or when the user is substituting another
15842 mem file by typing `\.\&' after the initial `\.{**}' prompt.  The buffer
15843 contains the first line of input in |buffer[loc..(last-1)]|, where
15844 |loc<last| and |buffer[loc]<>" "|.
15845
15846 @<Declarations@>=
15847 boolean mp_open_mem_file (MP mp) ;
15848
15849 @ @c
15850 boolean mp_open_mem_file (MP mp) {
15851   int j; /* the first space after the file name */
15852   if (mp->mem_name!=NULL) {
15853     mp->mem_file = mp_open_file(mp, mp->mem_name, "rb", mp_filetype_memfile);
15854     if ( mp->mem_file ) return true;
15855   }
15856   j=loc;
15857   if ( mp->buffer[loc]=='&' ) {
15858     incr(loc); j=loc; mp->buffer[mp->last]=' ';
15859     while ( mp->buffer[j]!=' ' ) incr(j);
15860     mp_pack_buffered_name(mp, 0,loc,j); /* try first without the system file area */
15861     if ( mp_w_open_in(mp, &mp->mem_file) ) goto FOUND;
15862     wake_up_terminal;
15863     wterm_ln("Sorry, I can\'t find that mem file; will try PLAIN.");
15864 @.Sorry, I can't find...@>
15865     update_terminal;
15866   }
15867   /* now pull out all the stops: try for the system \.{plain} file */
15868   mp_pack_buffered_name(mp, mem_default_length-mem_ext_length,0,0);
15869   if ( ! mp_w_open_in(mp, &mp->mem_file) ) {
15870     wake_up_terminal;
15871     wterm_ln("I can\'t find the PLAIN mem file!\n");
15872 @.I can't find PLAIN...@>
15873 @.plain@>
15874     return false;
15875   }
15876 FOUND:
15877   loc=j; return true;
15878 }
15879
15880 @ Operating systems often make it possible to determine the exact name (and
15881 possible version number) of a file that has been opened. The following routine,
15882 which simply makes a \MP\ string from the value of |name_of_file|, should
15883 ideally be changed to deduce the full name of file~|f|, which is the file
15884 most recently opened, if it is possible to do this in a \PASCAL\ program.
15885 @^system dependencies@>
15886
15887 @<Declarations@>=
15888 #define mp_a_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
15889 #define mp_b_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
15890 #define mp_w_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
15891
15892 @ @c 
15893 str_number mp_make_name_string (MP mp) {
15894   int k; /* index into |name_of_file| */
15895   str_room(mp->name_length);
15896   for (k=0;k<mp->name_length;k++) {
15897     append_char(xord((int)mp->name_of_file[k]));
15898   }
15899   return mp_make_string(mp);
15900 }
15901
15902 @ Now let's consider the ``driver''
15903 routines by which \MP\ deals with file names
15904 in a system-independent manner.  First comes a procedure that looks for a
15905 file name in the input by taking the information from the input buffer.
15906 (We can't use |get_next|, because the conversion to tokens would
15907 destroy necessary information.)
15908
15909 This procedure doesn't allow semicolons or percent signs to be part of
15910 file names, because of other conventions of \MP.
15911 {\sl The {\logos METAFONT\/}book} doesn't
15912 use semicolons or percents immediately after file names, but some users
15913 no doubt will find it natural to do so; therefore system-dependent
15914 changes to allow such characters in file names should probably
15915 be made with reluctance, and only when an entire file name that
15916 includes special characters is ``quoted'' somehow.
15917 @^system dependencies@>
15918
15919 @c void mp_scan_file_name (MP mp) { 
15920   mp_begin_name(mp);
15921   while ( mp->buffer[loc]==' ' ) incr(loc);
15922   while (1) { 
15923     if ( (mp->buffer[loc]==';')||(mp->buffer[loc]=='%') ) break;
15924     if ( ! mp_more_name(mp, mp->buffer[loc]) ) break;
15925     incr(loc);
15926   }
15927   mp_end_name(mp);
15928 }
15929
15930 @ Here is another version that takes its input from a string.
15931
15932 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15933 void mp_str_scan_file (MP mp,  str_number s) {
15934   pool_pointer p,q; /* current position and stopping point */
15935   mp_begin_name(mp);
15936   p=mp->str_start[s]; q=str_stop(s);
15937   while ( p<q ){ 
15938     if ( ! mp_more_name(mp, mp->str_pool[p]) ) break;
15939     incr(p);
15940   }
15941   mp_end_name(mp);
15942 }
15943
15944 @ And one that reads from a |char*|.
15945
15946 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15947 void mp_ptr_scan_file (MP mp,  char *s) {
15948   char *p, *q; /* current position and stopping point */
15949   mp_begin_name(mp);
15950   p=s; q=p+strlen(s);
15951   while ( p<q ){ 
15952     if ( ! mp_more_name(mp, *p)) break;
15953     p++;
15954   }
15955   mp_end_name(mp);
15956 }
15957
15958
15959 @ The global variable |job_name| contains the file name that was first
15960 \&{input} by the user. This name is extended by `\.{.log}' and `\.{ps}' and
15961 `\.{.mem}' and `\.{.tfm}' in order to make the names of \MP's output files.
15962
15963 @<Glob...@>=
15964 char *job_name; /* principal file name */
15965 boolean log_opened; /* has the transcript file been opened? */
15966 char *log_name; /* full name of the log file */
15967
15968 @ @<Option variables@>=
15969 char *job_name; /* principal file name */
15970
15971 @ Initially |job_name=NULL|; it becomes nonzero as soon as the true name is known.
15972 We have |job_name=NULL| if and only if the `\.{log}' file has not been opened,
15973 except of course for a short time just after |job_name| has become nonzero.
15974
15975 @<Allocate or ...@>=
15976 mp->job_name=opt->job_name; 
15977 mp->log_opened=false;
15978
15979 @ @<Dealloc variables@>=
15980 xfree(mp->job_name);
15981
15982 @ Here is a routine that manufactures the output file names, assuming that
15983 |job_name<>0|. It ignores and changes the current settings of |cur_area|
15984 and |cur_ext|.
15985
15986 @d pack_cur_name mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area,mp->cur_ext)
15987
15988 @<Declarations@>=
15989 void mp_pack_job_name (MP mp, char *s) ;
15990
15991 @ @c void mp_pack_job_name (MP mp, char  *s) { /* |s = ".log"|, |".mem"|, |".ps"|, or .\\{nnn} */
15992   xfree(mp->cur_name); mp->cur_name=xstrdup(mp->job_name);
15993   xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(""); 
15994   xfree(mp->cur_ext);  mp->cur_ext=xstrdup(s);
15995   pack_cur_name;
15996 }
15997
15998 @ If some trouble arises when \MP\ tries to open a file, the following
15999 routine calls upon the user to supply another file name. Parameter~|s|
16000 is used in the error message to identify the type of file; parameter~|e|
16001 is the default extension if none is given. Upon exit from the routine,
16002 variables |cur_name|, |cur_area|, |cur_ext|, and |name_of_file| are
16003 ready for another attempt at file opening.
16004
16005 @<Declarations@>=
16006 void mp_prompt_file_name (MP mp,char * s, char * e) ;
16007
16008 @ @c void mp_prompt_file_name (MP mp,char * s, char * e) {
16009   size_t k; /* index into |buffer| */
16010   char * saved_cur_name;
16011   if ( mp->interaction==mp_scroll_mode ) 
16012         wake_up_terminal;
16013   if (strcmp(s,"input file name")==0) {
16014         print_err("I can\'t find file `");
16015 @.I can't find file x@>
16016   } else {
16017         print_err("I can\'t write on file `");
16018   }
16019 @.I can't write on file x@>
16020   mp_print_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area,mp->cur_ext); 
16021   mp_print(mp, "'.");
16022   if (strcmp(e,"")==0) 
16023         mp_show_context(mp);
16024   mp_print_nl(mp, "Please type another "); mp_print(mp, s);
16025 @.Please type...@>
16026   if ( mp->interaction<mp_scroll_mode )
16027     mp_fatal_error(mp, "*** (job aborted, file error in nonstop mode)");
16028 @.job aborted, file error...@>
16029   saved_cur_name = xstrdup(mp->cur_name);
16030   clear_terminal; prompt_input(": "); @<Scan file name in the buffer@>;
16031   if (strcmp(mp->cur_ext,"")==0) 
16032         mp->cur_ext=e;
16033   if (strlen(mp->cur_name)==0) {
16034     mp->cur_name=saved_cur_name;
16035   } else {
16036     xfree(saved_cur_name);
16037   }
16038   pack_cur_name;
16039 }
16040
16041 @ @<Scan file name in the buffer@>=
16042
16043   mp_begin_name(mp); k=mp->first;
16044   while ( (mp->buffer[k]==' ')&&(k<mp->last) ) incr(k);
16045   while (1) { 
16046     if ( k==mp->last ) break;
16047     if ( ! mp_more_name(mp, mp->buffer[k]) ) break;
16048     incr(k);
16049   }
16050   mp_end_name(mp);
16051 }
16052
16053 @ The |open_log_file| routine is used to open the transcript file and to help
16054 it catch up to what has previously been printed on the terminal.
16055
16056 @c void mp_open_log_file (MP mp) {
16057   int old_setting; /* previous |selector| setting */
16058   int k; /* index into |months| and |buffer| */
16059   int l; /* end of first input line */
16060   integer m; /* the current month */
16061   char *months="JANFEBMARAPRMAYJUNJULAUGSEPOCTNOVDEC"; 
16062     /* abbreviations of month names */
16063   old_setting=mp->selector;
16064   if ( mp->job_name==NULL ) {
16065      mp->job_name=xstrdup("mpout");
16066   }
16067   mp_pack_job_name(mp,".log");
16068   while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->log_file, mp_filetype_log) ) {
16069     @<Try to get a different log file name@>;
16070   }
16071   mp->log_name=xstrdup(mp->name_of_file);
16072   mp->selector=log_only; mp->log_opened=true;
16073   @<Print the banner line, including the date and time@>;
16074   mp->input_stack[mp->input_ptr]=mp->cur_input; 
16075     /* make sure bottom level is in memory */
16076   mp_print_nl(mp, "**");
16077 @.**@>
16078   l=mp->input_stack[0].limit_field-1; /* last position of first line */
16079   for (k=0;k<=l;k++) mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
16080   mp_print_ln(mp); /* now the transcript file contains the first line of input */
16081   mp->selector=old_setting+2; /* |log_only| or |term_and_log| */
16082 }
16083
16084 @ @<Dealloc variables@>=
16085 xfree(mp->log_name);
16086
16087 @ Sometimes |open_log_file| is called at awkward moments when \MP\ is
16088 unable to print error messages or even to |show_context|.
16089 The |prompt_file_name| routine can result in a |fatal_error|, but the |error|
16090 routine will not be invoked because |log_opened| will be false.
16091
16092 The normal idea of |mp_batch_mode| is that nothing at all should be written
16093 on the terminal. However, in the unusual case that
16094 no log file could be opened, we make an exception and allow
16095 an explanatory message to be seen.
16096
16097 Incidentally, the program always refers to the log file as a `\.{transcript
16098 file}', because some systems cannot use the extension `\.{.log}' for
16099 this file.
16100
16101 @<Try to get a different log file name@>=
16102 {  
16103   mp->selector=term_only;
16104   mp_prompt_file_name(mp, "transcript file name",".log");
16105 }
16106
16107 @ @<Print the banner...@>=
16108
16109   wlog(banner);
16110   mp_print(mp, mp->mem_ident); mp_print(mp, "  ");
16111   mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day])); 
16112   mp_print_char(mp, ' ');
16113   m=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]);
16114   for (k=3*m-3;k<3*m;k++) { wlog_chr(months[k]); }
16115   mp_print_char(mp, ' '); 
16116   mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year])); 
16117   mp_print_char(mp, ' ');
16118   m=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]);
16119   mp_print_dd(mp, m / 60); mp_print_char(mp, ':'); mp_print_dd(mp, m % 60);
16120 }
16121
16122 @ The |try_extension| function tries to open an input file determined by
16123 |cur_name|, |cur_area|, and the argument |ext|.  It returns |false| if it
16124 can't find the file in |cur_area| or the appropriate system area.
16125
16126 @c boolean mp_try_extension (MP mp,char *ext) { 
16127   mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area, ext);
16128   in_name=xstrdup(mp->cur_name); 
16129   in_area=xstrdup(mp->cur_area);
16130   if ( mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program) ) {
16131     return true;
16132   } else { 
16133     if (strcmp(ext,".mf")==0 ) in_area=xstrdup(MF_area);
16134     else in_area=xstrdup(MP_area);
16135     mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,in_area,ext);
16136     return mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program);
16137   }
16138   return false;
16139 }
16140
16141 @ Let's turn now to the procedure that is used to initiate file reading
16142 when an `\.{input}' command is being processed.
16143
16144 @c void mp_start_input (MP mp) { /* \MP\ will \.{input} something */
16145   char *fname = NULL;
16146   @<Put the desired file name in |(cur_name,cur_ext,cur_area)|@>;
16147   while (1) { 
16148     mp_begin_file_reading(mp); /* set up |cur_file| and new level of input */
16149     if ( strlen(mp->cur_ext)==0 ) {
16150       if ( mp_try_extension(mp, ".mp") ) break;
16151       else if ( mp_try_extension(mp, "") ) break;
16152       else if ( mp_try_extension(mp, ".mf") ) break;
16153       /* |else do_nothing; | */
16154     } else if ( mp_try_extension(mp, mp->cur_ext) ) {
16155       break;
16156     }
16157     mp_end_file_reading(mp); /* remove the level that didn't work */
16158     mp_prompt_file_name(mp, "input file name","");
16159   }
16160   name=mp_a_make_name_string(mp, cur_file);
16161   fname = xstrdup(mp->name_of_file);
16162   if ( mp->job_name==NULL ) {
16163     mp->job_name=xstrdup(mp->cur_name); 
16164     mp_open_log_file(mp);
16165   } /* |open_log_file| doesn't |show_context|, so |limit|
16166         and |loc| needn't be set to meaningful values yet */
16167   if ( ((int)mp->term_offset+(int)strlen(fname)) > (mp->max_print_line-2)) mp_print_ln(mp);
16168   else if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_char(mp, ' ');
16169   mp_print_char(mp, '('); incr(mp->open_parens); mp_print(mp, fname); 
16170   xfree(fname);
16171   update_terminal;
16172   @<Flush |name| and replace it with |cur_name| if it won't be needed@>;
16173   @<Read the first line of the new file@>;
16174 }
16175
16176 @ This code should be omitted if |a_make_name_string| returns something other
16177 than just a copy of its argument and the full file name is needed for opening
16178 \.{MPX} files or implementing the switch-to-editor option.
16179 @^system dependencies@>
16180
16181 @<Flush |name| and replace it with |cur_name| if it won't be needed@>=
16182 mp_flush_string(mp, name); name=rts(mp->cur_name); xfree(mp->cur_name)
16183
16184 @ Here we have to remember to tell the |input_ln| routine not to
16185 start with a |get|. If the file is empty, it is considered to
16186 contain a single blank line.
16187 @^system dependencies@>
16188
16189 @<Read the first line...@>=
16190
16191   line=1;
16192   (void)mp_input_ln(mp, cur_file,false); 
16193   mp_firm_up_the_line(mp);
16194   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start;
16195 }
16196
16197 @ @<Put the desired file name in |(cur_name,cur_ext,cur_area)|@>=
16198 while ( token_state &&(loc==null) ) mp_end_token_list(mp);
16199 if ( token_state ) { 
16200   print_err("File names can't appear within macros");
16201 @.File names can't...@>
16202   help3("Sorry...I've converted what follows to tokens,")
16203     ("possibly garbaging the name you gave.")
16204     ("Please delete the tokens and insert the name again.");
16205   mp_error(mp);
16206 }
16207 if ( file_state ) {
16208   mp_scan_file_name(mp);
16209 } else { 
16210    xfree(mp->cur_name); mp->cur_name=xstrdup(""); 
16211    xfree(mp->cur_ext);  mp->cur_ext =xstrdup(""); 
16212    xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(""); 
16213 }
16214
16215 @ Sometimes we need to deal with two file names at once.  This procedure
16216 copies the given string into a special array for an old file name.
16217
16218 @c void mp_copy_old_name (MP mp,str_number s) {
16219   integer k; /* number of positions filled in |old_file_name| */
16220   pool_pointer j; /* index into |str_pool| */
16221   k=0;
16222   for (j=mp->str_start[s];j<=str_stop(s)-1;j++) { 
16223     incr(k);
16224     if ( k<=file_name_size ) 
16225       mp->old_file_name[k]=xchr(mp->str_pool[j]);
16226   }
16227   mp->old_file_name[++k] = 0;
16228 }
16229
16230 @ @<Glob...@>=
16231 char old_file_name[file_name_size+1];  /* analogous to |name_of_file| */
16232
16233 @ The following simple routine starts reading the \.{MPX} file associated
16234 with the current input file.
16235
16236 @c void mp_start_mpx_input (MP mp) {
16237   mp_pack_file_name(mp, in_name, in_area, ".mpx");
16238   @<Try to make sure |name_of_file| refers to a valid \.{MPX} file and
16239     |goto not_found| if there is a problem@>;
16240   mp_begin_file_reading(mp);
16241   if ( ! mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program) ) {
16242     mp_end_file_reading(mp);
16243     goto NOT_FOUND;
16244   }
16245   name=mp_a_make_name_string(mp, cur_file);
16246   mp->mpx_name[index]=name; add_str_ref(name);
16247   @<Read the first line of the new file@>;
16248   return;
16249 NOT_FOUND: 
16250     @<Explain that the \.{MPX} file can't be read and |succumb|@>;
16251 }
16252
16253 @ This should ideally be changed to do whatever is necessary to create the
16254 \.{MPX} file given by |name_of_file| if it does not exist or if it is out
16255 of date.  This requires invoking \.{MPtoTeX} on the |old_file_name| and passing
16256 the results through \TeX\ and \.{DVItoMP}.  (It is possible to use a
16257 completely different typesetting program if suitable postprocessor is
16258 available to perform the function of \.{DVItoMP}.)
16259 @^system dependencies@>
16260
16261 @ @<Exported types@>=
16262 typedef int (*mp_run_make_mpx_command)(MP mp, char *origname, char *mtxname);
16263
16264 @ @<Glob...@>=
16265 mp_run_make_mpx_command run_make_mpx;
16266
16267 @ @<Option variables@>=
16268 mp_run_make_mpx_command run_make_mpx;
16269
16270 @ @<Allocate or initialize ...@>=
16271 set_callback_option(run_make_mpx);
16272
16273 @ @<Internal library declarations@>=
16274 int mp_run_make_mpx (MP mp, char *origname, char *mtxname);
16275
16276 @ The default does nothing.
16277 @c 
16278 int mp_run_make_mpx (MP mp, char *origname, char *mtxname) {
16279   if (mp && origname && mtxname) /* for -W */
16280     return false;
16281   return false;
16282 }
16283
16284
16285
16286 @ @<Try to make sure |name_of_file| refers to a valid \.{MPX} file and
16287   |goto not_found| if there is a problem@>=
16288 mp_copy_old_name(mp, name);
16289 if (!(mp->run_make_mpx)(mp, mp->old_file_name, mp->name_of_file))
16290    goto NOT_FOUND
16291
16292 @ @<Explain that the \.{MPX} file can't be read and |succumb|@>=
16293 if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
16294 mp_print_nl(mp, ">> ");
16295 mp_print(mp, mp->old_file_name);
16296 mp_print_nl(mp, ">> ");
16297 mp_print(mp, mp->name_of_file);
16298 mp_print_nl(mp, "! Unable to make mpx file");
16299 help4("The two files given above are one of your source files")
16300   ("and an auxiliary file I need to read to find out what your")
16301   ("btex..etex blocks mean. If you don't know why I had trouble,")
16302   ("try running it manually through MPtoTeX, TeX, and DVItoMP");
16303 succumb;
16304
16305 @ The last file-opening commands are for files accessed via the \&{readfrom}
16306 @:read_from_}{\&{readfrom} primitive@>
16307 operator and the \&{write} command.  Such files are stored in separate arrays.
16308 @:write_}{\&{write} primitive@>
16309
16310 @<Types in the outer block@>=
16311 typedef unsigned int readf_index; /* |0..max_read_files| */
16312 typedef unsigned int write_index;  /* |0..max_write_files| */
16313
16314 @ @<Glob...@>=
16315 readf_index max_read_files; /* maximum number of simultaneously open \&{readfrom} files */
16316 FILE ** rd_file; /* \&{readfrom} files */
16317 char ** rd_fname; /* corresponding file name or 0 if file not open */
16318 readf_index read_files; /* number of valid entries in the above arrays */
16319 write_index max_write_files; /* maximum number of simultaneously open \&{write} */
16320 FILE ** wr_file; /* \&{write} files */
16321 char ** wr_fname; /* corresponding file name or 0 if file not open */
16322 write_index write_files; /* number of valid entries in the above arrays */
16323
16324 @ @<Allocate or initialize ...@>=
16325 mp->max_read_files=8;
16326 mp->rd_file = xmalloc((mp->max_read_files+1),sizeof(FILE *));
16327 mp->rd_fname = xmalloc((mp->max_read_files+1),sizeof(char *));
16328 memset(mp->rd_fname, 0, sizeof(char *)*(mp->max_read_files+1));
16329 mp->read_files=0;
16330 mp->max_write_files=8;
16331 mp->wr_file = xmalloc((mp->max_write_files+1),sizeof(FILE *));
16332 mp->wr_fname = xmalloc((mp->max_write_files+1),sizeof(char *));
16333 memset(mp->wr_fname, 0, sizeof(char *)*(mp->max_write_files+1));
16334 mp->write_files=0;
16335
16336
16337 @ This routine starts reading the file named by string~|s| without setting
16338 |loc|, |limit|, or |name|.  It returns |false| if the file is empty or cannot
16339 be opened.  Otherwise it updates |rd_file[n]| and |rd_fname[n]|.
16340
16341 @c boolean mp_start_read_input (MP mp,char *s, readf_index  n) {
16342   mp_ptr_scan_file(mp, s);
16343   pack_cur_name;
16344   mp_begin_file_reading(mp);
16345   if ( ! mp_a_open_in(mp, &mp->rd_file[n], mp_filetype_text) ) 
16346         goto NOT_FOUND;
16347   if ( ! mp_input_ln(mp, mp->rd_file[n], false) ) {
16348     fclose(mp->rd_file[n]); 
16349         goto NOT_FOUND; 
16350   }
16351   mp->rd_fname[n]=xstrdup(mp->name_of_file);
16352   return true;
16353 NOT_FOUND: 
16354   mp_end_file_reading(mp);
16355   return false;
16356 }
16357
16358 @ Open |wr_file[n]| using file name~|s| and update |wr_fname[n]|.
16359
16360 @<Declarations@>=
16361 void mp_open_write_file (MP mp, char *s, readf_index  n) ;
16362
16363 @ @c void mp_open_write_file (MP mp,char *s, readf_index  n) {
16364   mp_ptr_scan_file(mp, s);
16365   pack_cur_name;
16366   while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->wr_file[n], mp_filetype_text) )
16367     mp_prompt_file_name(mp, "file name for write output","");
16368   mp->wr_fname[n]=xstrdup(mp->name_of_file);
16369 }
16370
16371
16372 @* \[36] Introduction to the parsing routines.
16373 We come now to the central nervous system that sparks many of \MP's activities.
16374 By evaluating expressions, from their primary constituents to ever larger
16375 subexpressions, \MP\ builds the structures that ultimately define complete
16376 pictures or fonts of type.
16377
16378 Four mutually recursive subroutines are involved in this process: We call them
16379 $$\hbox{|scan_primary|, |scan_secondary|, |scan_tertiary|,
16380 and |scan_expression|.}$$
16381 @^recursion@>
16382 Each of them is parameterless and begins with the first token to be scanned
16383 already represented in |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|. After execution,
16384 the value of the primary or secondary or tertiary or expression that was
16385 found will appear in the global variables |cur_type| and |cur_exp|. The
16386 token following the expression will be represented in |cur_cmd|, |cur_mod|,
16387 and |cur_sym|.
16388
16389 Technically speaking, the parsing algorithms are ``LL(1),'' more or less;
16390 backup mechanisms have been added in order to provide reasonable error
16391 recovery.
16392
16393 @<Glob...@>=
16394 small_number cur_type; /* the type of the expression just found */
16395 integer cur_exp; /* the value of the expression just found */
16396
16397 @ @<Set init...@>=
16398 mp->cur_exp=0;
16399
16400 @ Many different kinds of expressions are possible, so it is wise to have
16401 precise descriptions of what |cur_type| and |cur_exp| mean in all cases:
16402
16403 \smallskip\hang
16404 |cur_type=mp_vacuous| means that this expression didn't turn out to have a
16405 value at all, because it arose from a \&{begingroup}$\,\ldots\,$\&{endgroup}
16406 construction in which there was no expression before the \&{endgroup}.
16407 In this case |cur_exp| has some irrelevant value.
16408
16409 \smallskip\hang
16410 |cur_type=mp_boolean_type| means that |cur_exp| is either |true_code|
16411 or |false_code|.
16412
16413 \smallskip\hang
16414 |cur_type=mp_unknown_boolean| means that |cur_exp| points to a capsule
16415 node that is in the ring of variables equivalent
16416 to at least one undefined boolean variable.
16417
16418 \smallskip\hang
16419 |cur_type=mp_string_type| means that |cur_exp| is a string number (i.e., an
16420 integer in the range |0<=cur_exp<str_ptr|). That string's reference count
16421 includes this particular reference.
16422
16423 \smallskip\hang
16424 |cur_type=mp_unknown_string| means that |cur_exp| points to a capsule
16425 node that is in the ring of variables equivalent
16426 to at least one undefined string variable.
16427
16428 \smallskip\hang
16429 |cur_type=mp_pen_type| means that |cur_exp| points to a node in a pen.  Nobody
16430 else points to any of the nodes in this pen.  The pen may be polygonal or
16431 elliptical.
16432
16433 \smallskip\hang
16434 |cur_type=mp_unknown_pen| means that |cur_exp| points to a capsule
16435 node that is in the ring of variables equivalent
16436 to at least one undefined pen variable.
16437
16438 \smallskip\hang
16439 |cur_type=mp_path_type| means that |cur_exp| points to a the first node of
16440 a path; nobody else points to this particular path. The control points of
16441 the path will have been chosen.
16442
16443 \smallskip\hang
16444 |cur_type=mp_unknown_path| means that |cur_exp| points to a capsule
16445 node that is in the ring of variables equivalent
16446 to at least one undefined path variable.
16447
16448 \smallskip\hang
16449 |cur_type=mp_picture_type| means that |cur_exp| points to an edge header node.
16450 There may be other pointers to this particular set of edges.  The header node
16451 contains a reference count that includes this particular reference.
16452
16453 \smallskip\hang
16454 |cur_type=mp_unknown_picture| means that |cur_exp| points to a capsule
16455 node that is in the ring of variables equivalent
16456 to at least one undefined picture variable.
16457
16458 \smallskip\hang
16459 |cur_type=mp_transform_type| means that |cur_exp| points to a |mp_transform_type|
16460 capsule node. The |value| part of this capsule
16461 points to a transform node that contains six numeric values,
16462 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16463
16464 \smallskip\hang
16465 |cur_type=mp_color_type| means that |cur_exp| points to a |color_type|
16466 capsule node. The |value| part of this capsule
16467 points to a color node that contains three numeric values,
16468 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16469
16470 \smallskip\hang
16471 |cur_type=mp_cmykcolor_type| means that |cur_exp| points to a |mp_cmykcolor_type|
16472 capsule node. The |value| part of this capsule
16473 points to a color node that contains four numeric values,
16474 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16475
16476 \smallskip\hang
16477 |cur_type=mp_pair_type| means that |cur_exp| points to a capsule
16478 node whose type is |mp_pair_type|. The |value| part of this capsule
16479 points to a pair node that contains two numeric values,
16480 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16481
16482 \smallskip\hang
16483 |cur_type=mp_known| means that |cur_exp| is a |scaled| value.
16484
16485 \smallskip\hang
16486 |cur_type=mp_dependent| means that |cur_exp| points to a capsule node whose type
16487 is |dependent|. The |dep_list| field in this capsule points to the associated
16488 dependency list.
16489
16490 \smallskip\hang
16491 |cur_type=mp_proto_dependent| means that |cur_exp| points to a |mp_proto_dependent|
16492 capsule node. The |dep_list| field in this capsule
16493 points to the associated dependency list.
16494
16495 \smallskip\hang
16496 |cur_type=independent| means that |cur_exp| points to a capsule node
16497 whose type is |independent|. This somewhat unusual case can arise, for
16498 example, in the expression
16499 `$x+\&{begingroup}\penalty0\,\&{string}\,x; 0\,\&{endgroup}$'.
16500
16501 \smallskip\hang
16502 |cur_type=mp_token_list| means that |cur_exp| points to a linked list of
16503 tokens. This case arises only on the left-hand side of an assignment
16504 (`\.{:=}') operation, under very special circumstances.
16505
16506 \smallskip\noindent
16507 The possible settings of |cur_type| have been listed here in increasing
16508 numerical order. Notice that |cur_type| will never be |mp_numeric_type| or
16509 |suffixed_macro| or |mp_unsuffixed_macro|, although variables of those types
16510 are allowed.  Conversely, \MP\ has no variables of type |mp_vacuous| or
16511 |token_list|.
16512
16513 @ Capsules are two-word nodes that have a similar meaning
16514 to |cur_type| and |cur_exp|. Such nodes have |name_type=capsule|
16515 and |link<=mp_void|; and their |type| field is one of the possibilities for
16516 |cur_type| listed above.
16517
16518 The |value| field of a capsule is, in most cases, the value that
16519 corresponds to its |type|, as |cur_exp| corresponds to |cur_type|.
16520 However, when |cur_exp| would point to a capsule,
16521 no extra layer of indirection is present; the |value|
16522 field is what would have been called |value(cur_exp)| if it had not been
16523 encapsulated.  Furthermore, if the type is |dependent| or
16524 |mp_proto_dependent|, the |value| field of a capsule is replaced by
16525 |dep_list| and |prev_dep| fields, since dependency lists in capsules are
16526 always part of the general |dep_list| structure.
16527
16528 The |get_x_next| routine is careful not to change the values of |cur_type|
16529 and |cur_exp| when it gets an expanded token. However, |get_x_next| might
16530 call a macro, which might parse an expression, which might execute lots of
16531 commands in a group; hence it's possible that |cur_type| might change
16532 from, say, |mp_unknown_boolean| to |mp_boolean_type|, or from |dependent| to
16533 |known| or |independent|, during the time |get_x_next| is called. The
16534 programs below are careful to stash sensitive intermediate results in
16535 capsules, so that \MP's generality doesn't cause trouble.
16536
16537 Here's a procedure that illustrates these conventions. It takes
16538 the contents of $(|cur_type|\kern-.3pt,|cur_exp|\kern-.3pt)$
16539 and stashes them away in a
16540 capsule. It is not used when |cur_type=mp_token_list|.
16541 After the operation, |cur_type=mp_vacuous|; hence there is no need to
16542 copy path lists or to update reference counts, etc.
16543
16544 The special link |mp_void| is put on the capsule returned by
16545 |stash_cur_exp|, because this procedure is used to store macro parameters
16546 that must be easily distinguishable from token lists.
16547
16548 @<Declare the stashing/unstashing routines@>=
16549 pointer mp_stash_cur_exp (MP mp) {
16550   pointer p; /* the capsule that will be returned */
16551   switch (mp->cur_type) {
16552   case unknown_types:
16553   case mp_transform_type:
16554   case mp_color_type:
16555   case mp_pair_type:
16556   case mp_dependent:
16557   case mp_proto_dependent:
16558   case mp_independent: 
16559   case mp_cmykcolor_type:
16560     p=mp->cur_exp;
16561     break;
16562   default: 
16563     p=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(p)=mp_capsule;
16564     type(p)=mp->cur_type; value(p)=mp->cur_exp;
16565     break;
16566   }
16567   mp->cur_type=mp_vacuous; link(p)=mp_void; 
16568   return p;
16569 }
16570
16571 @ The inverse of |stash_cur_exp| is the following procedure, which
16572 deletes an unnecessary capsule and puts its contents into |cur_type|
16573 and |cur_exp|.
16574
16575 The program steps of \MP\ can be divided into two categories: those in
16576 which |cur_type| and |cur_exp| are ``alive'' and those in which they are
16577 ``dead,'' in the sense that |cur_type| and |cur_exp| contain relevant
16578 information or not. It's important not to ignore them when they're alive,
16579 and it's important not to pay attention to them when they're dead.
16580
16581 There's also an intermediate category: If |cur_type=mp_vacuous|, then
16582 |cur_exp| is irrelevant, hence we can proceed without caring if |cur_type|
16583 and |cur_exp| are alive or dead. In such cases we say that |cur_type|
16584 and |cur_exp| are {\sl dormant}. It is permissible to call |get_x_next|
16585 only when they are alive or dormant.
16586
16587 The \\{stash} procedure above assumes that |cur_type| and |cur_exp|
16588 are alive or dormant. The \\{unstash} procedure assumes that they are
16589 dead or dormant; it resuscitates them.
16590
16591 @<Declare the stashing/unstashing...@>=
16592 void mp_unstash_cur_exp (MP mp,pointer p) ;
16593
16594 @ @c
16595 void mp_unstash_cur_exp (MP mp,pointer p) { 
16596   mp->cur_type=type(p);
16597   switch (mp->cur_type) {
16598   case unknown_types:
16599   case mp_transform_type:
16600   case mp_color_type:
16601   case mp_pair_type:
16602   case mp_dependent: 
16603   case mp_proto_dependent:
16604   case mp_independent:
16605   case mp_cmykcolor_type: 
16606     mp->cur_exp=p;
16607     break;
16608   default:
16609     mp->cur_exp=value(p);
16610     mp_free_node(mp, p,value_node_size);
16611     break;
16612   }
16613 }
16614
16615 @ The following procedure prints the values of expressions in an
16616 abbreviated format. If its first parameter |p| is null, the value of
16617 |(cur_type,cur_exp)| is displayed; otherwise |p| should be a capsule
16618 containing the desired value. The second parameter controls the amount of
16619 output. If it is~0, dependency lists will be abbreviated to
16620 `\.{linearform}' unless they consist of a single term.  If it is greater
16621 than~1, complicated structures (pens, pictures, and paths) will be displayed
16622 in full.
16623
16624 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
16625 @<Declare the procedure called |print_dp|@>;
16626 @<Declare the stashing/unstashing routines@>;
16627 void mp_print_exp (MP mp,pointer p, small_number verbosity) {
16628   boolean restore_cur_exp; /* should |cur_exp| be restored? */
16629   small_number t; /* the type of the expression */
16630   pointer q; /* a big node being displayed */
16631   integer v=0; /* the value of the expression */
16632   if ( p!=null ) {
16633     restore_cur_exp=false;
16634   } else { 
16635     p=mp_stash_cur_exp(mp); restore_cur_exp=true;
16636   }
16637   t=type(p);
16638   if ( t<mp_dependent ) v=value(p); else if ( t<mp_independent ) v=dep_list(p);
16639   @<Print an abbreviated value of |v| with format depending on |t|@>;
16640   if ( restore_cur_exp ) mp_unstash_cur_exp(mp, p);
16641 }
16642
16643 @ @<Print an abbreviated value of |v| with format depending on |t|@>=
16644 switch (t) {
16645 case mp_vacuous:mp_print(mp, "mp_vacuous"); break;
16646 case mp_boolean_type:
16647   if ( v==true_code ) mp_print(mp, "true"); else mp_print(mp, "false");
16648   break;
16649 case unknown_types: case mp_numeric_type:
16650   @<Display a variable that's been declared but not defined@>;
16651   break;
16652 case mp_string_type:
16653   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp, v); mp_print_char(mp, '"');
16654   break;
16655 case mp_pen_type: case mp_path_type: case mp_picture_type:
16656   @<Display a complex type@>;
16657   break;
16658 case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_pair_type: case mp_cmykcolor_type:
16659   if ( v==null ) mp_print_type(mp, t);
16660   else @<Display a big node@>;
16661   break;
16662 case mp_known:mp_print_scaled(mp, v); break;
16663 case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
16664   mp_print_dp(mp, t,v,verbosity);
16665   break;
16666 case mp_independent:mp_print_variable_name(mp, p); break;
16667 default: mp_confusion(mp, "exp"); break;
16668 @:this can't happen exp}{\quad exp@>
16669 }
16670
16671 @ @<Display a big node@>=
16672
16673   mp_print_char(mp, '('); q=v+mp->big_node_size[t];
16674   do {  
16675     if ( type(v)==mp_known ) mp_print_scaled(mp, value(v));
16676     else if ( type(v)==mp_independent ) mp_print_variable_name(mp, v);
16677     else mp_print_dp(mp, type(v),dep_list(v),verbosity);
16678     v=v+2;
16679     if ( v!=q ) mp_print_char(mp, ',');
16680   } while (v!=q);
16681   mp_print_char(mp, ')');
16682 }
16683
16684 @ Values of type \&{picture}, \&{path}, and \&{pen} are displayed verbosely
16685 in the log file only, unless the user has given a positive value to
16686 \\{tracingonline}.
16687
16688 @<Display a complex type@>=
16689 if ( verbosity<=1 ) {
16690   mp_print_type(mp, t);
16691 } else { 
16692   if ( mp->selector==term_and_log )
16693    if ( mp->internal[mp_tracing_online]<=0 ) {
16694     mp->selector=term_only;
16695     mp_print_type(mp, t); mp_print(mp, " (see the transcript file)");
16696     mp->selector=term_and_log;
16697   };
16698   switch (t) {
16699   case mp_pen_type:mp_print_pen(mp, v,"",false); break;
16700   case mp_path_type:mp_print_path(mp, v,"",false); break;
16701   case mp_picture_type:mp_print_edges(mp, v,"",false); break;
16702   } /* there are no other cases */
16703 }
16704
16705 @ @<Declare the procedure called |print_dp|@>=
16706 void mp_print_dp (MP mp,small_number t, pointer p, 
16707                   small_number verbosity)  {
16708   pointer q; /* the node following |p| */
16709   q=link(p);
16710   if ( (info(q)==null) || (verbosity>0) ) mp_print_dependency(mp, p,t);
16711   else mp_print(mp, "linearform");
16712 }
16713
16714 @ The displayed name of a variable in a ring will not be a capsule unless
16715 the ring consists entirely of capsules.
16716
16717 @<Display a variable that's been declared but not defined@>=
16718 { mp_print_type(mp, t);
16719 if ( v!=null )
16720   { mp_print_char(mp, ' ');
16721   while ( (name_type(v)==mp_capsule) && (v!=p) ) v=value(v);
16722   mp_print_variable_name(mp, v);
16723   };
16724 }
16725
16726 @ When errors are detected during parsing, it is often helpful to
16727 display an expression just above the error message, using |exp_err|
16728 or |disp_err| instead of |print_err|.
16729
16730 @d exp_err(A) mp_disp_err(mp, null,(A)) /* displays the current expression */
16731
16732 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
16733 void mp_disp_err (MP mp,pointer p, char *s) { 
16734   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
16735   mp_print_nl(mp, ">> ");
16736 @.>>@>
16737   mp_print_exp(mp, p,1); /* ``medium verbose'' printing of the expression */
16738   if (strlen(s)) { 
16739     mp_print_nl(mp, "! "); mp_print(mp, s);
16740 @.!\relax@>
16741   }
16742 }
16743
16744 @ If |cur_type| and |cur_exp| contain relevant information that should
16745 be recycled, we will use the following procedure, which changes |cur_type|
16746 to |known| and stores a given value in |cur_exp|. We can think of |cur_type|
16747 and |cur_exp| as either alive or dormant after this has been done,
16748 because |cur_exp| will not contain a pointer value.
16749
16750 @ @c void mp_flush_cur_exp (MP mp,scaled v) { 
16751   switch (mp->cur_type) {
16752   case unknown_types: case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_pair_type:
16753   case mp_dependent: case mp_proto_dependent: case mp_independent: case mp_cmykcolor_type:
16754     mp_recycle_value(mp, mp->cur_exp); 
16755     mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
16756     break;
16757   case mp_string_type:
16758     delete_str_ref(mp->cur_exp); break;
16759   case mp_pen_type: case mp_path_type: 
16760     mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp); break;
16761   case mp_picture_type:
16762     delete_edge_ref(mp->cur_exp); break;
16763   default: 
16764     break;
16765   }
16766   mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=v;
16767 }
16768
16769 @ There's a much more general procedure that is capable of releasing
16770 the storage associated with any two-word value packet.
16771
16772 @<Declare the recycling subroutines@>=
16773 void mp_recycle_value (MP mp,pointer p) ;
16774
16775 @ @c void mp_recycle_value (MP mp,pointer p) {
16776   small_number t; /* a type code */
16777   integer vv; /* another value */
16778   pointer q,r,s,pp; /* link manipulation registers */
16779   integer v=0; /* a value */
16780   t=type(p);
16781   if ( t<mp_dependent ) v=value(p);
16782   switch (t) {
16783   case undefined: case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
16784   case mp_numeric_type:
16785     break;
16786   case unknown_types:
16787     mp_ring_delete(mp, p); break;
16788   case mp_string_type:
16789     delete_str_ref(v); break;
16790   case mp_path_type: case mp_pen_type:
16791     mp_toss_knot_list(mp, v); break;
16792   case mp_picture_type:
16793     delete_edge_ref(v); break;
16794   case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type: case mp_color_type:
16795   case mp_transform_type:
16796     @<Recycle a big node@>; break; 
16797   case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
16798     @<Recycle a dependency list@>; break;
16799   case mp_independent:
16800     @<Recycle an independent variable@>; break;
16801   case mp_token_list: case mp_structured:
16802     mp_confusion(mp, "recycle"); break;
16803 @:this can't happen recycle}{\quad recycle@>
16804   case mp_unsuffixed_macro: case mp_suffixed_macro:
16805     mp_delete_mac_ref(mp, value(p)); break;
16806   } /* there are no other cases */
16807   type(p)=undefined;
16808 }
16809
16810 @ @<Recycle a big node@>=
16811 if ( v!=null ){ 
16812   q=v+mp->big_node_size[t];
16813   do {  
16814     q=q-2; mp_recycle_value(mp, q);
16815   } while (q!=v);
16816   mp_free_node(mp, v,mp->big_node_size[t]);
16817 }
16818
16819 @ @<Recycle a dependency list@>=
16820
16821   q=dep_list(p);
16822   while ( info(q)!=null ) q=link(q);
16823   link(prev_dep(p))=link(q);
16824   prev_dep(link(q))=prev_dep(p);
16825   link(q)=null; mp_flush_node_list(mp, dep_list(p));
16826 }
16827
16828 @ When an independent variable disappears, it simply fades away, unless
16829 something depends on it. In the latter case, a dependent variable whose
16830 coefficient of dependence is maximal will take its place.
16831 The relevant algorithm is due to Ignacio~A. Zabala, who implemented it
16832 as part of his Ph.D. thesis (Stanford University, December 1982).
16833 @^Zabala Salelles, Ignacio Andres@>
16834
16835 For example, suppose that variable $x$ is being recycled, and that the
16836 only variables depending on~$x$ are $y=2x+a$ and $z=x+b$. In this case
16837 we want to make $y$ independent and $z=.5y-.5a+b$; no other variables
16838 will depend on~$y$. If $\\{tracingequations}>0$ in this situation,
16839 we will print `\.{\#\#\# -2x=-y+a}'.
16840
16841 There's a slight complication, however: An independent variable $x$
16842 can occur both in dependency lists and in proto-dependency lists.
16843 This makes it necessary to be careful when deciding which coefficient
16844 is maximal.
16845
16846 Furthermore, this complication is not so slight when
16847 a proto-dependent variable is chosen to become independent. For example,
16848 suppose that $y=2x+100a$ is proto-dependent while $z=x+b$ is dependent;
16849 then we must change $z=.5y-50a+b$ to a proto-dependency, because of the
16850 large coefficient `50'.
16851
16852 In order to deal with these complications without wasting too much time,
16853 we shall link together the occurrences of~$x$ among all the linear
16854 dependencies, maintaining separate lists for the dependent and
16855 proto-dependent cases.
16856
16857 @<Recycle an independent variable@>=
16858
16859   mp->max_c[mp_dependent]=0; mp->max_c[mp_proto_dependent]=0;
16860   mp->max_link[mp_dependent]=null; mp->max_link[mp_proto_dependent]=null;
16861   q=link(dep_head);
16862   while ( q!=dep_head ) { 
16863     s=value_loc(q); /* now |link(s)=dep_list(q)| */
16864     while (1) { 
16865       r=link(s);
16866       if ( info(r)==null ) break;;
16867       if ( info(r)!=p ) { 
16868        s=r;
16869       } else  { 
16870         t=type(q); link(s)=link(r); info(r)=q;
16871         if ( abs(value(r))>mp->max_c[t] ) {
16872           @<Record a new maximum coefficient of type |t|@>;
16873         } else { 
16874           link(r)=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=r;
16875         }
16876       }
16877     }   
16878     q=link(r);
16879   }
16880   if ( (mp->max_c[mp_dependent]>0)||(mp->max_c[mp_proto_dependent]>0) ) {
16881     @<Choose a dependent variable to take the place of the disappearing
16882     independent variable, and change all remaining dependencies
16883     accordingly@>;
16884   }
16885 }
16886
16887 @ The code for independency removal makes use of three two-word arrays.
16888
16889 @<Glob...@>=
16890 integer max_c[mp_proto_dependent+1];  /* max coefficient magnitude */
16891 pointer max_ptr[mp_proto_dependent+1]; /* where |p| occurs with |max_c| */
16892 pointer max_link[mp_proto_dependent+1]; /* other occurrences of |p| */
16893
16894 @ @<Record a new maximum coefficient...@>=
16895
16896   if ( mp->max_c[t]>0 ) {
16897     link(mp->max_ptr[t])=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=mp->max_ptr[t];
16898   }
16899   mp->max_c[t]=abs(value(r)); mp->max_ptr[t]=r;
16900 }
16901
16902 @ @<Choose a dependent...@>=
16903
16904   if ( (mp->max_c[mp_dependent] / 010000 >= mp->max_c[mp_proto_dependent]) )
16905     t=mp_dependent;
16906   else 
16907     t=mp_proto_dependent;
16908   @<Determine the dependency list |s| to substitute for the independent
16909     variable~|p|@>;
16910   t=mp_dependent+mp_proto_dependent-t; /* complement |t| */
16911   if ( mp->max_c[t]>0 ) { /* we need to pick up an unchosen dependency */ 
16912     link(mp->max_ptr[t])=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=mp->max_ptr[t];
16913   }
16914   if ( t!=mp_dependent ) { @<Substitute new dependencies in place of |p|@>; }
16915   else { @<Substitute new proto-dependencies in place of |p|@>;}
16916   mp_flush_node_list(mp, s);
16917   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
16918   check_arith;
16919 }
16920
16921 @ Let |s=max_ptr[t]|. At this point we have $|value|(s)=\pm|max_c|[t]$,
16922 and |info(s)| points to the dependent variable~|pp| of type~|t| from
16923 whose dependency list we have removed node~|s|. We must reinsert
16924 node~|s| into the dependency list, with coefficient $-1.0$, and with
16925 |pp| as the new independent variable. Since |pp| will have a larger serial
16926 number than any other variable, we can put node |s| at the head of the
16927 list.
16928
16929 @<Determine the dep...@>=
16930 s=mp->max_ptr[t]; pp=info(s); v=value(s);
16931 if ( t==mp_dependent ) value(s)=-fraction_one; else value(s)=-unity;
16932 r=dep_list(pp); link(s)=r;
16933 while ( info(r)!=null ) r=link(r);
16934 q=link(r); link(r)=null;
16935 prev_dep(q)=prev_dep(pp); link(prev_dep(pp))=q;
16936 new_indep(pp);
16937 if ( mp->cur_exp==pp ) if ( mp->cur_type==t ) mp->cur_type=mp_independent;
16938 if ( mp->internal[mp_tracing_equations]>0 ) { 
16939   @<Show the transformed dependency@>; 
16940 }
16941
16942 @ Now $(-v)$ times the formerly independent variable~|p| is being replaced
16943 by the dependency list~|s|.
16944
16945 @<Show the transformed...@>=
16946 if ( mp_interesting(mp, p) ) {
16947   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "### ");
16948 @:]]]\#\#\#_}{\.{\#\#\#}@>
16949   if ( v>0 ) mp_print_char(mp, '-');
16950   if ( t==mp_dependent ) vv=mp_round_fraction(mp, mp->max_c[mp_dependent]);
16951   else vv=mp->max_c[mp_proto_dependent];
16952   if ( vv!=unity ) mp_print_scaled(mp, vv);
16953   mp_print_variable_name(mp, p);
16954   while ( value(p) % s_scale>0 ) {
16955     mp_print(mp, "*4"); value(p)=value(p)-2;
16956   }
16957   if ( t==mp_dependent ) mp_print_char(mp, '='); else mp_print(mp, " = ");
16958   mp_print_dependency(mp, s,t);
16959   mp_end_diagnostic(mp, false);
16960 }
16961
16962 @ Finally, there are dependent and proto-dependent variables whose
16963 dependency lists must be brought up to date.
16964
16965 @<Substitute new dependencies...@>=
16966 for (t=mp_dependent;t<=mp_proto_dependent;t++){ 
16967   r=mp->max_link[t];
16968   while ( r!=null ) {
16969     q=info(r);
16970     dep_list(q)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(q),
16971      mp_make_fraction(mp, value(r),-v),s,t,mp_dependent);
16972     if ( dep_list(q)==mp->dep_final ) mp_make_known(mp, q,mp->dep_final);
16973     q=r; r=link(r); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
16974   }
16975 }
16976
16977 @ @<Substitute new proto...@>=
16978 for (t=mp_dependent;t<=mp_proto_dependent;t++) {
16979   r=mp->max_link[t];
16980   while ( r!=null ) {
16981     q=info(r);
16982     if ( t==mp_dependent ) { /* for safety's sake, we change |q| to |mp_proto_dependent| */
16983       if ( mp->cur_exp==q ) if ( mp->cur_type==mp_dependent )
16984         mp->cur_type=mp_proto_dependent;
16985       dep_list(q)=mp_p_over_v(mp, dep_list(q),unity,mp_dependent,mp_proto_dependent);
16986       type(q)=mp_proto_dependent; value(r)=mp_round_fraction(mp, value(r));
16987     }
16988     dep_list(q)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(q),
16989       mp_make_scaled(mp, value(r),-v),s,mp_proto_dependent,mp_proto_dependent);
16990     if ( dep_list(q)==mp->dep_final ) mp_make_known(mp, q,mp->dep_final);
16991     q=r; r=link(r); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
16992   }
16993 }
16994
16995 @ Here are some routines that provide handy combinations of actions
16996 that are often needed during error recovery. For example,
16997 `|flush_error|' flushes the current expression, replaces it by
16998 a given value, and calls |error|.
16999
17000 Errors often are detected after an extra token has already been scanned.
17001 The `\\{put\_get}' routines put that token back before calling |error|;
17002 then they get it back again. (Or perhaps they get another token, if
17003 the user has changed things.)
17004
17005 @<Declarations@>=
17006 void mp_flush_error (MP mp,scaled v);
17007 void mp_put_get_error (MP mp);
17008 void mp_put_get_flush_error (MP mp,scaled v) ;
17009
17010 @ @c
17011 void mp_flush_error (MP mp,scaled v) { 
17012   mp_error(mp); mp_flush_cur_exp(mp, v); 
17013 }
17014 void mp_put_get_error (MP mp) { 
17015   mp_back_error(mp); mp_get_x_next(mp); 
17016 }
17017 void mp_put_get_flush_error (MP mp,scaled v) { 
17018   mp_put_get_error(mp);
17019   mp_flush_cur_exp(mp, v); 
17020 }
17021
17022 @ A global variable |var_flag| is set to a special command code
17023 just before \MP\ calls |scan_expression|, if the expression should be
17024 treated as a variable when this command code immediately follows. For
17025 example, |var_flag| is set to |assignment| at the beginning of a
17026 statement, because we want to know the {\sl location\/} of a variable at
17027 the left of `\.{:=}', not the {\sl value\/} of that variable.
17028
17029 The |scan_expression| subroutine calls |scan_tertiary|,
17030 which calls |scan_secondary|, which calls |scan_primary|, which sets
17031 |var_flag:=0|. In this way each of the scanning routines ``knows''
17032 when it has been called with a special |var_flag|, but |var_flag| is
17033 usually zero.
17034
17035 A variable preceding a command that equals |var_flag| is converted to a
17036 token list rather than a value. Furthermore, an `\.{=}' sign following an
17037 expression with |var_flag=assignment| is not considered to be a relation
17038 that produces boolean expressions.
17039
17040
17041 @<Glob...@>=
17042 int var_flag; /* command that wants a variable */
17043
17044 @ @<Set init...@>=
17045 mp->var_flag=0;
17046
17047 @* \[37] Parsing primary expressions.
17048 The first parsing routine, |scan_primary|, is also the most complicated one,
17049 since it involves so many different cases. But each case---with one
17050 exception---is fairly simple by itself.
17051
17052 When |scan_primary| begins, the first token of the primary to be scanned
17053 should already appear in |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|. The values
17054 of |cur_type| and |cur_exp| should be either dead or dormant, as explained
17055 earlier. If |cur_cmd| is not between |min_primary_command| and
17056 |max_primary_command|, inclusive, a syntax error will be signaled.
17057
17058 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17059 void mp_scan_primary (MP mp) {
17060   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
17061   quarterword c; /* a primitive operation code */
17062   int my_var_flag; /* initial value of |my_var_flag| */
17063   pointer l_delim,r_delim; /* hash addresses of a delimiter pair */
17064   @<Other local variables for |scan_primary|@>;
17065   my_var_flag=mp->var_flag; mp->var_flag=0;
17066 RESTART:
17067   check_arith;
17068   @<Supply diagnostic information, if requested@>;
17069   switch (mp->cur_cmd) {
17070   case left_delimiter:
17071     @<Scan a delimited primary@>; break;
17072   case begin_group:
17073     @<Scan a grouped primary@>; break;
17074   case string_token:
17075     @<Scan a string constant@>; break;
17076   case numeric_token:
17077     @<Scan a primary that starts with a numeric token@>; break;
17078   case nullary:
17079     @<Scan a nullary operation@>; break;
17080   case unary: case type_name: case cycle: case plus_or_minus:
17081     @<Scan a unary operation@>; break;
17082   case primary_binary:
17083     @<Scan a binary operation with `\&{of}' between its operands@>; break;
17084   case str_op:
17085     @<Convert a suffix to a string@>; break;
17086   case internal_quantity:
17087     @<Scan an internal numeric quantity@>; break;
17088   case capsule_token:
17089     mp_make_exp_copy(mp, mp->cur_mod); break;
17090   case tag_token:
17091     @<Scan a variable primary; |goto restart| if it turns out to be a macro@>; break;
17092   default: 
17093     mp_bad_exp(mp, "A primary"); goto RESTART; break;
17094 @.A primary expression...@>
17095   }
17096   mp_get_x_next(mp); /* the routines |goto done| if they don't want this */
17097 DONE: 
17098   if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17099     if ( mp->cur_type>=mp_known ) {
17100       @<Scan a mediation construction@>;
17101     }
17102   }
17103 }
17104
17105
17106
17107 @ Errors at the beginning of expressions are flagged by |bad_exp|.
17108
17109 @c void mp_bad_exp (MP mp,char * s) {
17110   int save_flag;
17111   print_err(s); mp_print(mp, " expression can't begin with `");
17112   mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod); 
17113   mp_print_char(mp, '\'');
17114   help4("I'm afraid I need some sort of value in order to continue,")
17115     ("so I've tentatively inserted `0'. You may want to")
17116     ("delete this zero and insert something else;")
17117     ("see Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.");
17118 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
17119   mp_back_input(mp); mp->cur_sym=0; mp->cur_cmd=numeric_token; 
17120   mp->cur_mod=0; mp_ins_error(mp);
17121   save_flag=mp->var_flag; mp->var_flag=0; mp_get_x_next(mp);
17122   mp->var_flag=save_flag;
17123 }
17124
17125 @ @<Supply diagnostic information, if requested@>=
17126 #ifdef DEBUG
17127 if ( mp->panicking ) mp_check_mem(mp, false);
17128 #endif
17129 if ( mp->interrupt!=0 ) if ( mp->OK_to_interrupt ) {
17130   mp_back_input(mp); check_interrupt; mp_get_x_next(mp);
17131 }
17132
17133 @ @<Scan a delimited primary@>=
17134
17135   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; 
17136   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17137   if ( (mp->cur_cmd==comma) && (mp->cur_type>=mp_known) ) {
17138     @<Scan the rest of a delimited set of numerics@>;
17139   } else {
17140     mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
17141   }
17142 }
17143
17144 @ The |stash_in| subroutine puts the current (numeric) expression into a field
17145 within a ``big node.''
17146
17147 @c void mp_stash_in (MP mp,pointer p) {
17148   pointer q; /* temporary register */
17149   type(p)=mp->cur_type;
17150   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
17151     value(p)=mp->cur_exp;
17152   } else { 
17153     if ( mp->cur_type==mp_independent ) {
17154       @<Stash an independent |cur_exp| into a big node@>;
17155     } else { 
17156       mp->mem[value_loc(p)]=mp->mem[value_loc(mp->cur_exp)];
17157       /* |dep_list(p):=dep_list(cur_exp)| and |prev_dep(p):=prev_dep(cur_exp)| */
17158       link(prev_dep(p))=p;
17159     }
17160     mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
17161   }
17162   mp->cur_type=mp_vacuous;
17163 }
17164
17165 @ In rare cases the current expression can become |independent|. There
17166 may be many dependency lists pointing to such an independent capsule,
17167 so we can't simply move it into place within a big node. Instead,
17168 we copy it, then recycle it.
17169
17170 @ @<Stash an independent |cur_exp|...@>=
17171
17172   q=mp_single_dependency(mp, mp->cur_exp);
17173   if ( q==mp->dep_final ){ 
17174     type(p)=mp_known; value(p)=0; mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
17175   } else { 
17176     type(p)=mp_dependent; mp_new_dep(mp, p,q);
17177   }
17178   mp_recycle_value(mp, mp->cur_exp);
17179 }
17180
17181 @ This code uses the fact that |red_part_loc| and |green_part_loc|
17182 are synonymous with |x_part_loc| and |y_part_loc|.
17183
17184 @<Scan the rest of a delimited set of numerics@>=
17185
17186 p=mp_stash_cur_exp(mp);
17187 mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17188 @<Make sure the second part of a pair or color has a numeric type@>;
17189 q=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(q)=mp_capsule;
17190 if ( mp->cur_cmd==comma ) type(q)=mp_color_type;
17191 else type(q)=mp_pair_type;
17192 mp_init_big_node(mp, q); r=value(q);
17193 mp_stash_in(mp, y_part_loc(r));
17194 mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17195 mp_stash_in(mp, x_part_loc(r));
17196 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
17197   @<Scan the last of a triplet of numerics@>;
17198 }
17199 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
17200   type(q)=mp_cmykcolor_type;
17201   mp_init_big_node(mp, q); t=value(q);
17202   mp->mem[cyan_part_loc(t)]=mp->mem[red_part_loc(r)];
17203   value(cyan_part_loc(t))=value(red_part_loc(r));
17204   mp->mem[magenta_part_loc(t)]=mp->mem[green_part_loc(r)];
17205   value(magenta_part_loc(t))=value(green_part_loc(r));
17206   mp->mem[yellow_part_loc(t)]=mp->mem[blue_part_loc(r)];
17207   value(yellow_part_loc(t))=value(blue_part_loc(r));
17208   mp_recycle_value(mp, r);
17209   r=t;
17210   @<Scan the last of a quartet of numerics@>;
17211 }
17212 mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
17213 mp->cur_type=type(q);
17214 mp->cur_exp=q;
17215 }
17216
17217 @ @<Make sure the second part of a pair or color has a numeric type@>=
17218 if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17219   exp_err("Nonnumeric ypart has been replaced by 0");
17220 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17221   help4("I've started to scan a pair `(a,b)' or a color `(a,b,c)';")
17222     ("but after finding a nice `a' I found a `b' that isn't")
17223     ("of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17224     ("(The b that I didn't like appears above the error message.)");
17225   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17226 }
17227
17228 @ @<Scan the last of a triplet of numerics@>=
17229
17230   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17231   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17232     exp_err("Nonnumeric third part has been replaced by 0");
17233 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17234     help3("I've just scanned a color `(a,b,c)' or cmykcolor(a,b,c,d); but the `c'")
17235       ("isn't of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17236       ("(The c that I didn't like appears above the error message.)");
17237     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17238   }
17239   mp_stash_in(mp, blue_part_loc(r));
17240 }
17241
17242 @ @<Scan the last of a quartet of numerics@>=
17243
17244   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17245   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17246     exp_err("Nonnumeric blackpart has been replaced by 0");
17247 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17248     help3("I've just scanned a cmykcolor `(c,m,y,k)'; but the `k' isn't")
17249       ("of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17250       ("(The k that I didn't like appears above the error message.)");
17251     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17252   }
17253   mp_stash_in(mp, black_part_loc(r));
17254 }
17255
17256 @ The local variable |group_line| keeps track of the line
17257 where a \&{begingroup} command occurred; this will be useful
17258 in an error message if the group doesn't actually end.
17259
17260 @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17261 integer group_line; /* where a group began */
17262
17263 @ @<Scan a grouped primary@>=
17264
17265   group_line=mp_true_line(mp);
17266   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) show_cur_cmd_mod;
17267   save_boundary_item(p);
17268   do {  
17269     mp_do_statement(mp); /* ends with |cur_cmd>=semicolon| */
17270   } while (! (mp->cur_cmd!=semicolon));
17271   if ( mp->cur_cmd!=end_group ) {
17272     print_err("A group begun on line ");
17273 @.A group...never ended@>
17274     mp_print_int(mp, group_line);
17275     mp_print(mp, " never ended");
17276     help2("I saw a `begingroup' back there that hasn't been matched")
17277          ("by `endgroup'. So I've inserted `endgroup' now.");
17278     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=end_group;
17279   }
17280   mp_unsave(mp); 
17281     /* this might change |cur_type|, if independent variables are recycled */
17282   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) show_cur_cmd_mod;
17283 }
17284
17285 @ @<Scan a string constant@>=
17286
17287   mp->cur_type=mp_string_type; mp->cur_exp=mp->cur_mod;
17288 }
17289
17290 @ Later we'll come to procedures that perform actual operations like
17291 addition, square root, and so on; our purpose now is to do the parsing.
17292 But we might as well mention those future procedures now, so that the
17293 suspense won't be too bad:
17294
17295 \smallskip
17296 |do_nullary(c)| does primitive operations that have no operands (e.g.,
17297 `\&{true}' or `\&{pencircle}');
17298
17299 \smallskip
17300 |do_unary(c)| applies a primitive operation to the current expression;
17301
17302 \smallskip
17303 |do_binary(p,c)| applies a primitive operation to the capsule~|p|
17304 and the current expression.
17305
17306 @<Scan a nullary operation@>=mp_do_nullary(mp, mp->cur_mod)
17307
17308 @ @<Scan a unary operation@>=
17309
17310   c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp); 
17311   mp_do_unary(mp, c); goto DONE;
17312 }
17313
17314 @ A numeric token might be a primary by itself, or it might be the
17315 numerator of a fraction composed solely of numeric tokens, or it might
17316 multiply the primary that follows (provided that the primary doesn't begin
17317 with a plus sign or a minus sign). The code here uses the facts that
17318 |max_primary_command=plus_or_minus| and
17319 |max_primary_command-1=numeric_token|. If a fraction is found that is less
17320 than unity, we try to retain higher precision when we use it in scalar
17321 multiplication.
17322
17323 @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17324 scaled num,denom; /* for primaries that are fractions, like `1/2' */
17325
17326 @ @<Scan a primary that starts with a numeric token@>=
17327
17328   mp->cur_exp=mp->cur_mod; mp->cur_type=mp_known; mp_get_x_next(mp);
17329   if ( mp->cur_cmd!=slash ) { 
17330     num=0; denom=0;
17331   } else { 
17332     mp_get_x_next(mp);
17333     if ( mp->cur_cmd!=numeric_token ) { 
17334       mp_back_input(mp);
17335       mp->cur_cmd=slash; mp->cur_mod=over; mp->cur_sym=frozen_slash;
17336       goto DONE;
17337     }
17338     num=mp->cur_exp; denom=mp->cur_mod;
17339     if ( denom==0 ) { @<Protest division by zero@>; }
17340     else { mp->cur_exp=mp_make_scaled(mp, num,denom); }
17341     check_arith; mp_get_x_next(mp);
17342   }
17343   if ( mp->cur_cmd>=min_primary_command ) {
17344    if ( mp->cur_cmd<numeric_token ) { /* in particular, |cur_cmd<>plus_or_minus| */
17345      p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_scan_primary(mp);
17346      if ( (abs(num)>=abs(denom))||(mp->cur_type<mp_color_type) ) {
17347        mp_do_binary(mp, p,times);
17348      } else {
17349        mp_frac_mult(mp, num,denom);
17350        mp_free_node(mp, p,value_node_size);
17351      }
17352     }
17353   }
17354   goto DONE;
17355 }
17356
17357 @ @<Protest division...@>=
17358
17359   print_err("Division by zero");
17360 @.Division by zero@>
17361   help1("I'll pretend that you meant to divide by 1."); mp_error(mp);
17362 }
17363
17364 @ @<Scan a binary operation with `\&{of}' between its operands@>=
17365
17366   c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17367   if ( mp->cur_cmd!=of_token ) {
17368     mp_missing_err(mp, "of"); mp_print(mp, " for "); 
17369     mp_print_cmd_mod(mp, primary_binary,c);
17370 @.Missing `of'@>
17371     help1("I've got the first argument; will look now for the other.");
17372     mp_back_error(mp);
17373   }
17374   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp); 
17375   mp_do_binary(mp, p,c); goto DONE;
17376 }
17377
17378 @ @<Convert a suffix to a string@>=
17379
17380   mp_get_x_next(mp); mp_scan_suffix(mp); 
17381   mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=new_string;
17382   mp_show_token_list(mp, mp->cur_exp,null,100000,0); 
17383   mp_flush_token_list(mp, mp->cur_exp);
17384   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); mp->selector=mp->old_setting; 
17385   mp->cur_type=mp_string_type;
17386   goto DONE;
17387 }
17388
17389 @ If an internal quantity appears all by itself on the left of an
17390 assignment, we return a token list of length one, containing the address
17391 of the internal quantity plus |hash_end|. (This accords with the conventions
17392 of the save stack, as described earlier.)
17393
17394 @<Scan an internal...@>=
17395
17396   q=mp->cur_mod;
17397   if ( my_var_flag==assignment ) {
17398     mp_get_x_next(mp);
17399     if ( mp->cur_cmd==assignment ) {
17400       mp->cur_exp=mp_get_avail(mp);
17401       info(mp->cur_exp)=q+hash_end; mp->cur_type=mp_token_list; 
17402       goto DONE;
17403     }
17404     mp_back_input(mp);
17405   }
17406   mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=mp->internal[q];
17407 }
17408
17409 @ The most difficult part of |scan_primary| has been saved for last, since
17410 it was necessary to build up some confidence first. We can now face the task
17411 of scanning a variable.
17412
17413 As we scan a variable, we build a token list containing the relevant
17414 names and subscript values, simultaneously following along in the
17415 ``collective'' structure to see if we are actually dealing with a macro
17416 instead of a value.
17417
17418 The local variables |pre_head| and |post_head| will point to the beginning
17419 of the prefix and suffix lists; |tail| will point to the end of the list
17420 that is currently growing.
17421
17422 Another local variable, |tt|, contains partial information about the
17423 declared type of the variable-so-far. If |tt>=mp_unsuffixed_macro|, the
17424 relation |tt=type(q)| will always hold. If |tt=undefined|, the routine
17425 doesn't bother to update its information about type. And if
17426 |undefined<tt<mp_unsuffixed_macro|, the precise value of |tt| isn't critical.
17427
17428 @ @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17429 pointer pre_head,post_head,tail;
17430   /* prefix and suffix list variables */
17431 small_number tt; /* approximation to the type of the variable-so-far */
17432 pointer t; /* a token */
17433 pointer macro_ref = 0; /* reference count for a suffixed macro */
17434
17435 @ @<Scan a variable primary...@>=
17436
17437   fast_get_avail(pre_head); tail=pre_head; post_head=null; tt=mp_vacuous;
17438   while (1) { 
17439     t=mp_cur_tok(mp); link(tail)=t;
17440     if ( tt!=undefined ) {
17441        @<Find the approximate type |tt| and corresponding~|q|@>;
17442       if ( tt>=mp_unsuffixed_macro ) {
17443         @<Either begin an unsuffixed macro call or
17444           prepare for a suffixed one@>;
17445       }
17446     }
17447     mp_get_x_next(mp); tail=t;
17448     if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17449       @<Scan for a subscript; replace |cur_cmd| by |numeric_token| if found@>;
17450     }
17451     if ( mp->cur_cmd>max_suffix_token ) break;
17452     if ( mp->cur_cmd<min_suffix_token ) break;
17453   } /* now |cur_cmd| is |internal_quantity|, |tag_token|, or |numeric_token| */
17454   @<Handle unusual cases that masquerade as variables, and |goto restart|
17455     or |goto done| if appropriate;
17456     otherwise make a copy of the variable and |goto done|@>;
17457 }
17458
17459 @ @<Either begin an unsuffixed macro call or...@>=
17460
17461   link(tail)=null;
17462   if ( tt>mp_unsuffixed_macro ) { /* |tt=mp_suffixed_macro| */
17463     post_head=mp_get_avail(mp); tail=post_head; link(tail)=t;
17464     tt=undefined; macro_ref=value(q); add_mac_ref(macro_ref);
17465   } else {
17466     @<Set up unsuffixed macro call and |goto restart|@>;
17467   }
17468 }
17469
17470 @ @<Scan for a subscript; replace |cur_cmd| by |numeric_token| if found@>=
17471
17472   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17473   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17474     @<Put the left bracket and the expression back to be rescanned@>;
17475   } else { 
17476     if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_subscript(mp);
17477     mp->cur_cmd=numeric_token; mp->cur_mod=mp->cur_exp; mp->cur_sym=0;
17478   }
17479 }
17480
17481 @ The left bracket that we thought was introducing a subscript might have
17482 actually been the left bracket in a mediation construction like `\.{x[a,b]}'.
17483 So we don't issue an error message at this point; but we do want to back up
17484 so as to avoid any embarrassment about our incorrect assumption.
17485
17486 @<Put the left bracket and the expression back to be rescanned@>=
17487
17488   mp_back_input(mp); /* that was the token following the current expression */
17489   mp_back_expr(mp); mp->cur_cmd=left_bracket; 
17490   mp->cur_mod=0; mp->cur_sym=frozen_left_bracket;
17491 }
17492
17493 @ Here's a routine that puts the current expression back to be read again.
17494
17495 @c void mp_back_expr (MP mp) {
17496   pointer p; /* capsule token */
17497   p=mp_stash_cur_exp(mp); link(p)=null; back_list(p);
17498 }
17499
17500 @ Unknown subscripts lead to the following error message.
17501
17502 @c void mp_bad_subscript (MP mp) { 
17503   exp_err("Improper subscript has been replaced by zero");
17504 @.Improper subscript...@>
17505   help3("A bracketed subscript must have a known numeric value;")
17506     ("unfortunately, what I found was the value that appears just")
17507     ("above this error message. So I'll try a zero subscript.");
17508   mp_flush_error(mp, 0);
17509 }
17510
17511 @ Every time we call |get_x_next|, there's a chance that the variable we've
17512 been looking at will disappear. Thus, we cannot safely keep |q| pointing
17513 into the variable structure; we need to start searching from the root each time.
17514
17515 @<Find the approximate type |tt| and corresponding~|q|@>=
17516 @^inner loop@>
17517
17518   p=link(pre_head); q=info(p); tt=undefined;
17519   if ( eq_type(q) % outer_tag==tag_token ) {
17520     q=equiv(q);
17521     if ( q==null ) goto DONE2;
17522     while (1) { 
17523       p=link(p);
17524       if ( p==null ) {
17525         tt=type(q); goto DONE2;
17526       };
17527       if ( type(q)!=mp_structured ) goto DONE2;
17528       q=link(attr_head(q)); /* the |collective_subscript| attribute */
17529       if ( p>=mp->hi_mem_min ) { /* it's not a subscript */
17530         do {  q=link(q); } while (! (attr_loc(q)>=info(p)));
17531         if ( attr_loc(q)>info(p) ) goto DONE2;
17532       }
17533     }
17534   }
17535 DONE2:
17536   ;
17537 }
17538
17539 @ How do things stand now? Well, we have scanned an entire variable name,
17540 including possible subscripts and/or attributes; |cur_cmd|, |cur_mod|, and
17541 |cur_sym| represent the token that follows. If |post_head=null|, a
17542 token list for this variable name starts at |link(pre_head)|, with all
17543 subscripts evaluated. But if |post_head<>null|, the variable turned out
17544 to be a suffixed macro; |pre_head| is the head of the prefix list, while
17545 |post_head| is the head of a token list containing both `\.{\AT!}' and
17546 the suffix.
17547
17548 Our immediate problem is to see if this variable still exists. (Variable
17549 structures can change drastically whenever we call |get_x_next|; users
17550 aren't supposed to do this, but the fact that it is possible means that
17551 we must be cautious.)
17552
17553 The following procedure prints an error message when a variable
17554 unexpectedly disappears. Its help message isn't quite right for
17555 our present purposes, but we'll be able to fix that up.
17556
17557 @c 
17558 void mp_obliterated (MP mp,pointer q) { 
17559   print_err("Variable "); mp_show_token_list(mp, q,null,1000,0);
17560   mp_print(mp, " has been obliterated");
17561 @.Variable...obliterated@>
17562   help5("It seems you did a nasty thing---probably by accident,")
17563     ("but nevertheless you nearly hornswoggled me...")
17564     ("While I was evaluating the right-hand side of this")
17565     ("command, something happened, and the left-hand side")
17566     ("is no longer a variable! So I won't change anything.");
17567 }
17568
17569 @ If the variable does exist, we also need to check
17570 for a few other special cases before deciding that a plain old ordinary
17571 variable has, indeed, been scanned.
17572
17573 @<Handle unusual cases that masquerade as variables...@>=
17574 if ( post_head!=null ) {
17575   @<Set up suffixed macro call and |goto restart|@>;
17576 }
17577 q=link(pre_head); free_avail(pre_head);
17578 if ( mp->cur_cmd==my_var_flag ) { 
17579   mp->cur_type=mp_token_list; mp->cur_exp=q; goto DONE;
17580 }
17581 p=mp_find_variable(mp, q);
17582 if ( p!=null ) {
17583   mp_make_exp_copy(mp, p);
17584 } else { 
17585   mp_obliterated(mp, q);
17586   mp->help_line[2]="While I was evaluating the suffix of this variable,";
17587   mp->help_line[1]="something was redefined, and it's no longer a variable!";
17588   mp->help_line[0]="In order to get back on my feet, I've inserted `0' instead.";
17589   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17590 }
17591 mp_flush_node_list(mp, q); 
17592 goto DONE
17593
17594 @ The only complication associated with macro calling is that the prefix
17595 and ``at'' parameters must be packaged in an appropriate list of lists.
17596
17597 @<Set up unsuffixed macro call and |goto restart|@>=
17598
17599   p=mp_get_avail(mp); info(pre_head)=link(pre_head); link(pre_head)=p;
17600   info(p)=t; mp_macro_call(mp, value(q),pre_head,null);
17601   mp_get_x_next(mp); 
17602   goto RESTART;
17603 }
17604
17605 @ If the ``variable'' that turned out to be a suffixed macro no longer exists,
17606 we don't care, because we have reserved a pointer (|macro_ref|) to its
17607 token list.
17608
17609 @<Set up suffixed macro call and |goto restart|@>=
17610
17611   mp_back_input(mp); p=mp_get_avail(mp); q=link(post_head);
17612   info(pre_head)=link(pre_head); link(pre_head)=post_head;
17613   info(post_head)=q; link(post_head)=p; info(p)=link(q); link(q)=null;
17614   mp_macro_call(mp, macro_ref,pre_head,null); decr(ref_count(macro_ref));
17615   mp_get_x_next(mp); goto RESTART;
17616 }
17617
17618 @ Our remaining job is simply to make a copy of the value that has been
17619 found. Some cases are harder than others, but complexity arises solely
17620 because of the multiplicity of possible cases.
17621
17622 @<Declare the procedure called |make_exp_copy|@>=
17623 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>;
17624 void mp_make_exp_copy (MP mp,pointer p) {
17625   pointer q,r,t; /* registers for list manipulation */
17626 RESTART: 
17627   mp->cur_type=type(p);
17628   switch (mp->cur_type) {
17629   case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
17630     mp->cur_exp=value(p); break;
17631   case unknown_types:
17632     mp->cur_exp=mp_new_ring_entry(mp, p);
17633     break;
17634   case mp_string_type: 
17635     mp->cur_exp=value(p); add_str_ref(mp->cur_exp);
17636     break;
17637   case mp_picture_type:
17638     mp->cur_exp=value(p);add_edge_ref(mp->cur_exp);
17639     break;
17640   case mp_pen_type:
17641     mp->cur_exp=copy_pen(value(p));
17642     break; 
17643   case mp_path_type:
17644     mp->cur_exp=mp_copy_path(mp, value(p));
17645     break;
17646   case mp_transform_type: case mp_color_type: 
17647   case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type:
17648     @<Copy the big node |p|@>;
17649     break;
17650   case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
17651     mp_encapsulate(mp, mp_copy_dep_list(mp, dep_list(p)));
17652     break;
17653   case mp_numeric_type: 
17654     new_indep(p); goto RESTART;
17655     break;
17656   case mp_independent: 
17657     q=mp_single_dependency(mp, p);
17658     if ( q==mp->dep_final ){ 
17659       mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=0; mp_free_node(mp, q,value_node_size);
17660     } else { 
17661       mp->cur_type=mp_dependent; mp_encapsulate(mp, q);
17662     }
17663     break;
17664   default: 
17665     mp_confusion(mp, "copy");
17666 @:this can't happen copy}{\quad copy@>
17667     break;
17668   }
17669 }
17670
17671 @ The |encapsulate| subroutine assumes that |dep_final| is the
17672 tail of dependency list~|p|.
17673
17674 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>=
17675 void mp_encapsulate (MP mp,pointer p) { 
17676   mp->cur_exp=mp_get_node(mp, value_node_size); type(mp->cur_exp)=mp->cur_type;
17677   name_type(mp->cur_exp)=mp_capsule; mp_new_dep(mp, mp->cur_exp,p);
17678 }
17679
17680 @ The most tedious case arises when the user refers to a
17681 \&{pair}, \&{color}, or \&{transform} variable; we must copy several fields,
17682 each of which can be |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|,
17683 or |known|.
17684
17685 @<Copy the big node |p|@>=
17686
17687   if ( value(p)==null ) 
17688     mp_init_big_node(mp, p);
17689   t=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(t)=mp_capsule; type(t)=mp->cur_type;
17690   mp_init_big_node(mp, t);
17691   q=value(p)+mp->big_node_size[mp->cur_type]; 
17692   r=value(t)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
17693   do {  
17694     q=q-2; r=r-2; mp_install(mp, r,q);
17695   } while (q!=value(p));
17696   mp->cur_exp=t;
17697 }
17698
17699 @ The |install| procedure copies a numeric field~|q| into field~|r| of
17700 a big node that will be part of a capsule.
17701
17702 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>=
17703 void mp_install (MP mp,pointer r, pointer q) {
17704   pointer p; /* temporary register */
17705   if ( type(q)==mp_known ){ 
17706     value(r)=value(q); type(r)=mp_known;
17707   } else  if ( type(q)==mp_independent ) {
17708     p=mp_single_dependency(mp, q);
17709     if ( p==mp->dep_final ) {
17710       type(r)=mp_known; value(r)=0; mp_free_node(mp, p,value_node_size);
17711     } else  { 
17712       type(r)=mp_dependent; mp_new_dep(mp, r,p);
17713     }
17714   } else {
17715     type(r)=type(q); mp_new_dep(mp, r,mp_copy_dep_list(mp, dep_list(q)));
17716   }
17717 }
17718
17719 @ Expressions of the form `\.{a[b,c]}' are converted into
17720 `\.{b+a*(c-b)}', without checking the types of \.b~or~\.c,
17721 provided that \.a is numeric.
17722
17723 @<Scan a mediation...@>=
17724
17725   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17726   if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
17727     @<Put the left bracket and the expression back...@>;
17728     mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17729   } else { 
17730     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17731     if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17732       mp_missing_err(mp, "]");
17733 @.Missing `]'@>
17734       help3("I've scanned an expression of the form `a[b,c',")
17735       ("so a right bracket should have come next.")
17736       ("I shall pretend that one was there.");
17737       mp_back_error(mp);
17738     }
17739     r=mp_stash_cur_exp(mp); mp_make_exp_copy(mp, q);
17740     mp_do_binary(mp, r,minus); mp_do_binary(mp, p,times); 
17741     mp_do_binary(mp, q,plus); mp_get_x_next(mp);
17742   }
17743 }
17744
17745 @ Here is a comparatively simple routine that is used to scan the
17746 \&{suffix} parameters of a macro.
17747
17748 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17749 void mp_scan_suffix (MP mp) {
17750   pointer h,t; /* head and tail of the list being built */
17751   pointer p; /* temporary register */
17752   h=mp_get_avail(mp); t=h;
17753   while (1) { 
17754     if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17755       @<Scan a bracketed subscript and set |cur_cmd:=numeric_token|@>;
17756     }
17757     if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) {
17758       p=mp_new_num_tok(mp, mp->cur_mod);
17759     } else if ((mp->cur_cmd==tag_token)||(mp->cur_cmd==internal_quantity) ) {
17760        p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->cur_sym;
17761     } else {
17762       break;
17763     }
17764     link(t)=p; t=p; mp_get_x_next(mp);
17765   }
17766   mp->cur_exp=link(h); free_avail(h); mp->cur_type=mp_token_list;
17767 }
17768
17769 @ @<Scan a bracketed subscript and set |cur_cmd:=numeric_token|@>=
17770
17771   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17772   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_subscript(mp);
17773   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17774      mp_missing_err(mp, "]");
17775 @.Missing `]'@>
17776     help3("I've seen a `[' and a subscript value, in a suffix,")
17777       ("so a right bracket should have come next.")
17778       ("I shall pretend that one was there.");
17779     mp_back_error(mp);
17780   }
17781   mp->cur_cmd=numeric_token; mp->cur_mod=mp->cur_exp;
17782 }
17783
17784 @* \[38] Parsing secondary and higher expressions.
17785 After the intricacies of |scan_primary|\kern-1pt,
17786 the |scan_secondary| routine is
17787 refreshingly simple. It's not trivial, but the operations are relatively
17788 straightforward; the main difficulty is, again, that expressions and data
17789 structures might change drastically every time we call |get_x_next|, so a
17790 cautious approach is mandatory. For example, a macro defined by
17791 \&{primarydef} might have disappeared by the time its second argument has
17792 been scanned; we solve this by increasing the reference count of its token
17793 list, so that the macro can be called even after it has been clobbered.
17794
17795 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17796 void mp_scan_secondary (MP mp) {
17797   pointer p; /* for list manipulation */
17798   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17799   pointer mac_name; /* token defined with \&{primarydef} */
17800 RESTART:
17801   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17802       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17803     mp_bad_exp(mp, "A secondary");
17804 @.A secondary expression...@>
17805   mp_scan_primary(mp);
17806 CONTINUE: 
17807   if ( mp->cur_cmd<=max_secondary_command )
17808     if ( mp->cur_cmd>=min_secondary_command ) {
17809       p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17810       if ( d==secondary_primary_macro ) { 
17811         mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17812      }
17813      mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
17814      if ( d!=secondary_primary_macro ) {
17815        mp_do_binary(mp, p,c);
17816      } else  { 
17817        mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17818        decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17819        goto RESTART;
17820     }
17821     goto CONTINUE;
17822   }
17823 }
17824
17825 @ The following procedure calls a macro that has two parameters,
17826 |p| and |cur_exp|.
17827
17828 @c void mp_binary_mac (MP mp,pointer p, pointer c, pointer n) {
17829   pointer q,r; /* nodes in the parameter list */
17830   q=mp_get_avail(mp); r=mp_get_avail(mp); link(q)=r;
17831   info(q)=p; info(r)=mp_stash_cur_exp(mp);
17832   mp_macro_call(mp, c,q,n);
17833 }
17834
17835 @ The next procedure, |scan_tertiary|, is pretty much the same deal.
17836
17837 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17838 void mp_scan_tertiary (MP mp) {
17839   pointer p; /* for list manipulation */
17840   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17841   pointer mac_name; /* token defined with \&{secondarydef} */
17842 RESTART:
17843   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17844       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17845     mp_bad_exp(mp, "A tertiary");
17846 @.A tertiary expression...@>
17847   mp_scan_secondary(mp);
17848 CONTINUE: 
17849   if ( mp->cur_cmd<=max_tertiary_command ) {
17850     if ( mp->cur_cmd>=min_tertiary_command ) {
17851       p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17852       if ( d==tertiary_secondary_macro ) { 
17853         mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17854       };
17855       mp_get_x_next(mp); mp_scan_secondary(mp);
17856       if ( d!=tertiary_secondary_macro ) {
17857         mp_do_binary(mp, p,c);
17858       } else { 
17859         mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17860         decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17861         goto RESTART;
17862       }
17863       goto CONTINUE;
17864     }
17865   }
17866 }
17867
17868 @ Finally we reach the deepest level in our quartet of parsing routines.
17869 This one is much like the others; but it has an extra complication from
17870 paths, which materialize here.
17871
17872 @d continue_path 25 /* a label inside of |scan_expression| */
17873 @d finish_path 26 /* another */
17874
17875 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17876 void mp_scan_expression (MP mp) {
17877   pointer p,q,r,pp,qq; /* for list manipulation */
17878   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17879   int my_var_flag; /* initial value of |var_flag| */
17880   pointer mac_name; /* token defined with \&{tertiarydef} */
17881   boolean cycle_hit; /* did a path expression just end with `\&{cycle}'? */
17882   scaled x,y; /* explicit coordinates or tension at a path join */
17883   int t; /* knot type following a path join */
17884   t=0; y=0; x=0;
17885   my_var_flag=mp->var_flag; mac_name=null;
17886 RESTART:
17887   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17888       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17889     mp_bad_exp(mp, "An");
17890 @.An expression...@>
17891   mp_scan_tertiary(mp);
17892 CONTINUE: 
17893   if ( mp->cur_cmd<=max_expression_command )
17894     if ( mp->cur_cmd>=min_expression_command ) {
17895       if ( (mp->cur_cmd!=equals)||(my_var_flag!=assignment) ) {
17896         p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17897         if ( d==expression_tertiary_macro ) {
17898           mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17899         }
17900         if ( (d<ampersand)||((d==ampersand)&&
17901              ((type(p)==mp_pair_type)||(type(p)==mp_path_type))) ) {
17902           @<Scan a path construction operation;
17903             but |return| if |p| has the wrong type@>;
17904         } else { 
17905           mp_get_x_next(mp); mp_scan_tertiary(mp);
17906           if ( d!=expression_tertiary_macro ) {
17907             mp_do_binary(mp, p,c);
17908           } else  { 
17909             mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17910             decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17911             goto RESTART;
17912           }
17913         }
17914         goto CONTINUE;
17915      }
17916   }
17917 }
17918
17919 @ The reader should review the data structure conventions for paths before
17920 hoping to understand the next part of this code.
17921
17922 @<Scan a path construction operation...@>=
17923
17924   cycle_hit=false;
17925   @<Convert the left operand, |p|, into a partial path ending at~|q|;
17926     but |return| if |p| doesn't have a suitable type@>;
17927 CONTINUE_PATH: 
17928   @<Determine the path join parameters;
17929     but |goto finish_path| if there's only a direction specifier@>;
17930   if ( mp->cur_cmd==cycle ) {
17931     @<Get ready to close a cycle@>;
17932   } else { 
17933     mp_scan_tertiary(mp);
17934     @<Convert the right operand, |cur_exp|,
17935       into a partial path from |pp| to~|qq|@>;
17936   }
17937   @<Join the partial paths and reset |p| and |q| to the head and tail
17938     of the result@>;
17939   if ( mp->cur_cmd>=min_expression_command )
17940     if ( mp->cur_cmd<=ampersand ) if ( ! cycle_hit ) goto CONTINUE_PATH;
17941 FINISH_PATH:
17942   @<Choose control points for the path and put the result into |cur_exp|@>;
17943 }
17944
17945 @ @<Convert the left operand, |p|, into a partial path ending at~|q|...@>=
17946
17947   mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17948   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) p=mp_new_knot(mp);
17949   else if ( mp->cur_type==mp_path_type ) p=mp->cur_exp;
17950   else return;
17951   q=p;
17952   while ( link(q)!=p ) q=link(q);
17953   if ( left_type(p)!=mp_endpoint ) { /* open up a cycle */
17954     r=mp_copy_knot(mp, p); link(q)=r; q=r;
17955   }
17956   left_type(p)=mp_open; right_type(q)=mp_open;
17957 }
17958
17959 @ A pair of numeric values is changed into a knot node for a one-point path
17960 when \MP\ discovers that the pair is part of a path.
17961
17962 @c@<Declare the procedure called |known_pair|@>;
17963 pointer mp_new_knot (MP mp) { /* convert a pair to a knot with two endpoints */
17964   pointer q; /* the new node */
17965   q=mp_get_node(mp, knot_node_size); left_type(q)=mp_endpoint;
17966   right_type(q)=mp_endpoint; originator(q)=mp_metapost_user; link(q)=q;
17967   mp_known_pair(mp); x_coord(q)=mp->cur_x; y_coord(q)=mp->cur_y;
17968   return q;
17969 }
17970
17971 @ The |known_pair| subroutine sets |cur_x| and |cur_y| to the components
17972 of the current expression, assuming that the current expression is a
17973 pair of known numerics. Unknown components are zeroed, and the
17974 current expression is flushed.
17975
17976 @<Declare the procedure called |known_pair|@>=
17977 void mp_known_pair (MP mp) {
17978   pointer p; /* the pair node */
17979   if ( mp->cur_type!=mp_pair_type ) {
17980     exp_err("Undefined coordinates have been replaced by (0,0)");
17981 @.Undefined coordinates...@>
17982     help5("I need x and y numbers for this part of the path.")
17983       ("The value I found (see above) was no good;")
17984       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
17985       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
17986 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
17987       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
17988     mp_put_get_flush_error(mp, 0); mp->cur_x=0; mp->cur_y=0;
17989   } else { 
17990     p=value(mp->cur_exp);
17991      @<Make sure that both |x| and |y| parts of |p| are known;
17992        copy them into |cur_x| and |cur_y|@>;
17993     mp_flush_cur_exp(mp, 0);
17994   }
17995 }
17996
17997 @ @<Make sure that both |x| and |y| parts of |p| are known...@>=
17998 if ( type(x_part_loc(p))==mp_known ) {
17999   mp->cur_x=value(x_part_loc(p));
18000 } else { 
18001   mp_disp_err(mp, x_part_loc(p),
18002     "Undefined x coordinate has been replaced by 0");
18003 @.Undefined coordinates...@>
18004   help5("I need a `known' x value for this part of the path.")
18005     ("The value I found (see above) was no good;")
18006     ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18007     ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18008 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
18009     ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18010   mp_put_get_error(mp); mp_recycle_value(mp, x_part_loc(p)); mp->cur_x=0;
18011 }
18012 if ( type(y_part_loc(p))==mp_known ) {
18013   mp->cur_y=value(y_part_loc(p));
18014 } else { 
18015   mp_disp_err(mp, y_part_loc(p),
18016     "Undefined y coordinate has been replaced by 0");
18017   help5("I need a `known' y value for this part of the path.")
18018     ("The value I found (see above) was no good;")
18019     ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18020     ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18021     ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18022   mp_put_get_error(mp); mp_recycle_value(mp, y_part_loc(p)); mp->cur_y=0;
18023 }
18024
18025 @ At this point |cur_cmd| is either |ampersand|, |left_brace|, or |path_join|.
18026
18027 @<Determine the path join parameters...@>=
18028 if ( mp->cur_cmd==left_brace ) {
18029   @<Put the pre-join direction information into node |q|@>;
18030 }
18031 d=mp->cur_cmd;
18032 if ( d==path_join ) {
18033   @<Determine the tension and/or control points@>;
18034 } else if ( d!=ampersand ) {
18035   goto FINISH_PATH;
18036 }
18037 mp_get_x_next(mp);
18038 if ( mp->cur_cmd==left_brace ) {
18039   @<Put the post-join direction information into |x| and |t|@>;
18040 } else if ( right_type(q)!=mp_explicit ) {
18041   t=mp_open; x=0;
18042 }
18043
18044 @ The |scan_direction| subroutine looks at the directional information
18045 that is enclosed in braces, and also scans ahead to the following character.
18046 A type code is returned, either |open| (if the direction was $(0,0)$),
18047 or |curl| (if the direction was a curl of known value |cur_exp|), or
18048 |given| (if the direction is given by the |angle| value that now
18049 appears in |cur_exp|).
18050
18051 There's nothing difficult about this subroutine, but the program is rather
18052 lengthy because a variety of potential errors need to be nipped in the bud.
18053
18054 @c small_number mp_scan_direction (MP mp) {
18055   int t; /* the type of information found */
18056   scaled x; /* an |x| coordinate */
18057   mp_get_x_next(mp);
18058   if ( mp->cur_cmd==curl_command ) {
18059      @<Scan a curl specification@>;
18060   } else {
18061     @<Scan a given direction@>;
18062   }
18063   if ( mp->cur_cmd!=right_brace ) {
18064     mp_missing_err(mp, "}");
18065 @.Missing `\char`\}'@>
18066     help3("I've scanned a direction spec for part of a path,")
18067       ("so a right brace should have come next.")
18068       ("I shall pretend that one was there.");
18069     mp_back_error(mp);
18070   }
18071   mp_get_x_next(mp); 
18072   return t;
18073 }
18074
18075 @ @<Scan a curl specification@>=
18076 { mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18077 if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<0) ){ 
18078   exp_err("Improper curl has been replaced by 1");
18079 @.Improper curl@>
18080   help1("A curl must be a known, nonnegative number.");
18081   mp_put_get_flush_error(mp, unity);
18082 }
18083 t=mp_curl;
18084 }
18085
18086 @ @<Scan a given direction@>=
18087 { mp_scan_expression(mp);
18088   if ( mp->cur_type>mp_pair_type ) {
18089     @<Get given directions separated by commas@>;
18090   } else {
18091     mp_known_pair(mp);
18092   }
18093   if ( (mp->cur_x==0)&&(mp->cur_y==0) )  t=mp_open;
18094   else  { t=mp_given; mp->cur_exp=mp_n_arg(mp, mp->cur_x,mp->cur_y);}
18095 }
18096
18097 @ @<Get given directions separated by commas@>=
18098
18099   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18100     exp_err("Undefined x coordinate has been replaced by 0");
18101 @.Undefined coordinates...@>
18102     help5("I need a `known' x value for this part of the path.")
18103       ("The value I found (see above) was no good;")
18104       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18105       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18106 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
18107       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18108     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
18109   }
18110   x=mp->cur_exp;
18111   if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
18112     mp_missing_err(mp, ",");
18113 @.Missing `,'@>
18114     help2("I've got the x coordinate of a path direction;")
18115       ("will look for the y coordinate next.");
18116     mp_back_error(mp);
18117   }
18118   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18119   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18120      exp_err("Undefined y coordinate has been replaced by 0");
18121     help5("I need a `known' y value for this part of the path.")
18122       ("The value I found (see above) was no good;")
18123       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18124       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18125       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18126     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
18127   }
18128   mp->cur_y=mp->cur_exp; mp->cur_x=x;
18129 }
18130
18131 @ At this point |right_type(q)| is usually |open|, but it may have been
18132 set to some other value by a previous splicing operation. We must maintain
18133 the value of |right_type(q)| in unusual cases such as
18134 `\.{..z1\{z2\}\&\{z3\}z1\{0,0\}..}'.
18135
18136 @<Put the pre-join...@>=
18137
18138   t=mp_scan_direction(mp);
18139   if ( t!=mp_open ) {
18140     right_type(q)=t; right_given(q)=mp->cur_exp;
18141     if ( left_type(q)==mp_open ) {
18142       left_type(q)=t; left_given(q)=mp->cur_exp;
18143     } /* note that |left_given(q)=left_curl(q)| */
18144   }
18145 }
18146
18147 @ Since |left_tension| and |left_y| share the same position in knot nodes,
18148 and since |left_given| is similarly equivalent to |left_x|, we use
18149 |x| and |y| to hold the given direction and tension information when
18150 there are no explicit control points.
18151
18152 @<Put the post-join...@>=
18153
18154   t=mp_scan_direction(mp);
18155   if ( right_type(q)!=mp_explicit ) x=mp->cur_exp;
18156   else t=mp_explicit; /* the direction information is superfluous */
18157 }
18158
18159 @ @<Determine the tension and/or...@>=
18160
18161   mp_get_x_next(mp);
18162   if ( mp->cur_cmd==tension ) {
18163     @<Set explicit tensions@>;
18164   } else if ( mp->cur_cmd==controls ) {
18165     @<Set explicit control points@>;
18166   } else  { 
18167     right_tension(q)=unity; y=unity; mp_back_input(mp); /* default tension */
18168     goto DONE;
18169   };
18170   if ( mp->cur_cmd!=path_join ) {
18171      mp_missing_err(mp, "..");
18172 @.Missing `..'@>
18173     help1("A path join command should end with two dots.");
18174     mp_back_error(mp);
18175   }
18176 DONE:
18177   ;
18178 }
18179
18180 @ @<Set explicit tensions@>=
18181
18182   mp_get_x_next(mp); y=mp->cur_cmd;
18183   if ( mp->cur_cmd==at_least ) mp_get_x_next(mp);
18184   mp_scan_primary(mp);
18185   @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>;
18186   if ( y==at_least ) negate(mp->cur_exp);
18187   right_tension(q)=mp->cur_exp;
18188   if ( mp->cur_cmd==and_command ) {
18189     mp_get_x_next(mp); y=mp->cur_cmd;
18190     if ( mp->cur_cmd==at_least ) mp_get_x_next(mp);
18191     mp_scan_primary(mp);
18192     @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>;
18193     if ( y==at_least ) negate(mp->cur_exp);
18194   }
18195   y=mp->cur_exp;
18196 }
18197
18198 @ @d min_tension three_quarter_unit
18199
18200 @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>=
18201 if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<min_tension) ) {
18202   exp_err("Improper tension has been set to 1");
18203 @.Improper tension@>
18204   help1("The expression above should have been a number >=3/4.");
18205   mp_put_get_flush_error(mp, unity);
18206 }
18207
18208 @ @<Set explicit control points@>=
18209
18210   right_type(q)=mp_explicit; t=mp_explicit; mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
18211   mp_known_pair(mp); right_x(q)=mp->cur_x; right_y(q)=mp->cur_y;
18212   if ( mp->cur_cmd!=and_command ) {
18213     x=right_x(q); y=right_y(q);
18214   } else { 
18215     mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
18216     mp_known_pair(mp); x=mp->cur_x; y=mp->cur_y;
18217   }
18218 }
18219
18220 @ @<Convert the right operand, |cur_exp|, into a partial path...@>=
18221
18222   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) pp=mp_new_knot(mp);
18223   else pp=mp->cur_exp;
18224   qq=pp;
18225   while ( link(qq)!=pp ) qq=link(qq);
18226   if ( left_type(pp)!=mp_endpoint ) { /* open up a cycle */
18227     r=mp_copy_knot(mp, pp); link(qq)=r; qq=r;
18228   }
18229   left_type(pp)=mp_open; right_type(qq)=mp_open;
18230 }
18231
18232 @ If a person tries to define an entire path by saying `\.{(x,y)\&cycle}',
18233 we silently change the specification to `\.{(x,y)..cycle}', since a cycle
18234 shouldn't have length zero.
18235
18236 @<Get ready to close a cycle@>=
18237
18238   cycle_hit=true; mp_get_x_next(mp); pp=p; qq=p;
18239   if ( d==ampersand ) if ( p==q ) {
18240     d=path_join; right_tension(q)=unity; y=unity;
18241   }
18242 }
18243
18244 @ @<Join the partial paths and reset |p| and |q|...@>=
18245
18246 if ( d==ampersand ) {
18247   if ( (x_coord(q)!=x_coord(pp))||(y_coord(q)!=y_coord(pp)) ) {
18248     print_err("Paths don't touch; `&' will be changed to `..'");
18249 @.Paths don't touch@>
18250     help3("When you join paths `p&q', the ending point of p")
18251       ("must be exactly equal to the starting point of q.")
18252       ("So I'm going to pretend that you said `p..q' instead.");
18253     mp_put_get_error(mp); d=path_join; right_tension(q)=unity; y=unity;
18254   }
18255 }
18256 @<Plug an opening in |right_type(pp)|, if possible@>;
18257 if ( d==ampersand ) {
18258   @<Splice independent paths together@>;
18259 } else  { 
18260   @<Plug an opening in |right_type(q)|, if possible@>;
18261   link(q)=pp; left_y(pp)=y;
18262   if ( t!=mp_open ) { left_x(pp)=x; left_type(pp)=t;  };
18263 }
18264 q=qq;
18265 }
18266
18267 @ @<Plug an opening in |right_type(q)|...@>=
18268 if ( right_type(q)==mp_open ) {
18269   if ( (left_type(q)==mp_curl)||(left_type(q)==mp_given) ) {
18270     right_type(q)=left_type(q); right_given(q)=left_given(q);
18271   }
18272 }
18273
18274 @ @<Plug an opening in |right_type(pp)|...@>=
18275 if ( right_type(pp)==mp_open ) {
18276   if ( (t==mp_curl)||(t==mp_given) ) {
18277     right_type(pp)=t; right_given(pp)=x;
18278   }
18279 }
18280
18281 @ @<Splice independent paths together@>=
18282
18283   if ( left_type(q)==mp_open ) if ( right_type(q)==mp_open ) {
18284     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
18285   }
18286   if ( right_type(pp)==mp_open ) if ( t==mp_open ) {
18287     right_type(pp)=mp_curl; right_curl(pp)=unity;
18288   }
18289   right_type(q)=right_type(pp); link(q)=link(pp);
18290   right_x(q)=right_x(pp); right_y(q)=right_y(pp);
18291   mp_free_node(mp, pp,knot_node_size);
18292   if ( qq==pp ) qq=q;
18293 }
18294
18295 @ @<Choose control points for the path...@>=
18296 if ( cycle_hit ) { 
18297   if ( d==ampersand ) p=q;
18298 } else  { 
18299   left_type(p)=mp_endpoint;
18300   if ( right_type(p)==mp_open ) { 
18301     right_type(p)=mp_curl; right_curl(p)=unity;
18302   }
18303   right_type(q)=mp_endpoint;
18304   if ( left_type(q)==mp_open ) { 
18305     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
18306   }
18307   link(q)=p;
18308 }
18309 mp_make_choices(mp, p);
18310 mp->cur_type=mp_path_type; mp->cur_exp=p
18311
18312 @ Finally, we sometimes need to scan an expression whose value is
18313 supposed to be either |true_code| or |false_code|.
18314
18315 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
18316 void mp_get_boolean (MP mp) { 
18317   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18318   if ( mp->cur_type!=mp_boolean_type ) {
18319     exp_err("Undefined condition will be treated as `false'");
18320 @.Undefined condition...@>
18321     help2("The expression shown above should have had a definite")
18322       ("true-or-false value. I'm changing it to `false'.");
18323     mp_put_get_flush_error(mp, false_code); mp->cur_type=mp_boolean_type;
18324   }
18325 }
18326
18327 @* \[39] Doing the operations.
18328 The purpose of parsing is primarily to permit people to avoid piles of
18329 parentheses. But the real work is done after the structure of an expression
18330 has been recognized; that's when new expressions are generated. We
18331 turn now to the guts of \MP, which handles individual operators that
18332 have come through the parsing mechanism.
18333
18334 We'll start with the easy ones that take no operands, then work our way
18335 up to operators with one and ultimately two arguments. In other words,
18336 we will write the three procedures |do_nullary|, |do_unary|, and |do_binary|
18337 that are invoked periodically by the expression scanners.
18338
18339 First let's make sure that all of the primitive operators are in the
18340 hash table. Although |scan_primary| and its relatives made use of the
18341 \\{cmd} code for these operators, the \\{do} routines base everything
18342 on the \\{mod} code. For example, |do_binary| doesn't care whether the
18343 operation it performs is a |primary_binary| or |secondary_binary|, etc.
18344
18345 @<Put each...@>=
18346 mp_primitive(mp, "true",nullary,true_code);
18347 @:true_}{\&{true} primitive@>
18348 mp_primitive(mp, "false",nullary,false_code);
18349 @:false_}{\&{false} primitive@>
18350 mp_primitive(mp, "nullpicture",nullary,null_picture_code);
18351 @:null_picture_}{\&{nullpicture} primitive@>
18352 mp_primitive(mp, "nullpen",nullary,null_pen_code);
18353 @:null_pen_}{\&{nullpen} primitive@>
18354 mp_primitive(mp, "jobname",nullary,job_name_op);
18355 @:job_name_}{\&{jobname} primitive@>
18356 mp_primitive(mp, "readstring",nullary,read_string_op);
18357 @:read_string_}{\&{readstring} primitive@>
18358 mp_primitive(mp, "pencircle",nullary,pen_circle);
18359 @:pen_circle_}{\&{pencircle} primitive@>
18360 mp_primitive(mp, "normaldeviate",nullary,normal_deviate);
18361 @:normal_deviate_}{\&{normaldeviate} primitive@>
18362 mp_primitive(mp, "readfrom",unary,read_from_op);
18363 @:read_from_}{\&{readfrom} primitive@>
18364 mp_primitive(mp, "closefrom",unary,close_from_op);
18365 @:close_from_}{\&{closefrom} primitive@>
18366 mp_primitive(mp, "odd",unary,odd_op);
18367 @:odd_}{\&{odd} primitive@>
18368 mp_primitive(mp, "known",unary,known_op);
18369 @:known_}{\&{known} primitive@>
18370 mp_primitive(mp, "unknown",unary,unknown_op);
18371 @:unknown_}{\&{unknown} primitive@>
18372 mp_primitive(mp, "not",unary,not_op);
18373 @:not_}{\&{not} primitive@>
18374 mp_primitive(mp, "decimal",unary,decimal);
18375 @:decimal_}{\&{decimal} primitive@>
18376 mp_primitive(mp, "reverse",unary,reverse);
18377 @:reverse_}{\&{reverse} primitive@>
18378 mp_primitive(mp, "makepath",unary,make_path_op);
18379 @:make_path_}{\&{makepath} primitive@>
18380 mp_primitive(mp, "makepen",unary,make_pen_op);
18381 @:make_pen_}{\&{makepen} primitive@>
18382 mp_primitive(mp, "oct",unary,oct_op);
18383 @:oct_}{\&{oct} primitive@>
18384 mp_primitive(mp, "hex",unary,hex_op);
18385 @:hex_}{\&{hex} primitive@>
18386 mp_primitive(mp, "ASCII",unary,ASCII_op);
18387 @:ASCII_}{\&{ASCII} primitive@>
18388 mp_primitive(mp, "char",unary,char_op);
18389 @:char_}{\&{char} primitive@>
18390 mp_primitive(mp, "length",unary,length_op);
18391 @:length_}{\&{length} primitive@>
18392 mp_primitive(mp, "turningnumber",unary,turning_op);
18393 @:turning_number_}{\&{turningnumber} primitive@>
18394 mp_primitive(mp, "xpart",unary,x_part);
18395 @:x_part_}{\&{xpart} primitive@>
18396 mp_primitive(mp, "ypart",unary,y_part);
18397 @:y_part_}{\&{ypart} primitive@>
18398 mp_primitive(mp, "xxpart",unary,xx_part);
18399 @:xx_part_}{\&{xxpart} primitive@>
18400 mp_primitive(mp, "xypart",unary,xy_part);
18401 @:xy_part_}{\&{xypart} primitive@>
18402 mp_primitive(mp, "yxpart",unary,yx_part);
18403 @:yx_part_}{\&{yxpart} primitive@>
18404 mp_primitive(mp, "yypart",unary,yy_part);
18405 @:yy_part_}{\&{yypart} primitive@>
18406 mp_primitive(mp, "redpart",unary,red_part);
18407 @:red_part_}{\&{redpart} primitive@>
18408 mp_primitive(mp, "greenpart",unary,green_part);
18409 @:green_part_}{\&{greenpart} primitive@>
18410 mp_primitive(mp, "bluepart",unary,blue_part);
18411 @:blue_part_}{\&{bluepart} primitive@>
18412 mp_primitive(mp, "cyanpart",unary,cyan_part);
18413 @:cyan_part_}{\&{cyanpart} primitive@>
18414 mp_primitive(mp, "magentapart",unary,magenta_part);
18415 @:magenta_part_}{\&{magentapart} primitive@>
18416 mp_primitive(mp, "yellowpart",unary,yellow_part);
18417 @:yellow_part_}{\&{yellowpart} primitive@>
18418 mp_primitive(mp, "blackpart",unary,black_part);
18419 @:black_part_}{\&{blackpart} primitive@>
18420 mp_primitive(mp, "greypart",unary,grey_part);
18421 @:grey_part_}{\&{greypart} primitive@>
18422 mp_primitive(mp, "colormodel",unary,color_model_part);
18423 @:color_model_part_}{\&{colormodel} primitive@>
18424 mp_primitive(mp, "fontpart",unary,font_part);
18425 @:font_part_}{\&{fontpart} primitive@>
18426 mp_primitive(mp, "textpart",unary,text_part);
18427 @:text_part_}{\&{textpart} primitive@>
18428 mp_primitive(mp, "pathpart",unary,path_part);
18429 @:path_part_}{\&{pathpart} primitive@>
18430 mp_primitive(mp, "penpart",unary,pen_part);
18431 @:pen_part_}{\&{penpart} primitive@>
18432 mp_primitive(mp, "dashpart",unary,dash_part);
18433 @:dash_part_}{\&{dashpart} primitive@>
18434 mp_primitive(mp, "sqrt",unary,sqrt_op);
18435 @:sqrt_}{\&{sqrt} primitive@>
18436 mp_primitive(mp, "mexp",unary,m_exp_op);
18437 @:m_exp_}{\&{mexp} primitive@>
18438 mp_primitive(mp, "mlog",unary,m_log_op);
18439 @:m_log_}{\&{mlog} primitive@>
18440 mp_primitive(mp, "sind",unary,sin_d_op);
18441 @:sin_d_}{\&{sind} primitive@>
18442 mp_primitive(mp, "cosd",unary,cos_d_op);
18443 @:cos_d_}{\&{cosd} primitive@>
18444 mp_primitive(mp, "floor",unary,floor_op);
18445 @:floor_}{\&{floor} primitive@>
18446 mp_primitive(mp, "uniformdeviate",unary,uniform_deviate);
18447 @:uniform_deviate_}{\&{uniformdeviate} primitive@>
18448 mp_primitive(mp, "charexists",unary,char_exists_op);
18449 @:char_exists_}{\&{charexists} primitive@>
18450 mp_primitive(mp, "fontsize",unary,font_size);
18451 @:font_size_}{\&{fontsize} primitive@>
18452 mp_primitive(mp, "llcorner",unary,ll_corner_op);
18453 @:ll_corner_}{\&{llcorner} primitive@>
18454 mp_primitive(mp, "lrcorner",unary,lr_corner_op);
18455 @:lr_corner_}{\&{lrcorner} primitive@>
18456 mp_primitive(mp, "ulcorner",unary,ul_corner_op);
18457 @:ul_corner_}{\&{ulcorner} primitive@>
18458 mp_primitive(mp, "urcorner",unary,ur_corner_op);
18459 @:ur_corner_}{\&{urcorner} primitive@>
18460 mp_primitive(mp, "arclength",unary,arc_length);
18461 @:arc_length_}{\&{arclength} primitive@>
18462 mp_primitive(mp, "angle",unary,angle_op);
18463 @:angle_}{\&{angle} primitive@>
18464 mp_primitive(mp, "cycle",cycle,cycle_op);
18465 @:cycle_}{\&{cycle} primitive@>
18466 mp_primitive(mp, "stroked",unary,stroked_op);
18467 @:stroked_}{\&{stroked} primitive@>
18468 mp_primitive(mp, "filled",unary,filled_op);
18469 @:filled_}{\&{filled} primitive@>
18470 mp_primitive(mp, "textual",unary,textual_op);
18471 @:textual_}{\&{textual} primitive@>
18472 mp_primitive(mp, "clipped",unary,clipped_op);
18473 @:clipped_}{\&{clipped} primitive@>
18474 mp_primitive(mp, "bounded",unary,bounded_op);
18475 @:bounded_}{\&{bounded} primitive@>
18476 mp_primitive(mp, "+",plus_or_minus,plus);
18477 @:+ }{\.{+} primitive@>
18478 mp_primitive(mp, "-",plus_or_minus,minus);
18479 @:- }{\.{-} primitive@>
18480 mp_primitive(mp, "*",secondary_binary,times);
18481 @:* }{\.{*} primitive@>
18482 mp_primitive(mp, "/",slash,over); mp->eqtb[frozen_slash]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
18483 @:/ }{\.{/} primitive@>
18484 mp_primitive(mp, "++",tertiary_binary,pythag_add);
18485 @:++_}{\.{++} primitive@>
18486 mp_primitive(mp, "+-+",tertiary_binary,pythag_sub);
18487 @:+-+_}{\.{+-+} primitive@>
18488 mp_primitive(mp, "or",tertiary_binary,or_op);
18489 @:or_}{\&{or} primitive@>
18490 mp_primitive(mp, "and",and_command,and_op);
18491 @:and_}{\&{and} primitive@>
18492 mp_primitive(mp, "<",expression_binary,less_than);
18493 @:< }{\.{<} primitive@>
18494 mp_primitive(mp, "<=",expression_binary,less_or_equal);
18495 @:<=_}{\.{<=} primitive@>
18496 mp_primitive(mp, ">",expression_binary,greater_than);
18497 @:> }{\.{>} primitive@>
18498 mp_primitive(mp, ">=",expression_binary,greater_or_equal);
18499 @:>=_}{\.{>=} primitive@>
18500 mp_primitive(mp, "=",equals,equal_to);
18501 @:= }{\.{=} primitive@>
18502 mp_primitive(mp, "<>",expression_binary,unequal_to);
18503 @:<>_}{\.{<>} primitive@>
18504 mp_primitive(mp, "substring",primary_binary,substring_of);
18505 @:substring_}{\&{substring} primitive@>
18506 mp_primitive(mp, "subpath",primary_binary,subpath_of);
18507 @:subpath_}{\&{subpath} primitive@>
18508 mp_primitive(mp, "directiontime",primary_binary,direction_time_of);
18509 @:direction_time_}{\&{directiontime} primitive@>
18510 mp_primitive(mp, "point",primary_binary,point_of);
18511 @:point_}{\&{point} primitive@>
18512 mp_primitive(mp, "precontrol",primary_binary,precontrol_of);
18513 @:precontrol_}{\&{precontrol} primitive@>
18514 mp_primitive(mp, "postcontrol",primary_binary,postcontrol_of);
18515 @:postcontrol_}{\&{postcontrol} primitive@>
18516 mp_primitive(mp, "penoffset",primary_binary,pen_offset_of);
18517 @:pen_offset_}{\&{penoffset} primitive@>
18518 mp_primitive(mp, "arctime",primary_binary,arc_time_of);
18519 @:arc_time_of_}{\&{arctime} primitive@>
18520 mp_primitive(mp, "mpversion",nullary,mp_version);
18521 @:mp_verison_}{\&{mpversion} primitive@>
18522 mp_primitive(mp, "&",ampersand,concatenate);
18523 @:!!!}{\.{\&} primitive@>
18524 mp_primitive(mp, "rotated",secondary_binary,rotated_by);
18525 @:rotated_}{\&{rotated} primitive@>
18526 mp_primitive(mp, "slanted",secondary_binary,slanted_by);
18527 @:slanted_}{\&{slanted} primitive@>
18528 mp_primitive(mp, "scaled",secondary_binary,scaled_by);
18529 @:scaled_}{\&{scaled} primitive@>
18530 mp_primitive(mp, "shifted",secondary_binary,shifted_by);
18531 @:shifted_}{\&{shifted} primitive@>
18532 mp_primitive(mp, "transformed",secondary_binary,transformed_by);
18533 @:transformed_}{\&{transformed} primitive@>
18534 mp_primitive(mp, "xscaled",secondary_binary,x_scaled);
18535 @:x_scaled_}{\&{xscaled} primitive@>
18536 mp_primitive(mp, "yscaled",secondary_binary,y_scaled);
18537 @:y_scaled_}{\&{yscaled} primitive@>
18538 mp_primitive(mp, "zscaled",secondary_binary,z_scaled);
18539 @:z_scaled_}{\&{zscaled} primitive@>
18540 mp_primitive(mp, "infont",secondary_binary,in_font);
18541 @:in_font_}{\&{infont} primitive@>
18542 mp_primitive(mp, "intersectiontimes",tertiary_binary,intersect);
18543 @:intersection_times_}{\&{intersectiontimes} primitive@>
18544
18545 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
18546 case nullary:
18547 case unary:
18548 case primary_binary:
18549 case secondary_binary:
18550 case tertiary_binary:
18551 case expression_binary:
18552 case cycle:
18553 case plus_or_minus:
18554 case slash:
18555 case ampersand:
18556 case equals:
18557 case and_command:
18558   mp_print_op(mp, m);
18559   break;
18560
18561 @ OK, let's look at the simplest \\{do} procedure first.
18562
18563 @c @<Declare nullary action procedure@>;
18564 void mp_do_nullary (MP mp,quarterword c) { 
18565   check_arith;
18566   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two )
18567     mp_show_cmd_mod(mp, nullary,c);
18568   switch (c) {
18569   case true_code: case false_code: 
18570     mp->cur_type=mp_boolean_type; mp->cur_exp=c;
18571     break;
18572   case null_picture_code: 
18573     mp->cur_type=mp_picture_type;
18574     mp->cur_exp=mp_get_node(mp, edge_header_size); 
18575     mp_init_edges(mp, mp->cur_exp);
18576     break;
18577   case null_pen_code: 
18578     mp->cur_type=mp_pen_type; mp->cur_exp=mp_get_pen_circle(mp, 0);
18579     break;
18580   case normal_deviate: 
18581     mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=mp_norm_rand(mp);
18582     break;
18583   case pen_circle: 
18584     mp->cur_type=mp_pen_type; mp->cur_exp=mp_get_pen_circle(mp, unity);
18585     break;
18586   case job_name_op:  
18587     if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
18588     mp->cur_type=mp_string_type; mp->cur_exp=rts(mp->job_name);
18589     break;
18590   case mp_version: 
18591     mp->cur_type=mp_string_type; 
18592     mp->cur_exp=intern(metapost_version) ;
18593     break;
18594   case read_string_op:
18595     @<Read a string from the terminal@>;
18596     break;
18597   } /* there are no other cases */
18598   check_arith;
18599 }
18600
18601 @ @<Read a string...@>=
18602
18603   if ( mp->interaction<=mp_nonstop_mode )
18604     mp_fatal_error(mp, "*** (cannot readstring in nonstop modes)");
18605   mp_begin_file_reading(mp); name=is_read;
18606   limit=start; prompt_input("");
18607   mp_finish_read(mp);
18608 }
18609
18610 @ @<Declare nullary action procedure@>=
18611 void mp_finish_read (MP mp) { /* copy |buffer| line to |cur_exp| */
18612   size_t k;
18613   str_room((int)mp->last-start);
18614   for (k=start;k<=mp->last-1;k++) {
18615    append_char(mp->buffer[k]);
18616   }
18617   mp_end_file_reading(mp); mp->cur_type=mp_string_type; 
18618   mp->cur_exp=mp_make_string(mp);
18619 }
18620
18621 @ Things get a bit more interesting when there's an operand. The
18622 operand to |do_unary| appears in |cur_type| and |cur_exp|.
18623
18624 @c @<Declare unary action procedures@>;
18625 void mp_do_unary (MP mp,quarterword c) {
18626   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
18627   integer x; /* a temporary register */
18628   check_arith;
18629   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two )
18630     @<Trace the current unary operation@>;
18631   switch (c) {
18632   case plus:
18633     if ( mp->cur_type<mp_color_type ) mp_bad_unary(mp, plus);
18634     break;
18635   case minus:
18636     @<Negate the current expression@>;
18637     break;
18638   @<Additional cases of unary operators@>;
18639   } /* there are no other cases */
18640   check_arith;
18641 };
18642
18643 @ The |nice_pair| function returns |true| if both components of a pair
18644 are known.
18645
18646 @<Declare unary action procedures@>=
18647 boolean mp_nice_pair (MP mp,integer p, quarterword t) { 
18648   if ( t==mp_pair_type ) {
18649     p=value(p);
18650     if ( type(x_part_loc(p))==mp_known )
18651       if ( type(y_part_loc(p))==mp_known )
18652         return true;
18653   }
18654   return false;
18655 }
18656
18657 @ The |nice_color_or_pair| function is analogous except that it also accepts
18658 fully known colors.
18659
18660 @<Declare unary action procedures@>=
18661 boolean mp_nice_color_or_pair (MP mp,integer p, quarterword t) {
18662   pointer q,r; /* for scanning the big node */
18663   if ( (t!=mp_pair_type)&&(t!=mp_color_type)&&(t!=mp_cmykcolor_type) ) {
18664     return false;
18665   } else { 
18666     q=value(p);
18667     r=q+mp->big_node_size[type(p)];
18668     do {  
18669       r=r-2;
18670       if ( type(r)!=mp_known )
18671         return false;
18672     } while (r!=q);
18673     return true;
18674   }
18675 }
18676
18677 @ @<Declare unary action...@>=
18678 void mp_print_known_or_unknown_type (MP mp,small_number t, integer v) { 
18679   mp_print_char(mp, '(');
18680   if ( t>mp_known ) mp_print(mp, "unknown numeric");
18681   else { if ( (t==mp_pair_type)||(t==mp_color_type)||(t==mp_cmykcolor_type) )
18682     if ( ! mp_nice_color_or_pair(mp, v,t) ) mp_print(mp, "unknown ");
18683     mp_print_type(mp, t);
18684   }
18685   mp_print_char(mp, ')');
18686 }
18687
18688 @ @<Declare unary action...@>=
18689 void mp_bad_unary (MP mp,quarterword c) { 
18690   exp_err("Not implemented: "); mp_print_op(mp, c);
18691 @.Not implemented...@>
18692   mp_print_known_or_unknown_type(mp, mp->cur_type,mp->cur_exp);
18693   help3("I'm afraid I don't know how to apply that operation to that")
18694     ("particular type. Continue, and I'll simply return the")
18695     ("argument (shown above) as the result of the operation.");
18696   mp_put_get_error(mp);
18697 }
18698
18699 @ @<Trace the current unary operation@>=
18700
18701   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{"); 
18702   mp_print_op(mp, c); mp_print_char(mp, '(');
18703   mp_print_exp(mp, null,0); /* show the operand, but not verbosely */
18704   mp_print(mp, ")}"); mp_end_diagnostic(mp, false);
18705 }
18706
18707 @ Negation is easy except when the current expression
18708 is of type |independent|, or when it is a pair with one or more
18709 |independent| components.
18710
18711 It is tempting to argue that the negative of an independent variable
18712 is an independent variable, hence we don't have to do anything when
18713 negating it. The fallacy is that other dependent variables pointing
18714 to the current expression must change the sign of their
18715 coefficients if we make no change to the current expression.
18716
18717 Instead, we work around the problem by copying the current expression
18718 and recycling it afterwards (cf.~the |stash_in| routine).
18719
18720 @<Negate the current expression@>=
18721 switch (mp->cur_type) {
18722 case mp_color_type:
18723 case mp_cmykcolor_type:
18724 case mp_pair_type:
18725 case mp_independent: 
18726   q=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, q);
18727   if ( mp->cur_type==mp_dependent ) {
18728     mp_negate_dep_list(mp, dep_list(mp->cur_exp));
18729   } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { /* |mp_color_type| or |mp_pair_type| */
18730     p=value(mp->cur_exp);
18731     r=p+mp->big_node_size[mp->cur_type];
18732     do {  
18733       r=r-2;
18734       if ( type(r)==mp_known ) negate(value(r));
18735       else mp_negate_dep_list(mp, dep_list(r));
18736     } while (r!=p);
18737   } /* if |cur_type=mp_known| then |cur_exp=0| */
18738   mp_recycle_value(mp, q); mp_free_node(mp, q,value_node_size);
18739   break;
18740 case mp_dependent:
18741 case mp_proto_dependent:
18742   mp_negate_dep_list(mp, dep_list(mp->cur_exp));
18743   break;
18744 case mp_known:
18745   negate(mp->cur_exp);
18746   break;
18747 default:
18748   mp_bad_unary(mp, minus);
18749   break;
18750 }
18751
18752 @ @<Declare unary action...@>=
18753 void mp_negate_dep_list (MP mp,pointer p) { 
18754   while (1) { 
18755     negate(value(p));
18756     if ( info(p)==null ) return;
18757     p=link(p);
18758   }
18759 }
18760
18761 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18762 case not_op: 
18763   if ( mp->cur_type!=mp_boolean_type ) mp_bad_unary(mp, not_op);
18764   else mp->cur_exp=true_code+false_code-mp->cur_exp;
18765   break;
18766
18767 @ @d three_sixty_units 23592960 /* that's |360*unity| */
18768 @d boolean_reset(A) if ( (A) ) mp->cur_exp=true_code; else mp->cur_exp=false_code
18769
18770 @<Additional cases of unary operators@>=
18771 case sqrt_op:
18772 case m_exp_op:
18773 case m_log_op:
18774 case sin_d_op:
18775 case cos_d_op:
18776 case floor_op:
18777 case  uniform_deviate:
18778 case odd_op:
18779 case char_exists_op:
18780   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18781     mp_bad_unary(mp, c);
18782   } else {
18783     switch (c) {
18784     case sqrt_op:mp->cur_exp=mp_square_rt(mp, mp->cur_exp);break;
18785     case m_exp_op:mp->cur_exp=mp_m_exp(mp, mp->cur_exp);break;
18786     case m_log_op:mp->cur_exp=mp_m_log(mp, mp->cur_exp);break;
18787     case sin_d_op:
18788     case cos_d_op:
18789       mp_n_sin_cos(mp, (mp->cur_exp % three_sixty_units)*16);
18790       if ( c==sin_d_op ) mp->cur_exp=mp_round_fraction(mp, mp->n_sin);
18791       else mp->cur_exp=mp_round_fraction(mp, mp->n_cos);
18792       break;
18793     case floor_op:mp->cur_exp=mp_floor_scaled(mp, mp->cur_exp);break;
18794     case uniform_deviate:mp->cur_exp=mp_unif_rand(mp, mp->cur_exp);break;
18795     case odd_op: 
18796       boolean_reset(odd(mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp)));
18797       mp->cur_type=mp_boolean_type;
18798       break;
18799     case char_exists_op:
18800       @<Determine if a character has been shipped out@>;
18801       break;
18802     } /* there are no other cases */
18803   }
18804   break;
18805
18806 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18807 case angle_op:
18808   if ( mp_nice_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type) ) {
18809     p=value(mp->cur_exp);
18810     x=mp_n_arg(mp, value(x_part_loc(p)),value(y_part_loc(p)));
18811     if ( x>=0 ) mp_flush_cur_exp(mp, (x+8)/ 16);
18812     else mp_flush_cur_exp(mp, -((-x+8)/ 16));
18813   } else {
18814     mp_bad_unary(mp, angle_op);
18815   }
18816   break;
18817
18818 @ If the current expression is a pair, but the context wants it to
18819 be a path, we call |pair_to_path|.
18820
18821 @<Declare unary action...@>=
18822 void mp_pair_to_path (MP mp) { 
18823   mp->cur_exp=mp_new_knot(mp); 
18824   mp->cur_type=mp_path_type;
18825 };
18826
18827 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18828 case x_part:
18829 case y_part:
18830   if ( (mp->cur_type==mp_pair_type)||(mp->cur_type==mp_transform_type) )
18831     mp_take_part(mp, c);
18832   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18833   else mp_bad_unary(mp, c);
18834   break;
18835 case xx_part:
18836 case xy_part:
18837 case yx_part:
18838 case yy_part: 
18839   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) mp_take_part(mp, c);
18840   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18841   else mp_bad_unary(mp, c);
18842   break;
18843 case red_part:
18844 case green_part:
18845 case blue_part: 
18846   if ( mp->cur_type==mp_color_type ) mp_take_part(mp, c);
18847   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18848   else mp_bad_unary(mp, c);
18849   break;
18850 case cyan_part:
18851 case magenta_part:
18852 case yellow_part:
18853 case black_part: 
18854   if ( mp->cur_type==mp_cmykcolor_type) mp_take_part(mp, 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 grey_part: 
18859   if ( mp->cur_type==mp_known ) mp->cur_exp=value(c);
18860   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18861   else mp_bad_unary(mp, c);
18862   break;
18863 case color_model_part: 
18864   if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18865   else mp_bad_unary(mp, c);
18866   break;
18867
18868 @ In the following procedure, |cur_exp| points to a capsule, which points to
18869 a big node. We want to delete all but one part of the big node.
18870
18871 @<Declare unary action...@>=
18872 void mp_take_part (MP mp,quarterword c) {
18873   pointer p; /* the big node */
18874   p=value(mp->cur_exp); value(temp_val)=p; type(temp_val)=mp->cur_type;
18875   link(p)=temp_val; mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
18876   mp_make_exp_copy(mp, p+mp->sector_offset[c+mp_x_part_sector-x_part]);
18877   mp_recycle_value(mp, temp_val);
18878 }
18879
18880 @ @<Initialize table entries...@>=
18881 name_type(temp_val)=mp_capsule;
18882
18883 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18884 case font_part:
18885 case text_part:
18886 case path_part:
18887 case pen_part:
18888 case dash_part:
18889   if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18890   else mp_bad_unary(mp, c);
18891   break;
18892
18893 @ @<Declarations@>=
18894 void mp_scale_edges (MP mp);
18895
18896 @ @<Declare unary action...@>=
18897 void mp_take_pict_part (MP mp,quarterword c) {
18898   pointer p; /* first graphical object in |cur_exp| */
18899   p=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
18900   if ( p!=null ) {
18901     switch (c) {
18902     case x_part: case y_part: case xx_part:
18903     case xy_part: case yx_part: case yy_part:
18904       if ( type(p)==mp_text_code ) mp_flush_cur_exp(mp, text_trans_part(p+c));
18905       else goto NOT_FOUND;
18906       break;
18907     case red_part: case green_part: case blue_part:
18908       if ( has_color(p) ) mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c));
18909       else goto NOT_FOUND;
18910       break;
18911     case cyan_part: case magenta_part: case yellow_part:
18912     case black_part:
18913       if ( has_color(p) ) {
18914         if ( color_model(p)==mp_uninitialized_model )
18915           mp_flush_cur_exp(mp, unity);
18916         else
18917           mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c+(red_part-cyan_part)));
18918       } else goto NOT_FOUND;
18919       break;
18920     case grey_part:
18921       if ( has_color(p) )
18922           mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c+(red_part-grey_part)));
18923       else goto NOT_FOUND;
18924       break;
18925     case color_model_part:
18926       if ( has_color(p) ) {
18927         if ( color_model(p)==mp_uninitialized_model )
18928           mp_flush_cur_exp(mp, mp->internal[mp_default_color_model]);
18929         else
18930           mp_flush_cur_exp(mp, color_model(p)*unity);
18931       } else goto NOT_FOUND;
18932       break;
18933     @<Handle other cases in |take_pict_part| or |goto not_found|@>;
18934     } /* all cases have been enumerated */
18935     return;
18936   };
18937 NOT_FOUND:
18938   @<Convert the current expression to a null value appropriate
18939     for |c|@>;
18940 }
18941
18942 @ @<Handle other cases in |take_pict_part| or |goto not_found|@>=
18943 case text_part: 
18944   if ( type(p)!=mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
18945   else { 
18946     mp_flush_cur_exp(mp, text_p(p));
18947     add_str_ref(mp->cur_exp);
18948     mp->cur_type=mp_string_type;
18949     };
18950   break;
18951 case font_part: 
18952   if ( type(p)!=mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
18953   else { 
18954     mp_flush_cur_exp(mp, rts(mp->font_name[font_n(p)])); 
18955     add_str_ref(mp->cur_exp);
18956     mp->cur_type=mp_string_type;
18957   };
18958   break;
18959 case path_part:
18960   if ( type(p)==mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
18961   else if ( is_stop(p) ) mp_confusion(mp, "pict");
18962 @:this can't happen pict}{\quad pict@>
18963   else { 
18964     mp_flush_cur_exp(mp, mp_copy_path(mp, path_p(p)));
18965     mp->cur_type=mp_path_type;
18966   }
18967   break;
18968 case pen_part: 
18969   if ( ! has_pen(p) ) goto NOT_FOUND;
18970   else {
18971     if ( pen_p(p)==null ) goto NOT_FOUND;
18972     else { mp_flush_cur_exp(mp, copy_pen(pen_p(p)));
18973       mp->cur_type=mp_pen_type;
18974     };
18975   }
18976   break;
18977 case dash_part: 
18978   if ( type(p)!=mp_stroked_code ) goto NOT_FOUND;
18979   else { if ( dash_p(p)==null ) goto NOT_FOUND;
18980     else { add_edge_ref(dash_p(p));
18981     mp->se_sf=dash_scale(p);
18982     mp->se_pic=dash_p(p);
18983     mp_scale_edges(mp);
18984     mp_flush_cur_exp(mp, mp->se_pic);
18985     mp->cur_type=mp_picture_type;
18986     };
18987   }
18988   break;
18989
18990 @ Since |scale_edges| had to be declared |forward|, it had to be declared as a
18991 parameterless procedure even though it really takes two arguments and updates
18992 one of them.  Hence the following globals are needed.
18993
18994 @<Global...@>=
18995 pointer se_pic;  /* edge header used and updated by |scale_edges| */
18996 scaled se_sf;  /* the scale factor argument to |scale_edges| */
18997
18998 @ @<Convert the current expression to a null value appropriate...@>=
18999 switch (c) {
19000 case text_part: case font_part: 
19001   mp_flush_cur_exp(mp, rts(""));
19002   mp->cur_type=mp_string_type;
19003   break;
19004 case path_part: 
19005   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_node(mp, knot_node_size));
19006   left_type(mp->cur_exp)=mp_endpoint;
19007   right_type(mp->cur_exp)=mp_endpoint;
19008   link(mp->cur_exp)=mp->cur_exp;
19009   x_coord(mp->cur_exp)=0;
19010   y_coord(mp->cur_exp)=0;
19011   originator(mp->cur_exp)=mp_metapost_user;
19012   mp->cur_type=mp_path_type;
19013   break;
19014 case pen_part: 
19015   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_pen_circle(mp, 0));
19016   mp->cur_type=mp_pen_type;
19017   break;
19018 case dash_part: 
19019   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_node(mp, edge_header_size));
19020   mp_init_edges(mp, mp->cur_exp);
19021   mp->cur_type=mp_picture_type;
19022   break;
19023 default: 
19024    mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19025   break;
19026 }
19027
19028 @ @<Additional cases of unary...@>=
19029 case char_op: 
19030   if ( mp->cur_type!=mp_known ) { 
19031     mp_bad_unary(mp, char_op);
19032   } else { 
19033     mp->cur_exp=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp) % 256; 
19034     mp->cur_type=mp_string_type;
19035     if ( mp->cur_exp<0 ) mp->cur_exp=mp->cur_exp+256;
19036   }
19037   break;
19038 case decimal: 
19039   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
19040      mp_bad_unary(mp, decimal);
19041   } else { 
19042     mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=new_string;
19043     mp_print_scaled(mp, mp->cur_exp); mp->cur_exp=mp_make_string(mp);
19044     mp->selector=mp->old_setting; mp->cur_type=mp_string_type;
19045   }
19046   break;
19047 case oct_op:
19048 case hex_op:
19049 case ASCII_op: 
19050   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, c);
19051   else mp_str_to_num(mp, c);
19052   break;
19053 case font_size: 
19054   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, font_size);
19055   else @<Find the design size of the font whose name is |cur_exp|@>;
19056   break;
19057
19058 @ @<Declare unary action...@>=
19059 void mp_str_to_num (MP mp,quarterword c) { /* converts a string to a number */
19060   integer n; /* accumulator */
19061   ASCII_code m; /* current character */
19062   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
19063   int b; /* radix of conversion */
19064   boolean bad_char; /* did the string contain an invalid digit? */
19065   if ( c==ASCII_op ) {
19066     if ( length(mp->cur_exp)==0 ) n=-1;
19067     else n=mp->str_pool[mp->str_start[mp->cur_exp]];
19068   } else { 
19069     if ( c==oct_op ) b=8; else b=16;
19070     n=0; bad_char=false;
19071     for (k=mp->str_start[mp->cur_exp];k<=str_stop(mp->cur_exp)-1;k++) {
19072       m=mp->str_pool[k];
19073       if ( (m>='0')&&(m<='9') ) m=m-'0';
19074       else if ( (m>='A')&&(m<='F') ) m=m-'A'+10;
19075       else if ( (m>='a')&&(m<='f') ) m=m-'a'+10;
19076       else  { bad_char=true; m=0; };
19077       if ( m>=b ) { bad_char=true; m=0; };
19078       if ( n<32768 / b ) n=n*b+m; else n=32767;
19079     }
19080     @<Give error messages if |bad_char| or |n>=4096|@>;
19081   }
19082   mp_flush_cur_exp(mp, n*unity);
19083 }
19084
19085 @ @<Give error messages if |bad_char|...@>=
19086 if ( bad_char ) { 
19087   exp_err("String contains illegal digits");
19088 @.String contains illegal digits@>
19089   if ( c==oct_op ) {
19090     help1("I zeroed out characters that weren't in the range 0..7.");
19091   } else  {
19092     help1("I zeroed out characters that weren't hex digits.");
19093   }
19094   mp_put_get_error(mp);
19095 }
19096 if ( (n>4095) ) {
19097   if ( mp->internal[mp_warning_check]>0 ) {
19098     print_err("Number too large ("); 
19099     mp_print_int(mp, n); mp_print_char(mp, ')');
19100 @.Number too large@>
19101     help2("I have trouble with numbers greater than 4095; watch out.")
19102       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
19103     mp_put_get_error(mp);
19104   }
19105 }
19106
19107 @ The length operation is somewhat unusual in that it applies to a variety
19108 of different types of operands.
19109
19110 @<Additional cases of unary...@>=
19111 case length_op: 
19112   switch (mp->cur_type) {
19113   case mp_string_type: mp_flush_cur_exp(mp, length(mp->cur_exp)*unity); break;
19114   case mp_path_type: mp_flush_cur_exp(mp, mp_path_length(mp)); break;
19115   case mp_known: mp->cur_exp=abs(mp->cur_exp); break;
19116   case mp_picture_type: mp_flush_cur_exp(mp, mp_pict_length(mp)); break;
19117   default: 
19118     if ( mp_nice_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type) )
19119       mp_flush_cur_exp(mp, mp_pyth_add(mp, 
19120         value(x_part_loc(value(mp->cur_exp))),
19121         value(y_part_loc(value(mp->cur_exp)))));
19122     else mp_bad_unary(mp, c);
19123     break;
19124   }
19125   break;
19126
19127 @ @<Declare unary action...@>=
19128 scaled mp_path_length (MP mp) { /* computes the length of the current path */
19129   scaled n; /* the path length so far */
19130   pointer p; /* traverser */
19131   p=mp->cur_exp;
19132   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) n=-unity; else n=0;
19133   do {  p=link(p); n=n+unity; } while (p!=mp->cur_exp);
19134   return n;
19135 }
19136
19137 @ @<Declare unary action...@>=
19138 scaled mp_pict_length (MP mp) { 
19139   /* counts interior components in picture |cur_exp| */
19140   scaled n; /* the count so far */
19141   pointer p; /* traverser */
19142   n=0;
19143   p=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
19144   if ( p!=null ) {
19145     if ( is_start_or_stop(p) )
19146       if ( mp_skip_1component(mp, p)==null ) p=link(p);
19147     while ( p!=null )  { 
19148       skip_component(p) return n; 
19149       n=n+unity;   
19150     }
19151   }
19152   return n;
19153 }
19154
19155 @ Implement |turningnumber|
19156
19157 @<Additional cases of unary...@>=
19158 case turning_op:
19159   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19160   else if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, turning_op);
19161   else if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint )
19162      mp_flush_cur_exp(mp, 0); /* not a cyclic path */
19163   else
19164     mp_flush_cur_exp(mp, mp_turn_cycles_wrapper(mp, mp->cur_exp));
19165   break;
19166
19167 @ The function |an_angle| returns the value of the |angle| primitive, or $0$ if the
19168 argument is |origin|.
19169
19170 @<Declare unary action...@>=
19171 angle mp_an_angle (MP mp,scaled xpar, scaled ypar) {
19172   if ( (! ((xpar==0) && (ypar==0))) )
19173     return mp_n_arg(mp, xpar,ypar);
19174   return 0;
19175 }
19176
19177
19178 @ The actual turning number is (for the moment) computed in a C function
19179 that receives eight integers corresponding to the four controlling points,
19180 and returns a single angle.  Besides those, we have to account for discrete
19181 moves at the actual points.
19182
19183 @d floor(a) (a>=0 ? a : -(int)(-a))
19184 @d bezier_error (720<<20)+1
19185 @d sign(v) ((v)>0 ? 1 : ((v)<0 ? -1 : 0 ))
19186 @d print_roots(a) { if (debuglevel>(65536*2))
19187    fprintf(stdout,"bezier_slope(): %s, i=%f, o=%f, angle=%f\n", (a),in,out,res); }
19188 @d out ((double)(xo>>20))
19189 @d mid ((double)(xm>>20))
19190 @d in  ((double)(xi>>20))
19191 @d divisor (256*256)
19192 @d double2angle(a) (int)floor(a*256.0*256.0*16.0)
19193
19194 @<Declare unary action...@>=
19195 angle mp_bezier_slope(MP mp, integer AX,integer AY,integer BX,integer BY,
19196             integer CX,integer CY,integer DX,integer DY, int debuglevel);
19197
19198 @ @c 
19199 angle mp_bezier_slope(MP mp, integer AX,integer AY,integer BX,integer BY,
19200             integer CX,integer CY,integer DX,integer DY, int debuglevel) {
19201   double a, b, c;
19202   integer deltax,deltay;
19203   double ax,ay,bx,by,cx,cy,dx,dy;
19204   angle xi = 0, xo = 0, xm = 0;
19205   double res = 0;
19206   ax=AX/divisor;  ay=AY/divisor;
19207   bx=BX/divisor;  by=BY/divisor;
19208   cx=CX/divisor;  cy=CY/divisor;
19209   dx=DX/divisor;  dy=DY/divisor;
19210
19211   deltax = (BX-AX); deltay = (BY-AY);
19212   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(CX-AX); deltay=(CY-AY); }
19213   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-AX); deltay=(DY-AY); }
19214   xi = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19215
19216   deltax = (CX-BX); deltay = (CY-BY);
19217   xm = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19218
19219   deltax = (DX-CX); deltay = (DY-CY);
19220   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-BX); deltay=(DY-BY); }
19221   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-AX); deltay=(DY-AY); }
19222   xo = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19223
19224   a = (bx-ax)*(cy-by) - (cx-bx)*(by-ay); /* a = (bp-ap)x(cp-bp); */
19225   b = (bx-ax)*(dy-cy) - (by-ay)*(dx-cx);; /* b = (bp-ap)x(dp-cp);*/
19226   c = (cx-bx)*(dy-cy) - (dx-cx)*(cy-by); /* c = (cp-bp)x(dp-cp);*/
19227
19228   if (debuglevel>(65536*2)) {
19229     fprintf(stdout,
19230       "bezier_slope(): (%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f)\n",
19231               ax,ay,bx,by,cx,cy,dx,dy);
19232     fprintf(stdout,
19233       "bezier_slope(): a,b,c,b^2,4ac: (%.2f,%.2f,%.2f,%.2f,%.2f)\n",a,b,c,b*b,4*a*c);
19234   }
19235
19236   if ((a==0)&&(c==0)) {
19237     res = (b==0 ?  0 :  (out-in)); 
19238     print_roots("no roots (a)");
19239   } else if ((a==0)||(c==0)) {
19240     if ((sign(b) == sign(a)) || (sign(b) == sign(c))) {
19241       res = out-in; /* ? */
19242       if (res<-180.0) 
19243         res += 360.0;
19244       else if (res>180.0)
19245         res -= 360.0;
19246       print_roots("no roots (b)");
19247     } else {
19248       res = out-in; /* ? */
19249       print_roots("one root (a)");
19250     }
19251   } else if ((sign(a)*sign(c))<0) {
19252     res = out-in; /* ? */
19253       if (res<-180.0) 
19254         res += 360.0;
19255       else if (res>180.0)
19256         res -= 360.0;
19257     print_roots("one root (b)");
19258   } else {
19259     if (sign(a) == sign(b)) {
19260       res = out-in; /* ? */
19261       if (res<-180.0) 
19262         res += 360.0;
19263       else if (res>180.0)
19264         res -= 360.0;
19265       print_roots("no roots (d)");
19266     } else {
19267       if ((b*b) == (4*a*c)) {
19268         res = bezier_error;
19269         print_roots("double root"); /* cusp */
19270       } else if ((b*b) < (4*a*c)) {
19271         res = out-in; /* ? */
19272         if (res<=0.0 &&res>-180.0) 
19273           res += 360.0;
19274         else if (res>=0.0 && res<180.0)
19275           res -= 360.0;
19276         print_roots("no roots (e)");
19277       } else {
19278         res = out-in;
19279         if (res<-180.0) 
19280           res += 360.0;
19281         else if (res>180.0)
19282           res -= 360.0;
19283         print_roots("two roots"); /* two inflections */
19284       }
19285     }
19286   }
19287   return double2angle(res);
19288 }
19289
19290 @
19291 @d p_nextnext link(link(p))
19292 @d p_next link(p)
19293 @d seven_twenty_deg 05500000000 /* $720\cdot2^{20}$, represents $720^\circ$ */
19294
19295 @<Declare unary action...@>=
19296 scaled mp_new_turn_cycles (MP mp,pointer c) {
19297   angle res,ang; /*  the angles of intermediate results  */
19298   scaled turns;  /*  the turn counter  */
19299   pointer p;     /*  for running around the path  */
19300   integer xp,yp;   /*  coordinates of next point  */
19301   integer x,y;   /*  helper coordinates  */
19302   angle in_angle,out_angle;     /*  helper angles */
19303   int old_setting; /* saved |selector| setting */
19304   res=0;
19305   turns= 0;
19306   p=c;
19307   old_setting = mp->selector; mp->selector=term_only;
19308   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
19309     mp_begin_diagnostic(mp);
19310     mp_print_nl(mp, "");
19311     mp_end_diagnostic(mp, false);
19312   }
19313   do { 
19314     xp = x_coord(p_next); yp = y_coord(p_next);
19315     ang  = mp_bezier_slope(mp,x_coord(p), y_coord(p), right_x(p), right_y(p),
19316              left_x(p_next), left_y(p_next), xp, yp, 
19317              mp->internal[mp_tracing_commands]);
19318     if ( ang>seven_twenty_deg ) {
19319       print_err("Strange path");
19320       mp_error(mp);
19321       mp->selector=old_setting;
19322       return 0;
19323     }
19324     res  = res + ang;
19325     if ( res > one_eighty_deg ) {
19326       res = res - three_sixty_deg;
19327       turns = turns + unity;
19328     }
19329     if ( res <= -one_eighty_deg ) {
19330       res = res + three_sixty_deg;
19331       turns = turns - unity;
19332     }
19333     /*  incoming angle at next point  */
19334     x = left_x(p_next);  y = left_y(p_next);
19335     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = right_x(p);  y = right_y(p);  };
19336     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = x_coord(p);  y = y_coord(p);  };
19337     in_angle = mp_an_angle(mp, xp - x, yp - y);
19338     /*  outgoing angle at next point  */
19339     x = right_x(p_next);  y = right_y(p_next);
19340     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = left_x(p_nextnext);  y = left_y(p_nextnext);  };
19341     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = x_coord(p_nextnext); y = y_coord(p_nextnext); };
19342     out_angle = mp_an_angle(mp, x - xp, y- yp);
19343     ang  = (out_angle - in_angle);
19344     reduce_angle(ang);
19345     if ( ang!=0 ) {
19346       res  = res + ang;
19347       if ( res >= one_eighty_deg ) {
19348         res = res - three_sixty_deg;
19349         turns = turns + unity;
19350       };
19351       if ( res <= -one_eighty_deg ) {
19352         res = res + three_sixty_deg;
19353         turns = turns - unity;
19354       };
19355     };
19356     p = link(p);
19357   } while (p!=c);
19358   mp->selector=old_setting;
19359   return turns;
19360 }
19361
19362
19363 @ This code is based on Bogus\l{}av Jackowski's
19364 |emergency_turningnumber| macro, with some minor changes by Taco
19365 Hoekwater. The macro code looked more like this:
19366 {\obeylines
19367 vardef turning\_number primary p =
19368 ~~save res, ang, turns;
19369 ~~res := 0;
19370 ~~if length p <= 2:
19371 ~~~~if Angle ((point 0 of p) - (postcontrol 0 of p)) >= 0:  1  else: -1 fi
19372 ~~else:
19373 ~~~~for t = 0 upto length p-1 :
19374 ~~~~~~angc := Angle ((point t+1 of p)  - (point t of p))
19375 ~~~~~~~~- Angle ((point t of p) - (point t-1 of p));
19376 ~~~~~~if angc > 180: angc := angc - 360; fi;
19377 ~~~~~~if angc < -180: angc := angc + 360; fi;
19378 ~~~~~~res  := res + angc;
19379 ~~~~endfor;
19380 ~~res/360
19381 ~~fi
19382 enddef;}
19383 The general idea is to calculate only the sum of the angles of
19384 straight lines between the points, of a path, not worrying about cusps
19385 or self-intersections in the segments at all. If the segment is not
19386 well-behaved, the result is not necesarily correct. But the old code
19387 was not always correct either, and worse, it sometimes failed for
19388 well-behaved paths as well. All known bugs that were triggered by the
19389 original code no longer occur with this code, and it runs roughly 3
19390 times as fast because the algorithm is much simpler.
19391
19392 @ It is possible to overflow the return value of the |turn_cycles|
19393 function when the path is sufficiently long and winding, but I am not
19394 going to bother testing for that. In any case, it would only return
19395 the looped result value, which is not a big problem.
19396
19397 The macro code for the repeat loop was a bit nicer to look
19398 at than the pascal code, because it could use |point -1 of p|. In
19399 pascal, the fastest way to loop around the path is not to look
19400 backward once, but forward twice. These defines help hide the trick.
19401
19402 @d p_to link(link(p))
19403 @d p_here link(p)
19404 @d p_from p
19405
19406 @<Declare unary action...@>=
19407 scaled mp_turn_cycles (MP mp,pointer c) {
19408   angle res,ang; /*  the angles of intermediate results  */
19409   scaled turns;  /*  the turn counter  */
19410   pointer p;     /*  for running around the path  */
19411   res=0;  turns= 0; p=c;
19412   do { 
19413     ang  = mp_an_angle (mp, x_coord(p_to) - x_coord(p_here), 
19414                             y_coord(p_to) - y_coord(p_here))
19415         - mp_an_angle (mp, x_coord(p_here) - x_coord(p_from), 
19416                            y_coord(p_here) - y_coord(p_from));
19417     reduce_angle(ang);
19418     res  = res + ang;
19419     if ( res >= three_sixty_deg )  {
19420       res = res - three_sixty_deg;
19421       turns = turns + unity;
19422     };
19423     if ( res <= -three_sixty_deg ) {
19424       res = res + three_sixty_deg;
19425       turns = turns - unity;
19426     };
19427     p = link(p);
19428   } while (p!=c);
19429   return turns;
19430 }
19431
19432 @ @<Declare unary action...@>=
19433 scaled mp_turn_cycles_wrapper (MP mp,pointer c) {
19434   scaled nval,oval;
19435   scaled saved_t_o; /* tracing\_online saved  */
19436   if ( (link(c)==c)||(link(link(c))==c) ) {
19437     if ( mp_an_angle (mp, x_coord(c) - right_x(c),  y_coord(c) - right_y(c)) > 0 )
19438       return unity;
19439     else
19440       return -unity;
19441   } else {
19442     nval = mp_new_turn_cycles(mp, c);
19443     oval = mp_turn_cycles(mp, c);
19444     if ( nval!=oval ) {
19445       saved_t_o=mp->internal[mp_tracing_online];
19446       mp->internal[mp_tracing_online]=unity;
19447       mp_begin_diagnostic(mp);
19448       mp_print_nl (mp, "Warning: the turningnumber algorithms do not agree."
19449                        " The current computed value is ");
19450       mp_print_scaled(mp, nval);
19451       mp_print(mp, ", but the 'connect-the-dots' algorithm returned ");
19452       mp_print_scaled(mp, oval);
19453       mp_end_diagnostic(mp, false);
19454       mp->internal[mp_tracing_online]=saved_t_o;
19455     }
19456     return nval;
19457   }
19458 }
19459
19460 @ @<Declare unary action...@>=
19461 scaled mp_count_turns (MP mp,pointer c) {
19462   pointer p; /* a knot in envelope spec |c| */
19463   integer t; /* total pen offset changes counted */
19464   t=0; p=c;
19465   do {  
19466     t=t+info(p)-zero_off;
19467     p=link(p);
19468   } while (p!=c);
19469   return ((t / 3)*unity);
19470 }
19471
19472 @ @d type_range(A,B) { 
19473   if ( (mp->cur_type>=(A)) && (mp->cur_type<=(B)) ) 
19474     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 @d type_test(A) { 
19479   if ( mp->cur_type==(A) ) mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19480   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19481   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19482   }
19483
19484 @<Additional cases of unary operators@>=
19485 case mp_boolean_type: 
19486   type_range(mp_boolean_type,mp_unknown_boolean); break;
19487 case mp_string_type: 
19488   type_range(mp_string_type,mp_unknown_string); break;
19489 case mp_pen_type: 
19490   type_range(mp_pen_type,mp_unknown_pen); break;
19491 case mp_path_type: 
19492   type_range(mp_path_type,mp_unknown_path); break;
19493 case mp_picture_type: 
19494   type_range(mp_picture_type,mp_unknown_picture); break;
19495 case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type:
19496 case mp_pair_type: 
19497   type_test(c); break;
19498 case mp_numeric_type: 
19499   type_range(mp_known,mp_independent); break;
19500 case known_op: case unknown_op: 
19501   mp_test_known(mp, c); break;
19502
19503 @ @<Declare unary action procedures@>=
19504 void mp_test_known (MP mp,quarterword c) {
19505   int b; /* is the current expression known? */
19506   pointer p,q; /* locations in a big node */
19507   b=false_code;
19508   switch (mp->cur_type) {
19509   case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_string_type:
19510   case mp_pen_type: case mp_path_type: case mp_picture_type:
19511   case mp_known: 
19512     b=true_code;
19513     break;
19514   case mp_transform_type:
19515   case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type: 
19516     p=value(mp->cur_exp);
19517     q=p+mp->big_node_size[mp->cur_type];
19518     do {  
19519       q=q-2;
19520       if ( type(q)!=mp_known ) 
19521        goto DONE;
19522     } while (q!=p);
19523     b=true_code;
19524   DONE:  
19525     break;
19526   default: 
19527     break;
19528   }
19529   if ( c==known_op ) mp_flush_cur_exp(mp, b);
19530   else mp_flush_cur_exp(mp, true_code+false_code-b);
19531   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19532 }
19533
19534 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19535 case cycle_op: 
19536   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19537   else if ( left_type(mp->cur_exp)!=mp_endpoint ) mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19538   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19539   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19540   break;
19541
19542 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19543 case arc_length: 
19544   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19545   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, arc_length);
19546   else mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_arc_length(mp, mp->cur_exp));
19547   break;
19548
19549 @ Here we use the fact that |c-filled_op+fill_code| is the desired graphical
19550 object |type|.
19551 @^data structure assumptions@>
19552
19553 @<Additional cases of unary operators@>=
19554 case filled_op:
19555 case stroked_op:
19556 case textual_op:
19557 case clipped_op:
19558 case bounded_op:
19559   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19560   else if ( link(dummy_loc(mp->cur_exp))==null ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19561   else if ( type(link(dummy_loc(mp->cur_exp)))==c+mp_fill_code-filled_op )
19562     mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19563   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19564   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19565   break;
19566
19567 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19568 case make_pen_op: 
19569   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19570   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, make_pen_op);
19571   else { 
19572     mp->cur_type=mp_pen_type;
19573     mp->cur_exp=mp_make_pen(mp, mp->cur_exp,true);
19574   };
19575   break;
19576 case make_path_op: 
19577   if ( mp->cur_type!=mp_pen_type ) mp_bad_unary(mp, make_path_op);
19578   else  { 
19579     mp->cur_type=mp_path_type;
19580     mp_make_path(mp, mp->cur_exp);
19581   };
19582   break;
19583 case reverse: 
19584   if ( mp->cur_type==mp_path_type ) {
19585     p=mp_htap_ypoc(mp, mp->cur_exp);
19586     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) p=link(p);
19587     mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp); mp->cur_exp=p;
19588   } else if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19589   else mp_bad_unary(mp, reverse);
19590   break;
19591
19592 @ The |pair_value| routine changes the current expression to a
19593 given ordered pair of values.
19594
19595 @<Declare unary action procedures@>=
19596 void mp_pair_value (MP mp,scaled x, scaled y) {
19597   pointer p; /* a pair node */
19598   p=mp_get_node(mp, value_node_size); 
19599   mp_flush_cur_exp(mp, p); mp->cur_type=mp_pair_type;
19600   type(p)=mp_pair_type; name_type(p)=mp_capsule; mp_init_big_node(mp, p);
19601   p=value(p);
19602   type(x_part_loc(p))=mp_known; value(x_part_loc(p))=x;
19603   type(y_part_loc(p))=mp_known; value(y_part_loc(p))=y;
19604 }
19605
19606 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19607 case ll_corner_op: 
19608   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ll_corner_op);
19609   else mp_pair_value(mp, minx,miny);
19610   break;
19611 case lr_corner_op: 
19612   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, lr_corner_op);
19613   else mp_pair_value(mp, maxx,miny);
19614   break;
19615 case ul_corner_op: 
19616   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ul_corner_op);
19617   else mp_pair_value(mp, minx,maxy);
19618   break;
19619 case ur_corner_op: 
19620   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ur_corner_op);
19621   else mp_pair_value(mp, maxx,maxy);
19622   break;
19623
19624 @ Here is a function that sets |minx|, |maxx|, |miny|, |maxy| to the bounding
19625 box of the current expression.  The boolean result is |false| if the expression
19626 has the wrong type.
19627
19628 @<Declare unary action procedures@>=
19629 boolean mp_get_cur_bbox (MP mp) { 
19630   switch (mp->cur_type) {
19631   case mp_picture_type: 
19632     mp_set_bbox(mp, mp->cur_exp,true);
19633     if ( minx_val(mp->cur_exp)>maxx_val(mp->cur_exp) ) {
19634       minx=0; maxx=0; miny=0; maxy=0;
19635     } else { 
19636       minx=minx_val(mp->cur_exp);
19637       maxx=maxx_val(mp->cur_exp);
19638       miny=miny_val(mp->cur_exp);
19639       maxy=maxy_val(mp->cur_exp);
19640     }
19641     break;
19642   case mp_path_type: 
19643     mp_path_bbox(mp, mp->cur_exp);
19644     break;
19645   case mp_pen_type: 
19646     mp_pen_bbox(mp, mp->cur_exp);
19647     break;
19648   default: 
19649     return false;
19650   }
19651   return true;
19652 }
19653
19654 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19655 case read_from_op:
19656 case close_from_op: 
19657   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, c);
19658   else mp_do_read_or_close(mp,c);
19659   break;
19660
19661 @ Here is a routine that interprets |cur_exp| as a file name and tries to read
19662 a line from the file or to close the file.
19663
19664 @d close_file 46 /* go here when closing the file */
19665
19666 @<Declare unary action procedures@>=
19667 void mp_do_read_or_close (MP mp,quarterword c) {
19668   readf_index n,n0; /* indices for searching |rd_fname| */
19669   @<Find the |n| where |rd_fname[n]=cur_exp|; if |cur_exp| must be inserted,
19670     call |start_read_input| and |goto found| or |not_found|@>;
19671   mp_begin_file_reading(mp);
19672   name=is_read;
19673   if ( mp_input_ln(mp, mp->rd_file[n],true) ) 
19674     goto FOUND;
19675   mp_end_file_reading(mp);
19676 NOT_FOUND:
19677   @<Record the end of file and set |cur_exp| to a dummy value@>;
19678   return;
19679 CLOSE_FILE:
19680   mp_flush_cur_exp(mp, 0); mp->cur_type=mp_vacuous; 
19681   return;
19682 FOUND:
19683   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19684   mp_finish_read(mp);
19685 }
19686
19687 @ Free slots in the |rd_file| and |rd_fname| arrays are marked with NULL's in
19688 |rd_fname|.
19689
19690 @<Find the |n| where |rd_fname[n]=cur_exp|...@>=
19691 {   
19692   char *fn;
19693   n=mp->read_files;
19694   n0=mp->read_files;
19695   fn = str(mp->cur_exp);
19696   while (mp_xstrcmp(fn,mp->rd_fname[n])!=0) { 
19697     if ( n>0 ) {
19698       decr(n);
19699     } else if ( c==close_from_op ) {
19700       goto CLOSE_FILE;
19701     } else {
19702       if ( n0==mp->read_files ) {
19703         if ( mp->read_files<mp->max_read_files ) {
19704           incr(mp->read_files);
19705         } else {
19706           FILE **rd_file;
19707           char **rd_fname;
19708               readf_index l,k;
19709           l = mp->max_read_files + (mp->max_read_files>>2);
19710           rd_file = xmalloc((l+1), sizeof(FILE *));
19711           rd_fname = xmalloc((l+1), sizeof(char *));
19712               for (k=0;k<=l;k++) {
19713             if (k<=mp->max_read_files) {
19714                   rd_file[k]=mp->rd_file[k]; 
19715               rd_fname[k]=mp->rd_fname[k];
19716             } else {
19717               rd_file[k]=0; 
19718               rd_fname[k]=NULL;
19719             }
19720           }
19721               xfree(mp->rd_file); xfree(mp->rd_fname);
19722           mp->max_read_files = l;
19723           mp->rd_file = rd_file;
19724           mp->rd_fname = rd_fname;
19725         }
19726       }
19727       n=n0;
19728       if ( mp_start_read_input(mp,fn,n) ) 
19729         goto FOUND;
19730       else 
19731         goto NOT_FOUND;
19732     }
19733     if ( mp->rd_fname[n]==NULL ) { n0=n; }
19734   } 
19735   if ( c==close_from_op ) { 
19736     fclose(mp->rd_file[n]); 
19737     goto NOT_FOUND; 
19738   }
19739 }
19740
19741 @ @<Record the end of file and set |cur_exp| to a dummy value@>=
19742 xfree(mp->rd_fname[n]);
19743 mp->rd_fname[n]=NULL;
19744 if ( n==mp->read_files-1 ) mp->read_files=n;
19745 if ( c==close_from_op ) 
19746   goto CLOSE_FILE;
19747 mp_flush_cur_exp(mp, mp->eof_line);
19748 mp->cur_type=mp_string_type
19749
19750 @ The string denoting end-of-file is a one-byte string at position zero, by definition
19751
19752 @<Glob...@>=
19753 str_number eof_line;
19754
19755 @ @<Set init...@>=
19756 mp->eof_line=0;
19757
19758 @ Finally, we have the operations that combine a capsule~|p|
19759 with the current expression.
19760
19761 @c @<Declare binary action procedures@>;
19762 void mp_do_binary (MP mp,pointer p, quarterword c) {
19763   pointer q,r,rr; /* for list manipulation */
19764   pointer old_p,old_exp; /* capsules to recycle */
19765   integer v; /* for numeric manipulation */
19766   check_arith;
19767   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) {
19768     @<Trace the current binary operation@>;
19769   }
19770   @<Sidestep |independent| cases in capsule |p|@>;
19771   @<Sidestep |independent| cases in the current expression@>;
19772   switch (c) {
19773   case plus: case minus:
19774     @<Add or subtract the current expression from |p|@>;
19775     break;
19776   @<Additional cases of binary operators@>;
19777   }; /* there are no other cases */
19778   mp_recycle_value(mp, p); 
19779   mp_free_node(mp, p,value_node_size); /* |return| to avoid this */
19780   check_arith; 
19781   @<Recycle any sidestepped |independent| capsules@>;
19782 }
19783
19784 @ @<Declare binary action...@>=
19785 void mp_bad_binary (MP mp,pointer p, quarterword c) { 
19786   mp_disp_err(mp, p,"");
19787   exp_err("Not implemented: ");
19788 @.Not implemented...@>
19789   if ( c>=min_of ) mp_print_op(mp, c);
19790   mp_print_known_or_unknown_type(mp, type(p),p);
19791   if ( c>=min_of ) mp_print(mp, "of"); else mp_print_op(mp, c);
19792   mp_print_known_or_unknown_type(mp, mp->cur_type,mp->cur_exp);
19793   help3("I'm afraid I don't know how to apply that operation to that")
19794        ("combination of types. Continue, and I'll return the second")
19795       ("argument (see above) as the result of the operation.");
19796   mp_put_get_error(mp);
19797 }
19798
19799 @ @<Trace the current binary operation@>=
19800
19801   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{(");
19802   mp_print_exp(mp,p,0); /* show the operand, but not verbosely */
19803   mp_print_char(mp,')'); mp_print_op(mp,c); mp_print_char(mp,'(');
19804   mp_print_exp(mp,null,0); mp_print(mp,")}"); 
19805   mp_end_diagnostic(mp, false);
19806 }
19807
19808 @ Several of the binary operations are potentially complicated by the
19809 fact that |independent| values can sneak into capsules. For example,
19810 we've seen an instance of this difficulty in the unary operation
19811 of negation. In order to reduce the number of cases that need to be
19812 handled, we first change the two operands (if necessary)
19813 to rid them of |independent| components. The original operands are
19814 put into capsules called |old_p| and |old_exp|, which will be
19815 recycled after the binary operation has been safely carried out.
19816
19817 @<Recycle any sidestepped |independent| capsules@>=
19818 if ( old_p!=null ) { 
19819   mp_recycle_value(mp, old_p); mp_free_node(mp, old_p,value_node_size);
19820 }
19821 if ( old_exp!=null ) {
19822   mp_recycle_value(mp, old_exp); mp_free_node(mp, old_exp,value_node_size);
19823 }
19824
19825 @ A big node is considered to be ``tarnished'' if it contains at least one
19826 independent component. We will define a simple function called `|tarnished|'
19827 that returns |null| if and only if its argument is not tarnished.
19828
19829 @<Sidestep |independent| cases in capsule |p|@>=
19830 switch (type(p)) {
19831 case mp_transform_type:
19832 case mp_color_type:
19833 case mp_cmykcolor_type:
19834 case mp_pair_type: 
19835   old_p=mp_tarnished(mp, p);
19836   break;
19837 case mp_independent: old_p=mp_void; break;
19838 default: old_p=null; break;
19839 };
19840 if ( old_p!=null ) {
19841   q=mp_stash_cur_exp(mp); old_p=p; mp_make_exp_copy(mp, old_p);
19842   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q);
19843 }
19844
19845 @ @<Sidestep |independent| cases in the current expression@>=
19846 switch (mp->cur_type) {
19847 case mp_transform_type:
19848 case mp_color_type:
19849 case mp_cmykcolor_type:
19850 case mp_pair_type: 
19851   old_exp=mp_tarnished(mp, mp->cur_exp);
19852   break;
19853 case mp_independent:old_exp=mp_void; break;
19854 default: old_exp=null; break;
19855 };
19856 if ( old_exp!=null ) {
19857   old_exp=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, old_exp);
19858 }
19859
19860 @ @<Declare binary action...@>=
19861 pointer mp_tarnished (MP mp,pointer p) {
19862   pointer q; /* beginning of the big node */
19863   pointer r; /* current position in the big node */
19864   q=value(p); r=q+mp->big_node_size[type(p)];
19865   do {  
19866    r=r-2;
19867    if ( type(r)==mp_independent ) return mp_void; 
19868   } while (r!=q);
19869   return null;
19870 }
19871
19872 @ @<Add or subtract the current expression from |p|@>=
19873 if ( (mp->cur_type<mp_color_type)||(type(p)<mp_color_type) ) {
19874   mp_bad_binary(mp, p,c);
19875 } else  {
19876   if ((mp->cur_type>mp_pair_type)&&(type(p)>mp_pair_type) ) {
19877     mp_add_or_subtract(mp, p,null,c);
19878   } else {
19879     if ( mp->cur_type!=type(p) )  {
19880       mp_bad_binary(mp, p,c);
19881     } else { 
19882       q=value(p); r=value(mp->cur_exp);
19883       rr=r+mp->big_node_size[mp->cur_type];
19884       while ( r<rr ) { 
19885         mp_add_or_subtract(mp, q,r,c);
19886         q=q+2; r=r+2;
19887       }
19888     }
19889   }
19890 }
19891
19892 @ The first argument to |add_or_subtract| is the location of a value node
19893 in a capsule or pair node that will soon be recycled. The second argument
19894 is either a location within a pair or transform node of |cur_exp|,
19895 or it is null (which means that |cur_exp| itself should be the second
19896 argument).  The third argument is either |plus| or |minus|.
19897
19898 The sum or difference of the numeric quantities will replace the second
19899 operand.  Arithmetic overflow may go undetected; users aren't supposed to
19900 be monkeying around with really big values.
19901
19902 @<Declare binary action...@>=
19903 @<Declare the procedure called |dep_finish|@>;
19904 void mp_add_or_subtract (MP mp,pointer p, pointer q, quarterword c) {
19905   small_number s,t; /* operand types */
19906   pointer r; /* list traverser */
19907   integer v; /* second operand value */
19908   if ( q==null ) { 
19909     t=mp->cur_type;
19910     if ( t<mp_dependent ) v=mp->cur_exp; else v=dep_list(mp->cur_exp);
19911   } else { 
19912     t=type(q);
19913     if ( t<mp_dependent ) v=value(q); else v=dep_list(q);
19914   }
19915   if ( t==mp_known ) {
19916     if ( c==minus ) negate(v);
19917     if ( type(p)==mp_known ) {
19918       v=mp_slow_add(mp, value(p),v);
19919       if ( q==null ) mp->cur_exp=v; else value(q)=v;
19920       return;
19921     }
19922     @<Add a known value to the constant term of |dep_list(p)|@>;
19923   } else  { 
19924     if ( c==minus ) mp_negate_dep_list(mp, v);
19925     @<Add operand |p| to the dependency list |v|@>;
19926   }
19927 }
19928
19929 @ @<Add a known value to the constant term of |dep_list(p)|@>=
19930 r=dep_list(p);
19931 while ( info(r)!=null ) r=link(r);
19932 value(r)=mp_slow_add(mp, value(r),v);
19933 if ( q==null ) {
19934   q=mp_get_node(mp, value_node_size); mp->cur_exp=q; mp->cur_type=type(p);
19935   name_type(q)=mp_capsule;
19936 }
19937 dep_list(q)=dep_list(p); type(q)=type(p);
19938 prev_dep(q)=prev_dep(p); link(prev_dep(p))=q;
19939 type(p)=mp_known; /* this will keep the recycler from collecting non-garbage */
19940
19941 @ We prefer |dependent| lists to |mp_proto_dependent| ones, because it is
19942 nice to retain the extra accuracy of |fraction| coefficients.
19943 But we have to handle both kinds, and mixtures too.
19944
19945 @<Add operand |p| to the dependency list |v|@>=
19946 if ( type(p)==mp_known ) {
19947   @<Add the known |value(p)| to the constant term of |v|@>;
19948 } else { 
19949   s=type(p); r=dep_list(p);
19950   if ( t==mp_dependent ) {
19951     if ( s==mp_dependent ) {
19952       if ( mp_max_coef(mp, r)+mp_max_coef(mp, v)<coef_bound )
19953         v=mp_p_plus_q(mp, v,r,mp_dependent); goto DONE;
19954       } /* |fix_needed| will necessarily be false */
19955       t=mp_proto_dependent; 
19956       v=mp_p_over_v(mp, v,unity,mp_dependent,mp_proto_dependent);
19957     }
19958     if ( s==mp_proto_dependent ) v=mp_p_plus_q(mp, v,r,mp_proto_dependent);
19959     else v=mp_p_plus_fq(mp, v,unity,r,mp_proto_dependent,mp_dependent);
19960  DONE:  
19961     @<Output the answer, |v| (which might have become |known|)@>;
19962   }
19963
19964 @ @<Add the known |value(p)| to the constant term of |v|@>=
19965
19966   while ( info(v)!=null ) v=link(v);
19967   value(v)=mp_slow_add(mp, value(p),value(v));
19968 }
19969
19970 @ @<Output the answer, |v| (which might have become |known|)@>=
19971 if ( q!=null ) mp_dep_finish(mp, v,q,t);
19972 else  { mp->cur_type=t; mp_dep_finish(mp, v,null,t); }
19973
19974 @ Here's the current situation: The dependency list |v| of type |t|
19975 should either be put into the current expression (if |q=null|) or
19976 into location |q| within a pair node (otherwise). The destination (|cur_exp|
19977 or |q|) formerly held a dependency list with the same
19978 final pointer as the list |v|.
19979
19980 @<Declare the procedure called |dep_finish|@>=
19981 void mp_dep_finish (MP mp, pointer v, pointer q, small_number t) {
19982   pointer p; /* the destination */
19983   scaled vv; /* the value, if it is |known| */
19984   if ( q==null ) p=mp->cur_exp; else p=q;
19985   dep_list(p)=v; type(p)=t;
19986   if ( info(v)==null ) { 
19987     vv=value(v);
19988     if ( q==null ) { 
19989       mp_flush_cur_exp(mp, vv);
19990     } else  { 
19991       mp_recycle_value(mp, p); type(q)=mp_known; value(q)=vv; 
19992     }
19993   } else if ( q==null ) {
19994     mp->cur_type=t;
19995   }
19996   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
19997 }
19998
19999 @ Let's turn now to the six basic relations of comparison.
20000
20001 @<Additional cases of binary operators@>=
20002 case less_than: case less_or_equal: case greater_than:
20003 case greater_or_equal: case equal_to: case unequal_to:
20004   check_arith; /* at this point |arith_error| should be |false|? */
20005   if ( (mp->cur_type>mp_pair_type)&&(type(p)>mp_pair_type) ) {
20006     mp_add_or_subtract(mp, p,null,minus); /* |cur_exp:=(p)-cur_exp| */
20007   } else if ( mp->cur_type!=type(p) ) {
20008     mp_bad_binary(mp, p,c); goto DONE; 
20009   } else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
20010     mp_flush_cur_exp(mp, mp_str_vs_str(mp, value(p),mp->cur_exp));
20011   } else if ((mp->cur_type==mp_unknown_string)||
20012            (mp->cur_type==mp_unknown_boolean) ) {
20013     @<Check if unknowns have been equated@>;
20014   } else if ( (mp->cur_type<=mp_pair_type)&&(mp->cur_type>=mp_transform_type)) {
20015     @<Reduce comparison of big nodes to comparison of scalars@>;
20016   } else if ( mp->cur_type==mp_boolean_type ) {
20017     mp_flush_cur_exp(mp, mp->cur_exp-value(p));
20018   } else { 
20019     mp_bad_binary(mp, p,c); goto DONE;
20020   }
20021   @<Compare the current expression with zero@>;
20022 DONE:  
20023   mp->arith_error=false; /* ignore overflow in comparisons */
20024   break;
20025
20026 @ @<Compare the current expression with zero@>=
20027 if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
20028   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
20029     mp_disp_err(mp, p,"");
20030     help1("The quantities shown above have not been equated.")
20031   } else  {
20032     help2("Oh dear. I can\'t decide if the expression above is positive,")
20033      ("negative, or zero. So this comparison test won't be `true'.");
20034   }
20035   exp_err("Unknown relation will be considered false");
20036 @.Unknown relation...@>
20037   mp_put_get_flush_error(mp, false_code);
20038 } else {
20039   switch (c) {
20040   case less_than: boolean_reset(mp->cur_exp<0); break;
20041   case less_or_equal: boolean_reset(mp->cur_exp<=0); break;
20042   case greater_than: boolean_reset(mp->cur_exp>0); break;
20043   case greater_or_equal: boolean_reset(mp->cur_exp>=0); break;
20044   case equal_to: boolean_reset(mp->cur_exp==0); break;
20045   case unequal_to: boolean_reset(mp->cur_exp!=0); break;
20046   }; /* there are no other cases */
20047 }
20048 mp->cur_type=mp_boolean_type
20049
20050 @ When two unknown strings are in the same ring, we know that they are
20051 equal. Otherwise, we don't know whether they are equal or not, so we
20052 make no change.
20053
20054 @<Check if unknowns have been equated@>=
20055
20056   q=value(mp->cur_exp);
20057   while ( (q!=mp->cur_exp)&&(q!=p) ) q=value(q);
20058   if ( q==p ) mp_flush_cur_exp(mp, 0);
20059 }
20060
20061 @ @<Reduce comparison of big nodes to comparison of scalars@>=
20062
20063   q=value(p); r=value(mp->cur_exp);
20064   rr=r+mp->big_node_size[mp->cur_type]-2;
20065   while (1) { mp_add_or_subtract(mp, q,r,minus);
20066     if ( type(r)!=mp_known ) break;
20067     if ( value(r)!=0 ) break;
20068     if ( r==rr ) break;
20069     q=q+2; r=r+2;
20070   }
20071   mp_take_part(mp, name_type(r)+x_part-mp_x_part_sector);
20072 }
20073
20074 @ Here we use the sneaky fact that |and_op-false_code=or_op-true_code|.
20075
20076 @<Additional cases of binary operators@>=
20077 case and_op:
20078 case or_op: 
20079   if ( (type(p)!=mp_boolean_type)||(mp->cur_type!=mp_boolean_type) )
20080     mp_bad_binary(mp, p,c);
20081   else if ( value(p)==c+false_code-and_op ) mp->cur_exp=value(p);
20082   break;
20083
20084 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20085 case times: 
20086   if ( (mp->cur_type<mp_color_type)||(type(p)<mp_color_type) ) {
20087    mp_bad_binary(mp, p,times);
20088   } else if ( (mp->cur_type==mp_known)||(type(p)==mp_known) ) {
20089     @<Multiply when at least one operand is known@>;
20090   } else if ( (mp_nice_color_or_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type>mp_pair_type))
20091       ||(mp_nice_color_or_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type)&&
20092           (type(p)>mp_pair_type)) ) {
20093     mp_hard_times(mp, p); return;
20094   } else {
20095     mp_bad_binary(mp, p,times);
20096   }
20097   break;
20098
20099 @ @<Multiply when at least one operand is known@>=
20100
20101   if ( type(p)==mp_known ) {
20102     v=value(p); mp_free_node(mp, p,value_node_size); 
20103   } else {
20104     v=mp->cur_exp; mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20105   }
20106   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20107     mp->cur_exp=mp_take_scaled(mp, mp->cur_exp,v);
20108   } else if ( (mp->cur_type==mp_pair_type)||(mp->cur_type==mp_color_type)||
20109               (mp->cur_type==mp_cmykcolor_type) ) {
20110     p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20111     do {  
20112        p=p-2; mp_dep_mult(mp, p,v,true);
20113     } while (p!=value(mp->cur_exp));
20114   } else {
20115     mp_dep_mult(mp, null,v,true);
20116   }
20117   return;
20118 }
20119
20120 @ @<Declare binary action...@>=
20121 void mp_dep_mult (MP mp,pointer p, integer v, boolean v_is_scaled) {
20122   pointer q; /* the dependency list being multiplied by |v| */
20123   small_number s,t; /* its type, before and after */
20124   if ( p==null ) {
20125     q=mp->cur_exp;
20126   } else if ( type(p)!=mp_known ) {
20127     q=p;
20128   } else { 
20129     if ( v_is_scaled ) value(p)=mp_take_scaled(mp, value(p),v);
20130     else value(p)=mp_take_fraction(mp, value(p),v);
20131     return;
20132   };
20133   t=type(q); q=dep_list(q); s=t;
20134   if ( t==mp_dependent ) if ( v_is_scaled )
20135     if (mp_ab_vs_cd(mp, mp_max_coef(mp,q),abs(v),coef_bound-1,unity)>=0 ) 
20136       t=mp_proto_dependent;
20137   q=mp_p_times_v(mp, q,v,s,t,v_is_scaled); 
20138   mp_dep_finish(mp, q,p,t);
20139 }
20140
20141 @ Here is a routine that is similar to |times|; but it is invoked only
20142 internally, when |v| is a |fraction| whose magnitude is at most~1,
20143 and when |cur_type>=mp_color_type|.
20144
20145 @c void mp_frac_mult (MP mp,scaled n, scaled d) {
20146   /* multiplies |cur_exp| by |n/d| */
20147   pointer p; /* a pair node */
20148   pointer old_exp; /* a capsule to recycle */
20149   fraction v; /* |n/d| */
20150   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) {
20151     @<Trace the fraction multiplication@>;
20152   }
20153   switch (mp->cur_type) {
20154   case mp_transform_type:
20155   case mp_color_type:
20156   case mp_cmykcolor_type:
20157   case mp_pair_type:
20158    old_exp=mp_tarnished(mp, mp->cur_exp);
20159    break;
20160   case mp_independent: old_exp=mp_void; break;
20161   default: old_exp=null; break;
20162   }
20163   if ( old_exp!=null ) { 
20164      old_exp=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, old_exp);
20165   }
20166   v=mp_make_fraction(mp, n,d);
20167   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20168     mp->cur_exp=mp_take_fraction(mp, mp->cur_exp,v);
20169   } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { 
20170     p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20171     do {  
20172       p=p-2;
20173       mp_dep_mult(mp, p,v,false);
20174     } while (p!=value(mp->cur_exp));
20175   } else {
20176     mp_dep_mult(mp, null,v,false);
20177   }
20178   if ( old_exp!=null ) {
20179     mp_recycle_value(mp, old_exp); 
20180     mp_free_node(mp, old_exp,value_node_size);
20181   }
20182 }
20183
20184 @ @<Trace the fraction multiplication@>=
20185
20186   mp_begin_diagnostic(mp); 
20187   mp_print_nl(mp, "{("); mp_print_scaled(mp,n); mp_print_char(mp,'/');
20188   mp_print_scaled(mp,d); mp_print(mp,")*("); mp_print_exp(mp,null,0); 
20189   mp_print(mp,")}");
20190   mp_end_diagnostic(mp, false);
20191 }
20192
20193 @ The |hard_times| routine multiplies a nice color or pair by a dependency list.
20194
20195 @<Declare binary action procedures@>=
20196 void mp_hard_times (MP mp,pointer p) {
20197   pointer q; /* a copy of the dependent variable |p| */
20198   pointer r; /* a component of the big node for the nice color or pair */
20199   scaled v; /* the known value for |r| */
20200   if ( type(p)<=mp_pair_type ) { 
20201      q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, p); p=q;
20202   }; /* now |cur_type=mp_pair_type| or |cur_type=mp_color_type| */
20203   r=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20204   while (1) { 
20205     r=r-2;
20206     v=value(r);
20207     type(r)=type(p);
20208     if ( r==value(mp->cur_exp) ) 
20209       break;
20210     mp_new_dep(mp, r,mp_copy_dep_list(mp, dep_list(p)));
20211     mp_dep_mult(mp, r,v,true);
20212   }
20213   mp->mem[value_loc(r)]=mp->mem[value_loc(p)];
20214   link(prev_dep(p))=r;
20215   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
20216   mp_dep_mult(mp, r,v,true);
20217 }
20218
20219 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20220 case over: 
20221   if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(type(p)<mp_color_type) ) {
20222     mp_bad_binary(mp, p,over);
20223   } else { 
20224     v=mp->cur_exp; mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20225     if ( v==0 ) {
20226       @<Squeal about division by zero@>;
20227     } else { 
20228       if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20229         mp->cur_exp=mp_make_scaled(mp, mp->cur_exp,v);
20230       } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { 
20231         p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20232         do {  
20233           p=p-2;  mp_dep_div(mp, p,v);
20234         } while (p!=value(mp->cur_exp));
20235       } else {
20236         mp_dep_div(mp, null,v);
20237       }
20238     }
20239     return;
20240   }
20241   break;
20242
20243 @ @<Declare binary action...@>=
20244 void mp_dep_div (MP mp,pointer p, scaled v) {
20245   pointer q; /* the dependency list being divided by |v| */
20246   small_number s,t; /* its type, before and after */
20247   if ( p==null ) q=mp->cur_exp;
20248   else if ( type(p)!=mp_known ) q=p;
20249   else { value(p)=mp_make_scaled(mp, value(p),v); return; };
20250   t=type(q); q=dep_list(q); s=t;
20251   if ( t==mp_dependent )
20252     if ( mp_ab_vs_cd(mp, mp_max_coef(mp,q),unity,coef_bound-1,abs(v))>=0 ) 
20253       t=mp_proto_dependent;
20254   q=mp_p_over_v(mp, q,v,s,t); 
20255   mp_dep_finish(mp, q,p,t);
20256 }
20257
20258 @ @<Squeal about division by zero@>=
20259
20260   exp_err("Division by zero");
20261 @.Division by zero@>
20262   help2("You're trying to divide the quantity shown above the error")
20263     ("message by zero. I'm going to divide it by one instead.");
20264   mp_put_get_error(mp);
20265 }
20266
20267 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20268 case pythag_add:
20269 case pythag_sub: 
20270    if ( (mp->cur_type==mp_known)&&(type(p)==mp_known) ) {
20271      if ( c==pythag_add ) mp->cur_exp=mp_pyth_add(mp, value(p),mp->cur_exp);
20272      else mp->cur_exp=mp_pyth_sub(mp, value(p),mp->cur_exp);
20273    } else mp_bad_binary(mp, p,c);
20274    break;
20275
20276 @ The next few sections of the program deal with affine transformations
20277 of coordinate data.
20278
20279 @<Additional cases of binary operators@>=
20280 case rotated_by: case slanted_by:
20281 case scaled_by: case shifted_by: case transformed_by:
20282 case x_scaled: case y_scaled: case z_scaled:
20283   if ( type(p)==mp_path_type ) { 
20284     path_trans(c,p); return;
20285   } else if ( type(p)==mp_pen_type ) { 
20286     pen_trans(c,p);
20287     mp->cur_exp=mp_convex_hull(mp, mp->cur_exp); 
20288       /* rounding error could destroy convexity */
20289     return;
20290   } else if ( (type(p)==mp_pair_type)||(type(p)==mp_transform_type) ) {
20291     mp_big_trans(mp, p,c);
20292   } else if ( type(p)==mp_picture_type ) {
20293     mp_do_edges_trans(mp, p,c); return;
20294   } else {
20295     mp_bad_binary(mp, p,c);
20296   }
20297   break;
20298
20299 @ Let |c| be one of the eight transform operators. The procedure call
20300 |set_up_trans(c)| first changes |cur_exp| to a transform that corresponds to
20301 |c| and the original value of |cur_exp|. (In particular, |cur_exp| doesn't
20302 change at all if |c=transformed_by|.)
20303
20304 Then, if all components of the resulting transform are |known|, they are
20305 moved to the global variables |txx|, |txy|, |tyx|, |tyy|, |tx|, |ty|;
20306 and |cur_exp| is changed to the known value zero.
20307
20308 @<Declare binary action...@>=
20309 void mp_set_up_trans (MP mp,quarterword c) {
20310   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
20311   if ( (c!=transformed_by)||(mp->cur_type!=mp_transform_type) ) {
20312     @<Put the current transform into |cur_exp|@>;
20313   }
20314   @<If the current transform is entirely known, stash it in global variables;
20315     otherwise |return|@>;
20316 }
20317
20318 @ @<Glob...@>=
20319 scaled txx;
20320 scaled txy;
20321 scaled tyx;
20322 scaled tyy;
20323 scaled tx;
20324 scaled ty; /* current transform coefficients */
20325
20326 @ @<Put the current transform...@>=
20327
20328   p=mp_stash_cur_exp(mp); 
20329   mp->cur_exp=mp_id_transform(mp); 
20330   mp->cur_type=mp_transform_type;
20331   q=value(mp->cur_exp);
20332   switch (c) {
20333   @<For each of the eight cases, change the relevant fields of |cur_exp|
20334     and |goto done|;
20335     but do nothing if capsule |p| doesn't have the appropriate type@>;
20336   }; /* there are no other cases */
20337   mp_disp_err(mp, p,"Improper transformation argument");
20338 @.Improper transformation argument@>
20339   help3("The expression shown above has the wrong type,")
20340        ("so I can\'t transform anything using it.")
20341        ("Proceed, and I'll omit the transformation.");
20342   mp_put_get_error(mp);
20343 DONE: 
20344   mp_recycle_value(mp, p); 
20345   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
20346 }
20347
20348 @ @<If the current transform is entirely known, ...@>=
20349 q=value(mp->cur_exp); r=q+transform_node_size;
20350 do {  
20351   r=r-2;
20352   if ( type(r)!=mp_known ) return;
20353 } while (r!=q);
20354 mp->txx=value(xx_part_loc(q));
20355 mp->txy=value(xy_part_loc(q));
20356 mp->tyx=value(yx_part_loc(q));
20357 mp->tyy=value(yy_part_loc(q));
20358 mp->tx=value(x_part_loc(q));
20359 mp->ty=value(y_part_loc(q));
20360 mp_flush_cur_exp(mp, 0)
20361
20362 @ @<For each of the eight cases...@>=
20363 case rotated_by:
20364   if ( type(p)==mp_known )
20365     @<Install sines and cosines, then |goto done|@>;
20366   break;
20367 case slanted_by:
20368   if ( type(p)>mp_pair_type ) { 
20369    mp_install(mp, xy_part_loc(q),p); goto DONE;
20370   };
20371   break;
20372 case scaled_by:
20373   if ( type(p)>mp_pair_type ) { 
20374     mp_install(mp, xx_part_loc(q),p); mp_install(mp, yy_part_loc(q),p); 
20375     goto DONE;
20376   };
20377   break;
20378 case shifted_by:
20379   if ( type(p)==mp_pair_type ) {
20380     r=value(p); mp_install(mp, x_part_loc(q),x_part_loc(r));
20381     mp_install(mp, y_part_loc(q),y_part_loc(r)); goto DONE;
20382   };
20383   break;
20384 case x_scaled:
20385   if ( type(p)>mp_pair_type ) {
20386     mp_install(mp, xx_part_loc(q),p); goto DONE;
20387   };
20388   break;
20389 case y_scaled:
20390   if ( type(p)>mp_pair_type ) {
20391     mp_install(mp, yy_part_loc(q),p); goto DONE;
20392   };
20393   break;
20394 case z_scaled:
20395   if ( type(p)==mp_pair_type )
20396     @<Install a complex multiplier, then |goto done|@>;
20397   break;
20398 case transformed_by:
20399   break;
20400   
20401
20402 @ @<Install sines and cosines, then |goto done|@>=
20403 { mp_n_sin_cos(mp, (value(p) % three_sixty_units)*16);
20404   value(xx_part_loc(q))=mp_round_fraction(mp, mp->n_cos);
20405   value(yx_part_loc(q))=mp_round_fraction(mp, mp->n_sin);
20406   value(xy_part_loc(q))=-value(yx_part_loc(q));
20407   value(yy_part_loc(q))=value(xx_part_loc(q));
20408   goto DONE;
20409 }
20410
20411 @ @<Install a complex multiplier, then |goto done|@>=
20412
20413   r=value(p);
20414   mp_install(mp, xx_part_loc(q),x_part_loc(r));
20415   mp_install(mp, yy_part_loc(q),x_part_loc(r));
20416   mp_install(mp, yx_part_loc(q),y_part_loc(r));
20417   if ( type(y_part_loc(r))==mp_known ) negate(value(y_part_loc(r)));
20418   else mp_negate_dep_list(mp, dep_list(y_part_loc(r)));
20419   mp_install(mp, xy_part_loc(q),y_part_loc(r));
20420   goto DONE;
20421 }
20422
20423 @ Procedure |set_up_known_trans| is like |set_up_trans|, but it
20424 insists that the transformation be entirely known.
20425
20426 @<Declare binary action...@>=
20427 void mp_set_up_known_trans (MP mp,quarterword c) { 
20428   mp_set_up_trans(mp, c);
20429   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
20430     exp_err("Transform components aren't all known");
20431 @.Transform components...@>
20432     help3("I'm unable to apply a partially specified transformation")
20433       ("except to a fully known pair or transform.")
20434       ("Proceed, and I'll omit the transformation.");
20435     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
20436     mp->txx=unity; mp->txy=0; mp->tyx=0; mp->tyy=unity; 
20437     mp->tx=0; mp->ty=0;
20438   }
20439 }
20440
20441 @ Here's a procedure that applies the transform |txx..ty| to a pair of
20442 coordinates in locations |p| and~|q|.
20443
20444 @<Declare binary action...@>= 
20445 void mp_trans (MP mp,pointer p, pointer q) {
20446   scaled v; /* the new |x| value */
20447   v=mp_take_scaled(mp, mp->mem[p].sc,mp->txx)+
20448   mp_take_scaled(mp, mp->mem[q].sc,mp->txy)+mp->tx;
20449   mp->mem[q].sc=mp_take_scaled(mp, mp->mem[p].sc,mp->tyx)+
20450   mp_take_scaled(mp, mp->mem[q].sc,mp->tyy)+mp->ty;
20451   mp->mem[p].sc=v;
20452 }
20453
20454 @ The simplest transformation procedure applies a transform to all
20455 coordinates of a path.  The |path_trans(c)(p)| macro applies
20456 a transformation defined by |cur_exp| and the transform operator |c|
20457 to the path~|p|.
20458
20459 @d path_trans(A,B) { mp_set_up_known_trans(mp, (A)); 
20460                      mp_unstash_cur_exp(mp, (B)); 
20461                      mp_do_path_trans(mp, mp->cur_exp); }
20462
20463 @<Declare binary action...@>=
20464 void mp_do_path_trans (MP mp,pointer p) {
20465   pointer q; /* list traverser */
20466   q=p;
20467   do { 
20468     if ( left_type(q)!=mp_endpoint ) 
20469       mp_trans(mp, q+3,q+4); /* that's |left_x| and |left_y| */
20470     mp_trans(mp, q+1,q+2); /* that's |x_coord| and |y_coord| */
20471     if ( right_type(q)!=mp_endpoint ) 
20472       mp_trans(mp, q+5,q+6); /* that's |right_x| and |right_y| */
20473 @^data structure assumptions@>
20474     q=link(q);
20475   } while (q!=p);
20476 }
20477
20478 @ Transforming a pen is very similar, except that there are no |left_type|
20479 and |right_type| fields.
20480
20481 @d pen_trans(A,B) { mp_set_up_known_trans(mp, (A)); 
20482                     mp_unstash_cur_exp(mp, (B)); 
20483                     mp_do_pen_trans(mp, mp->cur_exp); }
20484
20485 @<Declare binary action...@>=
20486 void mp_do_pen_trans (MP mp,pointer p) {
20487   pointer q; /* list traverser */
20488   if ( pen_is_elliptical(p) ) {
20489     mp_trans(mp, p+3,p+4); /* that's |left_x| and |left_y| */
20490     mp_trans(mp, p+5,p+6); /* that's |right_x| and |right_y| */
20491   };
20492   q=p;
20493   do { 
20494     mp_trans(mp, q+1,q+2); /* that's |x_coord| and |y_coord| */
20495 @^data structure assumptions@>
20496     q=link(q);
20497   } while (q!=p);
20498 }
20499
20500 @ The next transformation procedure applies to edge structures. It will do
20501 any transformation, but the results may be substandard if the picture contains
20502 text that uses downloaded bitmap fonts.  The binary action procedure is
20503 |do_edges_trans|, but we also need a function that just scales a picture.
20504 That routine is |scale_edges|.  Both it and the underlying routine |edges_trans|
20505 should be thought of as procedures that update an edge structure |h|, except
20506 that they have to return a (possibly new) structure because of the need to call
20507 |private_edges|.
20508
20509 @<Declare binary action...@>=
20510 pointer mp_edges_trans (MP mp, pointer h) {
20511   pointer q; /* the object being transformed */
20512   pointer r,s; /* for list manipulation */
20513   scaled sx,sy; /* saved transformation parameters */
20514   scaled sqdet; /* square root of determinant for |dash_scale| */
20515   integer sgndet; /* sign of the determinant */
20516   scaled v; /* a temporary value */
20517   h=mp_private_edges(mp, h);
20518   sqdet=mp_sqrt_det(mp, mp->txx,mp->txy,mp->tyx,mp->tyy);
20519   sgndet=mp_ab_vs_cd(mp, mp->txx,mp->tyy,mp->txy,mp->tyx);
20520   if ( dash_list(h)!=null_dash ) {
20521     @<Try to transform the dash list of |h|@>;
20522   }
20523   @<Make the bounding box of |h| unknown if it can't be updated properly
20524     without scanning the whole structure@>;  
20525   q=link(dummy_loc(h));
20526   while ( q!=null ) { 
20527     @<Transform graphical object |q|@>;
20528     q=link(q);
20529   }
20530   return h;
20531 }
20532 void mp_do_edges_trans (MP mp,pointer p, quarterword c) { 
20533   mp_set_up_known_trans(mp, c);
20534   value(p)=mp_edges_trans(mp, value(p));
20535   mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20536 }
20537 void mp_scale_edges (MP mp) { 
20538   mp->txx=mp->se_sf; mp->tyy=mp->se_sf;
20539   mp->txy=0; mp->tyx=0; mp->tx=0; mp->ty=0;
20540   mp->se_pic=mp_edges_trans(mp, mp->se_pic);
20541 }
20542
20543 @ @<Try to transform the dash list of |h|@>=
20544 if ( (mp->txy!=0)||(mp->tyx!=0)||
20545      (mp->ty!=0)||(abs(mp->txx)!=abs(mp->tyy))) {
20546   mp_flush_dash_list(mp, h);
20547 } else { 
20548   if ( mp->txx<0 ) { @<Reverse the dash list of |h|@>; } 
20549   @<Scale the dash list by |txx| and shift it by |tx|@>;
20550   dash_y(h)=mp_take_scaled(mp, dash_y(h),abs(mp->tyy));
20551 }
20552
20553 @ @<Reverse the dash list of |h|@>=
20554
20555   r=dash_list(h);
20556   dash_list(h)=null_dash;
20557   while ( r!=null_dash ) {
20558     s=r; r=link(r);
20559     v=start_x(s); start_x(s)=stop_x(s); stop_x(s)=v;
20560     link(s)=dash_list(h);
20561     dash_list(h)=s;
20562   }
20563 }
20564
20565 @ @<Scale the dash list by |txx| and shift it by |tx|@>=
20566 r=dash_list(h);
20567 while ( r!=null_dash ) {
20568   start_x(r)=mp_take_scaled(mp, start_x(r),mp->txx)+mp->tx;
20569   stop_x(r)=mp_take_scaled(mp, stop_x(r),mp->txx)+mp->tx;
20570   r=link(r);
20571 }
20572
20573 @ @<Make the bounding box of |h| unknown if it can't be updated properly...@>=
20574 if ( (mp->txx==0)&&(mp->tyy==0) ) {
20575   @<Swap the $x$ and $y$ parameters in the bounding box of |h|@>;
20576 } else if ( (mp->txy!=0)||(mp->tyx!=0) ) {
20577   mp_init_bbox(mp, h);
20578   goto DONE1;
20579 }
20580 if ( minx_val(h)<=maxx_val(h) ) {
20581   @<Scale the bounding box by |txx+txy| and |tyx+tyy|; then shift by
20582    |(tx,ty)|@>;
20583 }
20584 DONE1:
20585
20586
20587
20588 @ @<Swap the $x$ and $y$ parameters in the bounding box of |h|@>=
20589
20590   v=minx_val(h); minx_val(h)=miny_val(h); miny_val(h)=v;
20591   v=maxx_val(h); maxx_val(h)=maxy_val(h); maxy_val(h)=v;
20592 }
20593
20594 @ The sum ``|txx+txy|'' is whichever of |txx| or |txy| is nonzero.  The other
20595 sum is similar.
20596
20597 @<Scale the bounding box by |txx+txy| and |tyx+tyy|; then shift...@>=
20598
20599   minx_val(h)=mp_take_scaled(mp, minx_val(h),mp->txx+mp->txy)+mp->tx;
20600   maxx_val(h)=mp_take_scaled(mp, maxx_val(h),mp->txx+mp->txy)+mp->tx;
20601   miny_val(h)=mp_take_scaled(mp, miny_val(h),mp->tyx+mp->tyy)+mp->ty;
20602   maxy_val(h)=mp_take_scaled(mp, maxy_val(h),mp->tyx+mp->tyy)+mp->ty;
20603   if ( mp->txx+mp->txy<0 ) {
20604     v=minx_val(h); minx_val(h)=maxx_val(h); maxx_val(h)=v;
20605   }
20606   if ( mp->tyx+mp->tyy<0 ) {
20607     v=miny_val(h); miny_val(h)=maxy_val(h); maxy_val(h)=v;
20608   }
20609 }
20610
20611 @ Now we ready for the main task of transforming the graphical objects in edge
20612 structure~|h|.
20613
20614 @<Transform graphical object |q|@>=
20615 switch (type(q)) {
20616 case mp_fill_code: case mp_stroked_code: 
20617   mp_do_path_trans(mp, path_p(q));
20618   @<Transform |pen_p(q)|, making sure polygonal pens stay counter-clockwise@>;
20619   break;
20620 case mp_start_clip_code: case mp_start_bounds_code: 
20621   mp_do_path_trans(mp, path_p(q));
20622   break;
20623 case mp_text_code: 
20624   r=text_tx_loc(q);
20625   @<Transform the compact transformation starting at |r|@>;
20626   break;
20627 case mp_stop_clip_code: case mp_stop_bounds_code: 
20628   break;
20629 } /* there are no other cases */
20630
20631 @ Note that the shift parameters |(tx,ty)| apply only to the path being stroked.
20632 The |dash_scale| has to be adjusted  to scale the dash lengths in |dash_p(q)|
20633 since the \ps\ output procedures will try to compensate for the transformation
20634 we are applying to |pen_p(q)|.  Since this compensation is based on the square
20635 root of the determinant, |sqdet| is the appropriate factor.
20636
20637 @<Transform |pen_p(q)|, making sure...@>=
20638 if ( pen_p(q)!=null ) {
20639   sx=mp->tx; sy=mp->ty;
20640   mp->tx=0; mp->ty=0;
20641   mp_do_pen_trans(mp, pen_p(q));
20642   if ( ((type(q)==mp_stroked_code)&&(dash_p(q)!=null)) )
20643     dash_scale(q)=mp_take_scaled(mp, dash_scale(q),sqdet);
20644   if ( ! pen_is_elliptical(pen_p(q)) )
20645     if ( sgndet<0 )
20646       pen_p(q)=mp_make_pen(mp, mp_copy_path(mp, pen_p(q)),true); 
20647          /* this unreverses the pen */
20648   mp->tx=sx; mp->ty=sy;
20649 }
20650
20651 @ This uses the fact that transformations are stored in the order
20652 |(tx,ty,txx,txy,tyx,tyy)|.
20653 @^data structure assumptions@>
20654
20655 @<Transform the compact transformation starting at |r|@>=
20656 mp_trans(mp, r,r+1);
20657 sx=mp->tx; sy=mp->ty;
20658 mp->tx=0; mp->ty=0;
20659 mp_trans(mp, r+2,r+4);
20660 mp_trans(mp, r+3,r+5);
20661 mp->tx=sx; mp->ty=sy
20662
20663 @ The hard cases of transformation occur when big nodes are involved,
20664 and when some of their components are unknown.
20665
20666 @<Declare binary action...@>=
20667 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>;
20668 void mp_big_trans (MP mp,pointer p, quarterword c) {
20669   pointer q,r,pp,qq; /* list manipulation registers */
20670   small_number s; /* size of a big node */
20671   s=mp->big_node_size[type(p)]; q=value(p); r=q+s;
20672   do {  
20673     r=r-2;
20674     if ( type(r)!=mp_known ) {
20675       @<Transform an unknown big node and |return|@>;
20676     }
20677   } while (r!=q);
20678   @<Transform a known big node@>;
20679 }; /* node |p| will now be recycled by |do_binary| */
20680
20681 @ @<Transform an unknown big node and |return|@>=
20682
20683   mp_set_up_known_trans(mp, c); mp_make_exp_copy(mp, p); 
20684   r=value(mp->cur_exp);
20685   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20686     mp_bilin1(mp, yy_part_loc(r),mp->tyy,xy_part_loc(q),mp->tyx,0);
20687     mp_bilin1(mp, yx_part_loc(r),mp->tyy,xx_part_loc(q),mp->tyx,0);
20688     mp_bilin1(mp, xy_part_loc(r),mp->txx,yy_part_loc(q),mp->txy,0);
20689     mp_bilin1(mp, xx_part_loc(r),mp->txx,yx_part_loc(q),mp->txy,0);
20690   }
20691   mp_bilin1(mp, y_part_loc(r),mp->tyy,x_part_loc(q),mp->tyx,mp->ty);
20692   mp_bilin1(mp, x_part_loc(r),mp->txx,y_part_loc(q),mp->txy,mp->tx);
20693   return;
20694 }
20695
20696 @ Let |p| point to a two-word value field inside a big node of |cur_exp|,
20697 and let |q| point to a another value field. The |bilin1| procedure
20698 replaces |p| by $p\cdot t+q\cdot u+\delta$.
20699
20700 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20701 void mp_bilin1 (MP mp, pointer p, scaled t, pointer q, 
20702                 scaled u, scaled delta) {
20703   pointer r; /* list traverser */
20704   if ( t!=unity ) mp_dep_mult(mp, p,t,true);
20705   if ( u!=0 ) {
20706     if ( type(q)==mp_known ) {
20707       delta+=mp_take_scaled(mp, value(q),u);
20708     } else { 
20709       @<Ensure that |type(p)=mp_proto_dependent|@>;
20710       dep_list(p)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(p),u,dep_list(q),
20711                                mp_proto_dependent,type(q));
20712     }
20713   }
20714   if ( type(p)==mp_known ) {
20715     value(p)+=delta;
20716   } else {
20717     r=dep_list(p);
20718     while ( info(r)!=null ) r=link(r);
20719     delta+=value(r);
20720     if ( r!=dep_list(p) ) value(r)=delta;
20721     else { mp_recycle_value(mp, p); type(p)=mp_known; value(p)=delta; };
20722   }
20723   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20724 }
20725
20726 @ @<Ensure that |type(p)=mp_proto_dependent|@>=
20727 if ( type(p)!=mp_proto_dependent ) {
20728   if ( type(p)==mp_known ) 
20729     mp_new_dep(mp, p,mp_const_dependency(mp, value(p)));
20730   else 
20731     dep_list(p)=mp_p_times_v(mp, dep_list(p),unity,mp_dependent,
20732                              mp_proto_dependent,true);
20733   type(p)=mp_proto_dependent;
20734 }
20735
20736 @ @<Transform a known big node@>=
20737 mp_set_up_trans(mp, c);
20738 if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20739   @<Transform known by known@>;
20740 } else { 
20741   pp=mp_stash_cur_exp(mp); qq=value(pp);
20742   mp_make_exp_copy(mp, p); r=value(mp->cur_exp);
20743   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20744     mp_bilin2(mp, yy_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20745       value(xy_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),null);
20746     mp_bilin2(mp, yx_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20747       value(xx_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),null);
20748     mp_bilin2(mp, xy_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20749       value(yy_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),null);
20750     mp_bilin2(mp, xx_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20751       value(yx_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),null);
20752   };
20753   mp_bilin2(mp, y_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20754     value(x_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),y_part_loc(qq));
20755   mp_bilin2(mp, x_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20756     value(y_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),x_part_loc(qq));
20757   mp_recycle_value(mp, pp); mp_free_node(mp, pp,value_node_size);
20758 }
20759
20760 @ Let |p| be a |mp_proto_dependent| value whose dependency list ends
20761 at |dep_final|. The following procedure adds |v| times another
20762 numeric quantity to~|p|.
20763
20764 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20765 void mp_add_mult_dep (MP mp,pointer p, scaled v, pointer r) { 
20766   if ( type(r)==mp_known ) {
20767     value(mp->dep_final)+=mp_take_scaled(mp, value(r),v);
20768   } else  { 
20769     dep_list(p)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(p),v,dep_list(r),
20770                                                          mp_proto_dependent,type(r));
20771     if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20772   }
20773 }
20774
20775 @ The |bilin2| procedure is something like |bilin1|, but with known
20776 and unknown quantities reversed. Parameter |p| points to a value field
20777 within the big node for |cur_exp|; and |type(p)=mp_known|. Parameters
20778 |t| and~|u| point to value fields elsewhere; so does parameter~|q|,
20779 unless it is |null| (which stands for zero). Location~|p| will be
20780 replaced by $p\cdot t+v\cdot u+q$.
20781
20782 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20783 void mp_bilin2 (MP mp,pointer p, pointer t, scaled v, 
20784                 pointer u, pointer q) {
20785   scaled vv; /* temporary storage for |value(p)| */
20786   vv=value(p); type(p)=mp_proto_dependent;
20787   mp_new_dep(mp, p,mp_const_dependency(mp, 0)); /* this sets |dep_final| */
20788   if ( vv!=0 ) 
20789     mp_add_mult_dep(mp, p,vv,t); /* |dep_final| doesn't change */
20790   if ( v!=0 ) mp_add_mult_dep(mp, p,v,u);
20791   if ( q!=null ) mp_add_mult_dep(mp, p,unity,q);
20792   if ( dep_list(p)==mp->dep_final ) {
20793     vv=value(mp->dep_final); mp_recycle_value(mp, p);
20794     type(p)=mp_known; value(p)=vv;
20795   }
20796 }
20797
20798 @ @<Transform known by known@>=
20799
20800   mp_make_exp_copy(mp, p); r=value(mp->cur_exp);
20801   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20802     mp_bilin3(mp, yy_part_loc(r),mp->tyy,value(xy_part_loc(q)),mp->tyx,0);
20803     mp_bilin3(mp, yx_part_loc(r),mp->tyy,value(xx_part_loc(q)),mp->tyx,0);
20804     mp_bilin3(mp, xy_part_loc(r),mp->txx,value(yy_part_loc(q)),mp->txy,0);
20805     mp_bilin3(mp, xx_part_loc(r),mp->txx,value(yx_part_loc(q)),mp->txy,0);
20806   }
20807   mp_bilin3(mp, y_part_loc(r),mp->tyy,value(x_part_loc(q)),mp->tyx,mp->ty);
20808   mp_bilin3(mp, x_part_loc(r),mp->txx,value(y_part_loc(q)),mp->txy,mp->tx);
20809 }
20810
20811 @ Finally, in |bilin3| everything is |known|.
20812
20813 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20814 void mp_bilin3 (MP mp,pointer p, scaled t, 
20815                scaled v, scaled u, scaled delta) { 
20816   if ( t!=unity )
20817     delta+=mp_take_scaled(mp, value(p),t);
20818   else 
20819     delta+=value(p);
20820   if ( u!=0 ) value(p)=delta+mp_take_scaled(mp, v,u);
20821   else value(p)=delta;
20822 }
20823
20824 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20825 case concatenate: 
20826   if ( (mp->cur_type==mp_string_type)&&(type(p)==mp_string_type) ) mp_cat(mp, p);
20827   else mp_bad_binary(mp, p,concatenate);
20828   break;
20829 case substring_of: 
20830   if ( mp_nice_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type==mp_string_type) )
20831     mp_chop_string(mp, value(p));
20832   else mp_bad_binary(mp, p,substring_of);
20833   break;
20834 case subpath_of: 
20835   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
20836   if ( mp_nice_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type==mp_path_type) )
20837     mp_chop_path(mp, value(p));
20838   else mp_bad_binary(mp, p,subpath_of);
20839   break;
20840
20841 @ @<Declare binary action...@>=
20842 void mp_cat (MP mp,pointer p) {
20843   str_number a,b; /* the strings being concatenated */
20844   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
20845   a=value(p); b=mp->cur_exp; str_room(length(a)+length(b));
20846   for (k=mp->str_start[a];k<=str_stop(a)-1;k++) {
20847     append_char(mp->str_pool[k]);
20848   }
20849   for (k=mp->str_start[b];k<=str_stop(b)-1;k++) {
20850     append_char(mp->str_pool[k]);
20851   }
20852   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); delete_str_ref(b);
20853 }
20854
20855 @ @<Declare binary action...@>=
20856 void mp_chop_string (MP mp,pointer p) {
20857   integer a, b; /* start and stop points */
20858   integer l; /* length of the original string */
20859   integer k; /* runs from |a| to |b| */
20860   str_number s; /* the original string */
20861   boolean reversed; /* was |a>b|? */
20862   a=mp_round_unscaled(mp, value(x_part_loc(p)));
20863   b=mp_round_unscaled(mp, value(y_part_loc(p)));
20864   if ( a<=b ) reversed=false;
20865   else  { reversed=true; k=a; a=b; b=k; };
20866   s=mp->cur_exp; l=length(s);
20867   if ( a<0 ) { 
20868     a=0;
20869     if ( b<0 ) b=0;
20870   }
20871   if ( b>l ) { 
20872     b=l;
20873     if ( a>l ) a=l;
20874   }
20875   str_room(b-a);
20876   if ( reversed ) {
20877     for (k=mp->str_start[s]+b-1;k>=mp->str_start[s]+a;k--)  {
20878       append_char(mp->str_pool[k]);
20879     }
20880   } else  {
20881     for (k=mp->str_start[s]+a;k<=mp->str_start[s]+b-1;k++)  {
20882       append_char(mp->str_pool[k]);
20883     }
20884   }
20885   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); delete_str_ref(s);
20886 }
20887
20888 @ @<Declare binary action...@>=
20889 void mp_chop_path (MP mp,pointer p) {
20890   pointer q; /* a knot in the original path */
20891   pointer pp,qq,rr,ss; /* link variables for copies of path nodes */
20892   scaled a,b,k,l; /* indices for chopping */
20893   boolean reversed; /* was |a>b|? */
20894   l=mp_path_length(mp); a=value(x_part_loc(p)); b=value(y_part_loc(p));
20895   if ( a<=b ) reversed=false;
20896   else  { reversed=true; k=a; a=b; b=k; };
20897   @<Dispense with the cases |a<0| and/or |b>l|@>;
20898   q=mp->cur_exp;
20899   while ( a>=unity ) {
20900     q=link(q); a=a-unity; b=b-unity;
20901   }
20902   if ( b==a ) {
20903     @<Construct a path from |pp| to |qq| of length zero@>; 
20904   } else { 
20905     @<Construct a path from |pp| to |qq| of length $\lceil b\rceil$@>; 
20906   }
20907   left_type(pp)=mp_endpoint; right_type(qq)=mp_endpoint; link(qq)=pp;
20908   mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp);
20909   if ( reversed ) {
20910     mp->cur_exp=link(mp_htap_ypoc(mp, pp)); mp_toss_knot_list(mp, pp);
20911   } else {
20912     mp->cur_exp=pp;
20913   }
20914 }
20915
20916 @ @<Dispense with the cases |a<0| and/or |b>l|@>=
20917 if ( a<0 ) {
20918   if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
20919     a=0; if ( b<0 ) b=0;
20920   } else  {
20921     do {  a=a+l; b=b+l; } while (a<0); /* a cycle always has length |l>0| */
20922   }
20923 }
20924 if ( b>l ) {
20925   if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
20926     b=l; if ( a>l ) a=l;
20927   } else {
20928     while ( a>=l ) { 
20929       a=a-l; b=b-l;
20930     }
20931   }
20932 }
20933
20934 @ @<Construct a path from |pp| to |qq| of length $\lceil b\rceil$@>=
20935
20936   pp=mp_copy_knot(mp, q); qq=pp;
20937   do {  
20938     q=link(q); rr=qq; qq=mp_copy_knot(mp, q); link(rr)=qq; b=b-unity;
20939   } while (b>0);
20940   if ( a>0 ) {
20941     ss=pp; pp=link(pp);
20942     mp_split_cubic(mp, ss,a*010000); pp=link(ss);
20943     mp_free_node(mp, ss,knot_node_size);
20944     if ( rr==ss ) {
20945       b=mp_make_scaled(mp, b,unity-a); rr=pp;
20946     }
20947   }
20948   if ( b<0 ) {
20949     mp_split_cubic(mp, rr,(b+unity)*010000);
20950     mp_free_node(mp, qq,knot_node_size);
20951     qq=link(rr);
20952   }
20953 }
20954
20955 @ @<Construct a path from |pp| to |qq| of length zero@>=
20956
20957   if ( a>0 ) { mp_split_cubic(mp, q,a*010000); q=link(q); };
20958   pp=mp_copy_knot(mp, q); qq=pp;
20959 }
20960
20961 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20962 case point_of: case precontrol_of: case postcontrol_of: 
20963   if ( mp->cur_type==mp_pair_type )
20964      mp_pair_to_path(mp);
20965   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_known) )
20966     mp_find_point(mp, value(p),c);
20967   else 
20968     mp_bad_binary(mp, p,c);
20969   break;
20970 case pen_offset_of: 
20971   if ( (mp->cur_type==mp_pen_type)&& mp_nice_pair(mp, p,type(p)) )
20972     mp_set_up_offset(mp, value(p));
20973   else 
20974     mp_bad_binary(mp, p,pen_offset_of);
20975   break;
20976 case direction_time_of: 
20977   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
20978   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&& mp_nice_pair(mp, p,type(p)) )
20979     mp_set_up_direction_time(mp, value(p));
20980   else 
20981     mp_bad_binary(mp, p,direction_time_of);
20982   break;
20983
20984 @ @<Declare binary action...@>=
20985 void mp_set_up_offset (MP mp,pointer p) { 
20986   mp_find_offset(mp, value(x_part_loc(p)),value(y_part_loc(p)),mp->cur_exp);
20987   mp_pair_value(mp, mp->cur_x,mp->cur_y);
20988 }
20989 void mp_set_up_direction_time (MP mp,pointer p) { 
20990   mp_flush_cur_exp(mp, mp_find_direction_time(mp, value(x_part_loc(p)),
20991   value(y_part_loc(p)),mp->cur_exp));
20992 }
20993
20994 @ @<Declare binary action...@>=
20995 void mp_find_point (MP mp,scaled v, quarterword c) {
20996   pointer p; /* the path */
20997   scaled n; /* its length */
20998   p=mp->cur_exp;
20999   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) n=-unity; else n=0;
21000   do {  p=link(p); n=n+unity; } while (p!=mp->cur_exp);
21001   if ( n==0 ) { 
21002     v=0; 
21003   } else if ( v<0 ) {
21004     if ( left_type(p)==mp_endpoint ) v=0;
21005     else v=n-1-((-v-1) % n);
21006   } else if ( v>n ) {
21007     if ( left_type(p)==mp_endpoint ) v=n;
21008     else v=v % n;
21009   }
21010   p=mp->cur_exp;
21011   while ( v>=unity ) { p=link(p); v=v-unity;  };
21012   if ( v!=0 ) {
21013      @<Insert a fractional node by splitting the cubic@>;
21014   }
21015   @<Set the current expression to the desired path coordinates@>;
21016 }
21017
21018 @ @<Insert a fractional node...@>=
21019 { mp_split_cubic(mp, p,v*010000); p=link(p); }
21020
21021 @ @<Set the current expression to the desired path coordinates...@>=
21022 switch (c) {
21023 case point_of: 
21024   mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21025   break;
21026 case precontrol_of: 
21027   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21028   else mp_pair_value(mp, left_x(p),left_y(p));
21029   break;
21030 case postcontrol_of: 
21031   if ( right_type(p)==mp_endpoint ) mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21032   else mp_pair_value(mp, right_x(p),right_y(p));
21033   break;
21034 } /* there are no other cases */
21035
21036 @ @<Additional cases of binary operators@>=
21037 case arc_time_of: 
21038   if ( mp->cur_type==mp_pair_type )
21039      mp_pair_to_path(mp);
21040   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_known) )
21041     mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_arc_time(mp, mp->cur_exp,value(p)));
21042   else 
21043     mp_bad_binary(mp, p,c);
21044   break;
21045
21046 @ @<Additional cases of bin...@>=
21047 case intersect: 
21048   if ( type(p)==mp_pair_type ) {
21049     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, p);
21050     mp_pair_to_path(mp); p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q);
21051   };
21052   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
21053   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_path_type) ) {
21054     mp_path_intersection(mp, value(p),mp->cur_exp);
21055     mp_pair_value(mp, mp->cur_t,mp->cur_tt);
21056   } else {
21057     mp_bad_binary(mp, p,intersect);
21058   }
21059   break;
21060
21061 @ @<Additional cases of bin...@>=
21062 case in_font:
21063   if ( (mp->cur_type!=mp_string_type)||(type(p)!=mp_string_type)) 
21064     mp_bad_binary(mp, p,in_font);
21065   else { mp_do_infont(mp, p); return; }
21066   break;
21067
21068 @ Function |new_text_node| owns the reference count for its second argument
21069 (the text string) but not its first (the font name).
21070
21071 @<Declare binary action...@>=
21072 void mp_do_infont (MP mp,pointer p) {
21073   pointer q;
21074   q=mp_get_node(mp, edge_header_size);
21075   mp_init_edges(mp, q);
21076   link(obj_tail(q))=mp_new_text_node(mp, str(mp->cur_exp),value(p));
21077   obj_tail(q)=link(obj_tail(q));
21078   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
21079   mp_flush_cur_exp(mp, q);
21080   mp->cur_type=mp_picture_type;
21081 }
21082
21083 @* \[40] Statements and commands.
21084 The chief executive of \MP\ is the |do_statement| routine, which
21085 contains the master switch that causes all the various pieces of \MP\
21086 to do their things, in the right order.
21087
21088 In a sense, this is the grand climax of the program: It applies all the
21089 tools that we have worked so hard to construct. In another sense, this is
21090 the messiest part of the program: It necessarily refers to other pieces
21091 of code all over the place, so that a person can't fully understand what is
21092 going on without paging back and forth to be reminded of conventions that
21093 are defined elsewhere. We are now at the hub of the web.
21094
21095 The structure of |do_statement| itself is quite simple.  The first token
21096 of the statement is fetched using |get_x_next|.  If it can be the first
21097 token of an expression, we look for an equation, an assignment, or a
21098 title. Otherwise we use a \&{case} construction to branch at high speed to
21099 the appropriate routine for various and sundry other types of commands,
21100 each of which has an ``action procedure'' that does the necessary work.
21101
21102 The program uses the fact that
21103 $$\hbox{|min_primary_command=max_statement_command=type_name|}$$
21104 to interpret a statement that starts with, e.g., `\&{string}',
21105 as a type declaration rather than a boolean expression.
21106
21107 @c void mp_do_statement (MP mp) { /* governs \MP's activities */
21108   mp->cur_type=mp_vacuous; mp_get_x_next(mp);
21109   if ( mp->cur_cmd>max_primary_command ) {
21110     @<Worry about bad statement@>;
21111   } else if ( mp->cur_cmd>max_statement_command ) {
21112     @<Do an equation, assignment, title, or
21113      `$\langle\,$expression$\,\rangle\,$\&{endgroup}'@>;
21114   } else {
21115     @<Do a statement that doesn't begin with an expression@>;
21116   }
21117   if ( mp->cur_cmd<semicolon )
21118     @<Flush unparsable junk that was found after the statement@>;
21119   mp->error_count=0;
21120 }
21121
21122 @ @<Declarations@>=
21123 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>;
21124
21125 @ The only command codes |>max_primary_command| that can be present
21126 at the beginning of a statement are |semicolon| and higher; these
21127 occur when the statement is null.
21128
21129 @<Worry about bad statement@>=
21130
21131   if ( mp->cur_cmd<semicolon ) {
21132     print_err("A statement can't begin with `");
21133 @.A statement can't begin with x@>
21134     mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod); mp_print_char(mp, '\'');
21135     help5("I was looking for the beginning of a new statement.")
21136       ("If you just proceed without changing anything, I'll ignore")
21137       ("everything up to the next `;'. Please insert a semicolon")
21138       ("now in front of anything that you don't want me to delete.")
21139       ("(See Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.)");
21140 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
21141     mp_back_error(mp); mp_get_x_next(mp);
21142   }
21143 }
21144
21145 @ The help message printed here says that everything is flushed up to
21146 a semicolon, but actually the commands |end_group| and |stop| will
21147 also terminate a statement.
21148
21149 @<Flush unparsable junk that was found after the statement@>=
21150
21151   print_err("Extra tokens will be flushed");
21152 @.Extra tokens will be flushed@>
21153   help6("I've just read as much of that statement as I could fathom,")
21154        ("so a semicolon should have been next. It's very puzzling...")
21155        ("but I'll try to get myself back together, by ignoring")
21156        ("everything up to the next `;'. Please insert a semicolon")
21157        ("now in front of anything that you don't want me to delete.")
21158        ("(See Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.)");
21159 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
21160   mp_back_error(mp); mp->scanner_status=flushing;
21161   do {  
21162     get_t_next;
21163     @<Decrease the string reference count...@>;
21164   } while (! end_of_statement); /* |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop| */
21165   mp->scanner_status=normal;
21166 }
21167
21168 @ If |do_statement| ends with |cur_cmd=end_group|, we should have
21169 |cur_type=mp_vacuous| unless the statement was simply an expression;
21170 in the latter case, |cur_type| and |cur_exp| should represent that
21171 expression.
21172
21173 @<Do a statement that doesn't...@>=
21174
21175   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) 
21176     show_cur_cmd_mod;
21177   switch (mp->cur_cmd ) {
21178   case type_name:mp_do_type_declaration(mp); break;
21179   case macro_def:
21180     if ( mp->cur_mod>var_def ) mp_make_op_def(mp);
21181     else if ( mp->cur_mod>end_def ) mp_scan_def(mp);
21182      break;
21183   @<Cases of |do_statement| that invoke particular commands@>;
21184   } /* there are no other cases */
21185   mp->cur_type=mp_vacuous;
21186 }
21187
21188 @ The most important statements begin with expressions.
21189
21190 @<Do an equation, assignment, title, or...@>=
21191
21192   mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21193   if ( mp->cur_cmd<end_group ) {
21194     if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21195     else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21196     else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {@<Do a title@> ; }
21197     else if ( mp->cur_type!=mp_vacuous ){ 
21198       exp_err("Isolated expression");
21199 @.Isolated expression@>
21200       help3("I couldn't find an `=' or `:=' after the")
21201         ("expression that is shown above this error message,")
21202         ("so I guess I'll just ignore it and carry on.");
21203       mp_put_get_error(mp);
21204     }
21205     mp_flush_cur_exp(mp, 0); mp->cur_type=mp_vacuous;
21206   }
21207 }
21208
21209 @ @<Do a title@>=
21210
21211   if ( mp->internal[mp_tracing_titles]>0 ) {
21212     mp_print_nl(mp, "");  mp_print_str(mp, mp->cur_exp); update_terminal;
21213   }
21214 }
21215
21216 @ Equations and assignments are performed by the pair of mutually recursive
21217 @^recursion@>
21218 routines |do_equation| and |do_assignment|. These routines are called when
21219 |cur_cmd=equals| and when |cur_cmd=assignment|, respectively; the left-hand
21220 side is in |cur_type| and |cur_exp|, while the right-hand side is yet
21221 to be scanned. After the routines are finished, |cur_type| and |cur_exp|
21222 will be equal to the right-hand side (which will normally be equal
21223 to the left-hand side).
21224
21225 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21226 @<Declare the procedure called |try_eq|@>;
21227 @<Declare the procedure called |make_eq|@>;
21228 void mp_do_equation (MP mp) ;
21229
21230 @ @c
21231 void mp_do_equation (MP mp) {
21232   pointer lhs; /* capsule for the left-hand side */
21233   pointer p; /* temporary register */
21234   lhs=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); 
21235   mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21236   if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21237   else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21238   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) 
21239     @<Trace the current equation@>;
21240   if ( mp->cur_type==mp_unknown_path ) if ( type(lhs)==mp_pair_type ) {
21241     p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, lhs); lhs=p;
21242   }; /* in this case |make_eq| will change the pair to a path */
21243   mp_make_eq(mp, lhs); /* equate |lhs| to |(cur_type,cur_exp)| */
21244 }
21245
21246 @ And |do_assignment| is similar to |do_expression|:
21247
21248 @<Declarations@>=
21249 void mp_do_assignment (MP mp);
21250
21251 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21252 void mp_do_assignment (MP mp) ;
21253
21254 @ @c
21255 void mp_do_assignment (MP mp) {
21256   pointer lhs; /* token list for the left-hand side */
21257   pointer p; /* where the left-hand value is stored */
21258   pointer q; /* temporary capsule for the right-hand value */
21259   if ( mp->cur_type!=mp_token_list ) { 
21260     exp_err("Improper `:=' will be changed to `='");
21261 @.Improper `:='@>
21262     help2("I didn't find a variable name at the left of the `:=',")
21263       ("so I'm going to pretend that you said `=' instead.");
21264     mp_error(mp); mp_do_equation(mp);
21265   } else { 
21266     lhs=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
21267     mp_get_x_next(mp); mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21268     if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21269     else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21270     if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) 
21271       @<Trace the current assignment@>;
21272     if ( info(lhs)>hash_end ) {
21273       @<Assign the current expression to an internal variable@>;
21274     } else  {
21275       @<Assign the current expression to the variable |lhs|@>;
21276     }
21277     mp_flush_node_list(mp, lhs);
21278   }
21279 }
21280
21281 @ @<Trace the current equation@>=
21282
21283   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{("); mp_print_exp(mp,lhs,0);
21284   mp_print(mp,")=("); mp_print_exp(mp,null,0); 
21285   mp_print(mp,")}"); mp_end_diagnostic(mp, false);
21286 }
21287
21288 @ @<Trace the current assignment@>=
21289
21290   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{");
21291   if ( info(lhs)>hash_end ) 
21292      mp_print(mp, mp->int_name[info(lhs)-(hash_end)]);
21293   else 
21294      mp_show_token_list(mp, lhs,null,1000,0);
21295   mp_print(mp, ":="); mp_print_exp(mp, null,0); 
21296   mp_print_char(mp, '}'); mp_end_diagnostic(mp, false);
21297 }
21298
21299 @ @<Assign the current expression to an internal variable@>=
21300 if ( mp->cur_type==mp_known )  {
21301   mp->internal[info(lhs)-(hash_end)]=mp->cur_exp;
21302 } else { 
21303   exp_err("Internal quantity `");
21304 @.Internal quantity...@>
21305   mp_print(mp, mp->int_name[info(lhs)-(hash_end)]);
21306   mp_print(mp, "' must receive a known value");
21307   help2("I can\'t set an internal quantity to anything but a known")
21308     ("numeric value, so I'll have to ignore this assignment.");
21309   mp_put_get_error(mp);
21310 }
21311
21312 @ @<Assign the current expression to the variable |lhs|@>=
21313
21314   p=mp_find_variable(mp, lhs);
21315   if ( p!=null ) {
21316     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp->cur_type=mp_und_type(mp, p); 
21317     mp_recycle_value(mp, p);
21318     type(p)=mp->cur_type; value(p)=null; mp_make_exp_copy(mp, p);
21319     p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q); mp_make_eq(mp, p);
21320   } else  { 
21321     mp_obliterated(mp, lhs); mp_put_get_error(mp);
21322   }
21323 }
21324
21325
21326 @ And now we get to the nitty-gritty. The |make_eq| procedure is given
21327 a pointer to a capsule that is to be equated to the current expression.
21328
21329 @<Declare the procedure called |make_eq|@>=
21330 void mp_make_eq (MP mp,pointer lhs) ;
21331
21332
21333
21334 @c void mp_make_eq (MP mp,pointer lhs) {
21335   small_number t; /* type of the left-hand side */
21336   pointer p,q; /* pointers inside of big nodes */
21337   integer v=0; /* value of the left-hand side */
21338 RESTART: 
21339   t=type(lhs);
21340   if ( t<=mp_pair_type ) v=value(lhs);
21341   switch (t) {
21342   @<For each type |t|, make an equation and |goto done| unless |cur_type|
21343     is incompatible with~|t|@>;
21344   } /* all cases have been listed */
21345   @<Announce that the equation cannot be performed@>;
21346 DONE:
21347   check_arith; mp_recycle_value(mp, lhs); 
21348   mp_free_node(mp, lhs,value_node_size);
21349 }
21350
21351 @ @<Announce that the equation cannot be performed@>=
21352 mp_disp_err(mp, lhs,""); 
21353 exp_err("Equation cannot be performed (");
21354 @.Equation cannot be performed@>
21355 if ( type(lhs)<=mp_pair_type ) mp_print_type(mp, type(lhs));
21356 else mp_print(mp, "numeric");
21357 mp_print_char(mp, '=');
21358 if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) mp_print_type(mp, mp->cur_type);
21359 else mp_print(mp, "numeric");
21360 mp_print_char(mp, ')');
21361 help2("I'm sorry, but I don't know how to make such things equal.")
21362      ("(See the two expressions just above the error message.)");
21363 mp_put_get_error(mp)
21364
21365 @ @<For each type |t|, make an equation and |goto done| unless...@>=
21366 case mp_boolean_type: case mp_string_type: case mp_pen_type:
21367 case mp_path_type: case mp_picture_type:
21368   if ( mp->cur_type==t+unknown_tag ) { 
21369     mp_nonlinear_eq(mp, v,mp->cur_exp,false); goto DONE;
21370   } else if ( mp->cur_type==t ) {
21371     @<Report redundant or inconsistent equation and |goto done|@>;
21372   }
21373   break;
21374 case unknown_types:
21375   if ( mp->cur_type==t-unknown_tag ) { 
21376     mp_nonlinear_eq(mp, mp->cur_exp,lhs,true); goto DONE;
21377   } else if ( mp->cur_type==t ) { 
21378     mp_ring_merge(mp, lhs,mp->cur_exp); goto DONE;
21379   } else if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) {
21380     if ( t==mp_unknown_path ) { 
21381      mp_pair_to_path(mp); goto RESTART;
21382     };
21383   }
21384   break;
21385 case mp_transform_type: case mp_color_type:
21386 case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type:
21387   if ( mp->cur_type==t ) {
21388     @<Do multiple equations and |goto done|@>;
21389   }
21390   break;
21391 case mp_known: case mp_dependent:
21392 case mp_proto_dependent: case mp_independent:
21393   if ( mp->cur_type>=mp_known ) { 
21394     mp_try_eq(mp, lhs,null); goto DONE;
21395   };
21396   break;
21397 case mp_vacuous:
21398   break;
21399
21400 @ @<Report redundant or inconsistent equation and |goto done|@>=
21401
21402   if ( mp->cur_type<=mp_string_type ) {
21403     if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
21404       if ( mp_str_vs_str(mp, v,mp->cur_exp)!=0 ) {
21405         goto NOT_FOUND;
21406       }
21407     } else if ( v!=mp->cur_exp ) {
21408       goto NOT_FOUND;
21409     }
21410     @<Exclaim about a redundant equation@>; goto DONE;
21411   }
21412   print_err("Redundant or inconsistent equation");
21413 @.Redundant or inconsistent equation@>
21414   help2("An equation between already-known quantities can't help.")
21415        ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21416   mp_put_get_error(mp); goto DONE;
21417 NOT_FOUND: 
21418   print_err("Inconsistent equation");
21419 @.Inconsistent equation@>
21420   help2("The equation I just read contradicts what was said before.")
21421        ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21422   mp_put_get_error(mp); goto DONE;
21423 }
21424
21425 @ @<Do multiple equations and |goto done|@>=
21426
21427   p=v+mp->big_node_size[t]; 
21428   q=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[t];
21429   do {  
21430     p=p-2; q=q-2; mp_try_eq(mp, p,q);
21431   } while (p!=v);
21432   goto DONE;
21433 }
21434
21435 @ The first argument to |try_eq| is the location of a value node
21436 in a capsule that will soon be recycled. The second argument is
21437 either a location within a pair or transform node pointed to by
21438 |cur_exp|, or it is |null| (which means that |cur_exp| itself
21439 serves as the second argument). The idea is to leave |cur_exp| unchanged,
21440 but to equate the two operands.
21441
21442 @<Declare the procedure called |try_eq|@>=
21443 void mp_try_eq (MP mp,pointer l, pointer r) ;
21444
21445
21446 @c void mp_try_eq (MP mp,pointer l, pointer r) {
21447   pointer p; /* dependency list for right operand minus left operand */
21448   int t; /* the type of list |p| */
21449   pointer q; /* the constant term of |p| is here */
21450   pointer pp; /* dependency list for right operand */
21451   int tt; /* the type of list |pp| */
21452   boolean copied; /* have we copied a list that ought to be recycled? */
21453   @<Remove the left operand from its container, negate it, and
21454     put it into dependency list~|p| with constant term~|q|@>;
21455   @<Add the right operand to list |p|@>;
21456   if ( info(p)==null ) {
21457     @<Deal with redundant or inconsistent equation@>;
21458   } else { 
21459     mp_linear_eq(mp, p,t);
21460     if ( r==null ) if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
21461       if ( type(mp->cur_exp)==mp_known ) {
21462         pp=mp->cur_exp; mp->cur_exp=value(mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_known;
21463         mp_free_node(mp, pp,value_node_size);
21464       }
21465     }
21466   }
21467 }
21468
21469 @ @<Remove the left operand from its container, negate it, and...@>=
21470 t=type(l);
21471 if ( t==mp_known ) { 
21472   t=mp_dependent; p=mp_const_dependency(mp, -value(l)); q=p;
21473 } else if ( t==mp_independent ) {
21474   t=mp_dependent; p=mp_single_dependency(mp, l); negate(value(p));
21475   q=mp->dep_final;
21476 } else { 
21477   p=dep_list(l); q=p;
21478   while (1) { 
21479     negate(value(q));
21480     if ( info(q)==null ) break;
21481     q=link(q);
21482   }
21483   link(prev_dep(l))=link(q); prev_dep(link(q))=prev_dep(l);
21484   type(l)=mp_known;
21485 }
21486
21487 @ @<Deal with redundant or inconsistent equation@>=
21488
21489   if ( abs(value(p))>64 ) { /* off by .001 or more */
21490     print_err("Inconsistent equation");
21491 @.Inconsistent equation@>
21492     mp_print(mp, " (off by "); mp_print_scaled(mp, value(p)); 
21493     mp_print_char(mp, ')');
21494     help2("The equation I just read contradicts what was said before.")
21495       ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21496     mp_put_get_error(mp);
21497   } else if ( r==null ) {
21498     @<Exclaim about a redundant equation@>;
21499   }
21500   mp_free_node(mp, p,dep_node_size);
21501 }
21502
21503 @ @<Add the right operand to list |p|@>=
21504 if ( r==null ) {
21505   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
21506     value(q)=value(q)+mp->cur_exp; goto DONE1;
21507   } else { 
21508     tt=mp->cur_type;
21509     if ( tt==mp_independent ) pp=mp_single_dependency(mp, mp->cur_exp);
21510     else pp=dep_list(mp->cur_exp);
21511   } 
21512 } else {
21513   if ( type(r)==mp_known ) {
21514     value(q)=value(q)+value(r); goto DONE1;
21515   } else { 
21516     tt=type(r);
21517     if ( tt==mp_independent ) pp=mp_single_dependency(mp, r);
21518     else pp=dep_list(r);
21519   }
21520 }
21521 if ( tt!=mp_independent ) copied=false;
21522 else  { copied=true; tt=mp_dependent; };
21523 @<Add dependency list |pp| of type |tt| to dependency list~|p| of type~|t|@>;
21524 if ( copied ) mp_flush_node_list(mp, pp);
21525 DONE1:
21526
21527 @ @<Add dependency list |pp| of type |tt| to dependency list~|p| of type~|t|@>=
21528 mp->watch_coefs=false;
21529 if ( t==tt ) {
21530   p=mp_p_plus_q(mp, p,pp,t);
21531 } else if ( t==mp_proto_dependent ) {
21532   p=mp_p_plus_fq(mp, p,unity,pp,mp_proto_dependent,mp_dependent);
21533 } else { 
21534   q=p;
21535   while ( info(q)!=null ) {
21536     value(q)=mp_round_fraction(mp, value(q)); q=link(q);
21537   }
21538   t=mp_proto_dependent; p=mp_p_plus_q(mp, p,pp,t);
21539 }
21540 mp->watch_coefs=true;
21541
21542 @ Our next goal is to process type declarations. For this purpose it's
21543 convenient to have a procedure that scans a $\langle\,$declared
21544 variable$\,\rangle$ and returns the corresponding token list. After the
21545 following procedure has acted, the token after the declared variable
21546 will have been scanned, so it will appear in |cur_cmd|, |cur_mod|,
21547 and~|cur_sym|.
21548
21549 @<Declare the function called |scan_declared_variable|@>=
21550 pointer mp_scan_declared_variable (MP mp) {
21551   pointer x; /* hash address of the variable's root */
21552   pointer h,t; /* head and tail of the token list to be returned */
21553   pointer l; /* hash address of left bracket */
21554   mp_get_symbol(mp); x=mp->cur_sym;
21555   if ( mp->cur_cmd!=tag_token ) mp_clear_symbol(mp, x,false);
21556   h=mp_get_avail(mp); info(h)=x; t=h;
21557   while (1) { 
21558     mp_get_x_next(mp);
21559     if ( mp->cur_sym==0 ) break;
21560     if ( mp->cur_cmd!=tag_token ) if ( mp->cur_cmd!=internal_quantity)  {
21561       if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
21562         @<Descend past a collective subscript@>;
21563       } else {
21564         break;
21565       }
21566     }
21567     link(t)=mp_get_avail(mp); t=link(t); info(t)=mp->cur_sym;
21568   }
21569   if ( eq_type(x)!=tag_token ) mp_clear_symbol(mp, x,false);
21570   if ( equiv(x)==null ) mp_new_root(mp, x);
21571   return h;
21572 }
21573
21574 @ If the subscript isn't collective, we don't accept it as part of the
21575 declared variable.
21576
21577 @<Descend past a collective subscript@>=
21578
21579   l=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
21580   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
21581     mp_back_input(mp); mp->cur_sym=l; mp->cur_cmd=left_bracket; break;
21582   } else {
21583     mp->cur_sym=collective_subscript;
21584   }
21585 }
21586
21587 @ Type declarations are introduced by the following primitive operations.
21588
21589 @<Put each...@>=
21590 mp_primitive(mp, "numeric",type_name,mp_numeric_type);
21591 @:numeric_}{\&{numeric} primitive@>
21592 mp_primitive(mp, "string",type_name,mp_string_type);
21593 @:string_}{\&{string} primitive@>
21594 mp_primitive(mp, "boolean",type_name,mp_boolean_type);
21595 @:boolean_}{\&{boolean} primitive@>
21596 mp_primitive(mp, "path",type_name,mp_path_type);
21597 @:path_}{\&{path} primitive@>
21598 mp_primitive(mp, "pen",type_name,mp_pen_type);
21599 @:pen_}{\&{pen} primitive@>
21600 mp_primitive(mp, "picture",type_name,mp_picture_type);
21601 @:picture_}{\&{picture} primitive@>
21602 mp_primitive(mp, "transform",type_name,mp_transform_type);
21603 @:transform_}{\&{transform} primitive@>
21604 mp_primitive(mp, "color",type_name,mp_color_type);
21605 @:color_}{\&{color} primitive@>
21606 mp_primitive(mp, "rgbcolor",type_name,mp_color_type);
21607 @:color_}{\&{rgbcolor} primitive@>
21608 mp_primitive(mp, "cmykcolor",type_name,mp_cmykcolor_type);
21609 @:color_}{\&{cmykcolor} primitive@>
21610 mp_primitive(mp, "pair",type_name,mp_pair_type);
21611 @:pair_}{\&{pair} primitive@>
21612
21613 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21614 case type_name: mp_print_type(mp, m); break;
21615
21616 @ Now we are ready to handle type declarations, assuming that a
21617 |type_name| has just been scanned.
21618
21619 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21620 void mp_do_type_declaration (MP mp) ;
21621
21622 @ @c
21623 void mp_do_type_declaration (MP mp) {
21624   small_number t; /* the type being declared */
21625   pointer p; /* token list for a declared variable */
21626   pointer q; /* value node for the variable */
21627   if ( mp->cur_mod>=mp_transform_type ) 
21628     t=mp->cur_mod;
21629   else 
21630     t=mp->cur_mod+unknown_tag;
21631   do {  
21632     p=mp_scan_declared_variable(mp);
21633     mp_flush_variable(mp, equiv(info(p)),link(p),false);
21634     q=mp_find_variable(mp, p);
21635     if ( q!=null ) { 
21636       type(q)=t; value(q)=null; 
21637     } else  { 
21638       print_err("Declared variable conflicts with previous vardef");
21639 @.Declared variable conflicts...@>
21640       help2("You can't use, e.g., `numeric foo[]' after `vardef foo'.")
21641            ("Proceed, and I'll ignore the illegal redeclaration.");
21642       mp_put_get_error(mp);
21643     }
21644     mp_flush_list(mp, p);
21645     if ( mp->cur_cmd<comma ) {
21646       @<Flush spurious symbols after the declared variable@>;
21647     }
21648   } while (! end_of_statement);
21649 }
21650
21651 @ @<Flush spurious symbols after the declared variable@>=
21652
21653   print_err("Illegal suffix of declared variable will be flushed");
21654 @.Illegal suffix...flushed@>
21655   help5("Variables in declarations must consist entirely of")
21656     ("names and collective subscripts, e.g., `x[]a'.")
21657     ("Are you trying to use a reserved word in a variable name?")
21658     ("I'm going to discard the junk I found here,")
21659     ("up to the next comma or the end of the declaration.");
21660   if ( mp->cur_cmd==numeric_token )
21661     mp->help_line[2]="Explicit subscripts like `x15a' aren't permitted.";
21662   mp_put_get_error(mp); mp->scanner_status=flushing;
21663   do {  
21664     get_t_next;
21665     @<Decrease the string reference count...@>;
21666   } while (mp->cur_cmd<comma); /* either |end_of_statement| or |cur_cmd=comma| */
21667   mp->scanner_status=normal;
21668 }
21669
21670 @ \MP's |main_control| procedure just calls |do_statement| repeatedly
21671 until coming to the end of the user's program.
21672 Each execution of |do_statement| concludes with
21673 |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop|.
21674
21675 @c void mp_main_control (MP mp) { 
21676   do {  
21677     mp_do_statement(mp);
21678     if ( mp->cur_cmd==end_group ) {
21679       print_err("Extra `endgroup'");
21680 @.Extra `endgroup'@>
21681       help2("I'm not currently working on a `begingroup',")
21682         ("so I had better not try to end anything.");
21683       mp_flush_error(mp, 0);
21684     }
21685   } while (mp->cur_cmd!=stop);
21686 }
21687 int mp_run (MP mp) {
21688   @<Install and test the non-local jump buffer@>;
21689   mp_main_control(mp); /* come to life */
21690   mp_final_cleanup(mp); /* prepare for death */
21691   mp_close_files_and_terminate(mp);
21692   return mp->history;
21693 }
21694 char * mp_mplib_version (MP mp) {
21695   assert(mp);
21696   return mplib_version;
21697 }
21698 char * mp_metapost_version (MP mp) {
21699   assert(mp);
21700   return metapost_version;
21701 }
21702
21703 @ @<Exported function headers@>=
21704 int mp_run (MP mp);
21705 char * mp_mplib_version (MP mp);
21706 char * mp_metapost_version (MP mp);
21707
21708 @ @<Put each...@>=
21709 mp_primitive(mp, "end",stop,0);
21710 @:end_}{\&{end} primitive@>
21711 mp_primitive(mp, "dump",stop,1);
21712 @:dump_}{\&{dump} primitive@>
21713
21714 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21715 case stop:
21716   if ( m==0 ) mp_print(mp, "end");
21717   else mp_print(mp, "dump");
21718   break;
21719
21720 @* \[41] Commands.
21721 Let's turn now to statements that are classified as ``commands'' because
21722 of their imperative nature. We'll begin with simple ones, so that it
21723 will be clear how to hook command processing into the |do_statement| routine;
21724 then we'll tackle the tougher commands.
21725
21726 Here's one of the simplest:
21727
21728 @<Cases of |do_statement|...@>=
21729 case random_seed: mp_do_random_seed(mp);  break;
21730
21731 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21732 void mp_do_random_seed (MP mp) ;
21733
21734 @ @c void mp_do_random_seed (MP mp) { 
21735   mp_get_x_next(mp);
21736   if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
21737     mp_missing_err(mp, ":=");
21738 @.Missing `:='@>
21739     help1("Always say `randomseed:=<numeric expression>'.");
21740     mp_back_error(mp);
21741   };
21742   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
21743   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
21744     exp_err("Unknown value will be ignored");
21745 @.Unknown value...ignored@>
21746     help2("Your expression was too random for me to handle,")
21747       ("so I won't change the random seed just now.");
21748     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
21749   } else {
21750    @<Initialize the random seed to |cur_exp|@>;
21751   }
21752 }
21753
21754 @ @<Initialize the random seed to |cur_exp|@>=
21755
21756   mp_init_randoms(mp, mp->cur_exp);
21757   if ( mp->selector>=log_only && mp->selector<write_file) {
21758     mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=log_only;
21759     mp_print_nl(mp, "{randomseed:="); 
21760     mp_print_scaled(mp, mp->cur_exp); 
21761     mp_print_char(mp, '}');
21762     mp_print_nl(mp, ""); mp->selector=mp->old_setting;
21763   }
21764 }
21765
21766 @ And here's another simple one (somewhat different in flavor):
21767
21768 @<Cases of |do_statement|...@>=
21769 case mode_command: 
21770   mp_print_ln(mp); mp->interaction=mp->cur_mod;
21771   @<Initialize the print |selector| based on |interaction|@>;
21772   if ( mp->log_opened ) mp->selector=mp->selector+2;
21773   mp_get_x_next(mp);
21774   break;
21775
21776 @ @<Put each...@>=
21777 mp_primitive(mp, "batchmode",mode_command,mp_batch_mode);
21778 @:mp_batch_mode_}{\&{batchmode} primitive@>
21779 mp_primitive(mp, "nonstopmode",mode_command,mp_nonstop_mode);
21780 @:mp_nonstop_mode_}{\&{nonstopmode} primitive@>
21781 mp_primitive(mp, "scrollmode",mode_command,mp_scroll_mode);
21782 @:mp_scroll_mode_}{\&{scrollmode} primitive@>
21783 mp_primitive(mp, "errorstopmode",mode_command,mp_error_stop_mode);
21784 @:mp_error_stop_mode_}{\&{errorstopmode} primitive@>
21785
21786 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
21787 case mode_command: 
21788   switch (m) {
21789   case mp_batch_mode: mp_print(mp, "batchmode"); break;
21790   case mp_nonstop_mode: mp_print(mp, "nonstopmode"); break;
21791   case mp_scroll_mode: mp_print(mp, "scrollmode"); break;
21792   default: mp_print(mp, "errorstopmode"); break;
21793   }
21794   break;
21795
21796 @ The `\&{inner}' and `\&{outer}' commands are only slightly harder.
21797
21798 @<Cases of |do_statement|...@>=
21799 case protection_command: mp_do_protection(mp); break;
21800
21801 @ @<Put each...@>=
21802 mp_primitive(mp, "inner",protection_command,0);
21803 @:inner_}{\&{inner} primitive@>
21804 mp_primitive(mp, "outer",protection_command,1);
21805 @:outer_}{\&{outer} primitive@>
21806
21807 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21808 case protection_command: 
21809   if ( m==0 ) mp_print(mp, "inner");
21810   else mp_print(mp, "outer");
21811   break;
21812
21813 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21814 void mp_do_protection (MP mp) ;
21815
21816 @ @c void mp_do_protection (MP mp) {
21817   int m; /* 0 to unprotect, 1 to protect */
21818   halfword t; /* the |eq_type| before we change it */
21819   m=mp->cur_mod;
21820   do {  
21821     mp_get_symbol(mp); t=eq_type(mp->cur_sym);
21822     if ( m==0 ) { 
21823       if ( t>=outer_tag ) 
21824         eq_type(mp->cur_sym)=t-outer_tag;
21825     } else if ( t<outer_tag ) {
21826       eq_type(mp->cur_sym)=t+outer_tag;
21827     }
21828     mp_get_x_next(mp);
21829   } while (mp->cur_cmd==comma);
21830 }
21831
21832 @ \MP\ never defines the tokens `\.(' and `\.)' to be primitives, but
21833 plain \MP\ begins with the declaration `\&{delimiters} \.{()}'. Such a
21834 declaration assigns the command code |left_delimiter| to `\.{(}' and
21835 |right_delimiter| to `\.{)}'; the |equiv| of each delimiter is the
21836 hash address of its mate.
21837
21838 @<Cases of |do_statement|...@>=
21839 case delimiters: mp_def_delims(mp); break;
21840
21841 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21842 void mp_def_delims (MP mp) ;
21843
21844 @ @c void mp_def_delims (MP mp) {
21845   pointer l_delim,r_delim; /* the new delimiter pair */
21846   mp_get_clear_symbol(mp); l_delim=mp->cur_sym;
21847   mp_get_clear_symbol(mp); r_delim=mp->cur_sym;
21848   eq_type(l_delim)=left_delimiter; equiv(l_delim)=r_delim;
21849   eq_type(r_delim)=right_delimiter; equiv(r_delim)=l_delim;
21850   mp_get_x_next(mp);
21851 }
21852
21853 @ Here is a procedure that is called when \MP\ has reached a point
21854 where some right delimiter is mandatory.
21855
21856 @<Declare the procedure called |check_delimiter|@>=
21857 void mp_check_delimiter (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) {
21858   if ( mp->cur_cmd==right_delimiter ) 
21859     if ( mp->cur_mod==l_delim ) 
21860       return;
21861   if ( mp->cur_sym!=r_delim ) {
21862      mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
21863 @.Missing `)'@>
21864     help2("I found no right delimiter to match a left one. So I've")
21865       ("put one in, behind the scenes; this may fix the problem.");
21866     mp_back_error(mp);
21867   } else { 
21868     print_err("The token `"); mp_print_text(r_delim);
21869 @.The token...delimiter@>
21870     mp_print(mp, "' is no longer a right delimiter");
21871     help3("Strange: This token has lost its former meaning!")
21872       ("I'll read it as a right delimiter this time;")
21873       ("but watch out, I'll probably miss it later.");
21874     mp_error(mp);
21875   }
21876 }
21877
21878 @ The next four commands save or change the values associated with tokens.
21879
21880 @<Cases of |do_statement|...@>=
21881 case save_command: 
21882   do {  
21883     mp_get_symbol(mp); mp_save_variable(mp, mp->cur_sym); mp_get_x_next(mp);
21884   } while (mp->cur_cmd==comma);
21885   break;
21886 case interim_command: mp_do_interim(mp); break;
21887 case let_command: mp_do_let(mp); break;
21888 case new_internal: mp_do_new_internal(mp); break;
21889
21890 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21891 void mp_do_statement (MP mp);
21892 void mp_do_interim (MP mp);
21893
21894 @ @c void mp_do_interim (MP mp) { 
21895   mp_get_x_next(mp);
21896   if ( mp->cur_cmd!=internal_quantity ) {
21897      print_err("The token `");
21898 @.The token...quantity@>
21899     if ( mp->cur_sym==0 ) mp_print(mp, "(%CAPSULE)");
21900     else mp_print_text(mp->cur_sym);
21901     mp_print(mp, "' isn't an internal quantity");
21902     help1("Something like `tracingonline' should follow `interim'.");
21903     mp_back_error(mp);
21904   } else { 
21905     mp_save_internal(mp, mp->cur_mod); mp_back_input(mp);
21906   }
21907   mp_do_statement(mp);
21908 }
21909
21910 @ The following procedure is careful not to undefine the left-hand symbol
21911 too soon, lest commands like `{\tt let x=x}' have a surprising effect.
21912
21913 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21914 void mp_do_let (MP mp) ;
21915
21916 @ @c void mp_do_let (MP mp) {
21917   pointer l; /* hash location of the left-hand symbol */
21918   mp_get_symbol(mp); l=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
21919   if ( mp->cur_cmd!=equals ) if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
21920      mp_missing_err(mp, "=");
21921 @.Missing `='@>
21922     help3("You should have said `let symbol = something'.")
21923       ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
21924       ("was present. The next token I read will be `something'.");
21925     mp_back_error(mp);
21926   }
21927   mp_get_symbol(mp);
21928   switch (mp->cur_cmd) {
21929   case defined_macro: case secondary_primary_macro:
21930   case tertiary_secondary_macro: case expression_tertiary_macro: 
21931     add_mac_ref(mp->cur_mod);
21932     break;
21933   default: 
21934     break;
21935   }
21936   mp_clear_symbol(mp, l,false); eq_type(l)=mp->cur_cmd;
21937   if ( mp->cur_cmd==tag_token ) equiv(l)=null;
21938   else equiv(l)=mp->cur_mod;
21939   mp_get_x_next(mp);
21940 }
21941
21942 @ @<Declarations@>=
21943 void mp_grow_internals (MP mp, int l);
21944 void mp_do_new_internal (MP mp) ;
21945
21946 @ @c
21947 void mp_grow_internals (MP mp, int l) {
21948   scaled *internal;
21949   char * *int_name; 
21950   int k;
21951   if ( hash_end+l>max_halfword ) {
21952     mp_confusion(mp, "out of memory space"); /* can't be reached */
21953   }
21954   int_name = xmalloc ((l+1),sizeof(char *));
21955   internal = xmalloc ((l+1),sizeof(scaled));
21956   for (k=0;k<=l; k++ ) { 
21957     if (k<=mp->max_internal) {
21958       internal[k]=mp->internal[k]; 
21959       int_name[k]=mp->int_name[k]; 
21960     } else {
21961       internal[k]=0; 
21962       int_name[k]=NULL; 
21963     }
21964   }
21965   xfree(mp->internal); xfree(mp->int_name);
21966   mp->int_name = int_name;
21967   mp->internal = internal;
21968   mp->max_internal = l;
21969 }
21970
21971
21972 void mp_do_new_internal (MP mp) { 
21973   do {  
21974     if ( mp->int_ptr==mp->max_internal ) {
21975       mp_grow_internals(mp, (mp->max_internal + (mp->max_internal>>2)));
21976     }
21977     mp_get_clear_symbol(mp); incr(mp->int_ptr);
21978     eq_type(mp->cur_sym)=internal_quantity; 
21979     equiv(mp->cur_sym)=mp->int_ptr;
21980     if(mp->int_name[mp->int_ptr]!=NULL)
21981       xfree(mp->int_name[mp->int_ptr]);
21982     mp->int_name[mp->int_ptr]=str(text(mp->cur_sym)); 
21983     mp->internal[mp->int_ptr]=0;
21984     mp_get_x_next(mp);
21985   } while (mp->cur_cmd==comma);
21986 }
21987
21988 @ @<Dealloc variables@>=
21989 for (k=0;k<=mp->max_internal;k++) {
21990    xfree(mp->int_name[k]);
21991 }
21992 xfree(mp->internal); 
21993 xfree(mp->int_name); 
21994
21995
21996 @ The various `\&{show}' commands are distinguished by modifier fields
21997 in the usual way.
21998
21999 @d show_token_code 0 /* show the meaning of a single token */
22000 @d show_stats_code 1 /* show current memory and string usage */
22001 @d show_code 2 /* show a list of expressions */
22002 @d show_var_code 3 /* show a variable and its descendents */
22003 @d show_dependencies_code 4 /* show dependent variables in terms of independents */
22004
22005 @<Put each...@>=
22006 mp_primitive(mp, "showtoken",show_command,show_token_code);
22007 @:show_token_}{\&{showtoken} primitive@>
22008 mp_primitive(mp, "showstats",show_command,show_stats_code);
22009 @:show_stats_}{\&{showstats} primitive@>
22010 mp_primitive(mp, "show",show_command,show_code);
22011 @:show_}{\&{show} primitive@>
22012 mp_primitive(mp, "showvariable",show_command,show_var_code);
22013 @:show_var_}{\&{showvariable} primitive@>
22014 mp_primitive(mp, "showdependencies",show_command,show_dependencies_code);
22015 @:show_dependencies_}{\&{showdependencies} primitive@>
22016
22017 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22018 case show_command: 
22019   switch (m) {
22020   case show_token_code:mp_print(mp, "showtoken"); break;
22021   case show_stats_code:mp_print(mp, "showstats"); break;
22022   case show_code:mp_print(mp, "show"); break;
22023   case show_var_code:mp_print(mp, "showvariable"); break;
22024   default: mp_print(mp, "showdependencies"); break;
22025   }
22026   break;
22027
22028 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22029 case show_command:mp_do_show_whatever(mp); break;
22030
22031 @ The value of |cur_mod| controls the |verbosity| in the |print_exp| routine:
22032 if it's |show_code|, complicated structures are abbreviated, otherwise
22033 they aren't.
22034
22035 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22036 void mp_do_show (MP mp) ;
22037
22038 @ @c void mp_do_show (MP mp) { 
22039   do {  
22040     mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22041     mp_print_nl(mp, ">> ");
22042 @.>>@>
22043     mp_print_exp(mp, null,2); mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22044   } while (mp->cur_cmd==comma);
22045 }
22046
22047 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22048 void mp_disp_token (MP mp) ;
22049
22050 @ @c void mp_disp_token (MP mp) { 
22051   mp_print_nl(mp, "> ");
22052 @.>\relax@>
22053   if ( mp->cur_sym==0 ) {
22054     @<Show a numeric or string or capsule token@>;
22055   } else { 
22056     mp_print_text(mp->cur_sym); mp_print_char(mp, '=');
22057     if ( eq_type(mp->cur_sym)>=outer_tag ) mp_print(mp, "(outer) ");
22058     mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod);
22059     if ( mp->cur_cmd==defined_macro ) {
22060       mp_print_ln(mp); mp_show_macro(mp, mp->cur_mod,null,100000);
22061     } /* this avoids recursion between |show_macro| and |print_cmd_mod| */
22062 @^recursion@>
22063   }
22064 }
22065
22066 @ @<Show a numeric or string or capsule token@>=
22067
22068   if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) {
22069     mp_print_scaled(mp, mp->cur_mod);
22070   } else if ( mp->cur_cmd==capsule_token ) {
22071     mp->g_pointer=mp->cur_mod; mp_print_capsule(mp);
22072   } else  { 
22073     mp_print_char(mp, '"'); 
22074     mp_print_str(mp, mp->cur_mod); mp_print_char(mp, '"');
22075     delete_str_ref(mp->cur_mod);
22076   }
22077 }
22078
22079 @ The following cases of |print_cmd_mod| might arise in connection
22080 with |disp_token|, although they don't correspond to any
22081 primitive tokens.
22082
22083 @<Cases of |print_cmd_...@>=
22084 case left_delimiter:
22085 case right_delimiter: 
22086   if ( c==left_delimiter ) mp_print(mp, "left");
22087   else mp_print(mp, "right");
22088   mp_print(mp, " delimiter that matches "); 
22089   mp_print_text(m);
22090   break;
22091 case tag_token:
22092   if ( m==null ) mp_print(mp, "tag");
22093    else mp_print(mp, "variable");
22094    break;
22095 case defined_macro: 
22096    mp_print(mp, "macro:");
22097    break;
22098 case secondary_primary_macro:
22099 case tertiary_secondary_macro:
22100 case expression_tertiary_macro:
22101   mp_print_cmd_mod(mp, macro_def,c); 
22102   mp_print(mp, "'d macro:");
22103   mp_print_ln(mp); mp_show_token_list(mp, link(link(m)),null,1000,0);
22104   break;
22105 case repeat_loop:
22106   mp_print(mp, "[repeat the loop]");
22107   break;
22108 case internal_quantity:
22109   mp_print(mp, mp->int_name[m]);
22110   break;
22111
22112 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22113 void mp_do_show_token (MP mp) ;
22114
22115 @ @c void mp_do_show_token (MP mp) { 
22116   do {  
22117     get_t_next; mp_disp_token(mp);
22118     mp_get_x_next(mp);
22119   } while (mp->cur_cmd==comma);
22120 }
22121
22122 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22123 void mp_do_show_stats (MP mp) ;
22124
22125 @ @c void mp_do_show_stats (MP mp) { 
22126   mp_print_nl(mp, "Memory usage ");
22127 @.Memory usage...@>
22128   mp_print_int(mp, mp->var_used); mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->dyn_used);
22129   if ( false )
22130     mp_print(mp, "unknown");
22131   mp_print(mp, " ("); mp_print_int(mp, mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max-1);
22132   mp_print(mp, " still untouched)"); mp_print_ln(mp);
22133   mp_print_nl(mp, "String usage ");
22134   mp_print_int(mp, mp->strs_in_use-mp->init_str_use);
22135   mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->pool_in_use-mp->init_pool_ptr);
22136   if ( false )
22137     mp_print(mp, "unknown");
22138   mp_print(mp, " (");
22139   mp_print_int(mp, mp->max_strings-1-mp->strs_used_up); mp_print_char(mp, '&');
22140   mp_print_int(mp, mp->pool_size-mp->pool_ptr); 
22141   mp_print(mp, " now untouched)"); mp_print_ln(mp);
22142   mp_get_x_next(mp);
22143 }
22144
22145 @ Here's a recursive procedure that gives an abbreviated account
22146 of a variable, for use by |do_show_var|.
22147
22148 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22149 void mp_disp_var (MP mp,pointer p) ;
22150
22151 @ @c void mp_disp_var (MP mp,pointer p) {
22152   pointer q; /* traverses attributes and subscripts */
22153   int n; /* amount of macro text to show */
22154   if ( type(p)==mp_structured )  {
22155     @<Descend the structure@>;
22156   } else if ( type(p)>=mp_unsuffixed_macro ) {
22157     @<Display a variable macro@>;
22158   } else if ( type(p)!=undefined ){ 
22159     mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p); 
22160     mp_print_char(mp, '=');
22161     mp_print_exp(mp, p,0);
22162   }
22163 }
22164
22165 @ @<Descend the structure@>=
22166
22167   q=attr_head(p);
22168   do {  mp_disp_var(mp, q); q=link(q); } while (q!=end_attr);
22169   q=subscr_head(p);
22170   while ( name_type(q)==mp_subscr ) { 
22171     mp_disp_var(mp, q); q=link(q);
22172   }
22173 }
22174
22175 @ @<Display a variable macro@>=
22176
22177   mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p);
22178   if ( type(p)>mp_unsuffixed_macro ) 
22179     mp_print(mp, "@@#"); /* |suffixed_macro| */
22180   mp_print(mp, "=macro:");
22181   if ( (int)mp->file_offset>=mp->max_print_line-20 ) n=5;
22182   else n=mp->max_print_line-mp->file_offset-15;
22183   mp_show_macro(mp, value(p),null,n);
22184 }
22185
22186 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22187 void mp_do_show_var (MP mp) ;
22188
22189 @ @c void mp_do_show_var (MP mp) { 
22190   do {  
22191     get_t_next;
22192     if ( mp->cur_sym>0 ) if ( mp->cur_sym<=hash_end )
22193       if ( mp->cur_cmd==tag_token ) if ( mp->cur_mod!=null ) {
22194       mp_disp_var(mp, mp->cur_mod); goto DONE;
22195     }
22196    mp_disp_token(mp);
22197   DONE:
22198    mp_get_x_next(mp);
22199   } while (mp->cur_cmd==comma);
22200 }
22201
22202 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22203 void mp_do_show_dependencies (MP mp) ;
22204
22205 @ @c void mp_do_show_dependencies (MP mp) {
22206   pointer p; /* link that runs through all dependencies */
22207   p=link(dep_head);
22208   while ( p!=dep_head ) {
22209     if ( mp_interesting(mp, p) ) {
22210       mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p);
22211       if ( type(p)==mp_dependent ) mp_print_char(mp, '=');
22212       else mp_print(mp, " = "); /* extra spaces imply proto-dependency */
22213       mp_print_dependency(mp, dep_list(p),type(p));
22214     }
22215     p=dep_list(p);
22216     while ( info(p)!=null ) p=link(p);
22217     p=link(p);
22218   }
22219   mp_get_x_next(mp);
22220 }
22221
22222 @ Finally we are ready for the procedure that governs all of the
22223 show commands.
22224
22225 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22226 void mp_do_show_whatever (MP mp) ;
22227
22228 @ @c void mp_do_show_whatever (MP mp) { 
22229   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
22230   switch (mp->cur_mod) {
22231   case show_token_code:mp_do_show_token(mp); break;
22232   case show_stats_code:mp_do_show_stats(mp); break;
22233   case show_code:mp_do_show(mp); break;
22234   case show_var_code:mp_do_show_var(mp); break;
22235   case show_dependencies_code:mp_do_show_dependencies(mp); break;
22236   } /* there are no other cases */
22237   if ( mp->internal[mp_showstopping]>0 ){ 
22238     print_err("OK");
22239 @.OK@>
22240     if ( mp->interaction<mp_error_stop_mode ) { 
22241       help0; decr(mp->error_count);
22242     } else {
22243       help1("This isn't an error message; I'm just showing something.");
22244     }
22245     if ( mp->cur_cmd==semicolon ) mp_error(mp);
22246      else mp_put_get_error(mp);
22247   }
22248 }
22249
22250 @ The `\&{addto}' command needs the following additional primitives:
22251
22252 @d double_path_code 0 /* command modifier for `\&{doublepath}' */
22253 @d contour_code 1 /* command modifier for `\&{contour}' */
22254 @d also_code 2 /* command modifier for `\&{also}' */
22255
22256 @ Pre and postscripts need two new identifiers:
22257
22258 @d with_pre_script 11
22259 @d with_post_script 13
22260
22261 @<Put each...@>=
22262 mp_primitive(mp, "doublepath",thing_to_add,double_path_code);
22263 @:double_path_}{\&{doublepath} primitive@>
22264 mp_primitive(mp, "contour",thing_to_add,contour_code);
22265 @:contour_}{\&{contour} primitive@>
22266 mp_primitive(mp, "also",thing_to_add,also_code);
22267 @:also_}{\&{also} primitive@>
22268 mp_primitive(mp, "withpen",with_option,mp_pen_type);
22269 @:with_pen_}{\&{withpen} primitive@>
22270 mp_primitive(mp, "dashed",with_option,mp_picture_type);
22271 @:dashed_}{\&{dashed} primitive@>
22272 mp_primitive(mp, "withprescript",with_option,with_pre_script);
22273 @:with_pre_script_}{\&{withprescript} primitive@>
22274 mp_primitive(mp, "withpostscript",with_option,with_post_script);
22275 @:with_post_script_}{\&{withpostscript} primitive@>
22276 mp_primitive(mp, "withoutcolor",with_option,mp_no_model);
22277 @:with_color_}{\&{withoutcolor} primitive@>
22278 mp_primitive(mp, "withgreyscale",with_option,mp_grey_model);
22279 @:with_color_}{\&{withgreyscale} primitive@>
22280 mp_primitive(mp, "withcolor",with_option,mp_uninitialized_model);
22281 @:with_color_}{\&{withcolor} primitive@>
22282 /*  \&{withrgbcolor} is an alias for \&{withcolor} */
22283 mp_primitive(mp, "withrgbcolor",with_option,mp_rgb_model);
22284 @:with_color_}{\&{withrgbcolor} primitive@>
22285 mp_primitive(mp, "withcmykcolor",with_option,mp_cmyk_model);
22286 @:with_color_}{\&{withcmykcolor} primitive@>
22287
22288 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22289 case thing_to_add:
22290   if ( m==contour_code ) mp_print(mp, "contour");
22291   else if ( m==double_path_code ) mp_print(mp, "doublepath");
22292   else mp_print(mp, "also");
22293   break;
22294 case with_option:
22295   if ( m==mp_pen_type ) mp_print(mp, "withpen");
22296   else if ( m==with_pre_script ) mp_print(mp, "withprescript");
22297   else if ( m==with_post_script ) mp_print(mp, "withpostscript");
22298   else if ( m==mp_no_model ) mp_print(mp, "withoutcolor");
22299   else if ( m==mp_rgb_model ) mp_print(mp, "withrgbcolor");
22300   else if ( m==mp_uninitialized_model ) mp_print(mp, "withcolor");
22301   else if ( m==mp_cmyk_model ) mp_print(mp, "withcmykcolor");
22302   else if ( m==mp_grey_model ) mp_print(mp, "withgreyscale");
22303   else mp_print(mp, "dashed");
22304   break;
22305
22306 @ The |scan_with_list| procedure parses a $\langle$with list$\rangle$ and
22307 updates the list of graphical objects starting at |p|.  Each $\langle$with
22308 clause$\rangle$ updates all graphical objects whose |type| is compatible.
22309 Other objects are ignored.
22310
22311 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22312 void mp_scan_with_list (MP mp,pointer p) ;
22313
22314 @ @c void mp_scan_with_list (MP mp,pointer p) {
22315   small_number t; /* |cur_mod| of the |with_option| (should match |cur_type|) */
22316   pointer q; /* for list manipulation */
22317   int old_setting; /* saved |selector| setting */
22318   pointer k; /* for finding the near-last item in a list  */
22319   str_number s; /* for string cleanup after combining  */
22320   pointer cp,pp,dp,ap,bp;
22321     /* objects being updated; |void| initially; |null| to suppress update */
22322   cp=mp_void; pp=mp_void; dp=mp_void; ap=mp_void; bp=mp_void;
22323   k=0;
22324   while ( mp->cur_cmd==with_option ){ 
22325     t=mp->cur_mod;
22326     mp_get_x_next(mp);
22327     if ( t!=mp_no_model ) mp_scan_expression(mp);
22328     if (((t==with_pre_script)&&(mp->cur_type!=mp_string_type))||
22329      ((t==with_post_script)&&(mp->cur_type!=mp_string_type))||
22330      ((t==mp_uninitialized_model)&&
22331         ((mp->cur_type!=mp_cmykcolor_type)&&(mp->cur_type!=mp_color_type)
22332           &&(mp->cur_type!=mp_known)&&(mp->cur_type!=mp_boolean_type)))||
22333      ((t==mp_cmyk_model)&&(mp->cur_type!=mp_cmykcolor_type))||
22334      ((t==mp_rgb_model)&&(mp->cur_type!=mp_color_type))||
22335      ((t==mp_grey_model)&&(mp->cur_type!=mp_known))||
22336      ((t==mp_pen_type)&&(mp->cur_type!=t))||
22337      ((t==mp_picture_type)&&(mp->cur_type!=t)) ) {
22338       @<Complain about improper type@>;
22339     } else if ( t==mp_uninitialized_model ) {
22340       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22341       if ( cp!=null )
22342         @<Transfer a color from the current expression to object~|cp|@>;
22343       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22344     } else if ( t==mp_rgb_model ) {
22345       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22346       if ( cp!=null )
22347         @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>;
22348       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22349     } else if ( t==mp_cmyk_model ) {
22350       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22351       if ( cp!=null )
22352         @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>;
22353       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22354     } else if ( t==mp_grey_model ) {
22355       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22356       if ( cp!=null )
22357         @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>;
22358       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22359     } else if ( t==mp_no_model ) {
22360       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22361       if ( cp!=null )
22362         @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>;
22363     } else if ( t==mp_pen_type ) {
22364       if ( pp==mp_void ) @<Make |pp| an object in list~|p| that needs a pen@>;
22365       if ( pp!=null ) {
22366         if ( pen_p(pp)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(pp));
22367         pen_p(pp)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
22368       }
22369     } else if ( t==with_pre_script ) {
22370       if ( ap==mp_void )
22371         ap=p;
22372       while ( (ap!=null)&&(! has_color(ap)) )
22373          ap=link(ap);
22374       if ( ap!=null ) {
22375         if ( pre_script(ap)!=null ) { /*  build a new,combined string  */
22376           s=pre_script(ap);
22377           old_setting=mp->selector;
22378               mp->selector=new_string;
22379           str_room(length(pre_script(ap))+length(mp->cur_exp)+2);
22380               mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22381           append_char(13);  /* a forced \ps\ newline  */
22382           mp_print_str(mp, pre_script(ap));
22383           pre_script(ap)=mp_make_string(mp);
22384           delete_str_ref(s);
22385           mp->selector=old_setting;
22386         } else {
22387           pre_script(ap)=mp->cur_exp;
22388         }
22389         mp->cur_type=mp_vacuous;
22390       }
22391     } else if ( t==with_post_script ) {
22392       if ( bp==mp_void )
22393         k=p; 
22394       bp=k;
22395       while ( link(k)!=null ) {
22396         k=link(k);
22397         if ( has_color(k) ) bp=k;
22398       }
22399       if ( bp!=null ) {
22400          if ( post_script(bp)!=null ) {
22401            s=post_script(bp);
22402            old_setting=mp->selector;
22403                mp->selector=new_string;
22404            str_room(length(post_script(bp))+length(mp->cur_exp)+2);
22405            mp_print_str(mp, post_script(bp));
22406            append_char(13); /* a forced \ps\ newline  */
22407            mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22408            post_script(bp)=mp_make_string(mp);
22409            delete_str_ref(s);
22410            mp->selector=old_setting;
22411          } else {
22412            post_script(bp)=mp->cur_exp;
22413          }
22414          mp->cur_type=mp_vacuous;
22415        }
22416     } else { 
22417       if ( dp==mp_void ) 
22418         @<Make |dp| a stroked node in list~|p|@>;
22419       if ( dp!=null ) {
22420         if ( dash_p(dp)!=null ) delete_edge_ref(dash_p(dp));
22421         dash_p(dp)=mp_make_dashes(mp, mp->cur_exp);
22422         dash_scale(dp)=unity;
22423         mp->cur_type=mp_vacuous;
22424       }
22425     }
22426   }
22427   @<Copy the information from objects |cp|, |pp|, and |dp| into the rest
22428     of the list@>;
22429 };
22430
22431 @ @<Complain about improper type@>=
22432 { exp_err("Improper type");
22433 @.Improper type@>
22434 help2("Next time say `withpen <known pen expression>';")
22435   ("I'll ignore the bad `with' clause and look for another.");
22436 if ( t==with_pre_script )
22437   mp->help_line[1]="Next time say `withprescript <known string expression>';";
22438 else if ( t==with_post_script )
22439   mp->help_line[1]="Next time say `withpostscript <known string expression>';";
22440 else if ( t==mp_picture_type )
22441   mp->help_line[1]="Next time say `dashed <known picture expression>';";
22442 else if ( t==mp_uninitialized_model )
22443   mp->help_line[1]="Next time say `withcolor <known color expression>';";
22444 else if ( t==mp_rgb_model )
22445   mp->help_line[1]="Next time say `withrgbcolor <known color expression>';";
22446 else if ( t==mp_cmyk_model )
22447   mp->help_line[1]="Next time say `withcmykcolor <known cmykcolor expression>';";
22448 else if ( t==mp_grey_model )
22449   mp->help_line[1]="Next time say `withgreyscale <known numeric expression>';";;
22450 mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22451 }
22452
22453 @ Forcing the color to be between |0| and |unity| here guarantees that no
22454 picture will ever contain a color outside the legal range for \ps\ graphics.
22455
22456 @<Transfer a color from the current expression to object~|cp|@>=
22457 { if ( mp->cur_type==mp_color_type )
22458    @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>
22459 else if ( mp->cur_type==mp_cmykcolor_type )
22460    @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>
22461 else if ( mp->cur_type==mp_known )
22462    @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>
22463 else if ( mp->cur_exp==false_code )
22464    @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>;
22465 }
22466
22467 @ @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>=
22468 { q=value(mp->cur_exp);
22469 cyan_val(cp)=0;
22470 magenta_val(cp)=0;
22471 yellow_val(cp)=0;
22472 black_val(cp)=0;
22473 red_val(cp)=value(red_part_loc(q));
22474 green_val(cp)=value(green_part_loc(q));
22475 blue_val(cp)=value(blue_part_loc(q));
22476 color_model(cp)=mp_rgb_model;
22477 if ( red_val(cp)<0 ) red_val(cp)=0;
22478 if ( green_val(cp)<0 ) green_val(cp)=0;
22479 if ( blue_val(cp)<0 ) blue_val(cp)=0;
22480 if ( red_val(cp)>unity ) red_val(cp)=unity;
22481 if ( green_val(cp)>unity ) green_val(cp)=unity;
22482 if ( blue_val(cp)>unity ) blue_val(cp)=unity;
22483 }
22484
22485 @ @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>=
22486 { q=value(mp->cur_exp);
22487 cyan_val(cp)=value(cyan_part_loc(q));
22488 magenta_val(cp)=value(magenta_part_loc(q));
22489 yellow_val(cp)=value(yellow_part_loc(q));
22490 black_val(cp)=value(black_part_loc(q));
22491 color_model(cp)=mp_cmyk_model;
22492 if ( cyan_val(cp)<0 ) cyan_val(cp)=0;
22493 if ( magenta_val(cp)<0 ) magenta_val(cp)=0;
22494 if ( yellow_val(cp)<0 ) yellow_val(cp)=0;
22495 if ( black_val(cp)<0 ) black_val(cp)=0;
22496 if ( cyan_val(cp)>unity ) cyan_val(cp)=unity;
22497 if ( magenta_val(cp)>unity ) magenta_val(cp)=unity;
22498 if ( yellow_val(cp)>unity ) yellow_val(cp)=unity;
22499 if ( black_val(cp)>unity ) black_val(cp)=unity;
22500 }
22501
22502 @ @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>=
22503 { q=mp->cur_exp;
22504 cyan_val(cp)=0;
22505 magenta_val(cp)=0;
22506 yellow_val(cp)=0;
22507 black_val(cp)=0;
22508 grey_val(cp)=q;
22509 color_model(cp)=mp_grey_model;
22510 if ( grey_val(cp)<0 ) grey_val(cp)=0;
22511 if ( grey_val(cp)>unity ) grey_val(cp)=unity;
22512 }
22513
22514 @ @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>=
22515 {
22516 cyan_val(cp)=0;
22517 magenta_val(cp)=0;
22518 yellow_val(cp)=0;
22519 black_val(cp)=0;
22520 grey_val(cp)=0;
22521 color_model(cp)=mp_no_model;
22522 }
22523
22524 @ @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>=
22525 { cp=p;
22526   while ( cp!=null ){ 
22527     if ( has_color(cp) ) break;
22528     cp=link(cp);
22529   }
22530 }
22531
22532 @ @<Make |pp| an object in list~|p| that needs a pen@>=
22533 { pp=p;
22534   while ( pp!=null ) {
22535     if ( has_pen(pp) ) break;
22536     pp=link(pp);
22537   }
22538 }
22539
22540 @ @<Make |dp| a stroked node in list~|p|@>=
22541 { dp=p;
22542   while ( dp!=null ) {
22543     if ( type(dp)==mp_stroked_code ) break;
22544     dp=link(dp);
22545   }
22546 }
22547
22548 @ @<Copy the information from objects |cp|, |pp|, and |dp| into...@>=
22549 @<Copy |cp|'s color into the colored objects linked to~|cp|@>;
22550 if ( pp>mp_void )
22551   @<Copy |pen_p(pp)| into stroked and filled nodes linked to |pp|@>;
22552 if ( dp>mp_void ) @<Make stroked nodes linked to |dp| refer to |dash_p(dp)|@>
22553
22554 @ @<Copy |cp|'s color into the colored objects linked to~|cp|@>=
22555 { q=link(cp);
22556   while ( q!=null ) { 
22557     if ( has_color(q) ) {
22558       red_val(q)=red_val(cp);
22559       green_val(q)=green_val(cp);
22560       blue_val(q)=blue_val(cp);
22561       black_val(q)=black_val(cp);
22562       color_model(q)=color_model(cp);
22563     }
22564     q=link(q);
22565   }
22566 }
22567
22568 @ @<Copy |pen_p(pp)| into stroked and filled nodes linked to |pp|@>=
22569 { q=link(pp);
22570   while ( q!=null ) {
22571     if ( has_pen(q) ) {
22572       if ( pen_p(q)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(q));
22573       pen_p(q)=copy_pen(pen_p(pp));
22574     }
22575     q=link(q);
22576   }
22577 }
22578
22579 @ @<Make stroked nodes linked to |dp| refer to |dash_p(dp)|@>=
22580 { q=link(dp);
22581   while ( q!=null ) {
22582     if ( type(q)==mp_stroked_code ) {
22583       if ( dash_p(q)!=null ) delete_edge_ref(dash_p(q));
22584       dash_p(q)=dash_p(dp);
22585       dash_scale(q)=unity;
22586       if ( dash_p(q)!=null ) add_edge_ref(dash_p(q));
22587     }
22588     q=link(q);
22589   }
22590 }
22591
22592 @ One of the things we need to do when we've parsed an \&{addto} or
22593 similar command is find the header of a supposed \&{picture} variable, given
22594 a token list for that variable.  Since the edge structure is about to be
22595 updated, we use |private_edges| to make sure that this is possible.
22596
22597 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22598 pointer mp_find_edges_var (MP mp, pointer t) ;
22599
22600 @ @c pointer mp_find_edges_var (MP mp, pointer t) {
22601   pointer p;
22602   pointer cur_edges; /* the return value */
22603   p=mp_find_variable(mp, t); cur_edges=null;
22604   if ( p==null ) { 
22605     mp_obliterated(mp, t); mp_put_get_error(mp);
22606   } else if ( type(p)!=mp_picture_type )  { 
22607     print_err("Variable "); mp_show_token_list(mp, t,null,1000,0);
22608 @.Variable x is the wrong type@>
22609     mp_print(mp, " is the wrong type ("); 
22610     mp_print_type(mp, type(p)); mp_print_char(mp, ')');
22611     help2("I was looking for a \"known\" picture variable.")
22612          ("So I'll not change anything just now."); 
22613     mp_put_get_error(mp);
22614   } else { 
22615     value(p)=mp_private_edges(mp, value(p));
22616     cur_edges=value(p);
22617   }
22618   mp_flush_node_list(mp, t);
22619   return cur_edges;
22620 };
22621
22622 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22623 case add_to_command: mp_do_add_to(mp); break;
22624 case bounds_command:mp_do_bounds(mp); break;
22625
22626 @ @<Put each...@>=
22627 mp_primitive(mp, "clip",bounds_command,mp_start_clip_code);
22628 @:clip_}{\&{clip} primitive@>
22629 mp_primitive(mp, "setbounds",bounds_command,mp_start_bounds_code);
22630 @:set_bounds_}{\&{setbounds} primitive@>
22631
22632 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22633 case bounds_command: 
22634   if ( m==mp_start_clip_code ) mp_print(mp, "clip");
22635   else mp_print(mp, "setbounds");
22636   break;
22637
22638 @ The following function parses the beginning of an \&{addto} or \&{clip}
22639 command: it expects a variable name followed by a token with |cur_cmd=sep|
22640 and then an expression.  The function returns the token list for the variable
22641 and stores the command modifier for the separator token in the global variable
22642 |last_add_type|.  We must be careful because this variable might get overwritten
22643 any time we call |get_x_next|.
22644
22645 @<Glob...@>=
22646 quarterword last_add_type;
22647   /* command modifier that identifies the last \&{addto} command */
22648
22649 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22650 pointer mp_start_draw_cmd (MP mp,quarterword sep) ;
22651
22652 @ @c pointer mp_start_draw_cmd (MP mp,quarterword sep) {
22653   pointer lhv; /* variable to add to left */
22654   quarterword add_type=0; /* value to be returned in |last_add_type| */
22655   lhv=null;
22656   mp_get_x_next(mp); mp->var_flag=sep; mp_scan_primary(mp);
22657   if ( mp->cur_type!=mp_token_list ) {
22658     @<Abandon edges command because there's no variable@>;
22659   } else  { 
22660     lhv=mp->cur_exp; add_type=mp->cur_mod;
22661     mp->cur_type=mp_vacuous; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22662   }
22663   mp->last_add_type=add_type;
22664   return lhv;
22665 }
22666
22667 @ @<Abandon edges command because there's no variable@>=
22668 { exp_err("Not a suitable variable");
22669 @.Not a suitable variable@>
22670   help4("At this point I needed to see the name of a picture variable.")
22671     ("(Or perhaps you have indeed presented me with one; I might")
22672     ("have missed it, if it wasn't followed by the proper token.)")
22673     ("So I'll not change anything just now.");
22674   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22675 }
22676
22677 @ Here is an example of how to use |start_draw_cmd|.
22678
22679 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22680 void mp_do_bounds (MP mp) ;
22681
22682 @ @c void mp_do_bounds (MP mp) {
22683   pointer lhv,lhe; /* variable on left, the corresponding edge structure */
22684   pointer p; /* for list manipulation */
22685   integer m; /* initial value of |cur_mod| */
22686   m=mp->cur_mod;
22687   lhv=mp_start_draw_cmd(mp, to_token);
22688   if ( lhv!=null ) {
22689     lhe=mp_find_edges_var(mp, lhv);
22690     if ( lhe==null ) {
22691       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22692     } else if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) {
22693       exp_err("Improper `clip'");
22694 @.Improper `addto'@>
22695       help2("This expression should have specified a known path.")
22696         ("So I'll not change anything just now."); 
22697       mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22698     } else if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
22699       @<Complain about a non-cycle@>;
22700     } else {
22701       @<Make |cur_exp| into a \&{setbounds} or clipping path and add it to |lhe|@>;
22702     }
22703   }
22704 }
22705
22706 @ @<Complain about a non-cycle@>=
22707 { print_err("Not a cycle");
22708 @.Not a cycle@>
22709   help2("That contour should have ended with `..cycle' or `&cycle'.")
22710     ("So I'll not change anything just now."); mp_put_get_error(mp);
22711 }
22712
22713 @ @<Make |cur_exp| into a \&{setbounds} or clipping path and add...@>=
22714 { p=mp_new_bounds_node(mp, mp->cur_exp,m);
22715   link(p)=link(dummy_loc(lhe));
22716   link(dummy_loc(lhe))=p;
22717   if ( obj_tail(lhe)==dummy_loc(lhe) ) obj_tail(lhe)=p;
22718   p=mp_get_node(mp, mp->gr_object_size[stop_type(m)]);
22719   type(p)=stop_type(m);
22720   link(obj_tail(lhe))=p;
22721   obj_tail(lhe)=p;
22722   mp_init_bbox(mp, lhe);
22723 }
22724
22725 @ The |do_add_to| procedure is a little like |do_clip| but there are a lot more
22726 cases to deal with.
22727
22728 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22729 void mp_do_add_to (MP mp) ;
22730
22731 @ @c void mp_do_add_to (MP mp) {
22732   pointer lhv,lhe; /* variable on left, the corresponding edge structure */
22733   pointer p; /* the graphical object or list for |scan_with_list| to update */
22734   pointer e; /* an edge structure to be merged */
22735   quarterword add_type; /* |also_code|, |contour_code|, or |double_path_code| */
22736   lhv=mp_start_draw_cmd(mp, thing_to_add); add_type=mp->last_add_type;
22737   if ( lhv!=null ) {
22738     if ( add_type==also_code ) {
22739       @<Make sure the current expression is a suitable picture and set |e| and |p|
22740        appropriately@>;
22741     } else {
22742       @<Create a graphical object |p| based on |add_type| and the current
22743         expression@>;
22744     }
22745     mp_scan_with_list(mp, p);
22746     @<Use |p|, |e|, and |add_type| to augment |lhv| as requested@>;
22747   }
22748 }
22749
22750 @ Setting |p:=null| causes the $\langle$with list$\rangle$ to be ignored;
22751 setting |e:=null| prevents anything from being added to |lhe|.
22752
22753 @ @<Make sure the current expression is a suitable picture and set |e|...@>=
22754
22755   p=null; e=null;
22756   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
22757     exp_err("Improper `addto'");
22758 @.Improper `addto'@>
22759     help2("This expression should have specified a known picture.")
22760       ("So I'll not change anything just now."); mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22761   } else { 
22762     e=mp_private_edges(mp, mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_vacuous;
22763     p=link(dummy_loc(e));
22764   }
22765 }
22766
22767 @ In this case |add_type<>also_code| so setting |p:=null| suppresses future
22768 attempts to add to the edge structure.
22769
22770 @<Create a graphical object |p| based on |add_type| and the current...@>=
22771 { e=null; p=null;
22772   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
22773   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) {
22774     exp_err("Improper `addto'");
22775 @.Improper `addto'@>
22776     help2("This expression should have specified a known path.")
22777       ("So I'll not change anything just now."); 
22778     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22779   } else if ( add_type==contour_code ) {
22780     if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
22781       @<Complain about a non-cycle@>;
22782     } else { 
22783       p=mp_new_fill_node(mp, mp->cur_exp);
22784       mp->cur_type=mp_vacuous;
22785     }
22786   } else { 
22787     p=mp_new_stroked_node(mp, mp->cur_exp);
22788     mp->cur_type=mp_vacuous;
22789   }
22790 }
22791
22792 @ @<Use |p|, |e|, and |add_type| to augment |lhv| as requested@>=
22793 lhe=mp_find_edges_var(mp, lhv);
22794 if ( lhe==null ) {
22795   if ( (e==null)&&(p!=null) ) e=mp_toss_gr_object(mp, p);
22796   if ( e!=null ) delete_edge_ref(e);
22797 } else if ( add_type==also_code ) {
22798   if ( e!=null ) {
22799     @<Merge |e| into |lhe| and delete |e|@>;
22800   } else { 
22801     do_nothing;
22802   }
22803 } else if ( p!=null ) {
22804   link(obj_tail(lhe))=p;
22805   obj_tail(lhe)=p;
22806   if ( add_type==double_path_code )
22807     if ( pen_p(p)==null ) 
22808       pen_p(p)=mp_get_pen_circle(mp, 0);
22809 }
22810
22811 @ @<Merge |e| into |lhe| and delete |e|@>=
22812 { if ( link(dummy_loc(e))!=null ) {
22813     link(obj_tail(lhe))=link(dummy_loc(e));
22814     obj_tail(lhe)=obj_tail(e);
22815     obj_tail(e)=dummy_loc(e);
22816     link(dummy_loc(e))=null;
22817     mp_flush_dash_list(mp, lhe);
22818   }
22819   mp_toss_edges(mp, e);
22820 }
22821
22822 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22823 case ship_out_command: mp_do_ship_out(mp); break;
22824
22825 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22826 @<Declare the function called |tfm_check|@>;
22827 @<Declare the \ps\ output procedures@>;
22828 void mp_do_ship_out (MP mp) ;
22829
22830 @ @c void mp_do_ship_out (MP mp) {
22831   integer c; /* the character code */
22832   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22833   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
22834     @<Complain that it's not a known picture@>;
22835   } else { 
22836     c=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_char_code]) % 256;
22837     if ( c<0 ) c=c+256;
22838     @<Store the width information for character code~|c|@>;
22839     mp_ship_out(mp, mp->cur_exp);
22840     mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22841   }
22842 }
22843
22844 @ @<Complain that it's not a known picture@>=
22845
22846   exp_err("Not a known picture");
22847   help1("I can only output known pictures.");
22848   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22849 }
22850
22851 @ The \&{everyjob} command simply assigns a nonzero value to the global variable
22852 |start_sym|.
22853
22854 @<Cases of |do_statement|...@>=
22855 case every_job_command: 
22856   mp_get_symbol(mp); mp->start_sym=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
22857   break;
22858
22859 @ @<Glob...@>=
22860 halfword start_sym; /* a symbolic token to insert at beginning of job */
22861
22862 @ @<Set init...@>=
22863 mp->start_sym=0;
22864
22865 @ Finally, we have only the ``message'' commands remaining.
22866
22867 @d message_code 0
22868 @d err_message_code 1
22869 @d err_help_code 2
22870 @d filename_template_code 3
22871 @d print_with_leading_zeroes(A)  g = mp->pool_ptr;
22872               mp_print_int(mp, (A)); g = mp->pool_ptr-g;
22873               if ( f>g ) {
22874                 mp->pool_ptr = mp->pool_ptr - g;
22875                 while ( f>g ) {
22876                   mp_print_char(mp, '0');
22877                   decr(f);
22878                   };
22879                 mp_print_int(mp, (A));
22880               };
22881               f = 0
22882
22883 @<Put each...@>=
22884 mp_primitive(mp, "message",message_command,message_code);
22885 @:message_}{\&{message} primitive@>
22886 mp_primitive(mp, "errmessage",message_command,err_message_code);
22887 @:err_message_}{\&{errmessage} primitive@>
22888 mp_primitive(mp, "errhelp",message_command,err_help_code);
22889 @:err_help_}{\&{errhelp} primitive@>
22890 mp_primitive(mp, "filenametemplate",message_command,filename_template_code);
22891 @:filename_template_}{\&{filenametemplate} primitive@>
22892
22893 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22894 case message_command: 
22895   if ( m<err_message_code ) mp_print(mp, "message");
22896   else if ( m==err_message_code ) mp_print(mp, "errmessage");
22897   else if ( m==filename_template_code ) mp_print(mp, "filenametemplate");
22898   else mp_print(mp, "errhelp");
22899   break;
22900
22901 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22902 case message_command: mp_do_message(mp); break;
22903
22904 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22905 @<Declare a procedure called |no_string_err|@>;
22906 void mp_do_message (MP mp) ;
22907
22908
22909 @c void mp_do_message (MP mp) {
22910   int m; /* the type of message */
22911   m=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22912   if ( mp->cur_type!=mp_string_type )
22913     mp_no_string_err(mp, "A message should be a known string expression.");
22914   else {
22915     switch (m) {
22916     case message_code: 
22917       mp_print_nl(mp, ""); mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22918       break;
22919     case err_message_code:
22920       @<Print string |cur_exp| as an error message@>;
22921       break;
22922     case err_help_code:
22923       @<Save string |cur_exp| as the |err_help|@>;
22924       break;
22925     case filename_template_code:
22926       @<Save the filename template@>;
22927       break;
22928     } /* there are no other cases */
22929   }
22930   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22931 }
22932
22933 @ @<Declare a procedure called |no_string_err|@>=
22934 void mp_no_string_err (MP mp,char *s) { 
22935    exp_err("Not a string");
22936 @.Not a string@>
22937   help1(s);
22938   mp_put_get_error(mp);
22939 }
22940
22941 @ The global variable |err_help| is zero when the user has most recently
22942 given an empty help string, or if none has ever been given.
22943
22944 @<Save string |cur_exp| as the |err_help|@>=
22945
22946   if ( mp->err_help!=0 ) delete_str_ref(mp->err_help);
22947   if ( length(mp->cur_exp)==0 ) mp->err_help=0;
22948   else  { mp->err_help=mp->cur_exp; add_str_ref(mp->err_help); }
22949 }
22950
22951 @ If \&{errmessage} occurs often in |mp_scroll_mode|, without user-defined
22952 \&{errhelp}, we don't want to give a long help message each time. So we
22953 give a verbose explanation only once.
22954
22955 @<Glob...@>=
22956 boolean long_help_seen; /* has the long \.{\\errmessage} help been used? */
22957
22958 @ @<Set init...@>=mp->long_help_seen=false;
22959
22960 @ @<Print string |cur_exp| as an error message@>=
22961
22962   print_err(""); mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22963   if ( mp->err_help!=0 ) {
22964     mp->use_err_help=true;
22965   } else if ( mp->long_help_seen ) { 
22966     help1("(That was another `errmessage'.)") ; 
22967   } else  { 
22968    if ( mp->interaction<mp_error_stop_mode ) mp->long_help_seen=true;
22969     help4("This error message was generated by an `errmessage'")
22970      ("command, so I can\'t give any explicit help.")
22971      ("Pretend that you're Miss Marple: Examine all clues,")
22972 @^Marple, Jane@>
22973      ("and deduce the truth by inspired guesses.");
22974   }
22975   mp_put_get_error(mp); mp->use_err_help=false;
22976 }
22977
22978 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22979 case write_command: mp_do_write(mp); break;
22980
22981 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22982 void mp_do_write (MP mp) ;
22983
22984 @ @c void mp_do_write (MP mp) {
22985   str_number t; /* the line of text to be written */
22986   write_index n,n0; /* for searching |wr_fname| and |wr_file| arrays */
22987   int old_setting; /* for saving |selector| during output */
22988   mp_get_x_next(mp);
22989   mp_scan_expression(mp);
22990   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
22991     mp_no_string_err(mp, "The text to be written should be a known string expression");
22992   } else if ( mp->cur_cmd!=to_token ) { 
22993     print_err("Missing `to' clause");
22994     help1("A write command should end with `to <filename>'");
22995     mp_put_get_error(mp);
22996   } else { 
22997     t=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
22998     mp_get_x_next(mp);
22999     mp_scan_expression(mp);
23000     if ( mp->cur_type!=mp_string_type )
23001       mp_no_string_err(mp, "I can\'t write to that file name.  It isn't a known string");
23002     else {
23003       @<Write |t| to the file named by |cur_exp|@>;
23004     }
23005     delete_str_ref(t);
23006   }
23007   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
23008 }
23009
23010 @ @<Write |t| to the file named by |cur_exp|@>=
23011
23012   @<Find |n| where |wr_fname[n]=cur_exp| and call |open_write_file| if
23013     |cur_exp| must be inserted@>;
23014   if ( mp_str_vs_str(mp, t,mp->eof_line)==0 ) {
23015     @<Record the end of file on |wr_file[n]|@>;
23016   } else { 
23017     old_setting=mp->selector;
23018     mp->selector=n+write_file;
23019     mp_print_str(mp, t); mp_print_ln(mp);
23020     mp->selector = old_setting;
23021   }
23022 }
23023
23024 @ @<Find |n| where |wr_fname[n]=cur_exp| and call |open_write_file| if...@>=
23025 {
23026   char *fn = str(mp->cur_exp);
23027   n=mp->write_files;
23028   n0=mp->write_files;
23029   while (mp_xstrcmp(fn,mp->wr_fname[n])!=0) { 
23030     if ( n==0 ) { /* bottom reached */
23031           if ( n0==mp->write_files ) {
23032         if ( mp->write_files<mp->max_write_files ) {
23033           incr(mp->write_files);
23034         } else {
23035           FILE **wr_file;
23036           char **wr_fname;
23037               write_index l,k;
23038           l = mp->max_write_files + (mp->max_write_files>>2);
23039           wr_file = xmalloc((l+1),sizeof(FILE *));
23040           wr_fname = xmalloc((l+1),sizeof(char *));
23041               for (k=0;k<=l;k++) {
23042             if (k<=mp->max_write_files) {
23043                   wr_file[k]=mp->wr_file[k]; 
23044               wr_fname[k]=mp->wr_fname[k];
23045             } else {
23046                   wr_file[k]=0; 
23047               wr_fname[k]=NULL;
23048             }
23049           }
23050               xfree(mp->wr_file); xfree(mp->wr_fname);
23051           mp->max_write_files = l;
23052           mp->wr_file = wr_file;
23053           mp->wr_fname = wr_fname;
23054         }
23055       }
23056       n=n0;
23057       mp_open_write_file(mp, fn ,n);
23058     } else { 
23059       decr(n);
23060           if ( mp->wr_fname[n]==NULL )  n0=n; 
23061     }
23062   }
23063 }
23064
23065 @ @<Record the end of file on |wr_file[n]|@>=
23066 { fclose(mp->wr_file[n]);
23067   xfree(mp->wr_fname[n]);
23068   mp->wr_fname[n]=NULL;
23069   if ( n==mp->write_files-1 ) mp->write_files=n;
23070 }
23071
23072
23073 @* \[42] Writing font metric data.
23074 \TeX\ gets its knowledge about fonts from font metric files, also called
23075 \.{TFM} files; the `\.T' in `\.{TFM}' stands for \TeX,
23076 but other programs know about them too. One of \MP's duties is to
23077 write \.{TFM} files so that the user's fonts can readily be
23078 applied to typesetting.
23079 @:TFM files}{\.{TFM} files@>
23080 @^font metric files@>
23081
23082 The information in a \.{TFM} file appears in a sequence of 8-bit bytes.
23083 Since the number of bytes is always a multiple of~4, we could
23084 also regard the file as a sequence of 32-bit words, but \MP\ uses the
23085 byte interpretation. The format of \.{TFM} files was designed by
23086 Lyle Ramshaw in 1980. The intent is to convey a lot of different kinds
23087 @^Ramshaw, Lyle Harold@>
23088 of information in a compact but useful form.
23089
23090 @<Glob...@>=
23091 FILE * tfm_file; /* the font metric output goes here */
23092 char * metric_file_name; /* full name of the font metric file */
23093
23094 @ The first 24 bytes (6 words) of a \.{TFM} file contain twelve 16-bit
23095 integers that give the lengths of the various subsequent portions
23096 of the file. These twelve integers are, in order:
23097 $$\vbox{\halign{\hfil#&$\null=\null$#\hfil\cr
23098 |lf|&length of the entire file, in words;\cr
23099 |lh|&length of the header data, in words;\cr
23100 |bc|&smallest character code in the font;\cr
23101 |ec|&largest character code in the font;\cr
23102 |nw|&number of words in the width table;\cr
23103 |nh|&number of words in the height table;\cr
23104 |nd|&number of words in the depth table;\cr
23105 |ni|&number of words in the italic correction table;\cr
23106 |nl|&number of words in the lig/kern table;\cr
23107 |nk|&number of words in the kern table;\cr
23108 |ne|&number of words in the extensible character table;\cr
23109 |np|&number of font parameter words.\cr}}$$
23110 They are all nonnegative and less than $2^{15}$. We must have |bc-1<=ec<=255|,
23111 |ne<=256|, and
23112 $$\hbox{|lf=6+lh+(ec-bc+1)+nw+nh+nd+ni+nl+nk+ne+np|.}$$
23113 Note that a font may contain as many as 256 characters (if |bc=0| and |ec=255|),
23114 and as few as 0 characters (if |bc=ec+1|).
23115
23116 Incidentally, when two or more 8-bit bytes are combined to form an integer of
23117 16 or more bits, the most significant bytes appear first in the file.
23118 This is called BigEndian order.
23119 @^BigEndian order@>
23120
23121 @ The rest of the \.{TFM} file may be regarded as a sequence of ten data
23122 arrays.
23123
23124 The most important data type used here is a |fix_word|, which is
23125 a 32-bit representation of a binary fraction. A |fix_word| is a signed
23126 quantity, with the two's complement of the entire word used to represent
23127 negation. Of the 32 bits in a |fix_word|, exactly 12 are to the left of the
23128 binary point; thus, the largest |fix_word| value is $2048-2^{-20}$, and
23129 the smallest is $-2048$. We will see below, however, that all but two of
23130 the |fix_word| values must lie between $-16$ and $+16$.
23131
23132 @ The first data array is a block of header information, which contains
23133 general facts about the font. The header must contain at least two words,
23134 |header[0]| and |header[1]|, whose meaning is explained below.  Additional
23135 header information of use to other software routines might also be
23136 included, and \MP\ will generate it if the \.{headerbyte} command occurs.
23137 For example, 16 more words of header information are in use at the Xerox
23138 Palo Alto Research Center; the first ten specify the character coding
23139 scheme used (e.g., `\.{XEROX TEXT}' or `\.{TEX MATHSY}'), the next five
23140 give the font family name (e.g., `\.{HELVETICA}' or `\.{CMSY}'), and the
23141 last gives the ``face byte.''
23142
23143 \yskip\hang|header[0]| is a 32-bit check sum that \MP\ will copy into
23144 the \.{GF} output file. This helps ensure consistency between files,
23145 since \TeX\ records the check sums from the \.{TFM}'s it reads, and these
23146 should match the check sums on actual fonts that are used.  The actual
23147 relation between this check sum and the rest of the \.{TFM} file is not
23148 important; the check sum is simply an identification number with the
23149 property that incompatible fonts almost always have distinct check sums.
23150 @^check sum@>
23151
23152 \yskip\hang|header[1]| is a |fix_word| containing the design size of the
23153 font, in units of \TeX\ points. This number must be at least 1.0; it is
23154 fairly arbitrary, but usually the design size is 10.0 for a ``10 point''
23155 font, i.e., a font that was designed to look best at a 10-point size,
23156 whatever that really means. When a \TeX\ user asks for a font `\.{at}
23157 $\delta$ \.{pt}', the effect is to override the design size and replace it
23158 by $\delta$, and to multiply the $x$ and~$y$ coordinates of the points in
23159 the font image by a factor of $\delta$ divided by the design size.  {\sl
23160 All other dimensions in the\/ \.{TFM} file are |fix_word|\kern-1pt\
23161 numbers in design-size units.} Thus, for example, the value of |param[6]|,
23162 which defines the \.{em} unit, is often the |fix_word| value $2^{20}=1.0$,
23163 since many fonts have a design size equal to one em.  The other dimensions
23164 must be less than 16 design-size units in absolute value; thus,
23165 |header[1]| and |param[1]| are the only |fix_word| entries in the whole
23166 \.{TFM} file whose first byte might be something besides 0 or 255.
23167
23168 @ Next comes the |char_info| array, which contains one |char_info_word|
23169 per character. Each word in this part of the file contains six fields
23170 packed into four bytes as follows.
23171
23172 \yskip\hang first byte: |width_index| (8 bits)\par
23173 \hang second byte: |height_index| (4 bits) times 16, plus |depth_index|
23174   (4~bits)\par
23175 \hang third byte: |italic_index| (6 bits) times 4, plus |tag|
23176   (2~bits)\par
23177 \hang fourth byte: |remainder| (8 bits)\par
23178 \yskip\noindent
23179 The actual width of a character is \\{width}|[width_index]|, in design-size
23180 units; this is a device for compressing information, since many characters
23181 have the same width. Since it is quite common for many characters
23182 to have the same height, depth, or italic correction, the \.{TFM} format
23183 imposes a limit of 16 different heights, 16 different depths, and
23184 64 different italic corrections.
23185
23186 Incidentally, the relation $\\{width}[0]=\\{height}[0]=\\{depth}[0]=
23187 \\{italic}[0]=0$ should always hold, so that an index of zero implies a
23188 value of zero.  The |width_index| should never be zero unless the
23189 character does not exist in the font, since a character is valid if and
23190 only if it lies between |bc| and |ec| and has a nonzero |width_index|.
23191
23192 @ The |tag| field in a |char_info_word| has four values that explain how to
23193 interpret the |remainder| field.
23194
23195 \yskip\hang|tag=0| (|no_tag|) means that |remainder| is unused.\par
23196 \hang|tag=1| (|lig_tag|) means that this character has a ligature/kerning
23197 program starting at location |remainder| in the |lig_kern| array.\par
23198 \hang|tag=2| (|list_tag|) means that this character is part of a chain of
23199 characters of ascending sizes, and not the largest in the chain.  The
23200 |remainder| field gives the character code of the next larger character.\par
23201 \hang|tag=3| (|ext_tag|) means that this character code represents an
23202 extensible character, i.e., a character that is built up of smaller pieces
23203 so that it can be made arbitrarily large. The pieces are specified in
23204 |exten[remainder]|.\par
23205 \yskip\noindent
23206 Characters with |tag=2| and |tag=3| are treated as characters with |tag=0|
23207 unless they are used in special circumstances in math formulas. For example,
23208 \TeX's \.{\\sum} operation looks for a |list_tag|, and the \.{\\left}
23209 operation looks for both |list_tag| and |ext_tag|.
23210
23211 @d no_tag 0 /* vanilla character */
23212 @d lig_tag 1 /* character has a ligature/kerning program */
23213 @d list_tag 2 /* character has a successor in a charlist */
23214 @d ext_tag 3 /* character is extensible */
23215
23216 @ The |lig_kern| array contains instructions in a simple programming language
23217 that explains what to do for special letter pairs. Each word in this array is a
23218 |lig_kern_command| of four bytes.
23219
23220 \yskip\hang first byte: |skip_byte|, indicates that this is the final program
23221   step if the byte is 128 or more, otherwise the next step is obtained by
23222   skipping this number of intervening steps.\par
23223 \hang second byte: |next_char|, ``if |next_char| follows the current character,
23224   then perform the operation and stop, otherwise continue.''\par
23225 \hang third byte: |op_byte|, indicates a ligature step if less than~128,
23226   a kern step otherwise.\par
23227 \hang fourth byte: |remainder|.\par
23228 \yskip\noindent
23229 In a kern step, an
23230 additional space equal to |kern[256*(op_byte-128)+remainder]| is inserted
23231 between the current character and |next_char|. This amount is
23232 often negative, so that the characters are brought closer together
23233 by kerning; but it might be positive.
23234
23235 There are eight kinds of ligature steps, having |op_byte| codes $4a+2b+c$ where
23236 $0\le a\le b+c$ and $0\le b,c\le1$. The character whose code is
23237 |remainder| is inserted between the current character and |next_char|;
23238 then the current character is deleted if $b=0$, and |next_char| is
23239 deleted if $c=0$; then we pass over $a$~characters to reach the next
23240 current character (which may have a ligature/kerning program of its own).
23241
23242 If the very first instruction of the |lig_kern| array has |skip_byte=255|,
23243 the |next_char| byte is the so-called right boundary character of this font;
23244 the value of |next_char| need not lie between |bc| and~|ec|.
23245 If the very last instruction of the |lig_kern| array has |skip_byte=255|,
23246 there is a special ligature/kerning program for a left boundary character,
23247 beginning at location |256*op_byte+remainder|.
23248 The interpretation is that \TeX\ puts implicit boundary characters
23249 before and after each consecutive string of characters from the same font.
23250 These implicit characters do not appear in the output, but they can affect
23251 ligatures and kerning.
23252
23253 If the very first instruction of a character's |lig_kern| program has
23254 |skip_byte>128|, the program actually begins in location
23255 |256*op_byte+remainder|. This feature allows access to large |lig_kern|
23256 arrays, because the first instruction must otherwise
23257 appear in a location |<=255|.
23258
23259 Any instruction with |skip_byte>128| in the |lig_kern| array must satisfy
23260 the condition
23261 $$\hbox{|256*op_byte+remainder<nl|.}$$
23262 If such an instruction is encountered during
23263 normal program execution, it denotes an unconditional halt; no ligature
23264 command is performed.
23265
23266 @d stop_flag (128)
23267   /* value indicating `\.{STOP}' in a lig/kern program */
23268 @d kern_flag (128) /* op code for a kern step */
23269 @d skip_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b0
23270 @d next_char(A) mp->lig_kern[(A)].b1
23271 @d op_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b2
23272 @d rem_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b3
23273
23274 @ Extensible characters are specified by an |extensible_recipe|, which
23275 consists of four bytes called |top|, |mid|, |bot|, and |rep| (in this
23276 order). These bytes are the character codes of individual pieces used to
23277 build up a large symbol.  If |top|, |mid|, or |bot| are zero, they are not
23278 present in the built-up result. For example, an extensible vertical line is
23279 like an extensible bracket, except that the top and bottom pieces are missing.
23280
23281 Let $T$, $M$, $B$, and $R$ denote the respective pieces, or an empty box
23282 if the piece isn't present. Then the extensible characters have the form
23283 $TR^kMR^kB$ from top to bottom, for some |k>=0|, unless $M$ is absent;
23284 in the latter case we can have $TR^kB$ for both even and odd values of~|k|.
23285 The width of the extensible character is the width of $R$; and the
23286 height-plus-depth is the sum of the individual height-plus-depths of the
23287 components used, since the pieces are butted together in a vertical list.
23288
23289 @d ext_top(A) mp->exten[(A)].b0 /* |top| piece in a recipe */
23290 @d ext_mid(A) mp->exten[(A)].b1 /* |mid| piece in a recipe */
23291 @d ext_bot(A) mp->exten[(A)].b2 /* |bot| piece in a recipe */
23292 @d ext_rep(A) mp->exten[(A)].b3 /* |rep| piece in a recipe */
23293
23294 @ The final portion of a \.{TFM} file is the |param| array, which is another
23295 sequence of |fix_word| values.
23296
23297 \yskip\hang|param[1]=slant| is the amount of italic slant, which is used
23298 to help position accents. For example, |slant=.25| means that when you go
23299 up one unit, you also go .25 units to the right. The |slant| is a pure
23300 number; it is the only |fix_word| other than the design size itself that is
23301 not scaled by the design size.
23302
23303 \hang|param[2]=space| is the normal spacing between words in text.
23304 Note that character 040 in the font need not have anything to do with
23305 blank spaces.
23306
23307 \hang|param[3]=space_stretch| is the amount of glue stretching between words.
23308
23309 \hang|param[4]=space_shrink| is the amount of glue shrinking between words.
23310
23311 \hang|param[5]=x_height| is the size of one ex in the font; it is also
23312 the height of letters for which accents don't have to be raised or lowered.
23313
23314 \hang|param[6]=quad| is the size of one em in the font.
23315
23316 \hang|param[7]=extra_space| is the amount added to |param[2]| at the
23317 ends of sentences.
23318
23319 \yskip\noindent
23320 If fewer than seven parameters are present, \TeX\ sets the missing parameters
23321 to zero.
23322
23323 @d slant_code 1
23324 @d space_code 2
23325 @d space_stretch_code 3
23326 @d space_shrink_code 4
23327 @d x_height_code 5
23328 @d quad_code 6
23329 @d extra_space_code 7
23330
23331 @ So that is what \.{TFM} files hold. One of \MP's duties is to output such
23332 information, and it does this all at once at the end of a job.
23333 In order to prepare for such frenetic activity, it squirrels away the
23334 necessary facts in various arrays as information becomes available.
23335
23336 Character dimensions (\&{charwd}, \&{charht}, \&{chardp}, and \&{charic})
23337 are stored respectively in |tfm_width|, |tfm_height|, |tfm_depth|, and
23338 |tfm_ital_corr|. Other information about a character (e.g., about
23339 its ligatures or successors) is accessible via the |char_tag| and
23340 |char_remainder| arrays. Other information about the font as a whole
23341 is kept in additional arrays called |header_byte|, |lig_kern|,
23342 |kern|, |exten|, and |param|.
23343
23344 @d max_tfm_int 32510
23345 @d undefined_label max_tfm_int /* an undefined local label */
23346
23347 @<Glob...@>=
23348 #define TFM_ITEMS 257
23349 eight_bits bc;
23350 eight_bits ec; /* smallest and largest character codes shipped out */
23351 scaled tfm_width[TFM_ITEMS]; /* \&{charwd} values */
23352 scaled tfm_height[TFM_ITEMS]; /* \&{charht} values */
23353 scaled tfm_depth[TFM_ITEMS]; /* \&{chardp} values */
23354 scaled tfm_ital_corr[TFM_ITEMS]; /* \&{charic} values */
23355 boolean char_exists[TFM_ITEMS]; /* has this code been shipped out? */
23356 int char_tag[TFM_ITEMS]; /* |remainder| category */
23357 int char_remainder[TFM_ITEMS]; /* the |remainder| byte */
23358 char *header_byte; /* bytes of the \.{TFM} header */
23359 int header_last; /* last initialized \.{TFM} header byte */
23360 int header_size; /* size of the \.{TFM} header */
23361 four_quarters *lig_kern; /* the ligature/kern table */
23362 short nl; /* the number of ligature/kern steps so far */
23363 scaled *kern; /* distinct kerning amounts */
23364 short nk; /* the number of distinct kerns so far */
23365 four_quarters exten[TFM_ITEMS]; /* extensible character recipes */
23366 short ne; /* the number of extensible characters so far */
23367 scaled *param; /* \&{fontinfo} parameters */
23368 short np; /* the largest \&{fontinfo} parameter specified so far */
23369 short nw;short nh;short nd;short ni; /* sizes of \.{TFM} subtables */
23370 short skip_table[TFM_ITEMS]; /* local label status */
23371 boolean lk_started; /* has there been a lig/kern step in this command yet? */
23372 integer bchar; /* right boundary character */
23373 short bch_label; /* left boundary starting location */
23374 short ll;short lll; /* registers used for lig/kern processing */
23375 short label_loc[257]; /* lig/kern starting addresses */
23376 eight_bits label_char[257]; /* characters for |label_loc| */
23377 short label_ptr; /* highest position occupied in |label_loc| */
23378
23379 @ @<Allocate or initialize ...@>=
23380 mp->header_last = 0; mp->header_size = 128; /* just for init */
23381 mp->header_byte = xmalloc(mp->header_size, sizeof(char));
23382 mp->lig_kern = NULL; /* allocated when needed */
23383 mp->kern = NULL; /* allocated when needed */ 
23384 mp->param = NULL; /* allocated when needed */
23385
23386 @ @<Dealloc variables@>=
23387 xfree(mp->header_byte);
23388 xfree(mp->lig_kern);
23389 xfree(mp->kern);
23390 xfree(mp->param);
23391
23392 @ @<Set init...@>=
23393 for (k=0;k<= 255;k++ ) {
23394   mp->tfm_width[k]=0; mp->tfm_height[k]=0; mp->tfm_depth[k]=0; mp->tfm_ital_corr[k]=0;
23395   mp->char_exists[k]=false; mp->char_tag[k]=no_tag; mp->char_remainder[k]=0;
23396   mp->skip_table[k]=undefined_label;
23397 };
23398 memset(mp->header_byte,0,mp->header_size);
23399 mp->bc=255; mp->ec=0; mp->nl=0; mp->nk=0; mp->ne=0; mp->np=0;
23400 mp->internal[mp_boundary_char]=-unity;
23401 mp->bch_label=undefined_label;
23402 mp->label_loc[0]=-1; mp->label_ptr=0;
23403
23404 @ @<Declarations@>=
23405 scaled mp_tfm_check (MP mp,small_number m) ;
23406
23407 @ @<Declare the function called |tfm_check|@>=
23408 scaled mp_tfm_check (MP mp,small_number m) {
23409   if ( abs(mp->internal[m])>=fraction_half ) {
23410     print_err("Enormous "); mp_print(mp, mp->int_name[m]);
23411 @.Enormous charwd...@>
23412 @.Enormous chardp...@>
23413 @.Enormous charht...@>
23414 @.Enormous charic...@>
23415 @.Enormous designsize...@>
23416     mp_print(mp, " has been reduced");
23417     help1("Font metric dimensions must be less than 2048pt.");
23418     mp_put_get_error(mp);
23419     if ( mp->internal[m]>0 ) return (fraction_half-1);
23420     else return (1-fraction_half);
23421   } else {
23422     return mp->internal[m];
23423   }
23424 }
23425
23426 @ @<Store the width information for character code~|c|@>=
23427 if ( c<mp->bc ) mp->bc=c;
23428 if ( c>mp->ec ) mp->ec=c;
23429 mp->char_exists[c]=true;
23430 mp->tfm_width[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_wd);
23431 mp->tfm_height[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_ht);
23432 mp->tfm_depth[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_dp);
23433 mp->tfm_ital_corr[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_ic)
23434
23435 @ Now let's consider \MP's special \.{TFM}-oriented commands.
23436
23437 @<Cases of |do_statement|...@>=
23438 case tfm_command: mp_do_tfm_command(mp); break;
23439
23440 @ @d char_list_code 0
23441 @d lig_table_code 1
23442 @d extensible_code 2
23443 @d header_byte_code 3
23444 @d font_dimen_code 4
23445
23446 @<Put each...@>=
23447 mp_primitive(mp, "charlist",tfm_command,char_list_code);
23448 @:char_list_}{\&{charlist} primitive@>
23449 mp_primitive(mp, "ligtable",tfm_command,lig_table_code);
23450 @:lig_table_}{\&{ligtable} primitive@>
23451 mp_primitive(mp, "extensible",tfm_command,extensible_code);
23452 @:extensible_}{\&{extensible} primitive@>
23453 mp_primitive(mp, "headerbyte",tfm_command,header_byte_code);
23454 @:header_byte_}{\&{headerbyte} primitive@>
23455 mp_primitive(mp, "fontdimen",tfm_command,font_dimen_code);
23456 @:font_dimen_}{\&{fontdimen} primitive@>
23457
23458 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23459 case tfm_command: 
23460   switch (m) {
23461   case char_list_code:mp_print(mp, "charlist"); break;
23462   case lig_table_code:mp_print(mp, "ligtable"); break;
23463   case extensible_code:mp_print(mp, "extensible"); break;
23464   case header_byte_code:mp_print(mp, "headerbyte"); break;
23465   default: mp_print(mp, "fontdimen"); break;
23466   }
23467   break;
23468
23469 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23470 eight_bits mp_get_code (MP mp) ;
23471
23472 @ @c eight_bits mp_get_code (MP mp) { /* scans a character code value */
23473   integer c; /* the code value found */
23474   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23475   if ( mp->cur_type==mp_known ) { 
23476     c=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp);
23477     if ( c>=0 ) if ( c<256 ) return c;
23478   } else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
23479     if ( length(mp->cur_exp)==1 )  { 
23480       c=mp->str_pool[mp->str_start[mp->cur_exp]];
23481       return c;
23482     }
23483   }
23484   exp_err("Invalid code has been replaced by 0");
23485 @.Invalid code...@>
23486   help2("I was looking for a number between 0 and 255, or for a")
23487        ("string of length 1. Didn't find it; will use 0 instead.");
23488   mp_put_get_flush_error(mp, 0); c=0;
23489   return c;
23490 };
23491
23492 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23493 void mp_set_tag (MP mp,halfword c, small_number t, halfword r) ;
23494
23495 @ @c void mp_set_tag (MP mp,halfword c, small_number t, halfword r) { 
23496   if ( mp->char_tag[c]==no_tag ) {
23497     mp->char_tag[c]=t; mp->char_remainder[c]=r;
23498     if ( t==lig_tag ){ 
23499       incr(mp->label_ptr); mp->label_loc[mp->label_ptr]=r; 
23500       mp->label_char[mp->label_ptr]=c;
23501     }
23502   } else {
23503     @<Complain about a character tag conflict@>;
23504   }
23505 }
23506
23507 @ @<Complain about a character tag conflict@>=
23508
23509   print_err("Character ");
23510   if ( (c>' ')&&(c<127) ) mp_print_char(mp,c);
23511   else if ( c==256 ) mp_print(mp, "||");
23512   else  { mp_print(mp, "code "); mp_print_int(mp, c); };
23513   mp_print(mp, " is already ");
23514 @.Character c is already...@>
23515   switch (mp->char_tag[c]) {
23516   case lig_tag: mp_print(mp, "in a ligtable"); break;
23517   case list_tag: mp_print(mp, "in a charlist"); break;
23518   case ext_tag: mp_print(mp, "extensible"); break;
23519   } /* there are no other cases */
23520   help2("It's not legal to label a character more than once.")
23521     ("So I'll not change anything just now.");
23522   mp_put_get_error(mp); 
23523 }
23524
23525 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23526 void mp_do_tfm_command (MP mp) ;
23527
23528 @ @c void mp_do_tfm_command (MP mp) {
23529   int c,cc; /* character codes */
23530   int k; /* index into the |kern| array */
23531   int j; /* index into |header_byte| or |param| */
23532   switch (mp->cur_mod) {
23533   case char_list_code: 
23534     c=mp_get_code(mp);
23535      /* we will store a list of character successors */
23536     while ( mp->cur_cmd==colon )   { 
23537       cc=mp_get_code(mp); mp_set_tag(mp, c,list_tag,cc); c=cc;
23538     };
23539     break;
23540   case lig_table_code: 
23541     if (mp->lig_kern==NULL) 
23542        mp->lig_kern = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(four_quarters));
23543     if (mp->kern==NULL) 
23544        mp->kern = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(scaled));
23545     @<Store a list of ligature/kern steps@>;
23546     break;
23547   case extensible_code: 
23548     @<Define an extensible recipe@>;
23549     break;
23550   case header_byte_code: 
23551   case font_dimen_code: 
23552     c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp);
23553     mp_scan_expression(mp);
23554     if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<half_unit) ) {
23555       exp_err("Improper location");
23556 @.Improper location@>
23557       help2("I was looking for a known, positive number.")
23558        ("For safety's sake I'll ignore the present command.");
23559       mp_put_get_error(mp);
23560     } else  { 
23561       j=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp);
23562       if ( mp->cur_cmd!=colon ) {
23563         mp_missing_err(mp, ":");
23564 @.Missing `:'@>
23565         help1("A colon should follow a headerbyte or fontinfo location.");
23566         mp_back_error(mp);
23567       }
23568       if ( c==header_byte_code ) { 
23569         @<Store a list of header bytes@>;
23570       } else {     
23571         if (mp->param==NULL) 
23572           mp->param = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(scaled));
23573         @<Store a list of font dimensions@>;
23574       }
23575     }
23576     break;
23577   } /* there are no other cases */
23578 };
23579
23580 @ @<Store a list of ligature/kern steps@>=
23581
23582   mp->lk_started=false;
23583 CONTINUE: 
23584   mp_get_x_next(mp);
23585   if ((mp->cur_cmd==skip_to)&& mp->lk_started )
23586     @<Process a |skip_to| command and |goto done|@>;
23587   if ( mp->cur_cmd==bchar_label ) { c=256; mp->cur_cmd=colon; }
23588   else { mp_back_input(mp); c=mp_get_code(mp); };
23589   if ((mp->cur_cmd==colon)||(mp->cur_cmd==double_colon)) {
23590     @<Record a label in a lig/kern subprogram and |goto continue|@>;
23591   }
23592   if ( mp->cur_cmd==lig_kern_token ) { 
23593     @<Compile a ligature/kern command@>; 
23594   } else  { 
23595     print_err("Illegal ligtable step");
23596 @.Illegal ligtable step@>
23597     help1("I was looking for `=:' or `kern' here.");
23598     mp_back_error(mp); next_char(mp->nl)=qi(0); 
23599     op_byte(mp->nl)=qi(0); rem_byte(mp->nl)=qi(0);
23600     skip_byte(mp->nl)=stop_flag+1; /* this specifies an unconditional stop */
23601   }
23602   if ( mp->nl==max_tfm_int) mp_fatal_error(mp, "ligtable too large");
23603   incr(mp->nl);
23604   if ( mp->cur_cmd==comma ) goto CONTINUE;
23605   if ( skip_byte(mp->nl-1)<stop_flag ) skip_byte(mp->nl-1)=stop_flag;
23606 }
23607 DONE:
23608
23609 @ @<Put each...@>=
23610 mp_primitive(mp, "=:",lig_kern_token,0);
23611 @:=:_}{\.{=:} primitive@>
23612 mp_primitive(mp, "=:|",lig_kern_token,1);
23613 @:=:/_}{\.{=:\char'174} primitive@>
23614 mp_primitive(mp, "=:|>",lig_kern_token,5);
23615 @:=:/>_}{\.{=:\char'174>} primitive@>
23616 mp_primitive(mp, "|=:",lig_kern_token,2);
23617 @:=:/_}{\.{\char'174=:} primitive@>
23618 mp_primitive(mp, "|=:>",lig_kern_token,6);
23619 @:=:/>_}{\.{\char'174=:>} primitive@>
23620 mp_primitive(mp, "|=:|",lig_kern_token,3);
23621 @:=:/_}{\.{\char'174=:\char'174} primitive@>
23622 mp_primitive(mp, "|=:|>",lig_kern_token,7);
23623 @:=:/>_}{\.{\char'174=:\char'174>} primitive@>
23624 mp_primitive(mp, "|=:|>>",lig_kern_token,11);
23625 @:=:/>_}{\.{\char'174=:\char'174>>} primitive@>
23626 mp_primitive(mp, "kern",lig_kern_token,128);
23627 @:kern_}{\&{kern} primitive@>
23628
23629 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23630 case lig_kern_token: 
23631   switch (m) {
23632   case 0:mp_print(mp, "=:"); break;
23633   case 1:mp_print(mp, "=:|"); break;
23634   case 2:mp_print(mp, "|=:"); break;
23635   case 3:mp_print(mp, "|=:|"); break;
23636   case 5:mp_print(mp, "=:|>"); break;
23637   case 6:mp_print(mp, "|=:>"); break;
23638   case 7:mp_print(mp, "|=:|>"); break;
23639   case 11:mp_print(mp, "|=:|>>"); break;
23640   default: mp_print(mp, "kern"); break;
23641   }
23642   break;
23643
23644 @ Local labels are implemented by maintaining the |skip_table| array,
23645 where |skip_table[c]| is either |undefined_label| or the address of the
23646 most recent lig/kern instruction that skips to local label~|c|. In the
23647 latter case, the |skip_byte| in that instruction will (temporarily)
23648 be zero if there were no prior skips to this label, or it will be the
23649 distance to the prior skip.
23650
23651 We may need to cancel skips that span more than 127 lig/kern steps.
23652
23653 @d cancel_skips(A) mp->ll=(A);
23654   do {  
23655     mp->lll=qo(skip_byte(mp->ll)); 
23656     skip_byte(mp->ll)=stop_flag; mp->ll=mp->ll-mp->lll;
23657   } while (mp->lll!=0)
23658 @d skip_error(A) { print_err("Too far to skip");
23659 @.Too far to skip@>
23660   help1("At most 127 lig/kern steps can separate skipto1 from 1::.");
23661   mp_error(mp); cancel_skips((A));
23662   }
23663
23664 @<Process a |skip_to| command and |goto done|@>=
23665
23666   c=mp_get_code(mp);
23667   if ( mp->nl-mp->skip_table[c]>128 ) { /* |skip_table[c]<<nl<=undefined_label| */
23668     skip_error(mp->skip_table[c]); mp->skip_table[c]=undefined_label;
23669   }
23670   if ( mp->skip_table[c]==undefined_label ) skip_byte(mp->nl-1)=qi(0);
23671   else skip_byte(mp->nl-1)=qi(mp->nl-mp->skip_table[c]-1);
23672   mp->skip_table[c]=mp->nl-1; goto DONE;
23673 }
23674
23675 @ @<Record a label in a lig/kern subprogram and |goto continue|@>=
23676
23677   if ( mp->cur_cmd==colon ) {
23678     if ( c==256 ) mp->bch_label=mp->nl;
23679     else mp_set_tag(mp, c,lig_tag,mp->nl);
23680   } else if ( mp->skip_table[c]<undefined_label ) {
23681     mp->ll=mp->skip_table[c]; mp->skip_table[c]=undefined_label;
23682     do {  
23683       mp->lll=qo(skip_byte(mp->ll));
23684       if ( mp->nl-mp->ll>128 ) {
23685         skip_error(mp->ll); goto CONTINUE;
23686       }
23687       skip_byte(mp->ll)=qi(mp->nl-mp->ll-1); mp->ll=mp->ll-mp->lll;
23688     } while (mp->lll!=0);
23689   }
23690   goto CONTINUE;
23691 }
23692
23693 @ @<Compile a ligature/kern...@>=
23694
23695   next_char(mp->nl)=qi(c); skip_byte(mp->nl)=qi(0);
23696   if ( mp->cur_mod<128 ) { /* ligature op */
23697     op_byte(mp->nl)=qi(mp->cur_mod); rem_byte(mp->nl)=qi(mp_get_code(mp));
23698   } else { 
23699     mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23700     if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
23701       exp_err("Improper kern");
23702 @.Improper kern@>
23703       help2("The amount of kern should be a known numeric value.")
23704         ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
23705       mp_put_get_flush_error(mp, 0);
23706     }
23707     mp->kern[mp->nk]=mp->cur_exp;
23708     k=0; 
23709     while ( mp->kern[k]!=mp->cur_exp ) incr(k);
23710     if ( k==mp->nk ) {
23711       if ( mp->nk==max_tfm_int ) mp_fatal_error(mp, "too many TFM kerns");
23712       incr(mp->nk);
23713     }
23714     op_byte(mp->nl)=kern_flag+(k / 256);
23715     rem_byte(mp->nl)=qi((k % 256));
23716   }
23717   mp->lk_started=true;
23718 }
23719
23720 @ @d missing_extensible_punctuation(A) 
23721   { mp_missing_err(mp, (A));
23722 @.Missing `\char`\#'@>
23723   help1("I'm processing `extensible c: t,m,b,r'."); mp_back_error(mp);
23724   }
23725
23726 @<Define an extensible recipe@>=
23727
23728   if ( mp->ne==256 ) mp_fatal_error(mp, "too many extensible recipies");
23729   c=mp_get_code(mp); mp_set_tag(mp, c,ext_tag,mp->ne);
23730   if ( mp->cur_cmd!=colon ) missing_extensible_punctuation(":");
23731   ext_top(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23732   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23733   ext_mid(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23734   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23735   ext_bot(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23736   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23737   ext_rep(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23738   incr(mp->ne);
23739 }
23740
23741 @ The header could contain ASCII zeroes, so can't use |strdup|.
23742
23743 @<Store a list of header bytes@>=
23744 do {  
23745   if ( j>=mp->header_size ) {
23746     int l = mp->header_size + (mp->header_size >> 2);
23747     char *t = xmalloc(l,sizeof(char));
23748     memset(t,0,l); 
23749     memcpy(t,mp->header_byte,mp->header_size);
23750     xfree (mp->header_byte);
23751     mp->header_byte = t;
23752     mp->header_size = l;
23753   }
23754   mp->header_byte[j]=mp_get_code(mp); 
23755   incr(j); incr(mp->header_last);
23756 } while (mp->cur_cmd==comma)
23757
23758 @ @<Store a list of font dimensions@>=
23759 do {  
23760   if ( j>max_tfm_int ) mp_fatal_error(mp, "too many fontdimens");
23761   while ( j>mp->np ) { incr(mp->np); mp->param[mp->np]=0; };
23762   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23763   if ( mp->cur_type!=mp_known ){ 
23764     exp_err("Improper font parameter");
23765 @.Improper font parameter@>
23766     help1("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
23767     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
23768   }
23769   mp->param[j]=mp->cur_exp; incr(j);
23770 } while (mp->cur_cmd==comma)
23771
23772 @ OK: We've stored all the data that is needed for the \.{TFM} file.
23773 All that remains is to output it in the correct format.
23774
23775 An interesting problem needs to be solved in this connection, because
23776 the \.{TFM} format allows at most 256~widths, 16~heights, 16~depths,
23777 and 64~italic corrections. If the data has more distinct values than
23778 this, we want to meet the necessary restrictions by perturbing the
23779 given values as little as possible.
23780
23781 \MP\ solves this problem in two steps. First the values of a given
23782 kind (widths, heights, depths, or italic corrections) are sorted;
23783 then the list of sorted values is perturbed, if necessary.
23784
23785 The sorting operation is facilitated by having a special node of
23786 essentially infinite |value| at the end of the current list.
23787
23788 @<Initialize table entries...@>=
23789 value(inf_val)=fraction_four;
23790
23791 @ Straight linear insertion is good enough for sorting, since the lists
23792 are usually not terribly long. As we work on the data, the current list
23793 will start at |link(temp_head)| and end at |inf_val|; the nodes in this
23794 list will be in increasing order of their |value| fields.
23795
23796 Given such a list, the |sort_in| function takes a value and returns a pointer
23797 to where that value can be found in the list. The value is inserted in
23798 the proper place, if necessary.
23799
23800 At the time we need to do these operations, most of \MP's work has been
23801 completed, so we will have plenty of memory to play with. The value nodes
23802 that are allocated for sorting will never be returned to free storage.
23803
23804 @d clear_the_list link(temp_head)=inf_val
23805
23806 @c pointer mp_sort_in (MP mp,scaled v) {
23807   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
23808   p=temp_head;
23809   while (1) { 
23810     q=link(p);
23811     if ( v<=value(q) ) break;
23812     p=q;
23813   }
23814   if ( v<value(q) ) {
23815     r=mp_get_node(mp, value_node_size); value(r)=v; link(r)=q; link(p)=r;
23816   }
23817   return link(p);
23818 }
23819
23820 @ Now we come to the interesting part, where we reduce the list if necessary
23821 until it has the required size. The |min_cover| routine is basic to this
23822 process; it computes the minimum number~|m| such that the values of the
23823 current sorted list can be covered by |m|~intervals of width~|d|. It
23824 also sets the global value |perturbation| to the smallest value $d'>d$
23825 such that the covering found by this algorithm would be different.
23826
23827 In particular, |min_cover(0)| returns the number of distinct values in the
23828 current list and sets |perturbation| to the minimum distance between
23829 adjacent values.
23830
23831 @c integer mp_min_cover (MP mp,scaled d) {
23832   pointer p; /* runs through the current list */
23833   scaled l; /* the least element covered by the current interval */
23834   integer m; /* lower bound on the size of the minimum cover */
23835   m=0; p=link(temp_head); mp->perturbation=el_gordo;
23836   while ( p!=inf_val ){ 
23837     incr(m); l=value(p);
23838     do {  p=link(p); } while (value(p)<=l+d);
23839     if ( value(p)-l<mp->perturbation ) 
23840       mp->perturbation=value(p)-l;
23841   }
23842   return m;
23843 }
23844
23845 @ @<Glob...@>=
23846 scaled perturbation; /* quantity related to \.{TFM} rounding */
23847 integer excess; /* the list is this much too long */
23848
23849 @ The smallest |d| such that a given list can be covered with |m| intervals
23850 is determined by the |threshold| routine, which is sort of an inverse
23851 to |min_cover|. The idea is to increase the interval size rapidly until
23852 finding the range, then to go sequentially until the exact borderline has
23853 been discovered.
23854
23855 @c scaled mp_threshold (MP mp,integer m) {
23856   scaled d; /* lower bound on the smallest interval size */
23857   mp->excess=mp_min_cover(mp, 0)-m;
23858   if ( mp->excess<=0 ) {
23859     return 0;
23860   } else  { 
23861     do {  
23862       d=mp->perturbation;
23863     } while (mp_min_cover(mp, d+d)>m);
23864     while ( mp_min_cover(mp, d)>m ) 
23865       d=mp->perturbation;
23866     return d;
23867   }
23868 }
23869
23870 @ The |skimp| procedure reduces the current list to at most |m| entries,
23871 by changing values if necessary. It also sets |info(p):=k| if |value(p)|
23872 is the |k|th distinct value on the resulting list, and it sets
23873 |perturbation| to the maximum amount by which a |value| field has
23874 been changed. The size of the resulting list is returned as the
23875 value of |skimp|.
23876
23877 @c integer mp_skimp (MP mp,integer m) {
23878   scaled d; /* the size of intervals being coalesced */
23879   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
23880   scaled l; /* the least value in the current interval */
23881   scaled v; /* a compromise value */
23882   d=mp_threshold(mp, m); mp->perturbation=0;
23883   q=temp_head; m=0; p=link(temp_head);
23884   while ( p!=inf_val ) {
23885     incr(m); l=value(p); info(p)=m;
23886     if ( value(link(p))<=l+d ) {
23887       @<Replace an interval of values by its midpoint@>;
23888     }
23889     q=p; p=link(p);
23890   }
23891   return m;
23892 }
23893
23894 @ @<Replace an interval...@>=
23895
23896   do {  
23897     p=link(p); info(p)=m;
23898     decr(mp->excess); if ( mp->excess==0 ) d=0;
23899   } while (value(link(p))<=l+d);
23900   v=l+halfp(value(p)-l);
23901   if ( value(p)-v>mp->perturbation ) 
23902     mp->perturbation=value(p)-v;
23903   r=q;
23904   do {  
23905     r=link(r); value(r)=v;
23906   } while (r!=p);
23907   link(q)=p; /* remove duplicate values from the current list */
23908 }
23909
23910 @ A warning message is issued whenever something is perturbed by
23911 more than 1/16\thinspace pt.
23912
23913 @c void mp_tfm_warning (MP mp,small_number m) { 
23914   mp_print_nl(mp, "(some "); 
23915   mp_print(mp, mp->int_name[m]);
23916 @.some charwds...@>
23917 @.some chardps...@>
23918 @.some charhts...@>
23919 @.some charics...@>
23920   mp_print(mp, " values had to be adjusted by as much as ");
23921   mp_print_scaled(mp, mp->perturbation); mp_print(mp, "pt)");
23922 }
23923
23924 @ Here's an example of how we use these routines.
23925 The width data needs to be perturbed only if there are 256 distinct
23926 widths, but \MP\ must check for this case even though it is
23927 highly unusual.
23928
23929 An integer variable |k| will be defined when we use this code.
23930 The |dimen_head| array will contain pointers to the sorted
23931 lists of dimensions.
23932
23933 @<Massage the \.{TFM} widths@>=
23934 clear_the_list;
23935 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++)  {
23936   if ( mp->char_exists[k] )
23937     mp->tfm_width[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_width[k]);
23938 }
23939 mp->nw=mp_skimp(mp, 255)+1; mp->dimen_head[1]=link(temp_head);
23940 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_wd)
23941
23942 @ @<Glob...@>=
23943 pointer dimen_head[5]; /* lists of \.{TFM} dimensions */
23944
23945 @ Heights, depths, and italic corrections are different from widths
23946 not only because their list length is more severely restricted, but
23947 also because zero values do not need to be put into the lists.
23948
23949 @<Massage the \.{TFM} heights, depths, and italic corrections@>=
23950 clear_the_list;
23951 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
23952   if ( mp->char_exists[k] ) {
23953     if ( mp->tfm_height[k]==0 ) mp->tfm_height[k]=zero_val;
23954     else mp->tfm_height[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_height[k]);
23955   }
23956 }
23957 mp->nh=mp_skimp(mp, 15)+1; mp->dimen_head[2]=link(temp_head);
23958 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_ht);
23959 clear_the_list;
23960 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
23961   if ( mp->char_exists[k] ) {
23962     if ( mp->tfm_depth[k]==0 ) mp->tfm_depth[k]=zero_val;
23963     else mp->tfm_depth[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_depth[k]);
23964   }
23965 }
23966 mp->nd=mp_skimp(mp, 15)+1; mp->dimen_head[3]=link(temp_head);
23967 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_dp);
23968 clear_the_list;
23969 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
23970   if ( mp->char_exists[k] ) {
23971     if ( mp->tfm_ital_corr[k]==0 ) mp->tfm_ital_corr[k]=zero_val;
23972     else mp->tfm_ital_corr[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_ital_corr[k]);
23973   }
23974 }
23975 mp->ni=mp_skimp(mp, 63)+1; mp->dimen_head[4]=link(temp_head);
23976 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_ic)
23977
23978 @ @<Initialize table entries...@>=
23979 value(zero_val)=0; info(zero_val)=0;
23980
23981 @ Bytes 5--8 of the header are set to the design size, unless the user has
23982 some crazy reason for specifying them differently.
23983
23984 Error messages are not allowed at the time this procedure is called,
23985 so a warning is printed instead.
23986
23987 The value of |max_tfm_dimen| is calculated so that
23988 $$\hbox{|make_scaled(16*max_tfm_dimen,internal[mp_design_size])|}
23989  < \\{three\_bytes}.$$
23990
23991 @d three_bytes 0100000000 /* $2^{24}$ */
23992
23993 @c 
23994 void mp_fix_design_size (MP mp) {
23995   scaled d; /* the design size */
23996   d=mp->internal[mp_design_size];
23997   if ( (d<unity)||(d>=fraction_half) ) {
23998     if ( d!=0 )
23999       mp_print_nl(mp, "(illegal design size has been changed to 128pt)");
24000 @.illegal design size...@>
24001     d=040000000; mp->internal[mp_design_size]=d;
24002   }
24003   if ( mp->header_byte[4]<0 ) if ( mp->header_byte[5]<0 )
24004     if ( mp->header_byte[6]<0 ) if ( mp->header_byte[7]<0 ) {
24005      mp->header_byte[4]=d / 04000000;
24006      mp->header_byte[5]=(d / 4096) % 256;
24007      mp->header_byte[6]=(d / 16) % 256;
24008      mp->header_byte[7]=(d % 16)*16;
24009   };
24010   mp->max_tfm_dimen=16*mp->internal[mp_design_size]-mp->internal[mp_design_size] / 010000000;
24011   if ( mp->max_tfm_dimen>=fraction_half ) mp->max_tfm_dimen=fraction_half-1;
24012 }
24013
24014 @ The |dimen_out| procedure computes a |fix_word| relative to the
24015 design size. If the data was out of range, it is corrected and the
24016 global variable |tfm_changed| is increased by~one.
24017
24018 @c integer mp_dimen_out (MP mp,scaled x) { 
24019   if ( abs(x)>mp->max_tfm_dimen ) {
24020     incr(mp->tfm_changed);
24021     if ( x>0 ) x=three_bytes-1; else x=1-three_bytes;
24022   } else {
24023     x=mp_make_scaled(mp, x*16,mp->internal[mp_design_size]);
24024   }
24025   return x;
24026 }
24027
24028 @ @<Glob...@>=
24029 scaled max_tfm_dimen; /* bound on widths, heights, kerns, etc. */
24030 integer tfm_changed; /* the number of data entries that were out of bounds */
24031
24032 @ If the user has not specified any of the first four header bytes,
24033 the |fix_check_sum| procedure replaces them by a ``check sum'' computed
24034 from the |tfm_width| data relative to the design size.
24035 @^check sum@>
24036
24037 @c void mp_fix_check_sum (MP mp) {
24038   eight_bits k; /* runs through character codes */
24039   eight_bits B1,B2,B3,B4; /* bytes of the check sum */
24040   integer x;  /* hash value used in check sum computation */
24041   if ( mp->header_byte[0]==0 && mp->header_byte[1]==0 &&
24042        mp->header_byte[2]==0 && mp->header_byte[3]==0 ) {
24043     @<Compute a check sum in |(b1,b2,b3,b4)|@>;
24044     mp->header_byte[0]=B1; mp->header_byte[1]=B2;
24045     mp->header_byte[2]=B3; mp->header_byte[3]=B4; 
24046     return;
24047   }
24048 }
24049
24050 @ @<Compute a check sum in |(b1,b2,b3,b4)|@>=
24051 B1=mp->bc; B2=mp->ec; B3=mp->bc; B4=mp->ec; mp->tfm_changed=0;
24052 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) { 
24053   if ( mp->char_exists[k] ) {
24054     x=mp_dimen_out(mp, value(mp->tfm_width[k]))+(k+4)*020000000; /* this is positive */
24055     B1=(B1+B1+x) % 255;
24056     B2=(B2+B2+x) % 253;
24057     B3=(B3+B3+x) % 251;
24058     B4=(B4+B4+x) % 247;
24059   }
24060 }
24061
24062 @ Finally we're ready to actually write the \.{TFM} information.
24063 Here are some utility routines for this purpose.
24064
24065 @d tfm_out(A) fputc((A),mp->tfm_file) /* output one byte to |tfm_file| */
24066
24067 @c void mp_tfm_two (MP mp,integer x) { /* output two bytes to |tfm_file| */
24068   tfm_out(x / 256); tfm_out(x % 256);
24069 }
24070 void mp_tfm_four (MP mp,integer x) { /* output four bytes to |tfm_file| */
24071   if ( x>=0 ) tfm_out(x / three_bytes);
24072   else { 
24073     x=x+010000000000; /* use two's complement for negative values */
24074     x=x+010000000000;
24075     tfm_out((x / three_bytes) + 128);
24076   };
24077   x=x % three_bytes; tfm_out(x / unity);
24078   x=x % unity; tfm_out(x / 0400);
24079   tfm_out(x % 0400);
24080 }
24081 void mp_tfm_qqqq (MP mp,four_quarters x) { /* output four quarterwords to |tfm_file| */
24082   tfm_out(qo(x.b0)); tfm_out(qo(x.b1)); 
24083   tfm_out(qo(x.b2)); tfm_out(qo(x.b3));
24084 }
24085
24086 @ @<Finish the \.{TFM} file@>=
24087 if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
24088 mp_pack_job_name(mp, ".tfm");
24089 while ( ! mp_b_open_out(mp, &mp->tfm_file, mp_filetype_metrics) )
24090   mp_prompt_file_name(mp, "file name for font metrics",".tfm");
24091 mp->metric_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24092 @<Output the subfile sizes and header bytes@>;
24093 @<Output the character information bytes, then
24094   output the dimensions themselves@>;
24095 @<Output the ligature/kern program@>;
24096 @<Output the extensible character recipes and the font metric parameters@>;
24097   if ( mp->internal[mp_tracing_stats]>0 )
24098   @<Log the subfile sizes of the \.{TFM} file@>;
24099 mp_print_nl(mp, "Font metrics written on "); 
24100 mp_print(mp, mp->metric_file_name); mp_print_char(mp, '.');
24101 @.Font metrics written...@>
24102 fclose(mp->tfm_file)
24103
24104 @ Integer variables |lh|, |k|, and |lk_offset| will be defined when we use
24105 this code.
24106
24107 @<Output the subfile sizes and header bytes@>=
24108 k=mp->header_last;
24109 LH=(k+3) / 4; /* this is the number of header words */
24110 if ( mp->bc>mp->ec ) mp->bc=1; /* if there are no characters, |ec=0| and |bc=1| */
24111 @<Compute the ligature/kern program offset and implant the
24112   left boundary label@>;
24113 mp_tfm_two(mp,6+LH+(mp->ec-mp->bc+1)+mp->nw+mp->nh+mp->nd+mp->ni+mp->nl
24114      +lk_offset+mp->nk+mp->ne+mp->np);
24115   /* this is the total number of file words that will be output */
24116 mp_tfm_two(mp, LH); mp_tfm_two(mp, mp->bc); mp_tfm_two(mp, mp->ec); 
24117 mp_tfm_two(mp, mp->nw); mp_tfm_two(mp, mp->nh);
24118 mp_tfm_two(mp, mp->nd); mp_tfm_two(mp, mp->ni); mp_tfm_two(mp, mp->nl+lk_offset); 
24119 mp_tfm_two(mp, mp->nk); mp_tfm_two(mp, mp->ne);
24120 mp_tfm_two(mp, mp->np);
24121 for (k=0;k< 4*LH;k++)   { 
24122   tfm_out(mp->header_byte[k]);
24123 }
24124
24125 @ @<Output the character information bytes...@>=
24126 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
24127   if ( ! mp->char_exists[k] ) {
24128     mp_tfm_four(mp, 0);
24129   } else { 
24130     tfm_out(info(mp->tfm_width[k])); /* the width index */
24131     tfm_out((info(mp->tfm_height[k]))*16+info(mp->tfm_depth[k]));
24132     tfm_out((info(mp->tfm_ital_corr[k]))*4+mp->char_tag[k]);
24133     tfm_out(mp->char_remainder[k]);
24134   };
24135 }
24136 mp->tfm_changed=0;
24137 for (k=1;k<=4;k++) { 
24138   mp_tfm_four(mp, 0); p=mp->dimen_head[k];
24139   while ( p!=inf_val ) {
24140     mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, value(p))); p=link(p);
24141   }
24142 }
24143
24144
24145 @ We need to output special instructions at the beginning of the
24146 |lig_kern| array in order to specify the right boundary character
24147 and/or to handle starting addresses that exceed 255. The |label_loc|
24148 and |label_char| arrays have been set up to record all the
24149 starting addresses; we have $-1=|label_loc|[0]<|label_loc|[1]\le\cdots
24150 \le|label_loc|[|label_ptr]|$.
24151
24152 @<Compute the ligature/kern program offset...@>=
24153 mp->bchar=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_boundary_char]);
24154 if ((mp->bchar<0)||(mp->bchar>255))
24155   { mp->bchar=-1; mp->lk_started=false; lk_offset=0; }
24156 else { mp->lk_started=true; lk_offset=1; };
24157 @<Find the minimum |lk_offset| and adjust all remainders@>;
24158 if ( mp->bch_label<undefined_label )
24159   { skip_byte(mp->nl)=qi(255); next_char(mp->nl)=qi(0);
24160   op_byte(mp->nl)=qi(((mp->bch_label+lk_offset)/ 256));
24161   rem_byte(mp->nl)=qi(((mp->bch_label+lk_offset)% 256));
24162   incr(mp->nl); /* possibly |nl=lig_table_size+1| */
24163   }
24164
24165 @ @<Find the minimum |lk_offset|...@>=
24166 k=mp->label_ptr; /* pointer to the largest unallocated label */
24167 if ( mp->label_loc[k]+lk_offset>255 ) {
24168   lk_offset=0; mp->lk_started=false; /* location 0 can do double duty */
24169   do {  
24170     mp->char_remainder[mp->label_char[k]]=lk_offset;
24171     while ( mp->label_loc[k-1]==mp->label_loc[k] ) {
24172        decr(k); mp->char_remainder[mp->label_char[k]]=lk_offset;
24173     }
24174     incr(lk_offset); decr(k);
24175   } while (! (lk_offset+mp->label_loc[k]<256));
24176     /* N.B.: |lk_offset=256| satisfies this when |k=0| */
24177 };
24178 if ( lk_offset>0 ) {
24179   while ( k>0 ) {
24180     mp->char_remainder[mp->label_char[k]]
24181      =mp->char_remainder[mp->label_char[k]]+lk_offset;
24182     decr(k);
24183   }
24184 }
24185
24186 @ @<Output the ligature/kern program@>=
24187 for (k=0;k<= 255;k++ ) {
24188   if ( mp->skip_table[k]<undefined_label ) {
24189      mp_print_nl(mp, "(local label "); mp_print_int(mp, k); mp_print(mp, ":: was missing)");
24190 @.local label l:: was missing@>
24191     cancel_skips(mp->skip_table[k]);
24192   }
24193 }
24194 if ( mp->lk_started ) { /* |lk_offset=1| for the special |bchar| */
24195   tfm_out(255); tfm_out(mp->bchar); mp_tfm_two(mp, 0);
24196 } else {
24197   for (k=1;k<=lk_offset;k++) {/* output the redirection specs */
24198     mp->ll=mp->label_loc[mp->label_ptr];
24199     if ( mp->bchar<0 ) { tfm_out(254); tfm_out(0);   }
24200     else { tfm_out(255); tfm_out(mp->bchar);   };
24201     mp_tfm_two(mp, mp->ll+lk_offset);
24202     do {  
24203       decr(mp->label_ptr);
24204     } while (! (mp->label_loc[mp->label_ptr]<mp->ll));
24205   }
24206 }
24207 for (k=0;k<=mp->nl-1;k++) mp_tfm_qqqq(mp, mp->lig_kern[k]);
24208 for (k=0;k<=mp->nk-1;k++) mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, mp->kern[k]))
24209
24210 @ @<Output the extensible character recipes...@>=
24211 for (k=0;k<=mp->ne-1;k++) 
24212   mp_tfm_qqqq(mp, mp->exten[k]);
24213 for (k=1;k<=mp->np;k++) {
24214   if ( k==1 ) {
24215     if ( abs(mp->param[1])<fraction_half ) {
24216       mp_tfm_four(mp, mp->param[1]*16);
24217     } else  { 
24218       incr(mp->tfm_changed);
24219       if ( mp->param[1]>0 ) mp_tfm_four(mp, el_gordo);
24220       else mp_tfm_four(mp, -el_gordo);
24221     }
24222   } else {
24223     mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, mp->param[k]));
24224   }
24225 }
24226 if ( mp->tfm_changed>0 )  { 
24227   if ( mp->tfm_changed==1 ) mp_print_nl(mp, "(a font metric dimension");
24228 @.a font metric dimension...@>
24229   else  { 
24230     mp_print_nl(mp, "("); mp_print_int(mp, mp->tfm_changed);
24231 @.font metric dimensions...@>
24232     mp_print(mp, " font metric dimensions");
24233   }
24234   mp_print(mp, " had to be decreased)");
24235 }
24236
24237 @ @<Log the subfile sizes of the \.{TFM} file@>=
24238
24239   char s[200];
24240   wlog_ln(" ");
24241   if ( mp->bch_label<undefined_label ) decr(mp->nl);
24242   snprintf(s,128,"(You used %iw,%ih,%id,%ii,%il,%ik,%ie,%ip metric file positions)",
24243                  mp->nw, mp->nh, mp->nd, mp->ni, mp->nl, mp->nk, mp->ne,mp->np);
24244   wlog_ln(s);
24245 }
24246
24247 @* \[43] Reading font metric data.
24248
24249 \MP\ isn't a typesetting program but it does need to find the bounding box
24250 of a sequence of typeset characters.  Thus it needs to read \.{TFM} files as
24251 well as write them.
24252
24253 @<Glob...@>=
24254 FILE * tfm_infile;
24255
24256 @ All the width, height, and depth information is stored in an array called
24257 |font_info|.  This array is allocated sequentially and each font is stored
24258 as a series of |char_info| words followed by the width, height, and depth
24259 tables.  Since |font_name| entries are permanent, their |str_ref| values are
24260 set to |max_str_ref|.
24261
24262 @<Types...@>=
24263 typedef unsigned int font_number; /* |0..font_max| */
24264
24265 @ The |font_info| array is indexed via a group directory arrays.
24266 For example, the |char_info| data for character~|c| in font~|f| will be
24267 in |font_info[char_base[f]+c].qqqq|.
24268
24269 @<Glob...@>=
24270 font_number font_max; /* maximum font number for included text fonts */
24271 size_t      font_mem_size; /* number of words for \.{TFM} information for text fonts */
24272 memory_word *font_info; /* height, width, and depth data */
24273 char        **font_enc_name; /* encoding names, if any */
24274 boolean     *font_ps_name_fixed; /* are the postscript names fixed already?  */
24275 int         next_fmem; /* next unused entry in |font_info| */
24276 font_number last_fnum; /* last font number used so far */
24277 scaled      *font_dsize;  /* 16 times the ``design'' size in \ps\ points */
24278 char        **font_name;  /* name as specified in the \&{infont} command */
24279 char        **font_ps_name;  /* PostScript name for use when |internal[mp_prologues]>0| */
24280 font_number last_ps_fnum; /* last valid |font_ps_name| index */
24281 eight_bits  *font_bc;
24282 eight_bits  *font_ec;  /* first and last character code */
24283 int         *char_base;  /* base address for |char_info| */
24284 int         *width_base; /* index for zeroth character width */
24285 int         *height_base; /* index for zeroth character height */
24286 int         *depth_base; /* index for zeroth character depth */
24287 pointer     *font_sizes;
24288
24289 @ @<Allocate or initialize ...@>=
24290 mp->font_mem_size = 10000; 
24291 mp->font_info = xmalloc ((mp->font_mem_size+1),sizeof(memory_word));
24292 memset (mp->font_info,0,sizeof(memory_word)*(mp->font_mem_size+1));
24293 mp->font_enc_name = NULL;
24294 mp->font_ps_name_fixed = NULL;
24295 mp->font_dsize = NULL;
24296 mp->font_name = NULL;
24297 mp->font_ps_name = NULL;
24298 mp->font_bc = NULL;
24299 mp->font_ec = NULL;
24300 mp->last_fnum = null_font;
24301 mp->char_base = NULL;
24302 mp->width_base = NULL;
24303 mp->height_base = NULL;
24304 mp->depth_base = NULL;
24305 mp->font_sizes = null;
24306
24307 @ @<Dealloc variables@>=
24308 xfree(mp->font_info);
24309 xfree(mp->font_enc_name);
24310 xfree(mp->font_ps_name_fixed);
24311 xfree(mp->font_dsize);
24312 xfree(mp->font_name);
24313 xfree(mp->font_ps_name);
24314 xfree(mp->font_bc);
24315 xfree(mp->font_ec);
24316 xfree(mp->char_base);
24317 xfree(mp->width_base);
24318 xfree(mp->height_base);
24319 xfree(mp->depth_base);
24320 xfree(mp->font_sizes);
24321
24322
24323 @c 
24324 void mp_reallocate_fonts (MP mp, font_number l) {
24325   font_number f;
24326   XREALLOC(mp->font_enc_name,      l, char *);
24327   XREALLOC(mp->font_ps_name_fixed, l, boolean);
24328   XREALLOC(mp->font_dsize,         l, scaled);
24329   XREALLOC(mp->font_name,          l, char *);
24330   XREALLOC(mp->font_ps_name,       l, char *);
24331   XREALLOC(mp->font_bc,            l, eight_bits);
24332   XREALLOC(mp->font_ec,            l, eight_bits);
24333   XREALLOC(mp->char_base,          l, int);
24334   XREALLOC(mp->width_base,         l, int);
24335   XREALLOC(mp->height_base,        l, int);
24336   XREALLOC(mp->depth_base,         l, int);
24337   XREALLOC(mp->font_sizes,         l, pointer);
24338   for (f=(mp->last_fnum+1);f<=l;f++) {
24339     mp->font_enc_name[f]=NULL;
24340     mp->font_ps_name_fixed[f] = false;
24341     mp->font_name[f]=NULL;
24342     mp->font_ps_name[f]=NULL;
24343     mp->font_sizes[f]=null;
24344   }
24345   mp->font_max = l;
24346 }
24347
24348 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
24349 void mp_reallocate_fonts (MP mp, font_number l);
24350
24351
24352 @ A |null_font| containing no characters is useful for error recovery.  Its
24353 |font_name| entry starts out empty but is reset each time an erroneous font is
24354 found.  This helps to cut down on the number of duplicate error messages without
24355 wasting a lot of space.
24356
24357 @d null_font 0 /* the |font_number| for an empty font */
24358
24359 @<Set initial...@>=
24360 mp->font_dsize[null_font]=0;
24361 mp->font_bc[null_font]=1;
24362 mp->font_ec[null_font]=0;
24363 mp->char_base[null_font]=0;
24364 mp->width_base[null_font]=0;
24365 mp->height_base[null_font]=0;
24366 mp->depth_base[null_font]=0;
24367 mp->next_fmem=0;
24368 mp->last_fnum=null_font;
24369 mp->last_ps_fnum=null_font;
24370 mp->font_name[null_font]="nullfont";
24371 mp->font_ps_name[null_font]="";
24372
24373 @ Each |char_info| word is of type |four_quarters|.  The |b0| field contains
24374 the |width index|; the |b1| field contains the height
24375 index; the |b2| fields contains the depth index, and the |b3| field used only
24376 for temporary storage. (It is used to keep track of which characters occur in
24377 an edge structure that is being shipped out.)
24378 The corresponding words in the width, height, and depth tables are stored as
24379 |scaled| values in units of \ps\ points.
24380
24381 With the macros below, the |char_info| word for character~|c| in font~|f| is
24382 |char_info(f)(c)| and the width is
24383 $$\hbox{|char_width(f)(char_info(f)(c)).sc|.}$$
24384
24385 @d char_info_end(A) (A)].qqqq
24386 @d char_info(A) mp->font_info[mp->char_base[(A)]+char_info_end
24387 @d char_width_end(A) (A).b0].sc
24388 @d char_width(A) mp->font_info[mp->width_base[(A)]+char_width_end
24389 @d char_height_end(A) (A).b1].sc
24390 @d char_height(A) mp->font_info[mp->height_base[(A)]+char_height_end
24391 @d char_depth_end(A) (A).b2].sc
24392 @d char_depth(A) mp->font_info[mp->depth_base[(A)]+char_depth_end
24393 @d ichar_exists(A) ((A).b0>0)
24394
24395 @ The |font_ps_name| for a built-in font should be what PostScript expects.
24396 A preliminary name is obtained here from the \.{TFM} name as given in the
24397 |fname| argument.  This gets updated later from an external table if necessary.
24398
24399 @<Declare text measuring subroutines@>=
24400 @<Declare subroutines for parsing file names@>;
24401 font_number mp_read_font_info (MP mp, char*fname) {
24402   boolean file_opened; /* has |tfm_infile| been opened? */
24403   font_number n; /* the number to return */
24404   halfword lf,tfm_lh,bc,ec,nw,nh,nd; /* subfile size parameters */
24405   size_t whd_size; /* words needed for heights, widths, and depths */
24406   int i,ii; /* |font_info| indices */
24407   int jj; /* counts bytes to be ignored */
24408   scaled z; /* used to compute the design size */
24409   fraction d;
24410   /* height, width, or depth as a fraction of design size times $2^{-8}$ */
24411   eight_bits h_and_d; /* height and depth indices being unpacked */
24412   int tfbyte; /* a byte read from the file */
24413   n=null_font;
24414   @<Open |tfm_infile| for input@>;
24415   @<Read data from |tfm_infile|; if there is no room, say so and |goto done|;
24416     otherwise |goto bad_tfm| or |goto done| as appropriate@>;
24417 BAD_TFM:
24418   @<Complain that the \.{TFM} file is bad@>;
24419 DONE:
24420   if ( file_opened ) fclose(mp->tfm_infile);
24421   if ( n!=null_font ) { 
24422     mp->font_ps_name[n]=fname;
24423     mp->font_name[n]=fname;
24424   }
24425   return n;
24426 }
24427
24428 @ \MP\ doesn't bother to check the entire \.{TFM} file for errors or explain
24429 precisely what is wrong if it does find a problem.  Programs called \.{TFtoPL}
24430 @.TFtoPL@> @.PLtoTF@>
24431 and \.{PLtoTF} can be used to debug \.{TFM} files.
24432
24433 @<Complain that the \.{TFM} file is bad@>=
24434 print_err("Font ");
24435 mp_print(mp, fname);
24436 if ( file_opened ) mp_print(mp, " not usable: TFM file is bad");
24437 else mp_print(mp, " not usable: TFM file not found");
24438 help3("I wasn't able to read the size data for this font so this")
24439   ("`infont' operation won't produce anything. If the font name")
24440   ("is right, you might ask an expert to make a TFM file");
24441 if ( file_opened )
24442   mp->help_line[0]="is right, try asking an expert to fix the TFM file";
24443 mp_error(mp)
24444
24445 @ @<Read data from |tfm_infile|; if there is no room, say so...@>=
24446 @<Read the \.{TFM} size fields@>;
24447 @<Use the size fields to allocate space in |font_info|@>;
24448 @<Read the \.{TFM} header@>;
24449 @<Read the character data and the width, height, and depth tables and
24450   |goto done|@>
24451
24452 @ A bad \.{TFM} file can be shorter than it claims to be.  The code given here
24453 might try to read past the end of the file if this happens.  Changes will be
24454 needed if it causes a system error to refer to |tfm_infile^| or call
24455 |get_tfm_infile| when |eof(tfm_infile)| is true.  For example, the definition
24456 @^system dependencies@>
24457 of |tfget| could be changed to
24458 ``|begin get(tfm_infile); if eof(tfm_infile) then goto bad_tfm; end|.''
24459
24460 @d tfget {tfbyte = fgetc(mp->tfm_infile); }
24461 @d read_two(A) { (A)=tfbyte;
24462   if ( (A)>127 ) goto BAD_TFM;
24463   tfget; (A)=(A)*0400+tfbyte;
24464   }
24465 @d tf_ignore(A) { for (jj=(A);jj>=1;jj--) tfget; }
24466
24467 @<Read the \.{TFM} size fields@>=
24468 tfget; read_two(lf);
24469 tfget; read_two(tfm_lh);
24470 tfget; read_two(bc);
24471 tfget; read_two(ec);
24472 if ( (bc>1+ec)||(ec>255) ) goto BAD_TFM;
24473 tfget; read_two(nw);
24474 tfget; read_two(nh);
24475 tfget; read_two(nd);
24476 whd_size=(ec+1-bc)+nw+nh+nd;
24477 if ( lf<(int)(6+tfm_lh+whd_size) ) goto BAD_TFM;
24478 tf_ignore(10)
24479
24480 @ Offsets are added to |char_base[n]| and |width_base[n]| so that is not
24481 necessary to apply the |so|  and |qo| macros when looking up the width of a
24482 character in the string pool.  In order to ensure nonnegative |char_base|
24483 values when |bc>0|, it may be necessary to reserve a few unused |font_info|
24484 elements.
24485
24486 @<Use the size fields to allocate space in |font_info|@>=
24487 if ( mp->next_fmem<bc) mp->next_fmem=bc;  /* ensure nonnegative |char_base| */
24488 if (mp->last_fnum==mp->font_max)
24489   mp_reallocate_fonts(mp,(mp->font_max+(mp->font_max>>2)));
24490 while (mp->next_fmem+whd_size>=mp->font_mem_size) {
24491   size_t l = mp->font_mem_size+(mp->font_mem_size>>2);
24492   memory_word *font_info;
24493   font_info = xmalloc ((l+1),sizeof(memory_word));
24494   memset (font_info,0,sizeof(memory_word)*(l+1));
24495   memcpy (font_info,mp->font_info,sizeof(memory_word)*(mp->font_mem_size+1));
24496   xfree(mp->font_info);
24497   mp->font_info = font_info;
24498   mp->font_mem_size = l;
24499 }
24500 incr(mp->last_fnum);
24501 n=mp->last_fnum;
24502 mp->font_bc[n]=bc;
24503 mp->font_ec[n]=ec;
24504 mp->char_base[n]=mp->next_fmem-bc;
24505 mp->width_base[n]=mp->next_fmem+ec-bc+1;
24506 mp->height_base[n]=mp->width_base[n]+nw;
24507 mp->depth_base[n]=mp->height_base[n]+nh;
24508 mp->next_fmem=mp->next_fmem+whd_size;
24509
24510
24511 @ @<Read the \.{TFM} header@>=
24512 if ( tfm_lh<2 ) goto BAD_TFM;
24513 tf_ignore(4);
24514 tfget; read_two(z);
24515 tfget; z=z*0400+tfbyte;
24516 tfget; z=z*0400+tfbyte; /* now |z| is 16 times the design size */
24517 mp->font_dsize[n]=mp_take_fraction(mp, z,267432584);
24518   /* times ${72\over72.27}2^{28}$ to convert from \TeX\ points */
24519 tf_ignore(4*(tfm_lh-2))
24520
24521 @ @<Read the character data and the width, height, and depth tables...@>=
24522 ii=mp->width_base[n];
24523 i=mp->char_base[n]+bc;
24524 while ( i<ii ) { 
24525   tfget; mp->font_info[i].qqqq.b0=qi(tfbyte);
24526   tfget; h_and_d=tfbyte;
24527   mp->font_info[i].qqqq.b1=h_and_d / 16;
24528   mp->font_info[i].qqqq.b2=h_and_d % 16;
24529   tfget; tfget;
24530   incr(i);
24531 }
24532 while ( i<mp->next_fmem ) {
24533   @<Read a four byte dimension, scale it by the design size, store it in
24534     |font_info[i]|, and increment |i|@>;
24535 }
24536 if (feof(mp->tfm_infile) ) goto BAD_TFM;
24537 goto DONE
24538
24539 @ The raw dimension read into |d| should have magnitude at most $2^{24}$ when
24540 interpreted as an integer, and this includes a scale factor of $2^{20}$.  Thus
24541 we can multiply it by sixteen and think of it as a |fraction| that has been
24542 divided by sixteen.  This cancels the extra scale factor contained in
24543 |font_dsize[n|.
24544
24545 @<Read a four byte dimension, scale it by the design size, store it in...@>=
24546
24547 tfget; d=tfbyte;
24548 if ( d>=0200 ) d=d-0400;
24549 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24550 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24551 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24552 mp->font_info[i].sc=mp_take_fraction(mp, d*16,mp->font_dsize[n]);
24553 incr(i);
24554 }
24555
24556 @ This function does no longer use the file name parser, because |fname| is
24557 a C string already.
24558 @<Open |tfm_infile| for input@>=
24559 file_opened=false;
24560 mp_ptr_scan_file(mp, fname);
24561 if ( strlen(mp->cur_area)==0 ) { xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(MP_font_area);}
24562 if ( strlen(mp->cur_ext)==0 )  { xfree(mp->cur_ext); mp->cur_ext=xstrdup(".tfm"); }
24563 pack_cur_name;
24564 mp->tfm_infile = mp_open_file(mp, mp->name_of_file, "rb",mp_filetype_metrics);
24565 if ( !mp->tfm_infile  ) goto BAD_TFM;
24566 file_opened=true
24567
24568 @ When we have a font name and we don't know whether it has been loaded yet,
24569 we scan the |font_name| array before calling |read_font_info|.
24570
24571 @<Declare text measuring subroutines@>=
24572 font_number mp_find_font (MP mp, char *f) {
24573   font_number n;
24574   for (n=0;n<=mp->last_fnum;n++) {
24575     if (mp_xstrcmp(f,mp->font_name[n])==0 )
24576       return n;
24577   }
24578   return mp_read_font_info(mp, f);
24579 }
24580
24581 @ One simple application of |find_font| is the implementation of the |font_size|
24582 operator that gets the design size for a given font name.
24583
24584 @<Find the design size of the font whose name is |cur_exp|@>=
24585 mp_flush_cur_exp(mp, (mp->font_dsize[mp_find_font(mp, str(mp->cur_exp))]+8) / 16)
24586
24587 @ If we discover that the font doesn't have a requested character, we omit it
24588 from the bounding box computation and expect the \ps\ interpreter to drop it.
24589 This routine issues a warning message if the user has asked for it.
24590
24591 @<Declare text measuring subroutines@>=
24592 void mp_lost_warning (MP mp,font_number f, pool_pointer k) { 
24593   if ( mp->internal[mp_tracing_lost_chars]>0 ) { 
24594     mp_begin_diagnostic(mp);
24595     if ( mp->selector==log_only ) incr(mp->selector);
24596     mp_print_nl(mp, "Missing character: There is no ");
24597 @.Missing character@>
24598     mp_print_str(mp, mp->str_pool[k]); 
24599     mp_print(mp, " in font ");
24600     mp_print(mp, mp->font_name[f]); mp_print_char(mp, '!'); 
24601     mp_end_diagnostic(mp, false);
24602   }
24603 }
24604
24605 @ The whole purpose of saving the height, width, and depth information is to be
24606 able to find the bounding box of an item of text in an edge structure.  The
24607 |set_text_box| procedure takes a text node and adds this information.
24608
24609 @<Declare text measuring subroutines@>=
24610 void mp_set_text_box (MP mp,pointer p) {
24611   font_number f; /* |font_n(p)| */
24612   ASCII_code bc,ec; /* range of valid characters for font |f| */
24613   pool_pointer k,kk; /* current character and character to stop at */
24614   four_quarters cc; /* the |char_info| for the current character */
24615   scaled h,d; /* dimensions of the current character */
24616   width_val(p)=0;
24617   height_val(p)=-el_gordo;
24618   depth_val(p)=-el_gordo;
24619   f=font_n(p);
24620   bc=mp->font_bc[f];
24621   ec=mp->font_ec[f];
24622   kk=str_stop(text_p(p));
24623   k=mp->str_start[text_p(p)];
24624   while ( k<kk ) {
24625     @<Adjust |p|'s bounding box to contain |str_pool[k]|; advance |k|@>;
24626   }
24627   @<Set the height and depth to zero if the bounding box is empty@>;
24628 }
24629
24630 @ @<Adjust |p|'s bounding box to contain |str_pool[k]|; advance |k|@>=
24631
24632   if ( (mp->str_pool[k]<bc)||(mp->str_pool[k]>ec) ) {
24633     mp_lost_warning(mp, f,k);
24634   } else { 
24635     cc=char_info(f)(mp->str_pool[k]);
24636     if ( ! ichar_exists(cc) ) {
24637       mp_lost_warning(mp, f,k);
24638     } else { 
24639       width_val(p)=width_val(p)+char_width(f)(cc);
24640       h=char_height(f)(cc);
24641       d=char_depth(f)(cc);
24642       if ( h>height_val(p) ) height_val(p)=h;
24643       if ( d>depth_val(p) ) depth_val(p)=d;
24644     }
24645   }
24646   incr(k);
24647 }
24648
24649 @ Let's hope modern compilers do comparisons correctly when the difference would
24650 overflow.
24651
24652 @<Set the height and depth to zero if the bounding box is empty@>=
24653 if ( height_val(p)<-depth_val(p) ) { 
24654   height_val(p)=0;
24655   depth_val(p)=0;
24656 }
24657
24658 @ The new primitives fontmapfile and fontmapline.
24659
24660 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
24661 void mp_do_mapfile (MP mp) ;
24662 void mp_do_mapline (MP mp) ;
24663
24664 @ @c void mp_do_mapfile (MP mp) { 
24665   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
24666   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
24667     @<Complain about improper map operation@>;
24668   } else {
24669     mp_map_file(mp,mp->cur_exp);
24670   }
24671 }
24672 void mp_do_mapline (MP mp) { 
24673   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
24674   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
24675      @<Complain about improper map operation@>;
24676   } else { 
24677      mp_map_line(mp,mp->cur_exp);
24678   }
24679 }
24680
24681 @ @<Complain about improper map operation@>=
24682
24683   exp_err("Unsuitable expression");
24684   help1("Only known strings can be map files or map lines.");
24685   mp_put_get_error(mp);
24686 }
24687
24688 @ This is temporary.
24689
24690 @d ps_room(A) mp_ps_room(mp,A)
24691
24692 @ To print |scaled| value to PDF output we need some subroutines to ensure
24693 accurary.
24694
24695 @d max_integer   0x7FFFFFFF /* $2^{31}-1$ */
24696
24697 @<Glob...@>=
24698 scaled one_bp; /* scaled value corresponds to 1bp */
24699 scaled one_hundred_bp; /* scaled value corresponds to 100bp */
24700 scaled one_hundred_inch; /* scaled value corresponds to 100in */
24701 integer ten_pow[10]; /* $10^0..10^9$ */
24702 integer scaled_out; /* amount of |scaled| that was taken out in |divide_scaled| */
24703
24704 @ @<Set init...@>=
24705 mp->one_bp = 65782; /* 65781.76 */
24706 mp->one_hundred_bp = 6578176;
24707 mp->one_hundred_inch = 473628672;
24708 mp->ten_pow[0] = 1;
24709 for (i = 1;i<= 9; i++ ) {
24710   mp->ten_pow[i] = 10*mp->ten_pow[i - 1];
24711 }
24712
24713 @ The following function divides |s| by |m|. |dd| is number of decimal digits.
24714
24715 @c scaled mp_divide_scaled (MP mp,scaled s, scaled m, integer  dd) {
24716   scaled q,r;
24717   integer sign,i;
24718   sign = 1;
24719   if ( s < 0 ) { sign = -sign; s = -s; }
24720   if ( m < 0 ) { sign = -sign; m = -m; }
24721   if ( m == 0 )
24722     mp_confusion(mp, "arithmetic: divided by zero");
24723   else if ( m >= (max_integer / 10) )
24724     mp_confusion(mp, "arithmetic: number too big");
24725   q = s / m;
24726   r = s % m;
24727   for (i = 1;i<=dd;i++) {
24728     q = 10*q + (10*r) / m;
24729     r = (10*r) % m;
24730   }
24731   if ( 2*r >= m ) { incr(q); r = r - m; }
24732   mp->scaled_out = sign*(s - (r / mp->ten_pow[dd]));
24733   return (sign*q);
24734 }
24735
24736 @* \[44] Shipping pictures out.
24737 The |ship_out| procedure, to be described below, is given a pointer to
24738 an edge structure. Its mission is to output a file containing the \ps\
24739 description of an edge structure.
24740
24741 @ Each time an edge structure is shipped out we write a new \ps\ output
24742 file named according to the current \&{charcode}.
24743 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24744
24745 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24746 void mp_open_output_file (MP mp) ;
24747
24748 @ @c void mp_open_output_file (MP mp) {
24749   integer c; /* \&{charcode} rounded to the nearest integer */
24750   int old_setting; /* previous |selector| setting */
24751   pool_pointer i; /*  indexes into |filename_template|  */
24752   integer cc; /* a temporary integer for template building  */
24753   integer f,g=0; /* field widths */
24754   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
24755   c=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_char_code]);
24756   if ( mp->filename_template==0 ) {
24757     char *s; /* a file extension derived from |c| */
24758     if ( c<0 ) 
24759       s=xstrdup(".ps");
24760     else 
24761       @<Use |c| to compute the file extension |s|@>;
24762     mp_pack_job_name(mp, s);
24763     xfree(s);
24764     while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->ps_file, mp_filetype_postscript) )
24765       mp_prompt_file_name(mp, "file name for output",s);
24766   } else { /* initializations */
24767     str_number s, n; /* a file extension derived from |c| */
24768     old_setting=mp->selector; 
24769     mp->selector=new_string;
24770     f = 0;
24771     i = mp->str_start[mp->filename_template];
24772     n = rts(""); /* initialize */
24773     while ( i<str_stop(mp->filename_template) ) {
24774        if ( mp->str_pool[i]=='%' ) {
24775       CONTINUE:
24776         incr(i);
24777         if ( i<str_stop(mp->filename_template) ) {
24778           if ( mp->str_pool[i]=='j' ) {
24779             mp_print(mp, mp->job_name);
24780           } else if ( mp->str_pool[i]=='d' ) {
24781              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day]);
24782              print_with_leading_zeroes(cc);
24783           } else if ( mp->str_pool[i]=='m' ) {
24784              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]);
24785              print_with_leading_zeroes(cc);
24786           } else if ( mp->str_pool[i]=='y' ) {
24787              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year]);
24788              print_with_leading_zeroes(cc);
24789           } else if ( mp->str_pool[i]=='H' ) {
24790              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]) / 60;
24791              print_with_leading_zeroes(cc);
24792           }  else if ( mp->str_pool[i]=='M' ) {
24793              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]) % 60;
24794              print_with_leading_zeroes(cc);
24795           } else if ( mp->str_pool[i]=='c' ) {
24796             if ( c<0 ) mp_print(mp, "ps");
24797             else print_with_leading_zeroes(c);
24798           } else if ( (mp->str_pool[i]>='0') && 
24799                       (mp->str_pool[i]<='9') ) {
24800             if ( (f<10)  )
24801               f = (f*10) + mp->str_pool[i]-'0';
24802             goto CONTINUE;
24803           } else {
24804             mp_print_str(mp, mp->str_pool[i]);
24805           }
24806         }
24807       } else {
24808         if ( mp->str_pool[i]=='.' )
24809           if (length(n)==0)
24810             n = mp_make_string(mp);
24811         mp_print_str(mp, mp->str_pool[i]);
24812       };
24813       incr(i);
24814     };
24815     s = mp_make_string(mp);
24816     mp->selector= old_setting;
24817     if (length(n)==0) {
24818        n=s;
24819        s=rts("");
24820     };
24821     mp_pack_file_name(mp, str(n),"",str(s));
24822     while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->ps_file, mp_filetype_postscript) )
24823       mp_prompt_file_name(mp, "file name for output",str(s));
24824     delete_str_ref(n);
24825     delete_str_ref(s);
24826   }
24827   @<Store the true output file name if appropriate@>;
24828   @<Begin the progress report for the output of picture~|c|@>;
24829 }
24830
24831 @ The file extension created here could be up to five characters long in
24832 extreme cases so it may have to be shortened on some systems.
24833 @^system dependencies@>
24834
24835 @<Use |c| to compute the file extension |s|@>=
24836
24837   s = xmalloc(7,1);
24838   snprintf(s,7,".%i",(int)c);
24839 }
24840
24841 @ The user won't want to see all the output file names so we only save the
24842 first and last ones and a count of how many there were.  For this purpose
24843 files are ordered primarily by \&{charcode} and secondarily by order of
24844 creation.
24845 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24846
24847 @<Store the true output file name if appropriate@>=
24848 if ((c<mp->first_output_code)&&(mp->first_output_code>=0)) {
24849   mp->first_output_code=c;
24850   xfree(mp->first_file_name);
24851   mp->first_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24852 }
24853 if ( c>=mp->last_output_code ) {
24854   mp->last_output_code=c;
24855   xfree(mp->last_file_name);
24856   mp->last_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24857 }
24858
24859 @ @<Glob...@>=
24860 char * first_file_name;
24861 char * last_file_name; /* full file names */
24862 integer first_output_code;integer last_output_code; /* rounded \&{charcode} values */
24863 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24864 integer total_shipped; /* total number of |ship_out| operations completed */
24865
24866 @ @<Set init...@>=
24867 mp->first_file_name=xstrdup("");
24868 mp->last_file_name=xstrdup("");
24869 mp->first_output_code=32768;
24870 mp->last_output_code=-32768;
24871 mp->total_shipped=0;
24872
24873 @ @<Dealloc variables@>=
24874 xfree(mp->first_file_name);
24875 xfree(mp->last_file_name);
24876
24877 @ @<Begin the progress report for the output of picture~|c|@>=
24878 if ( (int)mp->term_offset>mp->max_print_line-6 ) mp_print_ln(mp);
24879 else if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_char(mp, ' ');
24880 mp_print_char(mp, '[');
24881 if ( c>=0 ) mp_print_int(mp, c)
24882
24883 @ @<End progress report@>=
24884 mp_print_char(mp, ']');
24885 update_terminal;
24886 incr(mp->total_shipped)
24887
24888 @ @<Explain what output files were written@>=
24889 if ( mp->total_shipped>0 ) { 
24890   mp_print_nl(mp, "");
24891   mp_print_int(mp, mp->total_shipped);
24892   mp_print(mp, " output file");
24893   if ( mp->total_shipped>1 ) mp_print_char(mp, 's');
24894   mp_print(mp, " written: ");
24895   mp_print(mp, mp->first_file_name);
24896   if ( mp->total_shipped>1 ) {
24897     if ( 31+strlen(mp->first_file_name)+
24898          strlen(mp->last_file_name)> (unsigned)mp->max_print_line) 
24899       mp_print_ln(mp);
24900     mp_print(mp, " .. ");
24901     mp_print(mp, mp->last_file_name);
24902   }
24903 }
24904
24905
24906 @ The most important output procedure is the one that gives the \ps\ version of
24907 a \MP\ path.
24908
24909 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24910 void mp_ps_path_out (MP mp,pointer h) {
24911   pointer p,q; /* for scanning the path */
24912   scaled d; /* a temporary value */
24913   boolean curved; /* |true| unless the cubic is almost straight */
24914   ps_room(40);
24915   if ( mp->need_newpath ) 
24916     mp_ps_print_cmd(mp, "newpath ","n ");
24917   mp->need_newpath=true;
24918   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(h),y_coord(h));
24919   mp_ps_print_cmd(mp, "moveto","m");
24920   p=h;
24921   do {  
24922     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) { 
24923       if ( p==h ) mp_ps_print_cmd(mp, " 0 0 rlineto"," 0 0 r");
24924       return;
24925     }
24926     q=link(p);
24927     @<Start a new line and print the \ps\ commands for the curve from
24928       |p| to~|q|@>;
24929     p=q;
24930   } while (p!=h);
24931   mp_ps_print_cmd(mp, " closepath"," p");
24932 }
24933
24934 @ @<Glob...@>=
24935 boolean need_newpath;
24936   /* will |ps_path_out| need to issue a \&{newpath} command next time */
24937 @:newpath_}{\&{newpath} command@>
24938
24939 @ @<Start a new line and print the \ps\ commands for the curve from...@>=
24940 curved=true;
24941 @<Set |curved:=false| if the cubic from |p| to |q| is almost straight@>;
24942 mp_print_ln(mp);
24943 if ( curved ){ 
24944   mp_ps_pair_out(mp, right_x(p),right_y(p));
24945   mp_ps_pair_out(mp, left_x(q),left_y(q));
24946   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(q),y_coord(q));
24947   mp_ps_print_cmd(mp, "curveto","c");
24948 } else if ( q!=h ){ 
24949   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(q),y_coord(q));
24950   mp_ps_print_cmd(mp, "lineto","l");
24951 }
24952
24953 @ Two types of straight lines come up often in \MP\ paths:
24954 cubics with zero initial and final velocity as created by |make_path| or
24955 |make_envelope|, and cubics with control points uniformly spaced on a line
24956 as created by |make_choices|.
24957
24958 @d bend_tolerance 131 /* allow rounding error of $2\cdot10^{-3}$ */
24959
24960 @<Set |curved:=false| if the cubic from |p| to |q| is almost straight@>=
24961 if ( right_x(p)==x_coord(p) )
24962   if ( right_y(p)==y_coord(p) )
24963     if ( left_x(q)==x_coord(q) )
24964       if ( left_y(q)==y_coord(q) ) curved=false;
24965 d=left_x(q)-right_x(p);
24966 if ( abs(right_x(p)-x_coord(p)-d)<=bend_tolerance )
24967   if ( abs(x_coord(q)-left_x(q)-d)<=bend_tolerance )
24968     { d=left_y(q)-right_y(p);
24969     if ( abs(right_y(p)-y_coord(p)-d)<=bend_tolerance )
24970       if ( abs(y_coord(q)-left_y(q)-d)<=bend_tolerance ) curved=false;
24971     }
24972
24973 @ We need to keep track of several parameters from the \ps\ graphics state.
24974 @^graphics state@>
24975 This allows us to be sure that \ps\ has the correct values when they are
24976 needed without wasting time and space setting them unnecessarily.
24977
24978 @d gs_node_size 10
24979 @d gs_red        mp->mem[mp->gs_state+1].sc
24980 @d gs_green      mp->mem[mp->gs_state+2].sc
24981 @d gs_blue       mp->mem[mp->gs_state+3].sc
24982 @d gs_black      mp->mem[mp->gs_state+4].sc
24983    /* color from the last \&{setcmykcolor} or \&{setrgbcolor} or \&{setgray} command */
24984 @d gs_colormodel mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b0
24985    /* the current colormodel */
24986 @d gs_ljoin      mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b1
24987 @d gs_lcap       mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b2
24988    /* values from the last \&{setlinejoin} and \&{setlinecap} commands */
24989 @d gs_adj_wx     mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b3
24990    /* what resolution-dependent adjustment applies to the width */
24991 @d gs_miterlim   mp->mem[mp->gs_state+6].sc
24992    /* the value from the last \&{setmiterlimit} command */
24993 @d gs_dash_p     mp->mem[mp->gs_state+7].hh.lh
24994    /* edge structure for last \&{setdash} command */
24995 @d gs_previous   mp->mem[mp->gs_state+7].hh.rh
24996    /* backlink to the previous |gs_state| structure */
24997 @d gs_dash_sc    mp->mem[mp->gs_state+8].sc
24998    /* scale factor used with |gs_dash_p| */
24999 @d gs_width      mp->mem[mp->gs_state+9].sc
25000    /* width setting or $-1$ if no \&{setlinewidth} command so far */
25001
25002 @<Glob...@>=
25003 pointer gs_state;
25004
25005 @ @<Set init...@>=
25006 mp->gs_state=null;
25007
25008 @ To avoid making undue assumptions about the initial graphics state, these
25009 parameters are given special values that are guaranteed not to match anything
25010 in the edge structure being shipped out.  On the other hand, the initial color
25011 should be black so that the translation of an all-black picture will have no
25012 \&{setcolor} commands.  (These would be undesirable in a font application.)
25013 Hence we use |c=0| when initializing the graphics state and we use |c<0|
25014 to recover from a situation where we have lost track of the graphics state.
25015
25016 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25017 void mp_unknown_graphics_state (MP mp,scaled c) ;
25018
25019 @ @c void mp_unknown_graphics_state (MP mp,scaled c) {
25020   pointer p; /* to shift graphic states around */
25021   quarterword k; /* a loop index for copying the |gs_state| */
25022   if ( (c==0)||(c==-1) ) {
25023     if ( mp->gs_state==null ) {
25024       mp->gs_state = mp_get_node(mp, gs_node_size);
25025       gs_previous=null;
25026     } else {
25027       while ( gs_previous!=null ) {
25028         p = gs_previous;
25029         mp_free_node(mp, mp->gs_state,gs_node_size);
25030         mp->gs_state=p;
25031       }
25032     }
25033     gs_red=c; gs_green=c; gs_blue=c; gs_black=c;
25034     gs_colormodel=mp_uninitialized_model;
25035     gs_ljoin=3;
25036     gs_lcap=3;
25037     gs_miterlim=0;
25038     gs_dash_p=mp_void;
25039     gs_dash_sc=0;
25040     gs_width=-1;
25041   } else if ( c==1 ) {
25042     p= mp->gs_state;
25043     mp->gs_state = mp_get_node(mp, gs_node_size);
25044     for (k=1;k<=gs_node_size-1;k++)
25045       mp->mem[mp->gs_state+k]=mp->mem[p+k];
25046     gs_previous = p;
25047   } else if ( c==2 ) {
25048     p = gs_previous;
25049     mp_free_node(mp, mp->gs_state,gs_node_size);
25050     mp->gs_state=p;
25051   }
25052 }
25053
25054 @ When it is time to output a graphical object, |fix_graphics_state| ensures
25055 that \ps's idea of the graphics state agrees with what is stored in the object.
25056
25057 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25058 @<Declare subroutines needed by |fix_graphics_state|@>;
25059 void mp_fix_graphics_state (MP mp, pointer p) ;
25060
25061 @ @c 
25062 void mp_fix_graphics_state (MP mp, pointer p) {
25063   /* get ready to output graphical object |p| */
25064   pointer hh,pp; /* for list manipulation */
25065   scaled wx,wy,ww; /* dimensions of pen bounding box */
25066   boolean adj_wx; /* whether pixel rounding should be based on |wx| or |wy| */
25067   integer tx,ty; /* temporaries for computing |adj_wx| */
25068   scaled scf; /* a scale factor for the dash pattern */
25069   if ( has_color(p) )
25070     @<Make sure \ps\ will use the right color for object~|p|@>;
25071   if ( (type(p)==mp_fill_code)||(type(p)==mp_stroked_code) )
25072     if ( pen_p(p)!=null )
25073       if ( pen_is_elliptical(pen_p(p)) ) {
25074         @<Generate \ps\ code that sets the stroke width to the
25075           appropriate rounded value@>;
25076         @<Make sure \ps\ will use the right dash pattern for |dash_p(p)|@>;
25077         @<Decide whether the line cap parameter matters and set it if necessary@>;
25078         @<Set the other numeric parameters as needed for object~|p|@>;
25079       }
25080   if ( mp->ps_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
25081 }
25082
25083 @ @<Decide whether the line cap parameter matters and set it if necessary@>=
25084 if ( type(p)==mp_stroked_code )
25085   if ( (left_type(path_p(p))==mp_endpoint)||(dash_p(p)!=null) )
25086     if ( gs_lcap!=lcap_val(p) ) {
25087       ps_room(13);
25088       mp_print_char(mp, ' ');
25089       mp_print_char(mp, '0'+lcap_val(p)); 
25090       mp_ps_print_cmd(mp, " setlinecap"," lc");
25091       gs_lcap=lcap_val(p);
25092     }
25093
25094 @ @<Set the other numeric parameters as needed for object~|p|@>=
25095 if ( gs_ljoin!=ljoin_val(p) ) {
25096   ps_room(14);
25097   mp_print_char(mp, ' ');
25098   mp_print_char(mp, '0'+ljoin_val(p)); mp_ps_print_cmd(mp, " setlinejoin"," lj");
25099   gs_ljoin=ljoin_val(p);
25100 }
25101 if ( gs_miterlim!=miterlim_val(p) ) {
25102   ps_room(27);
25103   mp_print_char(mp, ' ');
25104   mp_print_scaled(mp, miterlim_val(p)); mp_ps_print_cmd(mp, " setmiterlimit"," ml");
25105   gs_miterlim=miterlim_val(p);
25106 }
25107
25108 @ @<Make sure \ps\ will use the right color for object~|p|@>=
25109 {
25110   if ( (color_model(p)==mp_rgb_model)||
25111      ((color_model(p)==mp_uninitialized_model)&&
25112      ((mp->internal[mp_default_color_model] / unity)==mp_rgb_model)) ) {
25113   if ( (gs_colormodel!=mp_rgb_model)||(gs_red!=red_val(p))||
25114       (gs_green!=green_val(p))||(gs_blue!=blue_val(p)) ) {
25115       gs_red=red_val(p);
25116       gs_green=green_val(p);
25117       gs_blue=blue_val(p);
25118       gs_black= -1;
25119       gs_colormodel=mp_rgb_model;
25120       { ps_room(36);
25121         mp_print_char(mp, ' ');
25122         mp_print_scaled(mp, gs_red); mp_print_char(mp, ' ');
25123         mp_print_scaled(mp, gs_green); mp_print_char(mp, ' ');
25124         mp_print_scaled(mp, gs_blue);
25125         mp_ps_print_cmd(mp, " setrgbcolor", " R");
25126       }
25127     }
25128   } else if ( (color_model(p)==mp_cmyk_model)||
25129      ((color_model(p)==mp_uninitialized_model)&&
25130      ((mp->internal[mp_default_color_model] / unity)==mp_cmyk_model)) ) {
25131    if ( (gs_red!=cyan_val(p))||(gs_green!=magenta_val(p))||
25132       (gs_blue!=yellow_val(p))||(gs_black!=black_val(p))||
25133       (gs_colormodel!=mp_cmyk_model) ) {
25134       if ( color_model(p)==mp_uninitialized_model ) {
25135         gs_red=0;
25136         gs_green=0;
25137         gs_blue=0;
25138         gs_black=unity;
25139       } else {
25140         gs_red=cyan_val(p);
25141         gs_green=magenta_val(p);
25142         gs_blue=yellow_val(p);
25143         gs_black=black_val(p);
25144       }
25145       gs_colormodel=mp_cmyk_model;
25146       { ps_room(45);
25147         mp_print_char(mp, ' ');
25148         mp_print_scaled(mp, gs_red); mp_print_char(mp, ' ');
25149         mp_print_scaled(mp, gs_green); mp_print_char(mp, ' ');
25150         mp_print_scaled(mp, gs_blue); mp_print_char(mp, ' ');
25151         mp_print_scaled(mp, gs_black);
25152         mp_ps_print_cmd(mp, " setcmykcolor"," C");
25153       }
25154     }
25155   } else if ( (color_model(p)==mp_grey_model)||
25156     ((color_model(p)==mp_uninitialized_model)&&
25157      ((mp->internal[mp_default_color_model] / unity)==mp_grey_model)) ) {
25158    if ( (gs_red!=grey_val(p))||(gs_colormodel!=mp_grey_model) ) {
25159       gs_red = grey_val(p);
25160       gs_green= -1;
25161       gs_blue= -1;
25162       gs_black= -1;
25163       gs_colormodel=mp_grey_model;
25164       { ps_room(16);
25165         mp_print_char(mp, ' ');
25166         mp_print_scaled(mp, gs_red);
25167         mp_ps_print_cmd(mp, " setgray"," G");
25168       }
25169     }
25170   }
25171   if ( color_model(p)==mp_no_model )
25172     gs_colormodel=mp_no_model;
25173 }
25174
25175 @ In order to get consistent widths for horizontal and vertical pen strokes, we
25176 want \ps\ to use an integer number of pixels for the \&{setwidth} parameter.
25177 @:setwidth}{\&{setwidth}command@>
25178 We set |gs_width| to the ideal horizontal or vertical stroke width and then
25179 generate \ps\ code that computes the rounded value.  For non-circular pens, the
25180 pen shape will be rescaled so that horizontal or vertical parts of the stroke
25181 have the computed width.
25182
25183 Rounding the width to whole pixels is not likely to improve the appearance of
25184 diagonal or curved strokes, but we do it anyway for consistency.  The
25185 \&{truncate} command generated here tends to make all the strokes a little
25186 @:truncate}{\&{truncate} command@>
25187 thinner, but this is appropriate for \ps's scan-conversion rules.  Even with
25188 truncation, an ideal with of $w$~pixels gets mapped into $\lfloor w\rfloor+1$.
25189 It would be better to have $\lceil w\rceil$ but that is ridiculously expensive
25190 to compute in \ps.
25191
25192 @<Generate \ps\ code that sets the stroke width...@>=
25193 @<Set |wx| and |wy| to the width and height of the bounding box for
25194   |pen_p(p)|@>;
25195 @<Use |pen_p(p)| and |path_p(p)| to decide whether |wx| or |wy| is more
25196   important and set |adj_wx| and |ww| accordingly@>;
25197 if ( (ww!=gs_width) || (adj_wx!=gs_adj_wx) ) {
25198   if ( adj_wx ) {
25199     ps_room(13);
25200     mp_print_char(mp, ' '); mp_print_scaled(mp, ww);
25201     mp_ps_print_cmd(mp, 
25202       " 0 dtransform exch truncate exch idtransform pop setlinewidth"," hlw");
25203   } else {
25204     if ( mp->internal[mp_procset]>0 ) {
25205       ps_room(13);
25206       mp_print_char(mp, ' ');
25207       mp_print_scaled(mp, ww);
25208       mp_ps_print(mp, " vlw");
25209     } else { 
25210       ps_room(15);
25211       mp_print(mp, " 0 "); mp_print_scaled(mp, ww);
25212       mp_ps_print(mp, " dtransform truncate idtransform setlinewidth pop");
25213     }
25214   }
25215   gs_width = ww;
25216   gs_adj_wx = adj_wx;
25217 }
25218
25219 @ @<Set |wx| and |wy| to the width and height of the bounding box for...@>=
25220 pp=pen_p(p);
25221 if ( (right_x(pp)==x_coord(pp)) && (left_y(pp)==y_coord(pp)) ) {
25222   wx = abs(left_x(pp) - x_coord(pp));
25223   wy = abs(right_y(pp) - y_coord(pp));
25224 } else {
25225   wx = mp_pyth_add(mp, left_x(pp)-x_coord(pp), right_x(pp)-x_coord(pp));
25226   wy = mp_pyth_add(mp, left_y(pp)-y_coord(pp), right_y(pp)-y_coord(pp));
25227 }
25228
25229 @ The path is considered ``essentially horizontal'' if its range of
25230 $y$~coordinates is less than the $y$~range |wy| for the pen.  ``Essentially
25231 vertical'' paths are detected similarly.  This code ensures that no component
25232 of the pen transformation is more that |aspect_bound*(ww+1)|.
25233
25234 @d aspect_bound 10 /* ``less important'' of |wx|, |wy| cannot exceed the other by
25235     more than this factor */
25236
25237 @<Use |pen_p(p)| and |path_p(p)| to decide whether |wx| or |wy| is more...@>=
25238 tx=1; ty=1;
25239 if ( mp_coord_rangeOK(mp, path_p(p), y_loc(0), wy) ) tx=aspect_bound;
25240 else if ( mp_coord_rangeOK(mp, path_p(p), x_loc(0), wx) ) ty=aspect_bound;
25241 if ( wy / ty>=wx / tx ) { ww=wy; adj_wx=false; }
25242 else { ww=wx; adj_wx=true;  }
25243
25244 @ This routine quickly tests if path |h| is ``essentially horizontal'' or
25245 ``essentially vertical,'' where |zoff| is |x_loc(0)| or |y_loc(0)| and |dz| is
25246 allowable range for $x$ or~$y$.  We do not need and cannot afford a full
25247 bounding-box computation.
25248
25249 @<Declare subroutines needed by |fix_graphics_state|@>=
25250 boolean mp_coord_rangeOK (MP mp,pointer h, 
25251                           small_number  zoff, scaled dz) {
25252   pointer p; /* for scanning the path form |h| */
25253   scaled zlo,zhi; /* coordinate range so far */
25254   scaled z; /* coordinate currently being tested */
25255   zlo=knot_coord(h+zoff);
25256   zhi=zlo;
25257   p=h;
25258   while ( right_type(p)!=mp_endpoint ) {
25259     z=right_coord(p+zoff);
25260     @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>;
25261     p=link(p);
25262     z=left_coord(p+zoff);
25263     @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>;
25264     z=knot_coord(p+zoff);
25265     @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>;
25266     if ( p==h ) break;
25267   }
25268   return true;
25269 }
25270
25271 @ @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>=
25272 if ( z<zlo ) zlo=z;
25273 else if ( z>zhi ) zhi=z;
25274 if ( zhi-zlo>dz ) return false
25275
25276 @ Filling with an elliptical pen is implemented via a combination of \&{stroke}
25277 and \&{fill} commands and a nontrivial dash pattern would interfere with this.
25278 @:stroke}{\&{stroke} command@>
25279 @:fill}{\&{fill} command@>
25280 Note that we don't use |delete_edge_ref| because |gs_dash_p| is not counted as
25281 a reference.
25282
25283 @<Make sure \ps\ will use the right dash pattern for |dash_p(p)|@>=
25284 if ( type(p)==mp_fill_code ) {
25285   hh=null;
25286 } else { 
25287   hh=dash_p(p);
25288   scf=mp_get_pen_scale(mp, pen_p(p));
25289   if ( scf==0 ) {
25290     if ( gs_width==0 ) scf=dash_scale(p);  else hh=null;
25291   } else { 
25292     scf=mp_make_scaled(mp, gs_width,scf);
25293     scf=mp_take_scaled(mp, scf,dash_scale(p));
25294   }
25295 }
25296 if ( hh==null ) {
25297   if ( gs_dash_p!=null ) {
25298     mp_ps_print_cmd(mp, " [] 0 setdash"," rd");
25299     gs_dash_p=null;
25300   }
25301 } else if ( (gs_dash_sc!=scf) || ! mp_same_dashes(mp, gs_dash_p,hh) ) {
25302   @<Set the dash pattern from |dash_list(hh)| scaled by |scf|@>;
25303 }
25304
25305 @ Translating a dash list into \ps\ is very similar to printing it symbolically
25306 in |print_edges|.  A dash pattern with |dash_y(hh)=0| has length zero and is
25307 ignored.  The same fate applies in the bizarre case of a dash pattern that
25308 cannot be printed without overflow.
25309
25310 @<Set the dash pattern from |dash_list(hh)| scaled by |scf|@>=
25311 { gs_dash_p=hh;
25312   gs_dash_sc=scf;
25313   if ( (dash_y(hh)==0) || (abs(dash_y(hh)) / unity >= el_gordo / scf)){
25314     mp_ps_print_cmd(mp, " [] 0 setdash"," rd");
25315   } else { 
25316     pp=dash_list(hh);
25317     start_x(null_dash)=start_x(pp)+dash_y(hh);
25318     ps_room(28);
25319     mp_print(mp, " [");
25320     while ( pp!=null_dash ) {
25321       mp_ps_pair_out(mp, mp_take_scaled(mp, stop_x(pp)-start_x(pp),scf),
25322                          mp_take_scaled(mp, start_x(link(pp))-stop_x(pp),scf));
25323       pp=link(pp);
25324     }
25325     ps_room(22);
25326     mp_print(mp, "] ");
25327     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, mp_dash_offset(mp, hh),scf));
25328     mp_ps_print_cmd(mp, " setdash"," sd");
25329   }
25330 }
25331
25332 @ @<Declare subroutines needed by |fix_graphics_state|@>=
25333 boolean mp_same_dashes (MP mp,pointer h, pointer hh) ;
25334
25335 @ @c
25336 boolean mp_same_dashes (MP mp,pointer h, pointer hh) {
25337   /* do |h| and |hh| represent the same dash pattern? */
25338   pointer p,pp; /* dash nodes being compared */
25339   if ( h==hh ) return true;
25340   else if ( (h<=mp_void)||(hh<=mp_void) ) return false;
25341   else if ( dash_y(h)!=dash_y(hh) ) return false;
25342   else { @<Compare |dash_list(h)| and |dash_list(hh)|@>; }
25343   return false; /* can't happen */
25344 }
25345
25346 @ @<Compare |dash_list(h)| and |dash_list(hh)|@>=
25347 { p=dash_list(h);
25348   pp=dash_list(hh);
25349   while ( (p!=null_dash)&&(pp!=null_dash) ) {
25350     if ( (start_x(p)!=start_x(pp))||(stop_x(p)!=stop_x(pp)) ) {
25351       break;
25352     } else { 
25353       p=link(p);
25354       pp=link(pp);
25355     }
25356   }
25357   return (p==pp);
25358 }
25359
25360 @ When stroking a path with an elliptical pen, it is necessary to transform
25361 the coordinate system so that a unit circular pen will have the desired shape.
25362 To keep this transformation local, we enclose it in a
25363 $$\&{gsave}\ldots\&{grestore}$$
25364 block. Any translation component must be applied to the path being stroked
25365 while the rest of the transformation must apply only to the pen.
25366 If |fill_also=true|, the path is to be filled as well as stroked so we must
25367 insert commands to do this after giving the path.
25368
25369 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25370 void mp_stroke_ellipse (MP mp,pointer h, boolean fill_also) ;
25371
25372
25373 @c void mp_stroke_ellipse (MP mp,pointer h, boolean fill_also) {
25374   /* generate an elliptical pen stroke from object |h| */
25375   scaled txx,txy,tyx,tyy; /* transformation parameters */
25376   pointer p; /* the pen to stroke with */
25377   scaled d1,det; /* for tweaking transformation parameters */
25378   integer s; /* also for tweaking transformation paramters */
25379   boolean transformed; /* keeps track of whether gsave/grestore are needed */
25380   transformed=false;
25381   @<Use |pen_p(h)| to set the transformation parameters and give the initial
25382     translation@>;
25383   @<Tweak the transformation parameters so the transformation is nonsingular@>;
25384   mp_ps_path_out(mp, path_p(h));
25385   if ( mp->internal[mp_procset]==0 ) {
25386     if ( fill_also ) mp_print_nl(mp, "gsave fill grestore");
25387     @<Issue \ps\ commands to transform the coordinate system@>;
25388     mp_ps_print(mp, " stroke");
25389     if ( transformed ) mp_ps_print(mp, " grestore");
25390   } else {
25391     if ( fill_also ) mp_print_nl(mp, "B"); else mp_print_ln(mp);
25392     if ( (txy!=0)||(tyx!=0) ) {
25393       mp_print(mp, " [");
25394       mp_ps_pair_out(mp, txx,tyx);
25395       mp_ps_pair_out(mp, txy,tyy);
25396       mp_ps_print(mp, "0 0] t");
25397     } else if ((txx!=unity)||(tyy!=unity) )  {
25398       mp_ps_pair_out(mp,txx,tyy);
25399       mp_print(mp, " s");
25400     };
25401     mp_ps_print(mp, " S");
25402     if ( transformed ) mp_ps_print(mp, " Q");
25403   }
25404   mp_print_ln(mp);
25405 }
25406
25407 @ @<Use |pen_p(h)| to set the transformation parameters and give the...@>=
25408 p=pen_p(h);
25409 txx=left_x(p);
25410 tyx=left_y(p);
25411 txy=right_x(p);
25412 tyy=right_y(p);
25413 if ( (x_coord(p)!=0)||(y_coord(p)!=0) ) {
25414   mp_print_nl(mp, ""); mp_ps_print_cmd(mp, "gsave ","q ");
25415   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(p),y_coord(p));
25416   mp_ps_print(mp, "translate ");
25417   txx-=x_coord(p);
25418   tyx-=y_coord(p);
25419   txy-=x_coord(p);
25420   tyy-=y_coord(p);
25421   transformed=true;
25422 } else {
25423   mp_print_nl(mp, "");
25424 }
25425 @<Adjust the transformation to account for |gs_width| and output the
25426   initial \&{gsave} if |transformed| should be |true|@>
25427
25428 @ @<Adjust the transformation to account for |gs_width| and output the...@>=
25429 if ( gs_width!=unity ) {
25430   if ( gs_width==0 ) { 
25431     txx=unity; tyy=unity;
25432   } else { 
25433     txx=mp_make_scaled(mp, txx,gs_width);
25434     txy=mp_make_scaled(mp, txy,gs_width);
25435     tyx=mp_make_scaled(mp, tyx,gs_width);
25436     tyy=mp_make_scaled(mp, tyy,gs_width);
25437   };
25438 }
25439 if ( (txy!=0)||(tyx!=0)||(txx!=unity)||(tyy!=unity) ) {
25440   if ( (! transformed) ){ 
25441     mp_ps_print_cmd(mp, "gsave ","q ");
25442     transformed=true;
25443   }
25444 }
25445
25446 @ @<Issue \ps\ commands to transform the coordinate system@>=
25447 if ( (txy!=0)||(tyx!=0) ){ 
25448   mp_print_ln(mp);
25449   mp_print_char(mp, '[');
25450   mp_ps_pair_out(mp, txx,tyx);
25451   mp_ps_pair_out(mp, txy,tyy);
25452   mp_ps_print(mp, "0 0] concat");
25453 } else if ( (txx!=unity)||(tyy!=unity) ){ 
25454   mp_print_ln(mp);
25455   mp_ps_pair_out(mp, txx,tyy);
25456   mp_print(mp, "scale");
25457 }
25458
25459 @ The \ps\ interpreter will probably abort if it encounters a singular
25460 transformation matrix.  The determinant must be large enough to ensure that
25461 the printed representation will be nonsingular.  Since the printed
25462 representation is always within $2^{-17}$ of the internal |scaled| value, the
25463 total error is at most $4T_{\rm max}2^{-17}$, where $T_{\rm max}$ is a bound on
25464 the magnitudes of |txx/65536|, |txy/65536|, etc.
25465
25466 The |aspect_bound*(gs_width+1)| bound on the components of the pen
25467 transformation allows $T_{\rm max}$ to be at most |2*aspect_bound|.
25468
25469 @<Tweak the transformation parameters so the transformation is nonsingular@>=
25470 det=mp_take_scaled(mp, txx,tyy) - mp_take_scaled(mp, txy,tyx);
25471 d1=4*aspect_bound+1;
25472 if ( abs(det)<d1 ) { 
25473   if ( det>=0 ) { d1=d1-det; s=1;  }
25474   else { d1=-d1-det; s=-1;  };
25475   d1=d1*unity;
25476   if ( abs(txx)+abs(tyy)>=abs(txy)+abs(tyy) ) {
25477     if ( abs(txx)>abs(tyy) ) tyy=tyy+(d1+s*abs(txx)) / txx;
25478     else txx=txx+(d1+s*abs(tyy)) / tyy;
25479   } else {
25480     if ( abs(txy)>abs(tyx) ) tyx=tyx+(d1+s*abs(txy)) / txy;
25481     else txy=txy+(d1+s*abs(tyx)) / tyx;
25482   }
25483 }
25484
25485 @ Here is a simple routine that just fills a cycle.
25486
25487 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25488 void mp_ps_fill_out (MP mp,pointer p) ;
25489
25490 @ @c
25491 void mp_ps_fill_out (MP mp,pointer p) { /* fill cyclic path~|p| */
25492   mp_ps_path_out(mp, p);
25493   mp_ps_print_cmd(mp, " fill"," F");
25494   mp_print_ln(mp);
25495 }
25496
25497 @ Given a cyclic path~|p| and a graphical object~|h|, the |do_outer_envelope|
25498 procedure fills the cycle generated by |make_envelope|.  It need not do
25499 anything unless some region has positive winding number with respect to~|p|,
25500 but it does not seem worthwhile to test for this.
25501
25502 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25503 void mp_do_outer_envelope (MP mp,pointer p, pointer h) ;
25504
25505 @ @c
25506 void mp_do_outer_envelope (MP mp,pointer p, pointer h) {
25507   p=mp_make_envelope(mp, p, pen_p(h), ljoin_val(h), 0, miterlim_val(h));
25508   mp_ps_fill_out(mp, p);
25509   mp_toss_knot_list(mp, p);
25510 }
25511
25512 @ A text node may specify an arbitrary transformation but the usual case
25513 involves only shifting, scaling, and occasionally rotation.  The purpose
25514 of |choose_scale| is to select a scale factor so that the remaining
25515 transformation is as ``nice'' as possible.  The definition of ``nice''
25516 is somewhat arbitrary but shifting and $90^\circ$ rotation are especially
25517 nice because they work out well for bitmap fonts.  The code here selects
25518 a scale factor equal to $1/\sqrt2$ times the Frobenius norm of the
25519 non-shifting part of the transformation matrix.  It is careful to avoid
25520 additions that might cause undetected overflow.
25521
25522 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25523 scaled mp_choose_scale (MP mp,pointer p) ;
25524
25525 @ @c scaled mp_choose_scale (MP mp,pointer p) {
25526   /* |p| should point to a text node */
25527   scaled a,b,c,d,ad,bc; /* temporary values */
25528   a=txx_val(p);
25529   b=txy_val(p);
25530   c=tyx_val(p);
25531   d=tyy_val(p);
25532   if ( (a<0) ) negate(a);
25533   if ( (b<0) ) negate(b);
25534   if ( (c<0) ) negate(c);
25535   if ( (d<0) ) negate(d);
25536   ad=half(a-d);
25537   bc=half(b-c);
25538   return mp_pyth_add(mp, mp_pyth_add(mp, d+ad,ad), mp_pyth_add(mp, c+bc,bc));
25539 }
25540
25541 @ There may be many sizes of one font and we need to keep track of the
25542 characters used for each size.  This is done by keeping a linked list of
25543 sizes for each font with a counter in each text node giving the appropriate
25544 position in the size list for its font.
25545
25546 @d sc_factor(A) mp->mem[(A)+1].sc /* the scale factor stored in a font size node */
25547 @d font_size_size 2 /* size of a font size node */
25548
25549 @ @<Internal library declarations@>=
25550 boolean mp_has_font_size(MP mp, font_number f );
25551
25552 @ @c 
25553 boolean mp_has_font_size(MP mp, font_number f ) {
25554   return (mp->font_sizes[f]!=null);
25555 }
25556
25557
25558 @ The potential overflow here is caused by the fact the returned value
25559 has to fit in a |name_type|, which is a quarterword. 
25560
25561 @d fscale_tolerance 65 /* that's $.001\times2^{16}$ */
25562
25563 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25564 quarterword mp_size_index (MP mp, font_number f, scaled s) {
25565   pointer p,q; /* the previous and current font size nodes */
25566   quarterword i; /* the size index for |q| */
25567   q=mp->font_sizes[f];
25568   i=0;
25569   while ( q!=null ) {
25570     if ( abs(s-sc_factor(q))<=fscale_tolerance ) 
25571       return i;
25572     else 
25573       { p=q; q=link(q); incr(i); };
25574     if ( i==max_quarterword )
25575       mp_overflow(mp, "sizes per font",max_quarterword);
25576 @:MetaPost capacity exceeded sizes per font}{\quad sizes per font@>
25577   }
25578   q=mp_get_node(mp, font_size_size);
25579   sc_factor(q)=s;
25580   if ( i==0 ) mp->font_sizes[f]=q;  else link(p)=q;
25581   return i;
25582 }
25583
25584 @ @<Internal library ...@>=
25585 scaled mp_indexed_size (MP mp,font_number f, quarterword j);
25586
25587 @ @c
25588 scaled mp_indexed_size (MP mp,font_number f, quarterword j) {
25589   pointer p; /* a font size node */
25590   quarterword i; /* the size index for |p| */
25591   p=mp->font_sizes[f];
25592   i=0;
25593   if ( p==null ) mp_confusion(mp, "size");
25594   while ( (i!=j) ) { 
25595     incr(i); p=link(p);
25596     if ( p==null ) mp_confusion(mp, "size");
25597   }
25598   return sc_factor(p);
25599 }
25600
25601 @ @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25602 void mp_clear_sizes (MP mp) ;
25603
25604 @ @c void mp_clear_sizes (MP mp) {
25605   font_number f;  /* the font whose size list is being cleared */
25606   pointer p;  /* current font size nodes */
25607   for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25608     while ( mp->font_sizes[f]!=null ) {
25609       p=mp->font_sizes[f];
25610       mp->font_sizes[f]=link(p);
25611       mp_free_node(mp, p,font_size_size);
25612     }
25613   }
25614 }
25615
25616 @ The \&{special} command saves up lines of text to be printed during the next
25617 |ship_out| operation.  The saved items are stored as a list of capsule tokens.
25618
25619 @<Glob...@>=
25620 pointer last_pending; /* the last token in a list of pending specials */
25621
25622 @ @<Set init...@>=
25623 mp->last_pending=spec_head;
25624
25625 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
25626 case special_command: 
25627   if ( mp->cur_mod==0 ) mp_do_special(mp); else 
25628   if ( mp->cur_mod==1 ) mp_do_mapfile(mp); else 
25629   mp_do_mapline(mp);
25630   break;
25631
25632 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
25633 void mp_do_special (MP mp) ;
25634
25635 @ @c void mp_do_special (MP mp) { 
25636   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
25637   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
25638     @<Complain about improper special operation@>;
25639   } else { 
25640     link(mp->last_pending)=mp_stash_cur_exp(mp);
25641     mp->last_pending=link(mp->last_pending);
25642     link(mp->last_pending)=null;
25643   }
25644 }
25645
25646 @ @<Complain about improper special operation@>=
25647
25648   exp_err("Unsuitable expression");
25649   help1("Only known strings are allowed for output as specials.");
25650   mp_put_get_error(mp);
25651 }
25652
25653 @ @<Print any pending specials@>=
25654 t=link(spec_head);
25655 while ( t!=null ) {
25656   mp_print_str(mp, value(t));
25657   mp_print_ln(mp);
25658   t=link(t);
25659 }
25660 mp_flush_token_list(mp, link(spec_head));
25661 link(spec_head)=null;
25662 mp->last_pending=spec_head
25663
25664 @ We are now ready for the main output procedure.  Note that the |selector|
25665 setting is saved in a global variable so that |begin_diagnostic| can access it.
25666
25667 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25668 void mp_ship_out (MP mp, pointer h) ;
25669
25670 @ @c
25671 void mp_ship_out (MP mp, pointer h) { /* output edge structure |h| */
25672   pointer p; /* the current graphical object */
25673   pointer q; /* something that |p| points to */
25674   integer t; /* a temporary value */
25675   font_number f; /* fonts used in a text node or as loop counters */
25676   scaled ds,scf; /* design size and scale factor for a text node */
25677   boolean transformed; /* is the coordinate system being transformed? */
25678   mp_open_output_file(mp);
25679   mp->non_ps_setting=mp->selector;
25680   mp->selector=ps_file_only;
25681   mp_set_bbox(mp, h, true);
25682   mp_print_initial_comment(mp, h, minx_val(h),miny_val(h),maxx_val(h),maxy_val(h));
25683   if ( (mp->internal[mp_prologues]==two)||(mp->internal[mp_prologues]==three) ) {
25684     @<Scan all the text nodes and mark the used characters@>;
25685     @<Update encoding names@>;
25686     mp_print_improved_prologue(mp, h);
25687   } else {
25688     @<Scan all the text nodes and set the |font_sizes| lists;
25689      if |internal[mp_prologues]<=0| list the sizes selected by |choose_scale|,
25690      apply |unmark_font| to each font encountered, and call |mark_string|
25691      whenever the size index is zero@>;
25692     mp_print_prologue(mp, h);
25693   }
25694   @<Print any pending specials@>;
25695   mp_unknown_graphics_state(mp, 0);
25696   mp->need_newpath=true;
25697   p=link(dummy_loc(h));
25698   while ( p!=null ) { 
25699     if ( has_color(p) ) {
25700       if ( (pre_script(p))!=null ) {
25701         mp_print_nl (mp, str(pre_script(p))); mp_print_ln(mp);
25702       }
25703     }
25704     mp_fix_graphics_state(mp, p);
25705     switch (type(p)) {
25706     @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>;
25707     case mp_start_bounds_code:
25708     case mp_stop_bounds_code:
25709           break;
25710     } /* all cases are enumerated */
25711     p=link(p);
25712   }
25713   mp_ps_print_cmd(mp, "showpage","P"); mp_print_ln(mp);
25714   mp_print(mp, "%%EOF"); mp_print_ln(mp);
25715   fclose(mp->ps_file);
25716   mp->selector=mp->non_ps_setting;
25717   if ( mp->internal[mp_prologues]<=0 ) mp_clear_sizes(mp);
25718   @<End progress report@>;
25719   if ( mp->internal[mp_tracing_output]>0 ) 
25720    mp_print_edges(mp, h," (just shipped out)",true);
25721 }
25722
25723 @ @<Internal library declarations@>=
25724 void mp_apply_mark_string_chars(MP mp, pointer h, int next_size);
25725
25726 @ @c
25727 void mp_apply_mark_string_chars(MP mp, pointer h, int next_size) {
25728   pointer p;
25729   p=link(dummy_loc(h));
25730   while ( p!=null ) {
25731     if ( type(p)==mp_text_code )
25732       if ( font_n(p)!=null_font )
25733         if ( name_type(p)==next_size )
25734           mp_mark_string_chars(mp, font_n(p),text_p(p));
25735     p=link(p);
25736   }
25737 }
25738
25739 @ @<Scan all the text nodes and mark the used ...@>=
25740 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25741   if ( mp->font_sizes[f]!=null ) {
25742     mp_unmark_font(mp, f);
25743     mp->font_sizes[f]=null;
25744   }
25745 }
25746 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25747   p=link(dummy_loc(h));
25748   while ( p!=null ) {
25749     if ( type(p)==mp_text_code ) {
25750       if ( font_n(p)!=null_font ) {
25751         mp->font_sizes[font_n(p)] = mp_void;
25752         mp_mark_string_chars(mp, font_n(p),text_p(p));
25753         if ( mp_has_fm_entry(mp,font_n(p),NULL) )
25754           mp->font_ps_name[font_n(p)] = mp_fm_font_name(mp,font_n(p));
25755       }
25756     }
25757     p=link(p);
25758   }
25759 }
25760
25761 @ @<Update encoding names@>=
25762 mp_reload_encodings(mp);
25763 p=link(dummy_loc(h));
25764 while ( p!=null ) {
25765   if ( type(p)==mp_text_code )
25766     if ( font_n(p)!=null_font )
25767       if ( mp_has_fm_entry(mp,font_n(p),NULL) )
25768         if ( mp->font_enc_name[font_n(p)]==NULL )
25769           mp->font_enc_name[font_n(p)] = mp_fm_encoding_name(mp,font_n(p));
25770   p=link(p);
25771 }
25772
25773
25774 @ @<Scan all the text nodes and set the |font_sizes| lists;...@>=
25775 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) 
25776   mp->font_sizes[f]=null;
25777 p=link(dummy_loc(h));
25778 while ( p!=null ) {
25779   if ( type(p)==mp_text_code ) {
25780     if ( font_n(p)!=null_font ) {
25781       f=font_n(p);
25782       if ( mp->internal[mp_prologues]>0 ) {
25783         mp->font_sizes[f]=mp_void;
25784       } else { 
25785         if ( mp->font_sizes[f]==null )
25786           mp_unmark_font(mp, f);
25787         name_type(p)=mp_size_index(mp, f,mp_choose_scale(mp, p));
25788         if ( name_type(p)==0 )
25789           mp_mark_string_chars(mp, f,text_p(p));
25790       }
25791     }
25792   }
25793   p=link(p);
25794 }
25795
25796
25797
25798
25799 @ @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>=
25800 case mp_start_clip_code: 
25801   mp_print_nl(mp, ""); mp_ps_print_cmd(mp, "gsave ","q ");
25802   mp_ps_path_out(mp, path_p(p));
25803   mp_ps_print_cmd(mp, " clip"," W");
25804   mp_print_ln(mp);
25805   if ( mp->internal[mp_restore_clip_color]>0 )
25806     mp_unknown_graphics_state(mp, 1);
25807   break;
25808 case mp_stop_clip_code: 
25809   mp_print_nl(mp, ""); mp_ps_print_cmd(mp, "grestore","Q");
25810   mp_print_ln(mp);
25811   if ( mp->internal[mp_restore_clip_color]>0 )
25812     mp_unknown_graphics_state(mp, 2);
25813   else
25814     mp_unknown_graphics_state(mp, -1);
25815   break;
25816
25817 @ @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>=
25818 case mp_fill_code: 
25819   if ( pen_p(p)==null ) mp_ps_fill_out(mp, path_p(p));
25820   else if ( pen_is_elliptical(pen_p(p)) ) mp_stroke_ellipse(mp, p,true);
25821   else { 
25822     mp_do_outer_envelope(mp, mp_copy_path(mp, path_p(p)), p);
25823     mp_do_outer_envelope(mp, mp_htap_ypoc(mp, path_p(p)), p);
25824   }
25825   if ( (post_script(p))!=null ) {
25826     mp_print_nl (mp, str(post_script(p))); mp_print_ln(mp);
25827   };
25828   break;
25829 case mp_stroked_code:
25830   if ( pen_is_elliptical(pen_p(p)) ) mp_stroke_ellipse(mp, p,false);
25831   else { 
25832     q=mp_copy_path(mp, path_p(p));
25833     t=lcap_val(p);
25834     @<Break the cycle and set |t:=1| if path |q| is cyclic@>;
25835     q=mp_make_envelope(mp, q,pen_p(p),ljoin_val(p),t,miterlim_val(p));
25836     mp_ps_fill_out(mp, q);
25837     mp_toss_knot_list(mp, q);
25838   };
25839   if ( (post_script(p))!=null ) {
25840     mp_print_nl (mp, str(post_script(p))); mp_print_ln(mp);
25841   };
25842   break;
25843
25844 @ The envelope of a cyclic path~|q| could be computed by calling
25845 |make_envelope| once for |q| and once for its reversal.  We don't do this
25846 because it would fail color regions that are covered by the pen regardless
25847 of where it is placed on~|q|.
25848
25849 @<Break the cycle and set |t:=1| if path |q| is cyclic@>=
25850 if ( left_type(q)!=mp_endpoint ) { 
25851   left_type(mp_insert_knot(mp, q,x_coord(q),y_coord(q)))=mp_endpoint;
25852   right_type(q)=mp_endpoint;
25853   q=link(q);
25854   t=1;
25855 }
25856
25857 @ @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>=
25858 case mp_text_code: 
25859   if ( (font_n(p)!=null_font) && (length(text_p(p))>0) ) {
25860     if ( mp->internal[mp_prologues]>0 )
25861       scf=mp_choose_scale(mp, p);
25862     else 
25863       scf=mp_indexed_size(mp, font_n(p), name_type(p));
25864     @<Shift or transform as necessary before outputting text node~|p| at scale
25865       factor~|scf|; set |transformed:=true| if the original transformation must
25866       be restored@>;
25867     mp_ps_string_out(mp, str(text_p(p)));
25868     mp_ps_name_out(mp, mp->font_name[font_n(p)],false);
25869     @<Print the size information and \ps\ commands for text node~|p|@>;
25870     mp_print_ln(mp);
25871   }
25872   if ( (post_script(p))!=null ) {
25873     mp_print_nl (mp, str(post_script(p))); mp_print_ln(mp);
25874   }
25875   break;
25876
25877 @ @<Print the size information and \ps\ commands for text node~|p|@>=
25878 ps_room(18);
25879 mp_print_char(mp, ' ');
25880 ds=(mp->font_dsize[font_n(p)]+8) / 16;
25881 mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, ds,scf));
25882 mp_print(mp, " fshow");
25883 if ( transformed ) 
25884   mp_ps_print_cmd(mp, " grestore"," Q")
25885
25886 @ @<Shift or transform as necessary before outputting text node~|p| at...@>=
25887 transformed=(txx_val(p)!=scf)||(tyy_val(p)!=scf)||
25888             (txy_val(p)!=0)||(tyx_val(p)!=0);
25889 if ( transformed ) {
25890   mp_ps_print_cmd(mp, "gsave [", "q [");
25891   mp_ps_pair_out(mp, mp_make_scaled(mp, txx_val(p),scf),
25892                      mp_make_scaled(mp, tyx_val(p),scf));
25893   mp_ps_pair_out(mp, mp_make_scaled(mp, txy_val(p),scf),
25894                      mp_make_scaled(mp, tyy_val(p),scf));
25895   mp_ps_pair_out(mp, tx_val(p),ty_val(p));
25896   mp_ps_print_cmd(mp, "] concat 0 0 moveto","] t 0 0 m");
25897 } else { 
25898   mp_ps_pair_out(mp, tx_val(p),ty_val(p));
25899   mp_ps_print_cmd(mp, "moveto","m");
25900 }
25901 mp_print_ln(mp)
25902
25903 @ Now that we've finished |ship_out|, let's look at the other commands
25904 by which a user can send things to the \.{GF} file.
25905
25906 @ @<Determine if a character has been shipped out@>=
25907
25908   mp->cur_exp=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp) % 256;
25909   if ( mp->cur_exp<0 ) mp->cur_exp=mp->cur_exp+256;
25910   boolean_reset(mp->char_exists[mp->cur_exp]);
25911   mp->cur_type=mp_boolean_type;
25912 }
25913
25914 @ @<Glob...@>=
25915 psout_data ps;
25916
25917 @ @<Allocate or initialize ...@>=
25918 mp_backend_initialize(mp);
25919
25920 @ @<Dealloc...@>=
25921 mp_backend_free(mp);
25922
25923
25924 @* \[45] Dumping and undumping the tables.
25925 After \.{INIMP} has seen a collection of macros, it
25926 can write all the necessary information on an auxiliary file so
25927 that production versions of \MP\ are able to initialize their
25928 memory at high speed. The present section of the program takes
25929 care of such output and input. We shall consider simultaneously
25930 the processes of storing and restoring,
25931 so that the inverse relation between them is clear.
25932 @.INIMP@>
25933
25934 The global variable |mem_ident| is a string that is printed right
25935 after the |banner| line when \MP\ is ready to start. For \.{INIMP} this
25936 string says simply `\.{(INIMP)}'; for other versions of \MP\ it says,
25937 for example, `\.{(mem=plain 90.4.14)}', showing the year,
25938 month, and day that the mem file was created. We have |mem_ident=0|
25939 before \MP's tables are loaded.
25940
25941 @<Glob...@>=
25942 char * mem_ident;
25943
25944 @ @<Set init...@>=
25945 mp->mem_ident=NULL;
25946
25947 @ @<Initialize table entries...@>=
25948 mp->mem_ident=xstrdup(" (INIMP)");
25949
25950 @ @<Declare act...@>=
25951 void mp_store_mem_file (MP mp) ;
25952
25953 @ @c void mp_store_mem_file (MP mp) {
25954   integer k;  /* all-purpose index */
25955   pointer p,q; /* all-purpose pointers */
25956   integer x; /* something to dump */
25957   four_quarters w; /* four ASCII codes */
25958   memory_word WW;
25959   @<Create the |mem_ident|, open the mem file,
25960     and inform the user that dumping has begun@>;
25961   @<Dump constants for consistency check@>;
25962   @<Dump the string pool@>;
25963   @<Dump the dynamic memory@>;
25964   @<Dump the table of equivalents and the hash table@>;
25965   @<Dump a few more things and the closing check word@>;
25966   @<Close the mem file@>;
25967 }
25968
25969 @ Corresponding to the procedure that dumps a mem file, we also have a function
25970 that reads~one~in. The function returns |false| if the dumped mem is
25971 incompatible with the present \MP\ table sizes, etc.
25972
25973 @d off_base 6666 /* go here if the mem file is unacceptable */
25974 @d too_small(A) { wake_up_terminal;
25975   wterm_ln("---! Must increase the "); wterm((A));
25976 @.Must increase the x@>
25977   goto OFF_BASE;
25978   }
25979
25980 @c 
25981 boolean mp_load_mem_file (MP mp) {
25982   integer k; /* all-purpose index */
25983   pointer p,q; /* all-purpose pointers */
25984   integer x; /* something undumped */
25985   str_number s; /* some temporary string */
25986   four_quarters w; /* four ASCII codes */
25987   memory_word WW;
25988   @<Undump constants for consistency check@>;
25989   @<Undump the string pool@>;
25990   @<Undump the dynamic memory@>;
25991   @<Undump the table of equivalents and the hash table@>;
25992   @<Undump a few more things and the closing check word@>;
25993   return true; /* it worked! */
25994 OFF_BASE: 
25995   wake_up_terminal;
25996   wterm_ln("(Fatal mem file error; I'm stymied)\n");
25997 @.Fatal mem file error@>
25998    return false;
25999 }
26000
26001 @ @<Declarations@>=
26002 boolean mp_load_mem_file (MP mp) ;
26003
26004 @ Mem files consist of |memory_word| items, and we use the following
26005 macros to dump words of different types:
26006
26007 @d dump_wd(A)   { WW=(A);       fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
26008 @d dump_int(A)  { int cint=(A); fwrite(&cint,sizeof(cint),1,mp->mem_file); }
26009 @d dump_hh(A)   { WW.hh=(A);    fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
26010 @d dump_qqqq(A) { WW.qqqq=(A);  fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
26011 @d dump_string(A) { dump_int(strlen(A)+1);
26012                     fwrite(A,strlen(A)+1,1,mp->mem_file); }
26013
26014 @<Glob...@>=
26015 FILE * mem_file; /* for input or output of mem information */
26016
26017 @ The inverse macros are slightly more complicated, since we need to check
26018 the range of the values we are reading in. We say `|undump(a)(b)(x)|' to
26019 read an integer value |x| that is supposed to be in the range |a<=x<=b|.
26020
26021 @d undump_wd(A)   { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); (A)=WW; }
26022 @d undump_int(A)  { int cint; fread(&cint,sizeof(cint),1,mp->mem_file); (A)=cint; }
26023 @d undump_hh(A)   { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); (A)=WW.hh; }
26024 @d undump_qqqq(A) { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); (A)=WW.qqqq; }
26025 @d undump_strings(A,B,C) { 
26026    undump_int(x); if ( (x<(A)) || (x>(B)) ) goto OFF_BASE; else (C)=str(x); }
26027 @d undump(A,B,C) { undump_int(x); if ( (x<(A)) || (x>(int)(B)) ) goto OFF_BASE; else (C)=x; }
26028 @d undump_size(A,B,C,D) { undump_int(x);
26029                if (x<(A)) goto OFF_BASE; 
26030                if (x>(B)) { too_small((C)); } else {(D)=x;} }
26031 @d undump_string(A) { integer XX=0; undump_int(XX);
26032                       A = xmalloc(XX,sizeof(char));
26033                       fread(A,XX,1,mp->mem_file); }
26034
26035 @ The next few sections of the program should make it clear how we use the
26036 dump/undump macros.
26037
26038 @<Dump constants for consistency check@>=
26039 dump_int(mp->mem_top);
26040 dump_int(mp->hash_size);
26041 dump_int(mp->hash_prime)
26042 dump_int(mp->param_size);
26043 dump_int(mp->max_in_open);
26044
26045 @ Sections of a \.{WEB} program that are ``commented out'' still contribute
26046 strings to the string pool; therefore \.{INIMP} and \MP\ will have
26047 the same strings. (And it is, of course, a good thing that they do.)
26048 @.WEB@>
26049 @^string pool@>
26050
26051 @<Undump constants for consistency check@>=
26052 undump_int(x); mp->mem_top = x;
26053 undump_int(x); if (mp->hash_size != x) goto OFF_BASE;
26054 undump_int(x); if (mp->hash_prime != x) goto OFF_BASE;
26055 undump_int(x); if (mp->param_size != x) goto OFF_BASE;
26056 undump_int(x); if (mp->max_in_open != x) goto OFF_BASE
26057
26058 @ We do string pool compaction to avoid dumping unused strings.
26059
26060 @d dump_four_ASCII 
26061   w.b0=qi(mp->str_pool[k]); w.b1=qi(mp->str_pool[k+1]);
26062   w.b2=qi(mp->str_pool[k+2]); w.b3=qi(mp->str_pool[k+3]);
26063   dump_qqqq(w)
26064
26065 @<Dump the string pool@>=
26066 mp_do_compaction(mp, mp->pool_size);
26067 dump_int(mp->pool_ptr);
26068 dump_int(mp->max_str_ptr);
26069 dump_int(mp->str_ptr);
26070 k=0;
26071 while ( (mp->next_str[k]==k+1) && (k<=mp->max_str_ptr) ) 
26072   incr(k);
26073 dump_int(k);
26074 while ( k<=mp->max_str_ptr ) { 
26075   dump_int(mp->next_str[k]); incr(k);
26076 }
26077 k=0;
26078 while (1)  { 
26079   dump_int(mp->str_start[k]); /* TODO: valgrind warning here */
26080   if ( k==mp->str_ptr ) {
26081     break;
26082   } else { 
26083     k=mp->next_str[k]; 
26084   }
26085 };
26086 k=0;
26087 while (k+4<mp->pool_ptr ) { 
26088   dump_four_ASCII; k=k+4; 
26089 }
26090 k=mp->pool_ptr-4; dump_four_ASCII;
26091 mp_print_ln(mp); mp_print(mp, "at most "); mp_print_int(mp, mp->max_str_ptr);
26092 mp_print(mp, " strings of total length ");
26093 mp_print_int(mp, mp->pool_ptr)
26094
26095 @ @d undump_four_ASCII 
26096   undump_qqqq(w);
26097   mp->str_pool[k]=qo(w.b0); mp->str_pool[k+1]=qo(w.b1);
26098   mp->str_pool[k+2]=qo(w.b2); mp->str_pool[k+3]=qo(w.b3)
26099
26100 @<Undump the string pool@>=
26101 undump_int(mp->pool_ptr);
26102 mp_reallocate_pool(mp, mp->pool_ptr) ;
26103 undump_int(mp->max_str_ptr);
26104 mp_reallocate_strings (mp,mp->max_str_ptr) ;
26105 undump(0,mp->max_str_ptr,mp->str_ptr);
26106 undump(0,mp->max_str_ptr+1,s);
26107 for (k=0;k<=s-1;k++) 
26108   mp->next_str[k]=k+1;
26109 for (k=s;k<=mp->max_str_ptr;k++) 
26110   undump(s+1,mp->max_str_ptr+1,mp->next_str[k]);
26111 mp->fixed_str_use=0;
26112 k=0;
26113 while (1) { 
26114   undump(0,mp->pool_ptr,mp->str_start[k]);
26115   if ( k==mp->str_ptr ) break;
26116   mp->str_ref[k]=max_str_ref;
26117   incr(mp->fixed_str_use);
26118   mp->last_fixed_str=k; k=mp->next_str[k];
26119 }
26120 k=0;
26121 while ( k+4<mp->pool_ptr ) { 
26122   undump_four_ASCII; k=k+4;
26123 }
26124 k=mp->pool_ptr-4; undump_four_ASCII;
26125 mp->init_str_use=mp->fixed_str_use; mp->init_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26126 mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26127 mp->strs_used_up=mp->fixed_str_use;
26128 mp->pool_in_use=mp->str_start[mp->str_ptr]; mp->strs_in_use=mp->fixed_str_use;
26129 mp->max_pl_used=mp->pool_in_use; mp->max_strs_used=mp->strs_in_use;
26130 mp->pact_count=0; mp->pact_chars=0; mp->pact_strs=0;
26131
26132 @ By sorting the list of available spaces in the variable-size portion of
26133 |mem|, we are usually able to get by without having to dump very much
26134 of the dynamic memory.
26135
26136 We recompute |var_used| and |dyn_used|, so that \.{INIMP} dumps valid
26137 information even when it has not been gathering statistics.
26138
26139 @<Dump the dynamic memory@>=
26140 mp_sort_avail(mp); mp->var_used=0;
26141 dump_int(mp->lo_mem_max); dump_int(mp->rover);
26142 p=0; q=mp->rover; x=0;
26143 do {  
26144   for (k=p;k<= q+1;k++) 
26145     dump_wd(mp->mem[k]);
26146   x=x+q+2-p; mp->var_used=mp->var_used+q-p;
26147   p=q+node_size(q); q=rlink(q);
26148 } while (q!=mp->rover);
26149 mp->var_used=mp->var_used+mp->lo_mem_max-p; 
26150 mp->dyn_used=mp->mem_end+1-mp->hi_mem_min;
26151 for (k=p;k<= mp->lo_mem_max;k++ ) 
26152   dump_wd(mp->mem[k]);
26153 x=x+mp->lo_mem_max+1-p;
26154 dump_int(mp->hi_mem_min); dump_int(mp->avail);
26155 for (k=mp->hi_mem_min;k<=mp->mem_end;k++ ) 
26156   dump_wd(mp->mem[k]);
26157 x=x+mp->mem_end+1-mp->hi_mem_min;
26158 p=mp->avail;
26159 while ( p!=null ) { 
26160   decr(mp->dyn_used); p=link(p);
26161 }
26162 dump_int(mp->var_used); dump_int(mp->dyn_used);
26163 mp_print_ln(mp); mp_print_int(mp, x);
26164 mp_print(mp, " memory locations dumped; current usage is ");
26165 mp_print_int(mp, mp->var_used); mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->dyn_used)
26166
26167 @ @<Undump the dynamic memory@>=
26168 undump(lo_mem_stat_max+1000,hi_mem_stat_min-1,mp->lo_mem_max);
26169 undump(lo_mem_stat_max+1,mp->lo_mem_max,mp->rover);
26170 p=0; q=mp->rover;
26171 do {  
26172   for (k=p;k<= q+1; k++) 
26173     undump_wd(mp->mem[k]);
26174   p=q+node_size(q);
26175   if ( (p>mp->lo_mem_max)||((q>=rlink(q))&&(rlink(q)!=mp->rover)) ) 
26176     goto OFF_BASE;
26177   q=rlink(q);
26178 } while (q!=mp->rover);
26179 for (k=p;k<=mp->lo_mem_max;k++ ) 
26180   undump_wd(mp->mem[k]);
26181 undump(mp->lo_mem_max+1,hi_mem_stat_min,mp->hi_mem_min);
26182 undump(null,mp->mem_top,mp->avail); mp->mem_end=mp->mem_top;
26183 for (k=mp->hi_mem_min;k<= mp->mem_end;k++) 
26184   undump_wd(mp->mem[k]);
26185 undump_int(mp->var_used); undump_int(mp->dyn_used)
26186
26187 @ A different scheme is used to compress the hash table, since its lower region
26188 is usually sparse. When |text(p)<>0| for |p<=hash_used|, we output three
26189 words: |p|, |hash[p]|, and |eqtb[p]|. The hash table is, of course, densely
26190 packed for |p>=hash_used|, so the remaining entries are output in~a~block.
26191
26192 @<Dump the table of equivalents and the hash table@>=
26193 dump_int(mp->hash_used); 
26194 mp->st_count=frozen_inaccessible-1-mp->hash_used;
26195 for (p=1;p<=mp->hash_used;p++) {
26196   if ( text(p)!=0 ) {
26197      dump_int(p); dump_hh(mp->hash[p]); dump_hh(mp->eqtb[p]); incr(mp->st_count);
26198   }
26199 }
26200 for (p=mp->hash_used+1;p<=(int)hash_end;p++) {
26201   dump_hh(mp->hash[p]); dump_hh(mp->eqtb[p]);
26202 }
26203 dump_int(mp->st_count);
26204 mp_print_ln(mp); mp_print_int(mp, mp->st_count); mp_print(mp, " symbolic tokens")
26205
26206 @ @<Undump the table of equivalents and the hash table@>=
26207 undump(1,frozen_inaccessible,mp->hash_used); 
26208 p=0;
26209 do {  
26210   undump(p+1,mp->hash_used,p); 
26211   undump_hh(mp->hash[p]); undump_hh(mp->eqtb[p]);
26212 } while (p!=mp->hash_used);
26213 for (p=mp->hash_used+1;p<=(int)hash_end;p++ )  { 
26214   undump_hh(mp->hash[p]); undump_hh(mp->eqtb[p]);
26215 }
26216 undump_int(mp->st_count)
26217
26218 @ We have already printed a lot of statistics, so we set |mp_tracing_stats:=0|
26219 to prevent them appearing again.
26220
26221 @<Dump a few more things and the closing check word@>=
26222 dump_int(mp->max_internal);
26223 dump_int(mp->int_ptr);
26224 for (k=1;k<= mp->int_ptr;k++ ) { 
26225   dump_int(mp->internal[k]); 
26226   dump_string(mp->int_name[k]);
26227 }
26228 dump_int(mp->start_sym); 
26229 dump_int(mp->interaction); 
26230 dump_string(mp->mem_ident);
26231 dump_int(mp->bg_loc); dump_int(mp->eg_loc); dump_int(mp->serial_no); dump_int(69073);
26232 mp->internal[mp_tracing_stats]=0
26233
26234 @ @<Undump a few more things and the closing check word@>=
26235 undump_int(x);
26236 if (x>mp->max_internal) mp_grow_internals(mp,x);
26237 undump_int(mp->int_ptr);
26238 for (k=1;k<= mp->int_ptr;k++) { 
26239   undump_int(mp->internal[k]);
26240   undump_string(mp->int_name[k]);
26241 }
26242 undump(0,frozen_inaccessible,mp->start_sym);
26243 if (mp->interaction==mp_unspecified_mode) {
26244   undump(mp_unspecified_mode,mp_error_stop_mode,mp->interaction);
26245 } else {
26246   undump(mp_unspecified_mode,mp_error_stop_mode,x);
26247 }
26248 undump_string(mp->mem_ident);
26249 undump(1,hash_end,mp->bg_loc);
26250 undump(1,hash_end,mp->eg_loc);
26251 undump_int(mp->serial_no);
26252 undump_int(x); 
26253 if ( (x!=69073)|| feof(mp->mem_file) ) goto OFF_BASE
26254
26255 @ @<Create the |mem_ident|...@>=
26256
26257   xfree(mp->mem_ident);
26258   mp->mem_ident = xmalloc(256,1);
26259   snprintf(mp->mem_ident,256," (mem=%s %i.%i.%i)", 
26260            mp->job_name,
26261            (int)(mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year]) % 100),
26262            (int)mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]),
26263            (int)mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day]));
26264   mp_pack_job_name(mp, mem_extension);
26265   while (! mp_w_open_out(mp, &mp->mem_file) )
26266     mp_prompt_file_name(mp, "mem file name", mem_extension);
26267   mp_print_nl(mp, "Beginning to dump on file ");
26268 @.Beginning to dump...@>
26269   mp_print(mp, mp->name_of_file); 
26270   mp_print_nl(mp, mp->mem_ident);
26271 }
26272
26273 @ @<Dealloc variables@>=
26274 xfree(mp->mem_ident);
26275
26276 @ @<Close the mem file@>=
26277 fclose(mp->mem_file)
26278
26279 @* \[46] The main program.
26280 This is it: the part of \MP\ that executes all those procedures we have
26281 written.
26282
26283 Well---almost. We haven't put the parsing subroutines into the
26284 program yet; and we'd better leave space for a few more routines that may
26285 have been forgotten.
26286
26287 @c @<Declare the basic parsing subroutines@>;
26288 @<Declare miscellaneous procedures that were declared |forward|@>;
26289 @<Last-minute procedures@>
26290
26291 @ We've noted that there are two versions of \MP. One, called \.{INIMP},
26292 @.INIMP@>
26293 has to be run first; it initializes everything from scratch, without
26294 reading a mem file, and it has the capability of dumping a mem file.
26295 The other one is called `\.{VIRMP}'; it is a ``virgin'' program that needs
26296 @.VIRMP@>
26297 to input a mem file in order to get started. \.{VIRMP} typically has
26298 a bit more memory capacity than \.{INIMP}, because it does not need the
26299 space consumed by the dumping/undumping routines and the numerous calls on
26300 |primitive|, etc.
26301
26302 The \.{VIRMP} program cannot read a mem file instantaneously, of course;
26303 the best implementations therefore allow for production versions of \MP\ that
26304 not only avoid the loading routine for \PASCAL\ object code, they also have
26305 a mem file pre-loaded. 
26306
26307 @<Glob...@>=
26308 boolean ini_version; /* are we iniMP? */
26309
26310 @ @<Option variables@>=
26311 int ini_version; /* are we iniMP? */
26312
26313 @ @<Set |ini_version|@>=
26314 mp->ini_version = (opt->ini_version ? true : false);
26315
26316 @ Here we do whatever is needed to complete \MP's job gracefully on the
26317 local operating system. The code here might come into play after a fatal
26318 error; it must therefore consist entirely of ``safe'' operations that
26319 cannot produce error messages. For example, it would be a mistake to call
26320 |str_room| or |make_string| at this time, because a call on |overflow|
26321 might lead to an infinite loop.
26322 @^system dependencies@>
26323
26324 This program doesn't bother to close the input files that may still be open.
26325
26326 @<Last-minute...@>=
26327 void mp_close_files_and_terminate (MP mp) {
26328   integer k; /* all-purpose index */
26329   integer LH; /* the length of the \.{TFM} header, in words */
26330   int lk_offset; /* extra words inserted at beginning of |lig_kern| array */
26331   pointer p; /* runs through a list of \.{TFM} dimensions */
26332   @<Close all open files in the |rd_file| and |wr_file| arrays@>;
26333   if ( mp->internal[mp_tracing_stats]>0 )
26334     @<Output statistics about this job@>;
26335   wake_up_terminal; 
26336   @<Do all the finishing work on the \.{TFM} file@>;
26337   @<Explain what output files were written@>;
26338   if ( mp->log_opened ){ 
26339     wlog_cr;
26340     fclose(mp->log_file); mp->selector=mp->selector-2;
26341     if ( mp->selector==term_only ) {
26342       mp_print_nl(mp, "Transcript written on ");
26343 @.Transcript written...@>
26344       mp_print(mp, mp->log_name); mp_print_char(mp, '.');
26345     }
26346   }
26347   mp_print_ln(mp);
26348 }
26349
26350 @ @<Declarations@>=
26351 void mp_close_files_and_terminate (MP mp) ;
26352
26353 @ @<Close all open files in the |rd_file| and |wr_file| arrays@>=
26354 if (mp->rd_fname!=NULL) {
26355   for (k=0;k<=(int)mp->read_files-1;k++ ) {
26356     if ( mp->rd_fname[k]!=NULL ) {
26357       fclose(mp->rd_file[k]);
26358    }
26359  }
26360 }
26361 if (mp->wr_fname!=NULL) {
26362   for (k=0;k<=(int)mp->write_files-1;k++) {
26363     if ( mp->wr_fname[k]!=NULL ) {
26364      fclose(mp->wr_file[k]);
26365     }
26366   }
26367 }
26368
26369 @ @<Dealloc ...@>=
26370 for (k=0;k<(int)mp->max_read_files;k++ ) {
26371   if ( mp->rd_fname[k]!=NULL ) {
26372     fclose(mp->rd_file[k]);
26373     mp_xfree(mp->rd_fname[k]); 
26374   }
26375 }
26376 mp_xfree(mp->rd_file);
26377 mp_xfree(mp->rd_fname);
26378 for (k=0;k<(int)mp->max_write_files;k++) {
26379   if ( mp->wr_fname[k]!=NULL ) {
26380     fclose(mp->wr_file[k]);
26381     mp_xfree(mp->wr_fname[k]); 
26382   }
26383 }
26384 mp_xfree(mp->wr_file);
26385 mp_xfree(mp->wr_fname);
26386
26387
26388 @ We want to produce a \.{TFM} file if and only if |mp_fontmaking| is positive.
26389
26390 We reclaim all of the variable-size memory at this point, so that
26391 there is no chance of another memory overflow after the memory capacity
26392 has already been exceeded.
26393
26394 @<Do all the finishing work on the \.{TFM} file@>=
26395 if ( mp->internal[mp_fontmaking]>0 ) {
26396   @<Make the dynamic memory into one big available node@>;
26397   @<Massage the \.{TFM} widths@>;
26398   mp_fix_design_size(mp); mp_fix_check_sum(mp);
26399   @<Massage the \.{TFM} heights, depths, and italic corrections@>;
26400   mp->internal[mp_fontmaking]=0; /* avoid loop in case of fatal error */
26401   @<Finish the \.{TFM} file@>;
26402 }
26403
26404 @ @<Make the dynamic memory into one big available node@>=
26405 mp->rover=lo_mem_stat_max+1; link(mp->rover)=empty_flag; mp->lo_mem_max=mp->hi_mem_min-1;
26406 if ( mp->lo_mem_max-mp->rover>max_halfword ) mp->lo_mem_max=max_halfword+mp->rover;
26407 node_size(mp->rover)=mp->lo_mem_max-mp->rover; 
26408 llink(mp->rover)=mp->rover; rlink(mp->rover)=mp->rover;
26409 link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null
26410
26411 @ The present section goes directly to the log file instead of using
26412 |print| commands, because there's no need for these strings to take
26413 up |str_pool| memory when a non-{\bf stat} version of \MP\ is being used.
26414
26415 @<Output statistics...@>=
26416 if ( mp->log_opened ) { 
26417   char s[128];
26418   wlog_ln(" ");
26419   wlog_ln("Here is how much of MetaPost's memory you used:");
26420 @.Here is how much...@>
26421   snprintf(s,128," %i string%s out of %i",(int)mp->max_strs_used-mp->init_str_use,
26422           (mp->max_strs_used!=mp->init_str_use+1 ? "s" : ""),
26423           (int)(mp->max_strings-1-mp->init_str_use));
26424   wlog_ln(s);
26425   snprintf(s,128," %i string characters out of %i",
26426            (int)mp->max_pl_used-mp->init_pool_ptr,
26427            (int)mp->pool_size-mp->init_pool_ptr);
26428   wlog_ln(s);
26429   snprintf(s,128," %i words of memory out of %i",
26430            (int)mp->lo_mem_max+mp->mem_end-mp->hi_mem_min+2,
26431            (int)mp->mem_end+1);
26432   wlog_ln(s);
26433   snprintf(s,128," %i symbolic tokens out of %i", (int)mp->st_count, (int)mp->hash_size);
26434   wlog_ln(s);
26435   snprintf(s,128," %ii, %in, %ip, %ib stack positions out of %ii, %in, %ip, %ib",
26436            (int)mp->max_in_stack,(int)mp->int_ptr,
26437            (int)mp->max_param_stack,(int)mp->max_buf_stack+1,
26438            (int)mp->stack_size,(int)mp->max_internal,(int)mp->param_size,(int)mp->buf_size);
26439   wlog_ln(s);
26440   snprintf(s,128," %i string compactions (moved %i characters, %i strings)",
26441           (int)mp->pact_count,(int)mp->pact_chars,(int)mp->pact_strs);
26442   wlog_ln(s);
26443 }
26444
26445 @ We get to the |final_cleanup| routine when \&{end} or \&{dump} has
26446 been scanned.
26447
26448 @<Last-minute...@>=
26449 void mp_final_cleanup (MP mp) {
26450   small_number c; /* 0 for \&{end}, 1 for \&{dump} */
26451   c=mp->cur_mod;
26452   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
26453   while ( mp->input_ptr>0 ) {
26454     if ( token_state ) mp_end_token_list(mp);
26455     else  mp_end_file_reading(mp);
26456   }
26457   while ( mp->loop_ptr!=null ) mp_stop_iteration(mp);
26458   while ( mp->open_parens>0 ) { 
26459     mp_print(mp, " )"); decr(mp->open_parens);
26460   };
26461   while ( mp->cond_ptr!=null ) {
26462     mp_print_nl(mp, "(end occurred when ");
26463 @.end occurred...@>
26464     mp_print_cmd_mod(mp, fi_or_else,mp->cur_if);
26465     /* `\.{if}' or `\.{elseif}' or `\.{else}' */
26466     if ( mp->if_line!=0 ) {
26467       mp_print(mp, " on line "); mp_print_int(mp, mp->if_line);
26468     }
26469     mp_print(mp, " was incomplete)");
26470     mp->if_line=if_line_field(mp->cond_ptr);
26471     mp->cur_if=name_type(mp->cond_ptr); mp->cond_ptr=link(mp->cond_ptr);
26472   }
26473   if ( mp->history!=mp_spotless )
26474     if ( ((mp->history==mp_warning_issued)||(mp->interaction<mp_error_stop_mode)) )
26475       if ( mp->selector==term_and_log ) {
26476     mp->selector=term_only;
26477     mp_print_nl(mp, "(see the transcript file for additional information)");
26478 @.see the transcript file...@>
26479     mp->selector=term_and_log;
26480   }
26481   if ( c==1 ) {
26482     if (mp->ini_version) {
26483       mp_store_mem_file(mp); return;
26484     }
26485     mp_print_nl(mp, "(dump is performed only by INIMP)"); return;
26486 @.dump...only by INIMP@>
26487   }
26488 }
26489
26490 @ @<Declarations@>=
26491 void mp_final_cleanup (MP mp) ;
26492 void mp_init_prim (MP mp) ;
26493 void mp_init_tab (MP mp) ;
26494
26495 @ @<Last-minute...@>=
26496 void mp_init_prim (MP mp) { /* initialize all the primitives */
26497   @<Put each...@>;
26498 }
26499 @#
26500 void mp_init_tab (MP mp) { /* initialize other tables */
26501   integer k; /* all-purpose index */
26502   @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>;
26503 }
26504
26505
26506 @ When we begin the following code, \MP's tables may still contain garbage;
26507 the strings might not even be present. Thus we must proceed cautiously to get
26508 bootstrapped in.
26509
26510 But when we finish this part of the program, \MP\ is ready to call on the
26511 |main_control| routine to do its work.
26512
26513 @<Get the first line...@>=
26514
26515   @<Initialize the input routines@>;
26516   if ( (mp->mem_ident==NULL)||(mp->buffer[loc]=='&') ) {
26517     if ( mp->mem_ident!=NULL ) {
26518       mp_do_initialize(mp); /* erase preloaded mem */
26519     }
26520     if ( ! mp_open_mem_file(mp) ) return mp_fatal_error_stop;
26521     if ( ! mp_load_mem_file(mp) ) {
26522       fclose( mp->mem_file); return mp_fatal_error_stop;
26523     }
26524     fclose( mp->mem_file);
26525     while ( (loc<limit)&&(mp->buffer[loc]==' ') ) incr(loc);
26526   }
26527   mp->buffer[limit]='%';
26528   mp_fix_date_and_time(mp);
26529   mp->sys_random_seed = (scaled)(mp->get_random_seed)(mp);
26530   mp_init_randoms(mp, mp->sys_random_seed);
26531   @<Initialize the print |selector|...@>;
26532   if ( loc<limit ) if ( mp->buffer[loc]!='\\' ) 
26533     mp_start_input(mp); /* \&{input} assumed */
26534 }
26535
26536 @ @<Run inimpost commands@>=
26537 {
26538   mp_get_strings_started(mp);
26539   mp_init_tab(mp); /* initialize the tables */
26540   mp_init_prim(mp); /* call |primitive| for each primitive */
26541   mp->init_str_use=mp->str_ptr; mp->init_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26542   mp->max_str_ptr=mp->str_ptr; mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26543   mp_fix_date_and_time(mp);
26544 }
26545
26546
26547 @* \[47] Debugging.
26548 Once \MP\ is working, you should be able to diagnose most errors with
26549 the \.{show} commands and other diagnostic features. But for the initial
26550 stages of debugging, and for the revelation of really deep mysteries, you
26551 can compile \MP\ with a few more aids, including the \PASCAL\ runtime
26552 checks and its debugger. An additional routine called |debug_help|
26553 will also come into play when you type `\.D' after an error message;
26554 |debug_help| also occurs just before a fatal error causes \MP\ to succumb.
26555 @^debugging@>
26556 @^system dependencies@>
26557
26558 The interface to |debug_help| is primitive, but it is good enough when used
26559 with a \PASCAL\ debugger that allows you to set breakpoints and to read
26560 variables and change their values. After getting the prompt `\.{debug \#}', you
26561 type either a negative number (this exits |debug_help|), or zero (this
26562 goes to a location where you can set a breakpoint, thereby entering into
26563 dialog with the \PASCAL\ debugger), or a positive number |m| followed by
26564 an argument |n|. The meaning of |m| and |n| will be clear from the
26565 program below. (If |m=13|, there is an additional argument, |l|.)
26566 @.debug \#@>
26567
26568 @<Last-minute...@>=
26569 void mp_debug_help (MP mp) { /* routine to display various things */
26570   integer k;
26571   int l,m,n;
26572   while (1) { 
26573     wake_up_terminal;
26574     mp_print_nl(mp, "debug # (-1 to exit):"); update_terminal;
26575 @.debug \#@>
26576     m = 0;
26577     fscanf(mp->term_in,"%i",&m);
26578     if ( m<=0 )
26579       return;
26580     n = 0 ;
26581     fscanf(mp->term_in,"%i",&n);
26582     switch (m) {
26583     @<Numbered cases for |debug_help|@>;
26584     default: mp_print(mp, "?"); break;
26585     }
26586   }
26587 }
26588
26589 @ @<Numbered cases...@>=
26590 case 1: mp_print_word(mp, mp->mem[n]); /* display |mem[n]| in all forms */
26591   break;
26592 case 2: mp_print_int(mp, info(n));
26593   break;
26594 case 3: mp_print_int(mp, link(n));
26595   break;
26596 case 4: mp_print_int(mp, eq_type(n)); mp_print_char(mp, ':'); mp_print_int(mp, equiv(n));
26597   break;
26598 case 5: mp_print_variable_name(mp, n);
26599   break;
26600 case 6: mp_print_int(mp, mp->internal[n]);
26601   break;
26602 case 7: mp_do_show_dependencies(mp);
26603   break;
26604 case 9: mp_show_token_list(mp, n,null,100000,0);
26605   break;
26606 case 10: mp_print_str(mp, n);
26607   break;
26608 case 11: mp_check_mem(mp, n>0); /* check wellformedness; print new busy locations if |n>0| */
26609   break;
26610 case 12: mp_search_mem(mp, n); /* look for pointers to |n| */
26611   break;
26612 case 13: l = 0;  fscanf(mp->term_in,"%i",&l); mp_print_cmd_mod(mp, n,l); 
26613   break;
26614 case 14: for (k=0;k<=n;k++) mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
26615   break;
26616 case 15: mp->panicking=! mp->panicking;
26617   break;
26618
26619
26620 @ Saving the filename template
26621
26622 @<Save the filename template@>=
26623
26624   if ( mp->filename_template!=0 ) delete_str_ref(mp->filename_template);
26625   if ( length(mp->cur_exp)==0 ) mp->filename_template=0;
26626   else { 
26627     mp->filename_template=mp->cur_exp; add_str_ref(mp->filename_template);
26628   }
26629 }
26630
26631 @* \[48] System-dependent changes.
26632 This section should be replaced, if necessary, by any special
26633 modification of the program
26634 that are necessary to make \MP\ work at a particular installation.
26635 It is usually best to design your change file so that all changes to
26636 previous sections preserve the section numbering; then everybody's version
26637 will be consistent with the published program. More extensive changes,
26638 which introduce new sections, can be inserted here; then only the index
26639 itself will get a new section number.
26640 @^system dependencies@>
26641
26642 @* \[49] Index.
26643 Here is where you can find all uses of each identifier in the program,
26644 with underlined entries pointing to where the identifier was defined.
26645 If the identifier is only one letter long, however, you get to see only
26646 the underlined entries. {\sl All references are to section numbers instead of
26647 page numbers.}
26648
26649 This index also lists error messages and other aspects of the program
26650 that you might want to look up some day. For example, the entry
26651 for ``system dependencies'' lists all sections that should receive
26652 special attention from people who are installing \MP\ in a new
26653 operating environment. A list of various things that can't happen appears
26654 under ``this can't happen''.
26655 Approximately 25 sections are listed under ``inner loop''; these account
26656 for more than 60\pct! of \MP's running time, exclusive of input and output.