cleanups in sync with mp.w
[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 @<Declarations@>=
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 @c 
2963 scaled mp_make_scaled (MP mp,integer p, integer q) {
2964 #ifdef FIXPT 
2965   integer f; /* the fraction bits, with a leading 1 bit */
2966   integer n; /* the integer part of $\vert p/q\vert$ */
2967   boolean negative; /* should the result be negated? */
2968   integer be_careful; /* disables certain compiler optimizations */
2969   if ( p>=0 ) negative=false;
2970   else  { negate(p); negative=true; };
2971   if ( q<=0 ) { 
2972 #ifdef DEBUG 
2973     if ( q==0 ) mp_confusion(mp, "/");
2974 @:this can't happen /}{\quad \./@>
2975 #endif
2976     negate(q); negative=! negative;
2977   }
2978   n=p / q; p=p % q;
2979   if ( n>=0100000 ) { 
2980     mp->arith_error=true;
2981     return (negative ? (-el_gordo) : el_gordo);
2982   } else  { 
2983     n=(n-1)*unity;
2984     @<Compute $f=\lfloor 2^{16}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>;
2985     return ( negative ? (-(f+n)) :(f+n));
2986   }
2987 #else /* FIXPT */
2988     register double d;
2989         register integer i;
2990 #ifdef DEBUG
2991         if (q==0) mp_confusion(mp,"/"); 
2992 #endif /* DEBUG */
2993         d = TWEXP16 * (double)p /(double)q;
2994         if ((p^q) >= 0) {
2995                 d += 0.5;
2996                 if (d>=TWEXP31) {mp->arith_error=true; return ELGORDO;}
2997                 i = (integer) d;
2998                 if (d==i && ( ((q>0 ? -q : q)&077777)
2999                                 * (((i&037777)<<1)-1) & 04000)!=0) --i;
3000         } else {
3001                 d -= 0.5;
3002                 if (d<= -TWEXP31) {mp->arith_error=true; return -ELGORDO;}
3003                 i = (integer) d;
3004                 if (d==i && ( ((q>0 ? q : -q)&077777)
3005                                 * (((i&037777)<<1)+1) & 04000)!=0) ++i;
3006         }
3007         return i;
3008 #endif /* FIXPT */
3009 }
3010
3011 @ @<Compute $f=\lfloor 2^{16}(1+p/q)+{1\over2}\rfloor$@>=
3012 f=1;
3013 do {  
3014   be_careful=p-q; p=be_careful+p;
3015   if ( p>=0 ) f=f+f+1;
3016   else  { f+=f; p=p+q; };
3017 } while (f<unity);
3018 be_careful=p-q;
3019 if ( be_careful+p>=0 ) incr(f)
3020
3021 @ Here is a typical example of how the routines above can be used.
3022 It computes the function
3023 $${1\over3\tau}f(\theta,\phi)=
3024 {\tau^{-1}\bigl(2+\sqrt2\,(\sin\theta-{1\over16}\sin\phi)
3025  (\sin\phi-{1\over16}\sin\theta)(\cos\theta-\cos\phi)\bigr)\over
3026 3\,\bigl(1+{1\over2}(\sqrt5-1)\cos\theta+{1\over2}(3-\sqrt5\,)\cos\phi\bigr)},$$
3027 where $\tau$ is a |scaled| ``tension'' parameter. This is \MP's magic
3028 fudge factor for placing the first control point of a curve that starts
3029 at an angle $\theta$ and ends at an angle $\phi$ from the straight path.
3030 (Actually, if the stated quantity exceeds 4, \MP\ reduces it to~4.)
3031
3032 The trigonometric quantity to be multiplied by $\sqrt2$ is less than $\sqrt2$.
3033 (It's a sum of eight terms whose absolute values can be bounded using
3034 relations such as $\sin\theta\cos\theta\L{1\over2}$.) Thus the numerator
3035 is positive; and since the tension $\tau$ is constrained to be at least
3036 $3\over4$, the numerator is less than $16\over3$. The denominator is
3037 nonnegative and at most~6.  Hence the fixed-point calculations below
3038 are guaranteed to stay within the bounds of a 32-bit computer word.
3039
3040 The angles $\theta$ and $\phi$ are given implicitly in terms of |fraction|
3041 arguments |st|, |ct|, |sf|, and |cf|, representing $\sin\theta$, $\cos\theta$,
3042 $\sin\phi$, and $\cos\phi$, respectively.
3043
3044 @c 
3045 fraction mp_velocity (MP mp,fraction st, fraction ct, fraction sf,
3046                       fraction cf, scaled t) {
3047   integer acc,num,denom; /* registers for intermediate calculations */
3048   acc=mp_take_fraction(mp, st-(sf / 16), sf-(st / 16));
3049   acc=mp_take_fraction(mp, acc,ct-cf);
3050   num=fraction_two+mp_take_fraction(mp, acc,379625062);
3051                    /* $2^{28}\sqrt2\approx379625062.497$ */
3052   denom=fraction_three+mp_take_fraction(mp, ct,497706707)+mp_take_fraction(mp, cf,307599661);
3053                       /* $3\cdot2^{27}\cdot(\sqrt5-1)\approx497706706.78$ and
3054                          $3\cdot2^{27}\cdot(3-\sqrt5\,)\approx307599661.22$ */
3055   if ( t!=unity ) num=mp_make_scaled(mp, num,t);
3056   /* |make_scaled(fraction,scaled)=fraction| */
3057   if ( num / 4>=denom ) 
3058     return fraction_four;
3059   else 
3060     return mp_make_fraction(mp, num, denom);
3061 }
3062
3063 @ The following somewhat different subroutine tests rigorously if $ab$ is
3064 greater than, equal to, or less than~$cd$,
3065 given integers $(a,b,c,d)$. In most cases a quick decision is reached.
3066 The result is $+1$, 0, or~$-1$ in the three respective cases.
3067
3068 @d mp_ab_vs_cd(M,A,B,C,D) mp_do_ab_vs_cd(A,B,C,D)
3069
3070 @c 
3071 integer mp_do_ab_vs_cd (integer a,integer b, integer c, integer d) {
3072   integer q,r; /* temporary registers */
3073   @<Reduce to the case that |a,c>=0|, |b,d>0|@>;
3074   while (1) { 
3075     q = a / d; r = c / b;
3076     if ( q!=r )
3077       return ( q>r ? 1 : -1);
3078     q = a % d; r = c % b;
3079     if ( r==0 )
3080       return (q ? 1 : 0);
3081     if ( q==0 ) return -1;
3082     a=b; b=q; c=d; d=r;
3083   } /* now |a>d>0| and |c>b>0| */
3084 }
3085
3086 @ @<Reduce to the case that |a...@>=
3087 if ( a<0 ) { negate(a); negate(b);  };
3088 if ( c<0 ) { negate(c); negate(d);  };
3089 if ( d<=0 ) { 
3090   if ( b>=0 ) {
3091     if ( (a==0||b==0)&&(c==0||d==0) ) return 0;
3092     else return 1;
3093   }
3094   if ( d==0 )
3095     return ( a==0 ? 0 : -1);
3096   q=a; a=c; c=q; q=-b; b=-d; d=q;
3097 } else if ( b<=0 ) { 
3098   if ( b<0 ) if ( a>0 ) return -1;
3099   return (c==0 ? 0 : -1);
3100 }
3101
3102 @ We conclude this set of elementary routines with some simple rounding
3103 and truncation operations.
3104
3105 @<Internal library declarations@>=
3106 #define mp_floor_scaled(M,i) ((i)&(-65536))
3107 #define mp_round_unscaled(M,i) (((i>>15)+1)>>1)
3108 #define mp_round_fraction(M,i) (((i>>11)+1)>>1)
3109
3110
3111 @* \[8] Algebraic and transcendental functions.
3112 \MP\ computes all of the necessary special functions from scratch, without
3113 relying on |real| arithmetic or system subroutines for sines, cosines, etc.
3114
3115 @ To get the square root of a |scaled| number |x|, we want to calculate
3116 $s=\lfloor 2^8\!\sqrt x +{1\over2}\rfloor$. If $x>0$, this is the unique
3117 integer such that $2^{16}x-s\L s^2<2^{16}x+s$. The following subroutine
3118 determines $s$ by an iterative method that maintains the invariant
3119 relations $x=2^{46-2k}x_0\bmod 2^{30}$, $0<y=\lfloor 2^{16-2k}x_0\rfloor
3120 -s^2+s\L q=2s$, where $x_0$ is the initial value of $x$. The value of~$y$
3121 might, however, be zero at the start of the first iteration.
3122
3123 @<Declarations@>=
3124 scaled mp_square_rt (MP mp,scaled x) ;
3125
3126 @ @c 
3127 scaled mp_square_rt (MP mp,scaled x) {
3128   small_number k; /* iteration control counter */
3129   integer y,q; /* registers for intermediate calculations */
3130   if ( x<=0 ) { 
3131     @<Handle square root of zero or negative argument@>;
3132   } else { 
3133     k=23; q=2;
3134     while ( x<fraction_two ) { /* i.e., |while x<@t$2^{29}$@>|\unskip */
3135       decr(k); x=x+x+x+x;
3136     }
3137     if ( x<fraction_four ) y=0;
3138     else  { x=x-fraction_four; y=1; };
3139     do {  
3140       @<Decrease |k| by 1, maintaining the invariant
3141       relations between |x|, |y|, and~|q|@>;
3142     } while (k!=0);
3143     return (halfp(q));
3144   }
3145 }
3146
3147 @ @<Handle square root of zero...@>=
3148
3149   if ( x<0 ) { 
3150     print_err("Square root of ");
3151 @.Square root...replaced by 0@>
3152     mp_print_scaled(mp, x); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3153     help2("Since I don't take square roots of negative numbers,")
3154          ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3155     mp_error(mp);
3156   };
3157   return 0;
3158 }
3159
3160 @ @<Decrease |k| by 1, maintaining...@>=
3161 x+=x; y+=y;
3162 if ( x>=fraction_four ) { /* note that |fraction_four=@t$2^{30}$@>| */
3163   x=x-fraction_four; incr(y);
3164 };
3165 x+=x; y=y+y-q; q+=q;
3166 if ( x>=fraction_four ) { x=x-fraction_four; incr(y); };
3167 if ( y>q ){ y=y-q; q=q+2; }
3168 else if ( y<=0 )  { q=q-2; y=y+q;  };
3169 decr(k)
3170
3171 @ Pythagorean addition $\psqrt{a^2+b^2}$ is implemented by an elegant
3172 iterative scheme due to Cleve Moler and Donald Morrison [{\sl IBM Journal
3173 @^Moler, Cleve Barry@>
3174 @^Morrison, Donald Ross@>
3175 of Research and Development\/ \bf27} (1983), 577--581]. It modifies |a| and~|b|
3176 in such a way that their Pythagorean sum remains invariant, while the
3177 smaller argument decreases.
3178
3179 @c 
3180 integer mp_pyth_add (MP mp,integer a, integer b) {
3181   fraction r; /* register used to transform |a| and |b| */
3182   boolean big; /* is the result dangerously near $2^{31}$? */
3183   a=abs(a); b=abs(b);
3184   if ( a<b ) { r=b; b=a; a=r; }; /* now |0<=b<=a| */
3185   if ( b>0 ) {
3186     if ( a<fraction_two ) {
3187       big=false;
3188     } else { 
3189       a=a / 4; b=b / 4; big=true;
3190     }; /* we reduced the precision to avoid arithmetic overflow */
3191     @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2+b^2}$@>;
3192     if ( big ) {
3193       if ( a<fraction_two ) {
3194         a=a+a+a+a;
3195       } else  { 
3196         mp->arith_error=true; a=el_gordo;
3197       };
3198     }
3199   }
3200   return a;
3201 }
3202
3203 @ The key idea here is to reflect the vector $(a,b)$ about the
3204 line through $(a,b/2)$.
3205
3206 @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2+b^2}$@>=
3207 while (1) {  
3208   r=mp_make_fraction(mp, b,a);
3209   r=mp_take_fraction(mp, r,r); /* now $r\approx b^2/a^2$ */
3210   if ( r==0 ) break;
3211   r=mp_make_fraction(mp, r,fraction_four+r);
3212   a=a+mp_take_fraction(mp, a+a,r); b=mp_take_fraction(mp, b,r);
3213 }
3214
3215
3216 @ Here is a similar algorithm for $\psqrt{a^2-b^2}$.
3217 It converges slowly when $b$ is near $a$, but otherwise it works fine.
3218
3219 @c 
3220 integer mp_pyth_sub (MP mp,integer a, integer b) {
3221   fraction r; /* register used to transform |a| and |b| */
3222   boolean big; /* is the input dangerously near $2^{31}$? */
3223   a=abs(a); b=abs(b);
3224   if ( a<=b ) {
3225     @<Handle erroneous |pyth_sub| and set |a:=0|@>;
3226   } else { 
3227     if ( a<fraction_four ) {
3228       big=false;
3229     } else  { 
3230       a=halfp(a); b=halfp(b); big=true;
3231     }
3232     @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2-b^2}$@>;
3233     if ( big ) double(a);
3234   }
3235   return a;
3236 }
3237
3238 @ @<Replace |a| by an approximation to $\psqrt{a^2-b^2}$@>=
3239 while (1) { 
3240   r=mp_make_fraction(mp, b,a);
3241   r=mp_take_fraction(mp, r,r); /* now $r\approx b^2/a^2$ */
3242   if ( r==0 ) break;
3243   r=mp_make_fraction(mp, r,fraction_four-r);
3244   a=a-mp_take_fraction(mp, a+a,r); b=mp_take_fraction(mp, b,r);
3245 }
3246
3247 @ @<Handle erroneous |pyth_sub| and set |a:=0|@>=
3248
3249   if ( a<b ){ 
3250     print_err("Pythagorean subtraction "); mp_print_scaled(mp, a);
3251     mp_print(mp, "+-+"); mp_print_scaled(mp, b); 
3252     mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3253 @.Pythagorean...@>
3254     help2("Since I don't take square roots of negative numbers,")
3255          ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3256     mp_error(mp);
3257   }
3258   a=0;
3259 }
3260
3261 @ The subroutines for logarithm and exponential involve two tables.
3262 The first is simple: |two_to_the[k]| equals $2^k$. The second involves
3263 a bit more calculation, which the author claims to have done correctly:
3264 |spec_log[k]| is $2^{27}$ times $\ln\bigl(1/(1-2^{-k})\bigr)=
3265 2^{-k}+{1\over2}2^{-2k}+{1\over3}2^{-3k}+\cdots\,$, rounded to the
3266 nearest integer.
3267
3268 @d two_to_the(A) (1<<(A))
3269
3270 @<Constants ...@>=
3271 static const integer spec_log[29] = { 0, /* special logarithms */
3272 93032640, 38612034, 17922280, 8662214, 4261238, 2113709,
3273 1052693, 525315, 262400, 131136, 65552, 32772, 16385,
3274 8192, 4096, 2048, 1024, 512, 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1, 1 };
3275
3276 @ @<Local variables for initialization@>=
3277 integer k; /* all-purpose loop index */
3278
3279
3280 @ Here is the routine that calculates $2^8$ times the natural logarithm
3281 of a |scaled| quantity; it is an integer approximation to $2^{24}\ln(x/2^{16})$,
3282 when |x| is a given positive integer.
3283
3284 The method is based on exercise 1.2.2--25 in {\sl The Art of Computer
3285 Programming\/}: During the main iteration we have $1\L 2^{-30}x<1/(1-2^{1-k})$,
3286 and the logarithm of $2^{30}x$ remains to be added to an accumulator
3287 register called~$y$. Three auxiliary bits of accuracy are retained in~$y$
3288 during the calculation, and sixteen auxiliary bits to extend |y| are
3289 kept in~|z| during the initial argument reduction. (We add
3290 $100\cdot2^{16}=6553600$ to~|z| and subtract 100 from~|y| so that |z| will
3291 not become negative; also, the actual amount subtracted from~|y| is~96,
3292 not~100, because we want to add~4 for rounding before the final division by~8.)
3293
3294 @c 
3295 scaled mp_m_log (MP mp,scaled x) {
3296   integer y,z; /* auxiliary registers */
3297   integer k; /* iteration counter */
3298   if ( x<=0 ) {
3299      @<Handle non-positive logarithm@>;
3300   } else  { 
3301     y=1302456956+4-100; /* $14\times2^{27}\ln2\approx1302456956.421063$ */
3302     z=27595+6553600; /* and $2^{16}\times .421063\approx 27595$ */
3303     while ( x<fraction_four ) {
3304        double(x); y-=93032639; z-=48782;
3305     } /* $2^{27}\ln2\approx 93032639.74436163$ and $2^{16}\times.74436163\approx 48782$ */
3306     y=y+(z / unity); k=2;
3307     while ( x>fraction_four+4 ) {
3308       @<Increase |k| until |x| can be multiplied by a
3309         factor of $2^{-k}$, and adjust $y$ accordingly@>;
3310     }
3311     return (y / 8);
3312   }
3313 }
3314
3315 @ @<Increase |k| until |x| can...@>=
3316
3317   z=((x-1) / two_to_the(k))+1; /* $z=\lceil x/2^k\rceil$ */
3318   while ( x<fraction_four+z ) { z=halfp(z+1); incr(k); };
3319   y+=spec_log[k]; x-=z;
3320 }
3321
3322 @ @<Handle non-positive logarithm@>=
3323
3324   print_err("Logarithm of ");
3325 @.Logarithm...replaced by 0@>
3326   mp_print_scaled(mp, x); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
3327   help2("Since I don't take logs of non-positive numbers,")
3328        ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3329   mp_error(mp); 
3330   return 0;
3331 }
3332
3333 @ Conversely, the exponential routine calculates $\exp(x/2^8)$,
3334 when |x| is |scaled|. The result is an integer approximation to
3335 $2^{16}\exp(x/2^{24})$, when |x| is regarded as an integer.
3336
3337 @c 
3338 scaled mp_m_exp (MP mp,scaled x) {
3339   small_number k; /* loop control index */
3340   integer y,z; /* auxiliary registers */
3341   if ( x>174436200 ) {
3342     /* $2^{24}\ln((2^{31}-1)/2^{16})\approx 174436199.51$ */
3343     mp->arith_error=true; 
3344     return el_gordo;
3345   } else if ( x<-197694359 ) {
3346         /* $2^{24}\ln(2^{-1}/2^{16})\approx-197694359.45$ */
3347     return 0;
3348   } else { 
3349     if ( x<=0 ) { 
3350        z=-8*x; y=04000000; /* $y=2^{20}$ */
3351     } else { 
3352       if ( x<=127919879 ) { 
3353         z=1023359037-8*x;
3354         /* $2^{27}\ln((2^{31}-1)/2^{20})\approx 1023359037.125$ */
3355       } else {
3356        z=8*(174436200-x); /* |z| is always nonnegative */
3357       }
3358       y=el_gordo;
3359     };
3360     @<Multiply |y| by $\exp(-z/2^{27})$@>;
3361     if ( x<=127919879 ) 
3362        return ((y+8) / 16);
3363      else 
3364        return y;
3365   }
3366 }
3367
3368 @ The idea here is that subtracting |spec_log[k]| from |z| corresponds
3369 to multiplying |y| by $1-2^{-k}$.
3370
3371 A subtle point (which had to be checked) was that if $x=127919879$, the
3372 value of~|y| will decrease so that |y+8| doesn't overflow. In fact,
3373 $z$ will be 5 in this case, and |y| will decrease by~64 when |k=25|
3374 and by~16 when |k=27|.
3375
3376 @<Multiply |y| by...@>=
3377 k=1;
3378 while ( z>0 ) { 
3379   while ( z>=spec_log[k] ) { 
3380     z-=spec_log[k];
3381     y=y-1-((y-two_to_the(k-1)) / two_to_the(k));
3382   }
3383   incr(k);
3384 }
3385
3386 @ The trigonometric subroutines use an auxiliary table such that
3387 |spec_atan[k]| contains an approximation to the |angle| whose tangent
3388 is~$1/2^k$. $\arctan2^{-k}$ times $2^{20}\cdot180/\pi$ 
3389
3390 @<Constants ...@>=
3391 static const angle spec_atan[27] = { 0, 27855475, 14718068, 7471121, 3750058, 
3392 1876857, 938658, 469357, 234682, 117342, 58671, 29335, 14668, 7334, 3667, 
3393 1833, 917, 458, 229, 115, 57, 29, 14, 7, 4, 2, 1 };
3394
3395 @ Given integers |x| and |y|, not both zero, the |n_arg| function
3396 returns the |angle| whose tangent points in the direction $(x,y)$.
3397 This subroutine first determines the correct octant, then solves the
3398 problem for |0<=y<=x|, then converts the result appropriately to
3399 return an answer in the range |-one_eighty_deg<=@t$\theta$@><=one_eighty_deg|.
3400 (The answer is |+one_eighty_deg| if |y=0| and |x<0|, but an answer of
3401 |-one_eighty_deg| is possible if, for example, |y=-1| and $x=-2^{30}$.)
3402
3403 The octants are represented in a ``Gray code,'' since that turns out
3404 to be computationally simplest.
3405
3406 @d negate_x 1
3407 @d negate_y 2
3408 @d switch_x_and_y 4
3409 @d first_octant 1
3410 @d second_octant (first_octant+switch_x_and_y)
3411 @d third_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_x)
3412 @d fourth_octant (first_octant+negate_x)
3413 @d fifth_octant (first_octant+negate_x+negate_y)
3414 @d sixth_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_x+negate_y)
3415 @d seventh_octant (first_octant+switch_x_and_y+negate_y)
3416 @d eighth_octant (first_octant+negate_y)
3417
3418 @c 
3419 angle mp_n_arg (MP mp,integer x, integer y) {
3420   angle z; /* auxiliary register */
3421   integer t; /* temporary storage */
3422   small_number k; /* loop counter */
3423   int octant; /* octant code */
3424   if ( x>=0 ) {
3425     octant=first_octant;
3426   } else { 
3427     negate(x); octant=first_octant+negate_x;
3428   }
3429   if ( y<0 ) { 
3430     negate(y); octant=octant+negate_y;
3431   }
3432   if ( x<y ) { 
3433     t=y; y=x; x=t; octant=octant+switch_x_and_y;
3434   }
3435   if ( x==0 ) { 
3436     @<Handle undefined arg@>; 
3437   } else { 
3438     @<Set variable |z| to the arg of $(x,y)$@>;
3439     @<Return an appropriate answer based on |z| and |octant|@>;
3440   }
3441 }
3442
3443 @ @<Handle undefined arg@>=
3444
3445   print_err("angle(0,0) is taken as zero");
3446 @.angle(0,0)...zero@>
3447   help2("The `angle' between two identical points is undefined.")
3448        ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
3449   mp_error(mp); 
3450   return 0;
3451 }
3452
3453 @ @<Return an appropriate answer...@>=
3454 switch (octant) {
3455 case first_octant: return z;
3456 case second_octant: return (ninety_deg-z);
3457 case third_octant: return (ninety_deg+z);
3458 case fourth_octant: return (one_eighty_deg-z);
3459 case fifth_octant: return (z-one_eighty_deg);
3460 case sixth_octant: return (-z-ninety_deg);
3461 case seventh_octant: return (z-ninety_deg);
3462 case eighth_octant: return (-z);
3463 }; /* there are no other cases */
3464 return 0
3465
3466 @ At this point we have |x>=y>=0|, and |x>0|. The numbers are scaled up
3467 or down until $2^{28}\L x<2^{29}$, so that accurate fixed-point calculations
3468 will be made.
3469
3470 @<Set variable |z| to the arg...@>=
3471 while ( x>=fraction_two ) { 
3472   x=halfp(x); y=halfp(y);
3473 }
3474 z=0;
3475 if ( y>0 ) { 
3476  while ( x<fraction_one ) { 
3477     x+=x; y+=y; 
3478  };
3479  @<Increase |z| to the arg of $(x,y)$@>;
3480 }
3481
3482 @ During the calculations of this section, variables |x| and~|y|
3483 represent actual coordinates $(x,2^{-k}y)$. We will maintain the
3484 condition |x>=y|, so that the tangent will be at most $2^{-k}$.
3485 If $x<2y$, the tangent is greater than $2^{-k-1}$. The transformation
3486 $(a,b)\mapsto(a+b\tan\phi,b-a\tan\phi)$ replaces $(a,b)$ by
3487 coordinates whose angle has decreased by~$\phi$; in the special case
3488 $a=x$, $b=2^{-k}y$, and $\tan\phi=2^{-k-1}$, this operation reduces
3489 to the particularly simple iteration shown here. [Cf.~John E. Meggitt,
3490 @^Meggitt, John E.@>
3491 {\sl IBM Journal of Research and Development\/ \bf6} (1962), 210--226.]
3492
3493 The initial value of |x| will be multiplied by at most
3494 $(1+{1\over2})(1+{1\over8})(1+{1\over32})\cdots\approx 1.7584$; hence
3495 there is no chance of integer overflow.
3496
3497 @<Increase |z|...@>=
3498 k=0;
3499 do {  
3500   y+=y; incr(k);
3501   if ( y>x ){ 
3502     z=z+spec_atan[k]; t=x; x=x+(y / two_to_the(k+k)); y=y-t;
3503   };
3504 } while (k!=15);
3505 do {  
3506   y+=y; incr(k);
3507   if ( y>x ) { z=z+spec_atan[k]; y=y-x; };
3508 } while (k!=26)
3509
3510 @ Conversely, the |n_sin_cos| routine takes an |angle| and produces the sine
3511 and cosine of that angle. The results of this routine are
3512 stored in global integer variables |n_sin| and |n_cos|.
3513
3514 @<Glob...@>=
3515 fraction n_sin;fraction n_cos; /* results computed by |n_sin_cos| */
3516
3517 @ Given an integer |z| that is $2^{20}$ times an angle $\theta$ in degrees,
3518 the purpose of |n_sin_cos(z)| is to set
3519 |x=@t$r\cos\theta$@>| and |y=@t$r\sin\theta$@>| (approximately),
3520 for some rather large number~|r|. The maximum of |x| and |y|
3521 will be between $2^{28}$ and $2^{30}$, so that there will be hardly
3522 any loss of accuracy. Then |x| and~|y| are divided by~|r|.
3523
3524 @c 
3525 void mp_n_sin_cos (MP mp,angle z) { /* computes a multiple of the sine
3526                                        and cosine */ 
3527   small_number k; /* loop control variable */
3528   int q; /* specifies the quadrant */
3529   fraction r; /* magnitude of |(x,y)| */
3530   integer x,y,t; /* temporary registers */
3531   while ( z<0 ) z=z+three_sixty_deg;
3532   z=z % three_sixty_deg; /* now |0<=z<three_sixty_deg| */
3533   q=z / forty_five_deg; z=z % forty_five_deg;
3534   x=fraction_one; y=x;
3535   if ( ! odd(q) ) z=forty_five_deg-z;
3536   @<Subtract angle |z| from |(x,y)|@>;
3537   @<Convert |(x,y)| to the octant determined by~|q|@>;
3538   r=mp_pyth_add(mp, x,y); 
3539   mp->n_cos=mp_make_fraction(mp, x,r); 
3540   mp->n_sin=mp_make_fraction(mp, y,r);
3541 }
3542
3543 @ In this case the octants are numbered sequentially.
3544
3545 @<Convert |(x,...@>=
3546 switch (q) {
3547 case 0: break;
3548 case 1: t=x; x=y; y=t; break;
3549 case 2: t=x; x=-y; y=t; break;
3550 case 3: negate(x); break;
3551 case 4: negate(x); negate(y); break;
3552 case 5: t=x; x=-y; y=-t; break;
3553 case 6: t=x; x=y; y=-t; break;
3554 case 7: negate(y); break;
3555 } /* there are no other cases */
3556
3557 @ The main iteration of |n_sin_cos| is similar to that of |n_arg| but
3558 applied in reverse. The values of |spec_atan[k]| decrease slowly enough
3559 that this loop is guaranteed to terminate before the (nonexistent) value
3560 |spec_atan[27]| would be required.
3561
3562 @<Subtract angle |z|...@>=
3563 k=1;
3564 while ( z>0 ){ 
3565   if ( z>=spec_atan[k] ) { 
3566     z=z-spec_atan[k]; t=x;
3567     x=t+y / two_to_the(k);
3568     y=y-t / two_to_the(k);
3569   }
3570   incr(k);
3571 }
3572 if ( y<0 ) y=0 /* this precaution may never be needed */
3573
3574 @ And now let's complete our collection of numeric utility routines
3575 by considering random number generation.
3576 \MP\ generates pseudo-random numbers with the additive scheme recommended
3577 in Section 3.6 of {\sl The Art of Computer Programming}; however, the
3578 results are random fractions between 0 and |fraction_one-1|, inclusive.
3579
3580 There's an auxiliary array |randoms| that contains 55 pseudo-random
3581 fractions. Using the recurrence $x_n=(x_{n-55}-x_{n-31})\bmod 2^{28}$,
3582 we generate batches of 55 new $x_n$'s at a time by calling |new_randoms|.
3583 The global variable |j_random| tells which element has most recently
3584 been consumed.
3585 The global variable |sys_random_seed| was introduced in version 0.9,
3586 for the sole reason of stressing the fact that the initial value of the
3587 random seed is system-dependant. The pascal code below will initialize
3588 this variable to |(internal[mp_time] div unity)+internal[mp_day]|, but this 
3589 is not good enough on modern fast machines that are capable of running
3590 multiple MetaPost processes within the same second.
3591 @^system dependencies@>
3592
3593 @<Glob...@>=
3594 fraction randoms[55]; /* the last 55 random values generated */
3595 int j_random; /* the number of unused |randoms| */
3596 scaled sys_random_seed; /* the default random seed */
3597
3598 @ @<Exported types@>=
3599 typedef int (*mp_get_random_seed_command)(MP mp);
3600
3601 @ @<Glob...@>=
3602 mp_get_random_seed_command get_random_seed;
3603
3604 @ @<Option variables@>=
3605 mp_get_random_seed_command get_random_seed;
3606
3607 @ @<Allocate or initialize ...@>=
3608 set_callback_option(get_random_seed);
3609
3610 @ @<Internal library declarations@>=
3611 int mp_get_random_seed (MP mp);
3612
3613 @ @c 
3614 int mp_get_random_seed (MP mp) {
3615   return (mp->internal[mp_time] / unity)+mp->internal[mp_day];
3616 }
3617
3618 @ To consume a random fraction, the program below will say `|next_random|'
3619 and then it will fetch |randoms[j_random]|.
3620
3621 @d next_random { if ( mp->j_random==0 ) mp_new_randoms(mp);
3622   else decr(mp->j_random); }
3623
3624 @c 
3625 void mp_new_randoms (MP mp) {
3626   int k; /* index into |randoms| */
3627   fraction x; /* accumulator */
3628   for (k=0;k<=23;k++) { 
3629    x=mp->randoms[k]-mp->randoms[k+31];
3630     if ( x<0 ) x=x+fraction_one;
3631     mp->randoms[k]=x;
3632   }
3633   for (k=24;k<= 54;k++){ 
3634     x=mp->randoms[k]-mp->randoms[k-24];
3635     if ( x<0 ) x=x+fraction_one;
3636     mp->randoms[k]=x;
3637   }
3638   mp->j_random=54;
3639 }
3640
3641 @ @<Declarations@>=
3642 void mp_init_randoms (MP mp,scaled seed);
3643
3644 @ To initialize the |randoms| table, we call the following routine.
3645
3646 @c 
3647 void mp_init_randoms (MP mp,scaled seed) {
3648   fraction j,jj,k; /* more or less random integers */
3649   int i; /* index into |randoms| */
3650   j=abs(seed);
3651   while ( j>=fraction_one ) j=halfp(j);
3652   k=1;
3653   for (i=0;i<=54;i++ ){ 
3654     jj=k; k=j-k; j=jj;
3655     if ( k<0 ) k=k+fraction_one;
3656     mp->randoms[(i*21)% 55]=j;
3657   }
3658   mp_new_randoms(mp); 
3659   mp_new_randoms(mp); 
3660   mp_new_randoms(mp); /* ``warm up'' the array */
3661 }
3662
3663 @ To produce a uniform random number in the range |0<=u<x| or |0>=u>x|
3664 or |0=u=x|, given a |scaled| value~|x|, we proceed as shown here.
3665
3666 Note that the call of |take_fraction| will produce the values 0 and~|x|
3667 with about half the probability that it will produce any other particular
3668 values between 0 and~|x|, because it rounds its answers.
3669
3670 @c 
3671 scaled mp_unif_rand (MP mp,scaled x) {
3672   scaled y; /* trial value */
3673   next_random; y=mp_take_fraction(mp, abs(x),mp->randoms[mp->j_random]);
3674   if ( y==abs(x) ) return 0;
3675   else if ( x>0 ) return y;
3676   else return (-y);
3677 }
3678
3679 @ Finally, a normal deviate with mean zero and unit standard deviation
3680 can readily be obtained with the ratio method (Algorithm 3.4.1R in
3681 {\sl The Art of Computer Programming\/}).
3682
3683 @c 
3684 scaled mp_norm_rand (MP mp) {
3685   integer x,u,l; /* what the book would call $2^{16}X$, $2^{28}U$, and $-2^{24}\ln U$ */
3686   do { 
3687     do {  
3688       next_random;
3689       x=mp_take_fraction(mp, 112429,mp->randoms[mp->j_random]-fraction_half);
3690       /* $2^{16}\sqrt{8/e}\approx 112428.82793$ */
3691       next_random; u=mp->randoms[mp->j_random];
3692     } while (abs(x)>=u);
3693     x=mp_make_fraction(mp, x,u);
3694     l=139548960-mp_m_log(mp, u); /* $2^{24}\cdot12\ln2\approx139548959.6165$ */
3695   } while (mp_ab_vs_cd(mp, 1024,l,x,x)<0);
3696   return x;
3697 }
3698
3699 @* \[9] Packed data.
3700 In order to make efficient use of storage space, \MP\ bases its major data
3701 structures on a |memory_word|, which contains either a (signed) integer,
3702 possibly scaled, or a small number of fields that are one half or one
3703 quarter of the size used for storing integers.
3704
3705 If |x| is a variable of type |memory_word|, it contains up to four
3706 fields that can be referred to as follows:
3707 $$\vbox{\halign{\hfil#&#\hfil&#\hfil\cr
3708 |x|&.|int|&(an |integer|)\cr
3709 |x|&.|sc|\qquad&(a |scaled| integer)\cr
3710 |x.hh.lh|, |x.hh|&.|rh|&(two halfword fields)\cr
3711 |x.hh.b0|, |x.hh.b1|, |x.hh|&.|rh|&(two quarterword fields, one halfword
3712   field)\cr
3713 |x.qqqq.b0|, |x.qqqq.b1|, |x.qqqq|&.|b2|, |x.qqqq.b3|\hskip-100pt
3714   &\qquad\qquad\qquad(four quarterword fields)\cr}}$$
3715 This is somewhat cumbersome to write, and not very readable either, but
3716 macros will be used to make the notation shorter and more transparent.
3717 The code below gives a formal definition of |memory_word| and
3718 its subsidiary types, using packed variant records. \MP\ makes no
3719 assumptions about the relative positions of the fields within a word.
3720
3721 @d max_quarterword 0x3FFF /* largest allowable value in a |quarterword| */
3722 @d max_halfword 0xFFFFFFF /* largest allowable value in a |halfword| */
3723
3724 @ Here are the inequalities that the quarterword and halfword values
3725 must satisfy (or rather, the inequalities that they mustn't satisfy):
3726
3727 @<Check the ``constant''...@>=
3728 if (mp->ini_version) {
3729   if ( mp->mem_max!=mp->mem_top ) mp->bad=8;
3730 } else {
3731   if ( mp->mem_max<mp->mem_top ) mp->bad=8;
3732 }
3733 if ( max_quarterword<255 ) mp->bad=9;
3734 if ( max_halfword<65535 ) mp->bad=10;
3735 if ( max_quarterword>max_halfword ) mp->bad=11;
3736 if ( mp->mem_max>=max_halfword ) mp->bad=12;
3737 if ( mp->max_strings>max_halfword ) mp->bad=13;
3738
3739 @ The macros |qi| and |qo| are used for input to and output 
3740 from quarterwords. These are legacy macros.
3741 @^system dependencies@>
3742
3743 @d qo(A) (A) /* to read eight bits from a quarterword */
3744 @d qi(A) (A) /* to store eight bits in a quarterword */
3745
3746 @ The reader should study the following definitions closely:
3747 @^system dependencies@>
3748
3749 @d sc cint /* |scaled| data is equivalent to |integer| */
3750
3751 @<Types...@>=
3752 typedef short quarterword; /* 1/4 of a word */
3753 typedef int halfword; /* 1/2 of a word */
3754 typedef union {
3755   struct {
3756     halfword RH, LH;
3757   } v;
3758   struct { /* Make B0,B1 overlap the most significant bytes of LH.  */
3759     halfword junk;
3760     quarterword B0, B1;
3761   } u;
3762 } two_halves;
3763 typedef struct {
3764   struct {
3765     quarterword B2, B3, B0, B1;
3766   } u;
3767 } four_quarters;
3768 typedef union {
3769   two_halves hh;
3770   integer cint;
3771   four_quarters qqqq;
3772 } memory_word;
3773 #define b0 u.B0
3774 #define b1 u.B1
3775 #define b2 u.B2
3776 #define b3 u.B3
3777 #define rh v.RH
3778 #define lh v.LH
3779
3780 @ When debugging, we may want to print a |memory_word| without knowing
3781 what type it is; so we print it in all modes.
3782 @^dirty \PASCAL@>@^debugging@>
3783
3784 @c 
3785 void mp_print_word (MP mp,memory_word w) {
3786   /* prints |w| in all ways */
3787   mp_print_int(mp, w.cint); mp_print_char(mp, ' ');
3788   mp_print_scaled(mp, w.sc); mp_print_char(mp, ' '); 
3789   mp_print_scaled(mp, w.sc / 010000); mp_print_ln(mp);
3790   mp_print_int(mp, w.hh.lh); mp_print_char(mp, '='); 
3791   mp_print_int(mp, w.hh.b0); mp_print_char(mp, ':');
3792   mp_print_int(mp, w.hh.b1); mp_print_char(mp, ';'); 
3793   mp_print_int(mp, w.hh.rh); mp_print_char(mp, ' ');
3794   mp_print_int(mp, w.qqqq.b0); mp_print_char(mp, ':'); 
3795   mp_print_int(mp, w.qqqq.b1); mp_print_char(mp, ':');
3796   mp_print_int(mp, w.qqqq.b2); mp_print_char(mp, ':'); 
3797   mp_print_int(mp, w.qqqq.b3);
3798 }
3799
3800
3801 @* \[10] Dynamic memory allocation.
3802
3803 The \MP\ system does nearly all of its own memory allocation, so that it
3804 can readily be transported into environments that do not have automatic
3805 facilities for strings, garbage collection, etc., and so that it can be in
3806 control of what error messages the user receives. The dynamic storage
3807 requirements of \MP\ are handled by providing a large array |mem| in
3808 which consecutive blocks of words are used as nodes by the \MP\ routines.
3809
3810 Pointer variables are indices into this array, or into another array
3811 called |eqtb| that will be explained later. A pointer variable might
3812 also be a special flag that lies outside the bounds of |mem|, so we
3813 allow pointers to assume any |halfword| value. The minimum memory
3814 index represents a null pointer.
3815
3816 @d null 0 /* the null pointer */
3817
3818 @<Types...@>=
3819 typedef halfword pointer; /* a flag or a location in |mem| or |eqtb| */
3820
3821 @ The |mem| array is divided into two regions that are allocated separately,
3822 but the dividing line between these two regions is not fixed; they grow
3823 together until finding their ``natural'' size in a particular job.
3824 Locations less than or equal to |lo_mem_max| are used for storing
3825 variable-length records consisting of two or more words each. This region
3826 is maintained using an algorithm similar to the one described in exercise
3827 2.5--19 of {\sl The Art of Computer Programming}. However, no size field
3828 appears in the allocated nodes; the program is responsible for knowing the
3829 relevant size when a node is freed. Locations greater than or equal to
3830 |hi_mem_min| are used for storing one-word records; a conventional
3831 \.{AVAIL} stack is used for allocation in this region.
3832
3833 Locations of |mem| between |0| and |mem_top| may be dumped as part
3834 of preloaded format files, by the \.{INIMP} preprocessor.
3835 @.INIMP@>
3836 Production versions of \MP\ may extend the memory at the top end in order to
3837 provide more space; these locations, between |mem_top| and |mem_max|,
3838 are always used for single-word nodes.
3839
3840 The key pointers that govern |mem| allocation have a prescribed order:
3841 $$\hbox{|null=0<lo_mem_max<hi_mem_min<mem_top<=mem_end<=mem_max|.}$$
3842
3843 @<Glob...@>=
3844 memory_word *mem; /* the big dynamic storage area */
3845 pointer lo_mem_max; /* the largest location of variable-size memory in use */
3846 pointer hi_mem_min; /* the smallest location of one-word memory in use */
3847
3848
3849
3850 @d xfree(A) do { mp_xfree(A); A=NULL; } while (0)
3851 @d xrealloc(P,A,B) mp_xrealloc(mp,P,A,B)
3852 @d xmalloc(A,B)  mp_xmalloc(mp,A,B)
3853 @d xstrdup(A)  mp_xstrdup(mp,A)
3854 @d XREALLOC(a,b,c) a = xrealloc(a,(b+1),sizeof(c));
3855
3856 @<Declare helpers@>=
3857 void mp_xfree (void *x);
3858 void *mp_xrealloc (MP mp, void *p, size_t nmem, size_t size) ;
3859 void *mp_xmalloc (MP mp, size_t nmem, size_t size) ;
3860 char *mp_xstrdup(MP mp, const char *s);
3861
3862 @ The |max_size_test| guards against overflow, on the assumption that
3863 |size_t| is at least 31bits wide.
3864
3865 @d max_size_test 0x7FFFFFFF
3866
3867 @c
3868 void mp_xfree (void *x) {
3869   if (x!=NULL) free(x);
3870 }
3871 void  *mp_xrealloc (MP mp, void *p, size_t nmem, size_t size) {
3872   void *w ; 
3873   if ((max_size_test/size)<nmem) {
3874     fprintf(stderr,"Memory size overflow!\n");
3875     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3876   }
3877   w = realloc (p,(nmem*size));
3878   if (w==NULL) {
3879     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3880     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3881   }
3882   return w;
3883 }
3884 void  *mp_xmalloc (MP mp, size_t nmem, size_t size) {
3885   void *w;
3886   if ((max_size_test/size)<nmem) {
3887     fprintf(stderr,"Memory size overflow!\n");
3888     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3889   }
3890   w = malloc (nmem*size);
3891   if (w==NULL) {
3892     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3893     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3894   }
3895   return w;
3896 }
3897 char *mp_xstrdup(MP mp, const char *s) {
3898   char *w; 
3899   if (s==NULL)
3900     return NULL;
3901   w = strdup(s);
3902   if (w==NULL) {
3903     fprintf(stderr,"Out of memory!\n");
3904     mp->history =mp_fatal_error_stop;    mp_jump_out(mp);
3905   }
3906   return w;
3907 }
3908
3909
3910
3911 @<Allocate or initialize ...@>=
3912 mp->mem = xmalloc ((mp->mem_max+1),sizeof (memory_word));
3913 memset(mp->mem,0,(mp->mem_max+1)*sizeof (memory_word));
3914
3915 @ @<Dealloc variables@>=
3916 xfree(mp->mem);
3917
3918 @ Users who wish to study the memory requirements of particular applications can
3919 can use optional special features that keep track of current and
3920 maximum memory usage. When code between the delimiters |stat| $\ldots$
3921 |tats| is not ``commented out,'' \MP\ will run a bit slower but it will
3922 report these statistics when |mp_tracing_stats| is positive.
3923
3924 @<Glob...@>=
3925 integer var_used; integer dyn_used; /* how much memory is in use */
3926
3927 @ Let's consider the one-word memory region first, since it's the
3928 simplest. The pointer variable |mem_end| holds the highest-numbered location
3929 of |mem| that has ever been used. The free locations of |mem| that
3930 occur between |hi_mem_min| and |mem_end|, inclusive, are of type
3931 |two_halves|, and we write |info(p)| and |link(p)| for the |lh|
3932 and |rh| fields of |mem[p]| when it is of this type. The single-word
3933 free locations form a linked list
3934 $$|avail|,\;\hbox{|link(avail)|},\;\hbox{|link(link(avail))|},\;\ldots$$
3935 terminated by |null|.
3936
3937 @d link(A)   mp->mem[(A)].hh.rh /* the |link| field of a memory word */
3938 @d info(A)   mp->mem[(A)].hh.lh /* the |info| field of a memory word */
3939
3940 @<Glob...@>=
3941 pointer avail; /* head of the list of available one-word nodes */
3942 pointer mem_end; /* the last one-word node used in |mem| */
3943
3944 @ If one-word memory is exhausted, it might mean that the user has forgotten
3945 a token like `\&{enddef}' or `\&{endfor}'. We will define some procedures
3946 later that try to help pinpoint the trouble.
3947
3948 @c 
3949 @<Declare the procedure called |show_token_list|@>;
3950 @<Declare the procedure called |runaway|@>
3951
3952 @ The function |get_avail| returns a pointer to a new one-word node whose
3953 |link| field is null. However, \MP\ will halt if there is no more room left.
3954 @^inner loop@>
3955
3956 @c 
3957 pointer mp_get_avail (MP mp) { /* single-word node allocation */
3958   pointer p; /* the new node being got */
3959   p=mp->avail; /* get top location in the |avail| stack */
3960   if ( p!=null ) {
3961     mp->avail=link(mp->avail); /* and pop it off */
3962   } else if ( mp->mem_end<mp->mem_max ) { /* or go into virgin territory */
3963     incr(mp->mem_end); p=mp->mem_end;
3964   } else { 
3965     decr(mp->hi_mem_min); p=mp->hi_mem_min;
3966     if ( mp->hi_mem_min<=mp->lo_mem_max ) { 
3967       mp_runaway(mp); /* if memory is exhausted, display possible runaway text */
3968       mp_overflow(mp, "main memory size",mp->mem_max);
3969       /* quit; all one-word nodes are busy */
3970 @:MetaPost capacity exceeded main memory size}{\quad main memory size@>
3971     }
3972   }
3973   link(p)=null; /* provide an oft-desired initialization of the new node */
3974   incr(mp->dyn_used);/* maintain statistics */
3975   return p;
3976 };
3977
3978 @ Conversely, a one-word node is recycled by calling |free_avail|.
3979
3980 @d free_avail(A)  /* single-word node liberation */
3981   { link((A))=mp->avail; mp->avail=(A); decr(mp->dyn_used);  }
3982
3983 @ There's also a |fast_get_avail| routine, which saves the procedure-call
3984 overhead at the expense of extra programming. This macro is used in
3985 the places that would otherwise account for the most calls of |get_avail|.
3986 @^inner loop@>
3987
3988 @d fast_get_avail(A) { 
3989   (A)=mp->avail; /* avoid |get_avail| if possible, to save time */
3990   if ( (A)==null ) { (A)=mp_get_avail(mp); } 
3991   else { mp->avail=link((A)); link((A))=null;  incr(mp->dyn_used); }
3992   }
3993
3994 @ The available-space list that keeps track of the variable-size portion
3995 of |mem| is a nonempty, doubly-linked circular list of empty nodes,
3996 pointed to by the roving pointer |rover|.
3997
3998 Each empty node has size 2 or more; the first word contains the special
3999 value |max_halfword| in its |link| field and the size in its |info| field;
4000 the second word contains the two pointers for double linking.
4001
4002 Each nonempty node also has size 2 or more. Its first word is of type
4003 |two_halves|\kern-1pt, and its |link| field is never equal to |max_halfword|.
4004 Otherwise there is complete flexibility with respect to the contents
4005 of its other fields and its other words.
4006
4007 (We require |mem_max<max_halfword| because terrible things can happen
4008 when |max_halfword| appears in the |link| field of a nonempty node.)
4009
4010 @d empty_flag   max_halfword /* the |link| of an empty variable-size node */
4011 @d is_empty(A)   (link((A))==empty_flag) /* tests for empty node */
4012 @d node_size   info /* the size field in empty variable-size nodes */
4013 @d llink(A)   info((A)+1) /* left link in doubly-linked list of empty nodes */
4014 @d rlink(A)   link((A)+1) /* right link in doubly-linked list of empty nodes */
4015
4016 @<Glob...@>=
4017 pointer rover; /* points to some node in the list of empties */
4018
4019 @ A call to |get_node| with argument |s| returns a pointer to a new node
4020 of size~|s|, which must be 2~or more. The |link| field of the first word
4021 of this new node is set to null. An overflow stop occurs if no suitable
4022 space exists.
4023
4024 If |get_node| is called with $s=2^{30}$, it simply merges adjacent free
4025 areas and returns the value |max_halfword|.
4026
4027 @<Declarations@>=
4028 pointer mp_get_node (MP mp,integer s) ;
4029
4030 @ @c 
4031 pointer mp_get_node (MP mp,integer s) { /* variable-size node allocation */
4032   pointer p; /* the node currently under inspection */
4033   pointer q;  /* the node physically after node |p| */
4034   integer r; /* the newly allocated node, or a candidate for this honor */
4035   integer t,tt; /* temporary registers */
4036 @^inner loop@>
4037  RESTART: 
4038   p=mp->rover; /* start at some free node in the ring */
4039   do {  
4040     @<Try to allocate within node |p| and its physical successors,
4041      and |goto found| if allocation was possible@>;
4042     p=rlink(p); /* move to the next node in the ring */
4043   } while (p!=mp->rover); /* repeat until the whole list has been traversed */
4044   if ( s==010000000000 ) { 
4045     return max_halfword;
4046   };
4047   if ( mp->lo_mem_max+2<mp->hi_mem_min ) {
4048     if ( mp->lo_mem_max+2<=max_halfword ) {
4049       @<Grow more variable-size memory and |goto restart|@>;
4050     }
4051   }
4052   mp_overflow(mp, "main memory size",mp->mem_max);
4053   /* sorry, nothing satisfactory is left */
4054 @:MetaPost capacity exceeded main memory size}{\quad main memory size@>
4055 FOUND: 
4056   link(r)=null; /* this node is now nonempty */
4057   mp->var_used=mp->var_used+s; /* maintain usage statistics */
4058   return r;
4059 }
4060
4061 @ The lower part of |mem| grows by 1000 words at a time, unless
4062 we are very close to going under. When it grows, we simply link
4063 a new node into the available-space list. This method of controlled
4064 growth helps to keep the |mem| usage consecutive when \MP\ is
4065 implemented on ``virtual memory'' systems.
4066 @^virtual memory@>
4067
4068 @<Grow more variable-size memory and |goto restart|@>=
4069
4070   if ( mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max>=1998 ) {
4071     t=mp->lo_mem_max+1000;
4072   } else {
4073     t=mp->lo_mem_max+1+(mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max) / 2; 
4074     /* |lo_mem_max+2<=t<hi_mem_min| */
4075   }
4076   if ( t>max_halfword ) t=max_halfword;
4077   p=llink(mp->rover); q=mp->lo_mem_max; rlink(p)=q; llink(mp->rover)=q;
4078   rlink(q)=mp->rover; llink(q)=p; link(q)=empty_flag; node_size(q)=t-mp->lo_mem_max;
4079   mp->lo_mem_max=t; link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null;
4080   mp->rover=q; 
4081   goto RESTART;
4082 }
4083
4084 @ @<Try to allocate...@>=
4085 q=p+node_size(p); /* find the physical successor */
4086 while ( is_empty(q) ) { /* merge node |p| with node |q| */
4087   t=rlink(q); tt=llink(q);
4088 @^inner loop@>
4089   if ( q==mp->rover ) mp->rover=t;
4090   llink(t)=tt; rlink(tt)=t;
4091   q=q+node_size(q);
4092 }
4093 r=q-s;
4094 if ( r>p+1 ) {
4095   @<Allocate from the top of node |p| and |goto found|@>;
4096 }
4097 if ( r==p ) { 
4098   if ( rlink(p)!=p ) {
4099     @<Allocate entire node |p| and |goto found|@>;
4100   }
4101 }
4102 node_size(p)=q-p /* reset the size in case it grew */
4103
4104 @ @<Allocate from the top...@>=
4105
4106   node_size(p)=r-p; /* store the remaining size */
4107   mp->rover=p; /* start searching here next time */
4108   goto FOUND;
4109 }
4110
4111 @ Here we delete node |p| from the ring, and let |rover| rove around.
4112
4113 @<Allocate entire...@>=
4114
4115   mp->rover=rlink(p); t=llink(p);
4116   llink(mp->rover)=t; rlink(t)=mp->rover;
4117   goto FOUND;
4118 }
4119
4120 @ Conversely, when some variable-size node |p| of size |s| is no longer needed,
4121 the operation |free_node(p,s)| will make its words available, by inserting
4122 |p| as a new empty node just before where |rover| now points.
4123
4124 @<Declarations@>=
4125 void mp_free_node (MP mp, pointer p, halfword s) ;
4126
4127 @ @c 
4128 void mp_free_node (MP mp, pointer p, halfword s) { /* variable-size node
4129   liberation */
4130   pointer q; /* |llink(rover)| */
4131   node_size(p)=s; link(p)=empty_flag;
4132 @^inner loop@>
4133   q=llink(mp->rover); llink(p)=q; rlink(p)=mp->rover; /* set both links */
4134   llink(mp->rover)=p; rlink(q)=p; /* insert |p| into the ring */
4135   mp->var_used=mp->var_used-s; /* maintain statistics */
4136 }
4137
4138 @ Just before \.{INIMP} writes out the memory, it sorts the doubly linked
4139 available space list. The list is probably very short at such times, so a
4140 simple insertion sort is used. The smallest available location will be
4141 pointed to by |rover|, the next-smallest by |rlink(rover)|, etc.
4142
4143 @c 
4144 void mp_sort_avail (MP mp) { /* sorts the available variable-size nodes
4145   by location */
4146   pointer p,q,r; /* indices into |mem| */
4147   pointer old_rover; /* initial |rover| setting */
4148   p=mp_get_node(mp, 010000000000); /* merge adjacent free areas */
4149   p=rlink(mp->rover); rlink(mp->rover)=max_halfword; old_rover=mp->rover;
4150   while ( p!=old_rover ) {
4151     @<Sort |p| into the list starting at |rover|
4152      and advance |p| to |rlink(p)|@>;
4153   }
4154   p=mp->rover;
4155   while ( rlink(p)!=max_halfword ) { 
4156     llink(rlink(p))=p; p=rlink(p);
4157   };
4158   rlink(p)=mp->rover; llink(mp->rover)=p;
4159 }
4160
4161 @ The following |while| loop is guaranteed to
4162 terminate, since the list that starts at
4163 |rover| ends with |max_halfword| during the sorting procedure.
4164
4165 @<Sort |p|...@>=
4166 if ( p<mp->rover ) { 
4167   q=p; p=rlink(q); rlink(q)=mp->rover; mp->rover=q;
4168 } else  { 
4169   q=mp->rover;
4170   while ( rlink(q)<p ) q=rlink(q);
4171   r=rlink(p); rlink(p)=rlink(q); rlink(q)=p; p=r;
4172 }
4173
4174 @* \[11] Memory layout.
4175 Some areas of |mem| are dedicated to fixed usage, since static allocation is
4176 more efficient than dynamic allocation when we can get away with it. For
4177 example, locations |0| to |1| are always used to store a
4178 two-word dummy token whose second word is zero.
4179 The following macro definitions accomplish the static allocation by giving
4180 symbolic names to the fixed positions. Static variable-size nodes appear
4181 in locations |0| through |lo_mem_stat_max|, and static single-word nodes
4182 appear in locations |hi_mem_stat_min| through |mem_top|, inclusive.
4183
4184 @d null_dash (2) /* the first two words are reserved for a null value */
4185 @d dep_head (null_dash+3) /* we will define |dash_node_size=3| */
4186 @d zero_val (dep_head+2) /* two words for a permanently zero value */
4187 @d temp_val (zero_val+2) /* two words for a temporary value node */
4188 @d end_attr temp_val /* we use |end_attr+2| only */
4189 @d inf_val (end_attr+2) /* and |inf_val+1| only */
4190 @d test_pen (inf_val+2)
4191   /* nine words for a pen used when testing the turning number */
4192 @d bad_vardef (test_pen+9) /* two words for \&{vardef} error recovery */
4193 @d lo_mem_stat_max (bad_vardef+1)  /* largest statically
4194   allocated word in the variable-size |mem| */
4195 @#
4196 @d sentinel mp->mem_top /* end of sorted lists */
4197 @d temp_head (mp->mem_top-1) /* head of a temporary list of some kind */
4198 @d hold_head (mp->mem_top-2) /* head of a temporary list of another kind */
4199 @d spec_head (mp->mem_top-3) /* head of a list of unprocessed \&{special} items */
4200 @d hi_mem_stat_min (mp->mem_top-3) /* smallest statically allocated word in
4201   the one-word |mem| */
4202
4203 @ The following code gets the dynamic part of |mem| off to a good start,
4204 when \MP\ is initializing itself the slow way.
4205
4206 @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>=
4207 @^data structure assumptions@>
4208 mp->rover=lo_mem_stat_max+1; /* initialize the dynamic memory */
4209 link(mp->rover)=empty_flag;
4210 node_size(mp->rover)=1000; /* which is a 1000-word available node */
4211 llink(mp->rover)=mp->rover; rlink(mp->rover)=mp->rover;
4212 mp->lo_mem_max=mp->rover+1000; link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null;
4213 for (k=hi_mem_stat_min;k<=(int)mp->mem_top;k++) {
4214   mp->mem[k]=mp->mem[mp->lo_mem_max]; /* clear list heads */
4215 }
4216 mp->avail=null; mp->mem_end=mp->mem_top;
4217 mp->hi_mem_min=hi_mem_stat_min; /* initialize the one-word memory */
4218 mp->var_used=lo_mem_stat_max+1; 
4219 mp->dyn_used=mp->mem_top+1-(hi_mem_stat_min);  /* initialize statistics */
4220 @<Initialize a pen at |test_pen| so that it fits in nine words@>;
4221
4222 @ The procedure |flush_list(p)| frees an entire linked list of one-word
4223 nodes that starts at a given position, until coming to |sentinel| or a
4224 pointer that is not in the one-word region. Another procedure,
4225 |flush_node_list|, frees an entire linked list of one-word and two-word
4226 nodes, until coming to a |null| pointer.
4227 @^inner loop@>
4228
4229 @c 
4230 void mp_flush_list (MP mp,pointer p) { /* makes list of single-word nodes  available */
4231   pointer q,r; /* list traversers */
4232   if ( p>=mp->hi_mem_min ) if ( p!=sentinel ) { 
4233     r=p;
4234     do {  
4235       q=r; r=link(r); 
4236       decr(mp->dyn_used);
4237       if ( r<mp->hi_mem_min ) break;
4238     } while (r!=sentinel);
4239   /* now |q| is the last node on the list */
4240     link(q)=mp->avail; mp->avail=p;
4241   }
4242 }
4243 @#
4244 void mp_flush_node_list (MP mp,pointer p) {
4245   pointer q; /* the node being recycled */
4246   while ( p!=null ){ 
4247     q=p; p=link(p);
4248     if ( q<mp->hi_mem_min ) 
4249       mp_free_node(mp, q,2);
4250     else 
4251       free_avail(q);
4252   }
4253 }
4254
4255 @ If \MP\ is extended improperly, the |mem| array might get screwed up.
4256 For example, some pointers might be wrong, or some ``dead'' nodes might not
4257 have been freed when the last reference to them disappeared. Procedures
4258 |check_mem| and |search_mem| are available to help diagnose such
4259 problems. These procedures make use of two arrays called |free| and
4260 |was_free| that are present only if \MP's debugging routines have
4261 been included. (You may want to decrease the size of |mem| while you
4262 @^debugging@>
4263 are debugging.)
4264
4265 Because |boolean|s are typedef-d as ints, it is better to use
4266 unsigned chars here.
4267
4268 @<Glob...@>=
4269 unsigned char *free; /* free cells */
4270 unsigned char *was_free; /* previously free cells */
4271 pointer was_mem_end; pointer was_lo_max; pointer was_hi_min;
4272   /* previous |mem_end|, |lo_mem_max|,and |hi_mem_min| */
4273 boolean panicking; /* do we want to check memory constantly? */
4274
4275 @ @<Allocate or initialize ...@>=
4276 mp->free = xmalloc ((mp->mem_max+1),sizeof (unsigned char));
4277 mp->was_free = xmalloc ((mp->mem_max+1), sizeof (unsigned char));
4278
4279 @ @<Dealloc variables@>=
4280 xfree(mp->free);
4281 xfree(mp->was_free);
4282
4283 @ @<Allocate or ...@>=
4284 mp->was_mem_end=0; /* indicate that everything was previously free */
4285 mp->was_lo_max=0; mp->was_hi_min=mp->mem_max;
4286 mp->panicking=false;
4287
4288 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
4289 void mp_reallocate_memory(MP mp, int l) ;
4290
4291 @ @c
4292 void mp_reallocate_memory(MP mp, int l) {
4293    XREALLOC(mp->free,     l, unsigned char);
4294    XREALLOC(mp->was_free, l, unsigned char);
4295    if (mp->mem) {
4296          int newarea = l-mp->mem_max;
4297      XREALLOC(mp->mem,      l, memory_word);
4298      memset (mp->mem+(mp->mem_max+1),0,sizeof(memory_word)*(newarea));
4299    } else {
4300      XREALLOC(mp->mem,      l, memory_word);
4301      memset(mp->mem,0,sizeof(memory_word)*(l+1));
4302    }
4303    mp->mem_max = l;
4304    if (mp->ini_version) 
4305      mp->mem_top = l;
4306 }
4307
4308
4309
4310 @ Procedure |check_mem| makes sure that the available space lists of
4311 |mem| are well formed, and it optionally prints out all locations
4312 that are reserved now but were free the last time this procedure was called.
4313
4314 @c 
4315 void mp_check_mem (MP mp,boolean print_locs ) {
4316   pointer p,q,r; /* current locations of interest in |mem| */
4317   boolean clobbered; /* is something amiss? */
4318   for (p=0;p<=mp->lo_mem_max;p++) {
4319     mp->free[p]=false; /* you can probably do this faster */
4320   }
4321   for (p=mp->hi_mem_min;p<= mp->mem_end;p++) {
4322     mp->free[p]=false; /* ditto */
4323   }
4324   @<Check single-word |avail| list@>;
4325   @<Check variable-size |avail| list@>;
4326   @<Check flags of unavailable nodes@>;
4327   @<Check the list of linear dependencies@>;
4328   if ( print_locs ) {
4329     @<Print newly busy locations@>;
4330   }
4331   memcpy(mp->was_free,mp->free, sizeof(char)*(mp->mem_end+1));
4332   mp->was_mem_end=mp->mem_end; 
4333   mp->was_lo_max=mp->lo_mem_max; 
4334   mp->was_hi_min=mp->hi_mem_min;
4335 }
4336
4337 @ @<Check single-word...@>=
4338 p=mp->avail; q=null; clobbered=false;
4339 while ( p!=null ) { 
4340   if ( (p>mp->mem_end)||(p<mp->hi_mem_min) ) clobbered=true;
4341   else if ( mp->free[p] ) clobbered=true;
4342   if ( clobbered ) { 
4343     mp_print_nl(mp, "AVAIL list clobbered at ");
4344 @.AVAIL list clobbered...@>
4345     mp_print_int(mp, q); break;
4346   }
4347   mp->free[p]=true; q=p; p=link(q);
4348 }
4349
4350 @ @<Check variable-size...@>=
4351 p=mp->rover; q=null; clobbered=false;
4352 do {  
4353   if ( (p>=mp->lo_mem_max)||(p<0) ) clobbered=true;
4354   else if ( (rlink(p)>=mp->lo_mem_max)||(rlink(p)<0) ) clobbered=true;
4355   else if (  !(is_empty(p))||(node_size(p)<2)||
4356    (p+node_size(p)>mp->lo_mem_max)|| (llink(rlink(p))!=p) ) clobbered=true;
4357   if ( clobbered ) { 
4358     mp_print_nl(mp, "Double-AVAIL list clobbered at ");
4359 @.Double-AVAIL list clobbered...@>
4360     mp_print_int(mp, q); break;
4361   }
4362   for (q=p;q<=p+node_size(p)-1;q++) { /* mark all locations free */
4363     if ( mp->free[q] ) { 
4364       mp_print_nl(mp, "Doubly free location at ");
4365 @.Doubly free location...@>
4366       mp_print_int(mp, q); break;
4367     }
4368     mp->free[q]=true;
4369   }
4370   q=p; p=rlink(p);
4371 } while (p!=mp->rover)
4372
4373
4374 @ @<Check flags...@>=
4375 p=0;
4376 while ( p<=mp->lo_mem_max ) { /* node |p| should not be empty */
4377   if ( is_empty(p) ) {
4378     mp_print_nl(mp, "Bad flag at "); mp_print_int(mp, p);
4379 @.Bad flag...@>
4380   }
4381   while ( (p<=mp->lo_mem_max) && ! mp->free[p] ) incr(p);
4382   while ( (p<=mp->lo_mem_max) && mp->free[p] ) incr(p);
4383 }
4384
4385 @ @<Print newly busy...@>=
4386
4387   @<Do intialization required before printing new busy locations@>;
4388   mp_print_nl(mp, "New busy locs:");
4389 @.New busy locs@>
4390   for (p=0;p<= mp->lo_mem_max;p++ ) {
4391     if ( ! mp->free[p] && ((p>mp->was_lo_max) || mp->was_free[p]) ) {
4392       @<Indicate that |p| is a new busy location@>;
4393     }
4394   }
4395   for (p=mp->hi_mem_min;p<=mp->mem_end;p++ ) {
4396     if ( ! mp->free[p] &&
4397         ((p<mp->was_hi_min) || (p>mp->was_mem_end) || mp->was_free[p]) ) {
4398       @<Indicate that |p| is a new busy location@>;
4399     }
4400   }
4401   @<Finish printing new busy locations@>;
4402 }
4403
4404 @ There might be many new busy locations so we are careful to print contiguous
4405 blocks compactly.  During this operation |q| is the last new busy location and
4406 |r| is the start of the block containing |q|.
4407
4408 @<Indicate that |p| is a new busy location@>=
4409
4410   if ( p>q+1 ) { 
4411     if ( q>r ) { 
4412       mp_print(mp, ".."); mp_print_int(mp, q);
4413     }
4414     mp_print_char(mp, ' '); mp_print_int(mp, p);
4415     r=p;
4416   }
4417   q=p;
4418 }
4419
4420 @ @<Do intialization required before printing new busy locations@>=
4421 q=mp->mem_max; r=mp->mem_max
4422
4423 @ @<Finish printing new busy locations@>=
4424 if ( q>r ) { 
4425   mp_print(mp, ".."); mp_print_int(mp, q);
4426 }
4427
4428 @ The |search_mem| procedure attempts to answer the question ``Who points
4429 to node~|p|?'' In doing so, it fetches |link| and |info| fields of |mem|
4430 that might not be of type |two_halves|. Strictly speaking, this is
4431 @^dirty \PASCAL@>
4432 undefined in \PASCAL, and it can lead to ``false drops'' (words that seem to
4433 point to |p| purely by coincidence). But for debugging purposes, we want
4434 to rule out the places that do {\sl not\/} point to |p|, so a few false
4435 drops are tolerable.
4436
4437 @c
4438 void mp_search_mem (MP mp, pointer p) { /* look for pointers to |p| */
4439   integer q; /* current position being searched */
4440   for (q=0;q<=mp->lo_mem_max;q++) { 
4441     if ( link(q)==p ){ 
4442       mp_print_nl(mp, "LINK("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4443     }
4444     if ( info(q)==p ) { 
4445       mp_print_nl(mp, "INFO("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4446     }
4447   }
4448   for (q=mp->hi_mem_min;q<=mp->mem_end;q++) {
4449     if ( link(q)==p ) {
4450       mp_print_nl(mp, "LINK("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4451     }
4452     if ( info(q)==p ) {
4453       mp_print_nl(mp, "INFO("); mp_print_int(mp, q); mp_print_char(mp, ')');
4454     }
4455   }
4456   @<Search |eqtb| for equivalents equal to |p|@>;
4457 }
4458
4459 @* \[12] The command codes.
4460 Before we can go much further, we need to define symbolic names for the internal
4461 code numbers that represent the various commands obeyed by \MP. These codes
4462 are somewhat arbitrary, but not completely so. For example,
4463 some codes have been made adjacent so that |case| statements in the
4464 program need not consider cases that are widely spaced, or so that |case|
4465 statements can be replaced by |if| statements. A command can begin an
4466 expression if and only if its code lies between |min_primary_command| and
4467 |max_primary_command|, inclusive. The first token of a statement that doesn't
4468 begin with an expression has a command code between |min_command| and
4469 |max_statement_command|, inclusive. Anything less than |min_command| is
4470 eliminated during macro expansions, and anything no more than |max_pre_command|
4471 is eliminated when expanding \TeX\ material.  Ranges such as
4472 |min_secondary_command..max_secondary_command| are used when parsing
4473 expressions, but the relative ordering within such a range is generally not
4474 critical.
4475
4476 The ordering of the highest-numbered commands
4477 (|comma<semicolon<end_group<stop|) is crucial for the parsing and
4478 error-recovery methods of this program as is the ordering |if_test<fi_or_else|
4479 for the smallest two commands.  The ordering is also important in the ranges
4480 |numeric_token..plus_or_minus| and |left_brace..ampersand|.
4481
4482 At any rate, here is the list, for future reference.
4483
4484 @d start_tex 1 /* begin \TeX\ material (\&{btex}, \&{verbatimtex}) */
4485 @d etex_marker 2 /* end \TeX\ material (\&{etex}) */
4486 @d mpx_break 3 /* stop reading an \.{MPX} file (\&{mpxbreak}) */
4487 @d max_pre_command mpx_break
4488 @d if_test 4 /* conditional text (\&{if}) */
4489 @d fi_or_else 5 /* delimiters for conditionals (\&{elseif}, \&{else}, \&{fi} */
4490 @d input 6 /* input a source file (\&{input}, \&{endinput}) */
4491 @d iteration 7 /* iterate (\&{for}, \&{forsuffixes}, \&{forever}, \&{endfor}) */
4492 @d repeat_loop 8 /* special command substituted for \&{endfor} */
4493 @d exit_test 9 /* premature exit from a loop (\&{exitif}) */
4494 @d relax 10 /* do nothing (\.{\char`\\}) */
4495 @d scan_tokens 11 /* put a string into the input buffer */
4496 @d expand_after 12 /* look ahead one token */
4497 @d defined_macro 13 /* a macro defined by the user */
4498 @d min_command (defined_macro+1)
4499 @d save_command 14 /* save a list of tokens (\&{save}) */
4500 @d interim_command 15 /* save an internal quantity (\&{interim}) */
4501 @d let_command 16 /* redefine a symbolic token (\&{let}) */
4502 @d new_internal 17 /* define a new internal quantity (\&{newinternal}) */
4503 @d macro_def 18 /* define a macro (\&{def}, \&{vardef}, etc.) */
4504 @d ship_out_command 19 /* output a character (\&{shipout}) */
4505 @d add_to_command 20 /* add to edges (\&{addto}) */
4506 @d bounds_command 21  /* add bounding path to edges (\&{setbounds}, \&{clip}) */
4507 @d tfm_command 22 /* command for font metric info (\&{ligtable}, etc.) */
4508 @d protection_command 23 /* set protection flag (\&{outer}, \&{inner}) */
4509 @d show_command 24 /* diagnostic output (\&{show}, \&{showvariable}, etc.) */
4510 @d mode_command 25 /* set interaction level (\&{batchmode}, etc.) */
4511 @d random_seed 26 /* initialize random number generator (\&{randomseed}) */
4512 @d message_command 27 /* communicate to user (\&{message}, \&{errmessage}) */
4513 @d every_job_command 28 /* designate a starting token (\&{everyjob}) */
4514 @d delimiters 29 /* define a pair of delimiters (\&{delimiters}) */
4515 @d special_command 30 /* output special info (\&{special})
4516                        or font map info (\&{fontmapfile}, \&{fontmapline}) */
4517 @d write_command 31 /* write text to a file (\&{write}) */
4518 @d type_name 32 /* declare a type (\&{numeric}, \&{pair}, etc. */
4519 @d max_statement_command type_name
4520 @d min_primary_command type_name
4521 @d left_delimiter 33 /* the left delimiter of a matching pair */
4522 @d begin_group 34 /* beginning of a group (\&{begingroup}) */
4523 @d nullary 35 /* an operator without arguments (e.g., \&{normaldeviate}) */
4524 @d unary 36 /* an operator with one argument (e.g., \&{sqrt}) */
4525 @d str_op 37 /* convert a suffix to a string (\&{str}) */
4526 @d cycle 38 /* close a cyclic path (\&{cycle}) */
4527 @d primary_binary 39 /* binary operation taking `\&{of}' (e.g., \&{point}) */
4528 @d capsule_token 40 /* a value that has been put into a token list */
4529 @d string_token 41 /* a string constant (e.g., |"hello"|) */
4530 @d internal_quantity 42 /* internal numeric parameter (e.g., \&{pausing}) */
4531 @d min_suffix_token internal_quantity
4532 @d tag_token 43 /* a symbolic token without a primitive meaning */
4533 @d numeric_token 44 /* a numeric constant (e.g., \.{3.14159}) */
4534 @d max_suffix_token numeric_token
4535 @d plus_or_minus 45 /* either `\.+' or `\.-' */
4536 @d max_primary_command plus_or_minus /* should also be |numeric_token+1| */
4537 @d min_tertiary_command plus_or_minus
4538 @d tertiary_secondary_macro 46 /* a macro defined by \&{secondarydef} */
4539 @d tertiary_binary 47 /* an operator at the tertiary level (e.g., `\.{++}') */
4540 @d max_tertiary_command tertiary_binary
4541 @d left_brace 48 /* the operator `\.{\char`\{}' */
4542 @d min_expression_command left_brace
4543 @d path_join 49 /* the operator `\.{..}' */
4544 @d ampersand 50 /* the operator `\.\&' */
4545 @d expression_tertiary_macro 51 /* a macro defined by \&{tertiarydef} */
4546 @d expression_binary 52 /* an operator at the expression level (e.g., `\.<') */
4547 @d equals 53 /* the operator `\.=' */
4548 @d max_expression_command equals
4549 @d and_command 54 /* the operator `\&{and}' */
4550 @d min_secondary_command and_command
4551 @d secondary_primary_macro 55 /* a macro defined by \&{primarydef} */
4552 @d slash 56 /* the operator `\./' */
4553 @d secondary_binary 57 /* an operator at the binary level (e.g., \&{shifted}) */
4554 @d max_secondary_command secondary_binary
4555 @d param_type 58 /* type of parameter (\&{primary}, \&{expr}, \&{suffix}, etc.) */
4556 @d controls 59 /* specify control points explicitly (\&{controls}) */
4557 @d tension 60 /* specify tension between knots (\&{tension}) */
4558 @d at_least 61 /* bounded tension value (\&{atleast}) */
4559 @d curl_command 62 /* specify curl at an end knot (\&{curl}) */
4560 @d macro_special 63 /* special macro operators (\&{quote}, \.{\#\AT!}, etc.) */
4561 @d right_delimiter 64 /* the right delimiter of a matching pair */
4562 @d left_bracket 65 /* the operator `\.[' */
4563 @d right_bracket 66 /* the operator `\.]' */
4564 @d right_brace 67 /* the operator `\.{\char`\}}' */
4565 @d with_option 68 /* option for filling (\&{withpen}, \&{withweight}, etc.) */
4566 @d thing_to_add 69
4567   /* variant of \&{addto} (\&{contour}, \&{doublepath}, \&{also}) */
4568 @d of_token 70 /* the operator `\&{of}' */
4569 @d to_token 71 /* the operator `\&{to}' */
4570 @d step_token 72 /* the operator `\&{step}' */
4571 @d until_token 73 /* the operator `\&{until}' */
4572 @d within_token 74 /* the operator `\&{within}' */
4573 @d lig_kern_token 75
4574   /* the operators `\&{kern}' and `\.{=:}' and `\.{=:\char'174}, etc. */
4575 @d assignment 76 /* the operator `\.{:=}' */
4576 @d skip_to 77 /* the operation `\&{skipto}' */
4577 @d bchar_label 78 /* the operator `\.{\char'174\char'174:}' */
4578 @d double_colon 79 /* the operator `\.{::}' */
4579 @d colon 80 /* the operator `\.:' */
4580 @#
4581 @d comma 81 /* the operator `\.,', must be |colon+1| */
4582 @d end_of_statement (mp->cur_cmd>comma)
4583 @d semicolon 82 /* the operator `\.;', must be |comma+1| */
4584 @d end_group 83 /* end a group (\&{endgroup}), must be |semicolon+1| */
4585 @d stop 84 /* end a job (\&{end}, \&{dump}), must be |end_group+1| */
4586 @d max_command_code stop
4587 @d outer_tag (max_command_code+1) /* protection code added to command code */
4588
4589 @<Types...@>=
4590 typedef int command_code;
4591
4592 @ Variables and capsules in \MP\ have a variety of ``types,''
4593 distinguished by the code numbers defined here. These numbers are also
4594 not completely arbitrary.  Things that get expanded must have types
4595 |>mp_independent|; a type remaining after expansion is numeric if and only if
4596 its code number is at least |numeric_type|; objects containing numeric
4597 parts must have types between |transform_type| and |pair_type|;
4598 all other types must be smaller than |transform_type|; and among the types
4599 that are not unknown or vacuous, the smallest two must be |boolean_type|
4600 and |string_type| in that order.
4601  
4602 @d undefined 0 /* no type has been declared */
4603 @d unknown_tag 1 /* this constant is added to certain type codes below */
4604 @d unknown_types mp_unknown_boolean: case mp_unknown_string:
4605   case mp_unknown_pen: case mp_unknown_picture: case mp_unknown_path
4606
4607 @<Types...@>=
4608 enum mp_variable_type {
4609 mp_vacuous=1, /* no expression was present */
4610 mp_boolean_type, /* \&{boolean} with a known value */
4611 mp_unknown_boolean,
4612 mp_string_type, /* \&{string} with a known value */
4613 mp_unknown_string,
4614 mp_pen_type, /* \&{pen} with a known value */
4615 mp_unknown_pen,
4616 mp_path_type, /* \&{path} with a known value */
4617 mp_unknown_path,
4618 mp_picture_type, /* \&{picture} with a known value */
4619 mp_unknown_picture,
4620 mp_transform_type, /* \&{transform} variable or capsule */
4621 mp_color_type, /* \&{color} variable or capsule */
4622 mp_cmykcolor_type, /* \&{cmykcolor} variable or capsule */
4623 mp_pair_type, /* \&{pair} variable or capsule */
4624 mp_numeric_type, /* variable that has been declared \&{numeric} but not used */
4625 mp_known, /* \&{numeric} with a known value */
4626 mp_dependent, /* a linear combination with |fraction| coefficients */
4627 mp_proto_dependent, /* a linear combination with |scaled| coefficients */
4628 mp_independent, /* \&{numeric} with unknown value */
4629 mp_token_list, /* variable name or suffix argument or text argument */
4630 mp_structured, /* variable with subscripts and attributes */
4631 mp_unsuffixed_macro, /* variable defined with \&{vardef} but no \.{\AT!\#} */
4632 mp_suffixed_macro /* variable defined with \&{vardef} and \.{\AT!\#} */
4633 } ;
4634
4635 @ @<Declarations@>=
4636 void mp_print_type (MP mp,small_number t) ;
4637
4638 @ @<Basic printing procedures@>=
4639 void mp_print_type (MP mp,small_number t) { 
4640   switch (t) {
4641   case mp_vacuous:mp_print(mp, "mp_vacuous"); break;
4642   case mp_boolean_type:mp_print(mp, "boolean"); break;
4643   case mp_unknown_boolean:mp_print(mp, "unknown boolean"); break;
4644   case mp_string_type:mp_print(mp, "string"); break;
4645   case mp_unknown_string:mp_print(mp, "unknown string"); break;
4646   case mp_pen_type:mp_print(mp, "pen"); break;
4647   case mp_unknown_pen:mp_print(mp, "unknown pen"); break;
4648   case mp_path_type:mp_print(mp, "path"); break;
4649   case mp_unknown_path:mp_print(mp, "unknown path"); break;
4650   case mp_picture_type:mp_print(mp, "picture"); break;
4651   case mp_unknown_picture:mp_print(mp, "unknown picture"); break;
4652   case mp_transform_type:mp_print(mp, "transform"); break;
4653   case mp_color_type:mp_print(mp, "color"); break;
4654   case mp_cmykcolor_type:mp_print(mp, "cmykcolor"); break;
4655   case mp_pair_type:mp_print(mp, "pair"); break;
4656   case mp_known:mp_print(mp, "known numeric"); break;
4657   case mp_dependent:mp_print(mp, "dependent"); break;
4658   case mp_proto_dependent:mp_print(mp, "proto-dependent"); break;
4659   case mp_numeric_type:mp_print(mp, "numeric"); break;
4660   case mp_independent:mp_print(mp, "independent"); break;
4661   case mp_token_list:mp_print(mp, "token list"); break;
4662   case mp_structured:mp_print(mp, "mp_structured"); break;
4663   case mp_unsuffixed_macro:mp_print(mp, "unsuffixed macro"); break;
4664   case mp_suffixed_macro:mp_print(mp, "suffixed macro"); break;
4665   default: mp_print(mp, "undefined"); break;
4666   }
4667 }
4668
4669 @ Values inside \MP\ are stored in two-word nodes that have a |name_type|
4670 as well as a |type|. The possibilities for |name_type| are defined
4671 here; they will be explained in more detail later.
4672
4673 @<Types...@>=
4674 enum mp_name_type {
4675  mp_root=0, /* |name_type| at the top level of a variable */
4676  mp_saved_root, /* same, when the variable has been saved */
4677  mp_structured_root, /* |name_type| where a |mp_structured| branch occurs */
4678  mp_subscr, /* |name_type| in a subscript node */
4679  mp_attr, /* |name_type| in an attribute node */
4680  mp_x_part_sector, /* |name_type| in the \&{xpart} of a node */
4681  mp_y_part_sector, /* |name_type| in the \&{ypart} of a node */
4682  mp_xx_part_sector, /* |name_type| in the \&{xxpart} of a node */
4683  mp_xy_part_sector, /* |name_type| in the \&{xypart} of a node */
4684  mp_yx_part_sector, /* |name_type| in the \&{yxpart} of a node */
4685  mp_yy_part_sector, /* |name_type| in the \&{yypart} of a node */
4686  mp_red_part_sector, /* |name_type| in the \&{redpart} of a node */
4687  mp_green_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4688  mp_blue_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4689  mp_cyan_part_sector, /* |name_type| in the \&{redpart} of a node */
4690  mp_magenta_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4691  mp_yellow_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4692  mp_black_part_sector, /* |name_type| in the \&{greenpart} of a node */
4693  mp_grey_part_sector, /* |name_type| in the \&{bluepart} of a node */
4694  mp_capsule, /* |name_type| in stashed-away subexpressions */
4695  mp_token  /* |name_type| in a numeric token or string token */
4696 };
4697
4698 @ Primitive operations that produce values have a secondary identification
4699 code in addition to their command code; it's something like genera and species.
4700 For example, `\.*' has the command code |primary_binary|, and its
4701 secondary identification is |times|. The secondary codes start at 30 so that
4702 they don't overlap with the type codes; some type codes (e.g., |mp_string_type|)
4703 are used as operators as well as type identifications.  The relative values
4704 are not critical, except for |true_code..false_code|, |or_op..and_op|,
4705 and |filled_op..bounded_op|.  The restrictions are that
4706 |and_op-false_code=or_op-true_code|, that the ordering of
4707 |x_part...blue_part| must match that of |x_part_sector..mp_blue_part_sector|,
4708 and the ordering of |filled_op..bounded_op| must match that of the code
4709 values they test for.
4710
4711 @d true_code 30 /* operation code for \.{true} */
4712 @d false_code 31 /* operation code for \.{false} */
4713 @d null_picture_code 32 /* operation code for \.{nullpicture} */
4714 @d null_pen_code 33 /* operation code for \.{nullpen} */
4715 @d job_name_op 34 /* operation code for \.{jobname} */
4716 @d read_string_op 35 /* operation code for \.{readstring} */
4717 @d pen_circle 36 /* operation code for \.{pencircle} */
4718 @d normal_deviate 37 /* operation code for \.{normaldeviate} */
4719 @d read_from_op 38 /* operation code for \.{readfrom} */
4720 @d close_from_op 39 /* operation code for \.{closefrom} */
4721 @d odd_op 40 /* operation code for \.{odd} */
4722 @d known_op 41 /* operation code for \.{known} */
4723 @d unknown_op 42 /* operation code for \.{unknown} */
4724 @d not_op 43 /* operation code for \.{not} */
4725 @d decimal 44 /* operation code for \.{decimal} */
4726 @d reverse 45 /* operation code for \.{reverse} */
4727 @d make_path_op 46 /* operation code for \.{makepath} */
4728 @d make_pen_op 47 /* operation code for \.{makepen} */
4729 @d oct_op 48 /* operation code for \.{oct} */
4730 @d hex_op 49 /* operation code for \.{hex} */
4731 @d ASCII_op 50 /* operation code for \.{ASCII} */
4732 @d char_op 51 /* operation code for \.{char} */
4733 @d length_op 52 /* operation code for \.{length} */
4734 @d turning_op 53 /* operation code for \.{turningnumber} */
4735 @d color_model_part 54 /* operation code for \.{colormodel} */
4736 @d x_part 55 /* operation code for \.{xpart} */
4737 @d y_part 56 /* operation code for \.{ypart} */
4738 @d xx_part 57 /* operation code for \.{xxpart} */
4739 @d xy_part 58 /* operation code for \.{xypart} */
4740 @d yx_part 59 /* operation code for \.{yxpart} */
4741 @d yy_part 60 /* operation code for \.{yypart} */
4742 @d red_part 61 /* operation code for \.{redpart} */
4743 @d green_part 62 /* operation code for \.{greenpart} */
4744 @d blue_part 63 /* operation code for \.{bluepart} */
4745 @d cyan_part 64 /* operation code for \.{cyanpart} */
4746 @d magenta_part 65 /* operation code for \.{magentapart} */
4747 @d yellow_part 66 /* operation code for \.{yellowpart} */
4748 @d black_part 67 /* operation code for \.{blackpart} */
4749 @d grey_part 68 /* operation code for \.{greypart} */
4750 @d font_part 69 /* operation code for \.{fontpart} */
4751 @d text_part 70 /* operation code for \.{textpart} */
4752 @d path_part 71 /* operation code for \.{pathpart} */
4753 @d pen_part 72 /* operation code for \.{penpart} */
4754 @d dash_part 73 /* operation code for \.{dashpart} */
4755 @d sqrt_op 74 /* operation code for \.{sqrt} */
4756 @d m_exp_op 75 /* operation code for \.{mexp} */
4757 @d m_log_op 76 /* operation code for \.{mlog} */
4758 @d sin_d_op 77 /* operation code for \.{sind} */
4759 @d cos_d_op 78 /* operation code for \.{cosd} */
4760 @d floor_op 79 /* operation code for \.{floor} */
4761 @d uniform_deviate 80 /* operation code for \.{uniformdeviate} */
4762 @d char_exists_op 81 /* operation code for \.{charexists} */
4763 @d font_size 82 /* operation code for \.{fontsize} */
4764 @d ll_corner_op 83 /* operation code for \.{llcorner} */
4765 @d lr_corner_op 84 /* operation code for \.{lrcorner} */
4766 @d ul_corner_op 85 /* operation code for \.{ulcorner} */
4767 @d ur_corner_op 86 /* operation code for \.{urcorner} */
4768 @d arc_length 87 /* operation code for \.{arclength} */
4769 @d angle_op 88 /* operation code for \.{angle} */
4770 @d cycle_op 89 /* operation code for \.{cycle} */
4771 @d filled_op 90 /* operation code for \.{filled} */
4772 @d stroked_op 91 /* operation code for \.{stroked} */
4773 @d textual_op 92 /* operation code for \.{textual} */
4774 @d clipped_op 93 /* operation code for \.{clipped} */
4775 @d bounded_op 94 /* operation code for \.{bounded} */
4776 @d plus 95 /* operation code for \.+ */
4777 @d minus 96 /* operation code for \.- */
4778 @d times 97 /* operation code for \.* */
4779 @d over 98 /* operation code for \./ */
4780 @d pythag_add 99 /* operation code for \.{++} */
4781 @d pythag_sub 100 /* operation code for \.{+-+} */
4782 @d or_op 101 /* operation code for \.{or} */
4783 @d and_op 102 /* operation code for \.{and} */
4784 @d less_than 103 /* operation code for \.< */
4785 @d less_or_equal 104 /* operation code for \.{<=} */
4786 @d greater_than 105 /* operation code for \.> */
4787 @d greater_or_equal 106 /* operation code for \.{>=} */
4788 @d equal_to 107 /* operation code for \.= */
4789 @d unequal_to 108 /* operation code for \.{<>} */
4790 @d concatenate 109 /* operation code for \.\& */
4791 @d rotated_by 110 /* operation code for \.{rotated} */
4792 @d slanted_by 111 /* operation code for \.{slanted} */
4793 @d scaled_by 112 /* operation code for \.{scaled} */
4794 @d shifted_by 113 /* operation code for \.{shifted} */
4795 @d transformed_by 114 /* operation code for \.{transformed} */
4796 @d x_scaled 115 /* operation code for \.{xscaled} */
4797 @d y_scaled 116 /* operation code for \.{yscaled} */
4798 @d z_scaled 117 /* operation code for \.{zscaled} */
4799 @d in_font 118 /* operation code for \.{infont} */
4800 @d intersect 119 /* operation code for \.{intersectiontimes} */
4801 @d double_dot 120 /* operation code for improper \.{..} */
4802 @d substring_of 121 /* operation code for \.{substring} */
4803 @d min_of substring_of
4804 @d subpath_of 122 /* operation code for \.{subpath} */
4805 @d direction_time_of 123 /* operation code for \.{directiontime} */
4806 @d point_of 124 /* operation code for \.{point} */
4807 @d precontrol_of 125 /* operation code for \.{precontrol} */
4808 @d postcontrol_of 126 /* operation code for \.{postcontrol} */
4809 @d pen_offset_of 127 /* operation code for \.{penoffset} */
4810 @d arc_time_of 128 /* operation code for \.{arctime} */
4811 @d mp_version 129 /* operation code for \.{mpversion} */
4812
4813 @c void mp_print_op (MP mp,quarterword c) { 
4814   if (c<=mp_numeric_type ) {
4815     mp_print_type(mp, c);
4816   } else {
4817     switch (c) {
4818     case true_code:mp_print(mp, "true"); break;
4819     case false_code:mp_print(mp, "false"); break;
4820     case null_picture_code:mp_print(mp, "nullpicture"); break;
4821     case null_pen_code:mp_print(mp, "nullpen"); break;
4822     case job_name_op:mp_print(mp, "jobname"); break;
4823     case read_string_op:mp_print(mp, "readstring"); break;
4824     case pen_circle:mp_print(mp, "pencircle"); break;
4825     case normal_deviate:mp_print(mp, "normaldeviate"); break;
4826     case read_from_op:mp_print(mp, "readfrom"); break;
4827     case close_from_op:mp_print(mp, "closefrom"); break;
4828     case odd_op:mp_print(mp, "odd"); break;
4829     case known_op:mp_print(mp, "known"); break;
4830     case unknown_op:mp_print(mp, "unknown"); break;
4831     case not_op:mp_print(mp, "not"); break;
4832     case decimal:mp_print(mp, "decimal"); break;
4833     case reverse:mp_print(mp, "reverse"); break;
4834     case make_path_op:mp_print(mp, "makepath"); break;
4835     case make_pen_op:mp_print(mp, "makepen"); break;
4836     case oct_op:mp_print(mp, "oct"); break;
4837     case hex_op:mp_print(mp, "hex"); break;
4838     case ASCII_op:mp_print(mp, "ASCII"); break;
4839     case char_op:mp_print(mp, "char"); break;
4840     case length_op:mp_print(mp, "length"); break;
4841     case turning_op:mp_print(mp, "turningnumber"); break;
4842     case x_part:mp_print(mp, "xpart"); break;
4843     case y_part:mp_print(mp, "ypart"); break;
4844     case xx_part:mp_print(mp, "xxpart"); break;
4845     case xy_part:mp_print(mp, "xypart"); break;
4846     case yx_part:mp_print(mp, "yxpart"); break;
4847     case yy_part:mp_print(mp, "yypart"); break;
4848     case red_part:mp_print(mp, "redpart"); break;
4849     case green_part:mp_print(mp, "greenpart"); break;
4850     case blue_part:mp_print(mp, "bluepart"); break;
4851     case cyan_part:mp_print(mp, "cyanpart"); break;
4852     case magenta_part:mp_print(mp, "magentapart"); break;
4853     case yellow_part:mp_print(mp, "yellowpart"); break;
4854     case black_part:mp_print(mp, "blackpart"); break;
4855     case grey_part:mp_print(mp, "greypart"); break;
4856     case color_model_part:mp_print(mp, "colormodel"); break;
4857     case font_part:mp_print(mp, "fontpart"); break;
4858     case text_part:mp_print(mp, "textpart"); break;
4859     case path_part:mp_print(mp, "pathpart"); break;
4860     case pen_part:mp_print(mp, "penpart"); break;
4861     case dash_part:mp_print(mp, "dashpart"); break;
4862     case sqrt_op:mp_print(mp, "sqrt"); break;
4863     case m_exp_op:mp_print(mp, "mexp"); break;
4864     case m_log_op:mp_print(mp, "mlog"); break;
4865     case sin_d_op:mp_print(mp, "sind"); break;
4866     case cos_d_op:mp_print(mp, "cosd"); break;
4867     case floor_op:mp_print(mp, "floor"); break;
4868     case uniform_deviate:mp_print(mp, "uniformdeviate"); break;
4869     case char_exists_op:mp_print(mp, "charexists"); break;
4870     case font_size:mp_print(mp, "fontsize"); break;
4871     case ll_corner_op:mp_print(mp, "llcorner"); break;
4872     case lr_corner_op:mp_print(mp, "lrcorner"); break;
4873     case ul_corner_op:mp_print(mp, "ulcorner"); break;
4874     case ur_corner_op:mp_print(mp, "urcorner"); break;
4875     case arc_length:mp_print(mp, "arclength"); break;
4876     case angle_op:mp_print(mp, "angle"); break;
4877     case cycle_op:mp_print(mp, "cycle"); break;
4878     case filled_op:mp_print(mp, "filled"); break;
4879     case stroked_op:mp_print(mp, "stroked"); break;
4880     case textual_op:mp_print(mp, "textual"); break;
4881     case clipped_op:mp_print(mp, "clipped"); break;
4882     case bounded_op:mp_print(mp, "bounded"); break;
4883     case plus:mp_print_char(mp, '+'); break;
4884     case minus:mp_print_char(mp, '-'); break;
4885     case times:mp_print_char(mp, '*'); break;
4886     case over:mp_print_char(mp, '/'); break;
4887     case pythag_add:mp_print(mp, "++"); break;
4888     case pythag_sub:mp_print(mp, "+-+"); break;
4889     case or_op:mp_print(mp, "or"); break;
4890     case and_op:mp_print(mp, "and"); break;
4891     case less_than:mp_print_char(mp, '<'); break;
4892     case less_or_equal:mp_print(mp, "<="); break;
4893     case greater_than:mp_print_char(mp, '>'); break;
4894     case greater_or_equal:mp_print(mp, ">="); break;
4895     case equal_to:mp_print_char(mp, '='); break;
4896     case unequal_to:mp_print(mp, "<>"); break;
4897     case concatenate:mp_print(mp, "&"); break;
4898     case rotated_by:mp_print(mp, "rotated"); break;
4899     case slanted_by:mp_print(mp, "slanted"); break;
4900     case scaled_by:mp_print(mp, "scaled"); break;
4901     case shifted_by:mp_print(mp, "shifted"); break;
4902     case transformed_by:mp_print(mp, "transformed"); break;
4903     case x_scaled:mp_print(mp, "xscaled"); break;
4904     case y_scaled:mp_print(mp, "yscaled"); break;
4905     case z_scaled:mp_print(mp, "zscaled"); break;
4906     case in_font:mp_print(mp, "infont"); break;
4907     case intersect:mp_print(mp, "intersectiontimes"); break;
4908     case substring_of:mp_print(mp, "substring"); break;
4909     case subpath_of:mp_print(mp, "subpath"); break;
4910     case direction_time_of:mp_print(mp, "directiontime"); break;
4911     case point_of:mp_print(mp, "point"); break;
4912     case precontrol_of:mp_print(mp, "precontrol"); break;
4913     case postcontrol_of:mp_print(mp, "postcontrol"); break;
4914     case pen_offset_of:mp_print(mp, "penoffset"); break;
4915     case arc_time_of:mp_print(mp, "arctime"); break;
4916     case mp_version:mp_print(mp, "mpversion"); break;
4917     default: mp_print(mp, ".."); break;
4918     }
4919   }
4920 }
4921
4922 @ \MP\ also has a bunch of internal parameters that a user might want to
4923 fuss with. Every such parameter has an identifying code number, defined here.
4924
4925 @<Types...@>=
4926 enum mp_given_internal {
4927   mp_tracing_titles=1, /* show titles online when they appear */
4928   mp_tracing_equations, /* show each variable when it becomes known */
4929   mp_tracing_capsules, /* show capsules too */
4930   mp_tracing_choices, /* show the control points chosen for paths */
4931   mp_tracing_specs, /* show path subdivision prior to filling with polygonal a pen */
4932   mp_tracing_commands, /* show commands and operations before they are performed */
4933   mp_tracing_restores, /* show when a variable or internal is restored */
4934   mp_tracing_macros, /* show macros before they are expanded */
4935   mp_tracing_output, /* show digitized edges as they are output */
4936   mp_tracing_stats, /* show memory usage at end of job */
4937   mp_tracing_lost_chars, /* show characters that aren't \&{infont} */
4938   mp_tracing_online, /* show long diagnostics on terminal and in the log file */
4939   mp_year, /* the current year (e.g., 1984) */
4940   mp_month, /* the current month (e.g, 3 $\equiv$ March) */
4941   mp_day, /* the current day of the month */
4942   mp_time, /* the number of minutes past midnight when this job started */
4943   mp_char_code, /* the number of the next character to be output */
4944   mp_char_ext, /* the extension code of the next character to be output */
4945   mp_char_wd, /* the width of the next character to be output */
4946   mp_char_ht, /* the height of the next character to be output */
4947   mp_char_dp, /* the depth of the next character to be output */
4948   mp_char_ic, /* the italic correction of the next character to be output */
4949   mp_design_size, /* the unit of measure used for |mp_char_wd..mp_char_ic|, in points */
4950   mp_pausing, /* positive to display lines on the terminal before they are read */
4951   mp_showstopping, /* positive to stop after each \&{show} command */
4952   mp_fontmaking, /* positive if font metric output is to be produced */
4953   mp_linejoin, /* as in \ps: 0 for mitered, 1 for round, 2 for beveled */
4954   mp_linecap, /* as in \ps: 0 for butt, 1 for round, 2 for square */
4955   mp_miterlimit, /* controls miter length as in \ps */
4956   mp_warning_check, /* controls error message when variable value is large */
4957   mp_boundary_char, /* the right boundary character for ligatures */
4958   mp_prologues, /* positive to output conforming PostScript using built-in fonts */
4959   mp_true_corners, /* positive to make \&{llcorner} etc. ignore \&{setbounds} */
4960   mp_default_color_model, /* the default color model for unspecified items */
4961   mp_restore_clip_color,
4962   mp_procset, /* wether or not create PostScript command shortcuts */
4963   mp_gtroffmode,  /* whether the user specified |-troff| on the command line */
4964 };
4965
4966 @
4967
4968 @d max_given_internal mp_gtroffmode
4969
4970 @<Glob...@>=
4971 scaled *internal;  /* the values of internal quantities */
4972 char **int_name;  /* their names */
4973 int int_ptr;  /* the maximum internal quantity defined so far */
4974 int max_internal; /* current maximum number of internal quantities */
4975 boolean troff_mode; 
4976
4977 @ @<Option variables@>=
4978 int troff_mode; 
4979
4980 @ @<Allocate or initialize ...@>=
4981 mp->max_internal=2*max_given_internal;
4982 mp->internal = xmalloc ((mp->max_internal+1), sizeof(scaled));
4983 mp->int_name = xmalloc ((mp->max_internal+1), sizeof(char *));
4984 mp->troff_mode=(opt->troff_mode>0 ? true : false);
4985
4986 @ @<Exported function ...@>=
4987 int mp_troff_mode(MP mp);
4988
4989 @ @c
4990 int mp_troff_mode(MP mp) { return mp->troff_mode; }
4991
4992 @ @<Set initial ...@>=
4993 for (k=0;k<= mp->max_internal; k++ ) { 
4994    mp->internal[k]=0; 
4995    mp->int_name[k]=NULL; 
4996 }
4997 mp->int_ptr=max_given_internal;
4998
4999 @ The symbolic names for internal quantities are put into \MP's hash table
5000 by using a routine called |primitive|, which will be defined later. Let us
5001 enter them now, so that we don't have to list all those names again
5002 anywhere else.
5003
5004 @<Put each of \MP's primitives into the hash table@>=
5005 mp_primitive(mp, "tracingtitles",internal_quantity,mp_tracing_titles);
5006 @:tracingtitles_}{\&{tracingtitles} primitive@>
5007 mp_primitive(mp, "tracingequations",internal_quantity,mp_tracing_equations);
5008 @:mp_tracing_equations_}{\&{tracingequations} primitive@>
5009 mp_primitive(mp, "tracingcapsules",internal_quantity,mp_tracing_capsules);
5010 @:mp_tracing_capsules_}{\&{tracingcapsules} primitive@>
5011 mp_primitive(mp, "tracingchoices",internal_quantity,mp_tracing_choices);
5012 @:mp_tracing_choices_}{\&{tracingchoices} primitive@>
5013 mp_primitive(mp, "tracingspecs",internal_quantity,mp_tracing_specs);
5014 @:mp_tracing_specs_}{\&{tracingspecs} primitive@>
5015 mp_primitive(mp, "tracingcommands",internal_quantity,mp_tracing_commands);
5016 @:mp_tracing_commands_}{\&{tracingcommands} primitive@>
5017 mp_primitive(mp, "tracingrestores",internal_quantity,mp_tracing_restores);
5018 @:mp_tracing_restores_}{\&{tracingrestores} primitive@>
5019 mp_primitive(mp, "tracingmacros",internal_quantity,mp_tracing_macros);
5020 @:mp_tracing_macros_}{\&{tracingmacros} primitive@>
5021 mp_primitive(mp, "tracingoutput",internal_quantity,mp_tracing_output);
5022 @:mp_tracing_output_}{\&{tracingoutput} primitive@>
5023 mp_primitive(mp, "tracingstats",internal_quantity,mp_tracing_stats);
5024 @:mp_tracing_stats_}{\&{tracingstats} primitive@>
5025 mp_primitive(mp, "tracinglostchars",internal_quantity,mp_tracing_lost_chars);
5026 @:mp_tracing_lost_chars_}{\&{tracinglostchars} primitive@>
5027 mp_primitive(mp, "tracingonline",internal_quantity,mp_tracing_online);
5028 @:mp_tracing_online_}{\&{tracingonline} primitive@>
5029 mp_primitive(mp, "year",internal_quantity,mp_year);
5030 @:mp_year_}{\&{year} primitive@>
5031 mp_primitive(mp, "month",internal_quantity,mp_month);
5032 @:mp_month_}{\&{month} primitive@>
5033 mp_primitive(mp, "day",internal_quantity,mp_day);
5034 @:mp_day_}{\&{day} primitive@>
5035 mp_primitive(mp, "time",internal_quantity,mp_time);
5036 @:time_}{\&{time} primitive@>
5037 mp_primitive(mp, "charcode",internal_quantity,mp_char_code);
5038 @:mp_char_code_}{\&{charcode} primitive@>
5039 mp_primitive(mp, "charext",internal_quantity,mp_char_ext);
5040 @:mp_char_ext_}{\&{charext} primitive@>
5041 mp_primitive(mp, "charwd",internal_quantity,mp_char_wd);
5042 @:mp_char_wd_}{\&{charwd} primitive@>
5043 mp_primitive(mp, "charht",internal_quantity,mp_char_ht);
5044 @:mp_char_ht_}{\&{charht} primitive@>
5045 mp_primitive(mp, "chardp",internal_quantity,mp_char_dp);
5046 @:mp_char_dp_}{\&{chardp} primitive@>
5047 mp_primitive(mp, "charic",internal_quantity,mp_char_ic);
5048 @:mp_char_ic_}{\&{charic} primitive@>
5049 mp_primitive(mp, "designsize",internal_quantity,mp_design_size);
5050 @:mp_design_size_}{\&{designsize} primitive@>
5051 mp_primitive(mp, "pausing",internal_quantity,mp_pausing);
5052 @:mp_pausing_}{\&{pausing} primitive@>
5053 mp_primitive(mp, "showstopping",internal_quantity,mp_showstopping);
5054 @:mp_showstopping_}{\&{showstopping} primitive@>
5055 mp_primitive(mp, "fontmaking",internal_quantity,mp_fontmaking);
5056 @:mp_fontmaking_}{\&{fontmaking} primitive@>
5057 mp_primitive(mp, "linejoin",internal_quantity,mp_linejoin);
5058 @:mp_linejoin_}{\&{linejoin} primitive@>
5059 mp_primitive(mp, "linecap",internal_quantity,mp_linecap);
5060 @:mp_linecap_}{\&{linecap} primitive@>
5061 mp_primitive(mp, "miterlimit",internal_quantity,mp_miterlimit);
5062 @:mp_miterlimit_}{\&{miterlimit} primitive@>
5063 mp_primitive(mp, "warningcheck",internal_quantity,mp_warning_check);
5064 @:mp_warning_check_}{\&{warningcheck} primitive@>
5065 mp_primitive(mp, "boundarychar",internal_quantity,mp_boundary_char);
5066 @:mp_boundary_char_}{\&{boundarychar} primitive@>
5067 mp_primitive(mp, "prologues",internal_quantity,mp_prologues);
5068 @:mp_prologues_}{\&{prologues} primitive@>
5069 mp_primitive(mp, "truecorners",internal_quantity,mp_true_corners);
5070 @:mp_true_corners_}{\&{truecorners} primitive@>
5071 mp_primitive(mp, "mpprocset",internal_quantity,mp_procset);
5072 @:mp_procset_}{\&{mpprocset} primitive@>
5073 mp_primitive(mp, "troffmode",internal_quantity,mp_gtroffmode);
5074 @:troffmode_}{\&{troffmode} primitive@>
5075 mp_primitive(mp, "defaultcolormodel",internal_quantity,mp_default_color_model);
5076 @:mp_default_color_model_}{\&{defaultcolormodel} primitive@>
5077 mp_primitive(mp, "restoreclipcolor",internal_quantity,mp_restore_clip_color);
5078 @:mp_restore_clip_color_}{\&{restoreclipcolor} primitive@>
5079
5080 @ Colors can be specified in four color models. In the special
5081 case of |no_model|, MetaPost does not output any color operator to
5082 the postscript output.
5083
5084 Note: these values are passed directly on to |with_option|. This only
5085 works because the other possible values passed to |with_option| are
5086 8 and 10 respectively (from |with_pen| and |with_picture|).
5087
5088 There is a first state, that is only used for |gs_colormodel|. It flags
5089 the fact that there has not been any kind of color specification by
5090 the user so far in the game.
5091
5092 @d no_model 1
5093 @d grey_model 3
5094 @d rgb_model 5
5095 @d cmyk_model 7
5096 @d uninitialized_model 9
5097
5098 @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>=
5099 mp->internal[mp_default_color_model]=(rgb_model*unity);
5100 mp->internal[mp_restore_clip_color]=unity;
5101
5102 @ Well, we do have to list the names one more time, for use in symbolic
5103 printouts.
5104
5105 @<Initialize table...@>=
5106 mp->int_name[mp_tracing_titles]=xstrdup("tracingtitles");
5107 mp->int_name[mp_tracing_equations]=xstrdup("tracingequations");
5108 mp->int_name[mp_tracing_capsules]=xstrdup("tracingcapsules");
5109 mp->int_name[mp_tracing_choices]=xstrdup("tracingchoices");
5110 mp->int_name[mp_tracing_specs]=xstrdup("tracingspecs");
5111 mp->int_name[mp_tracing_commands]=xstrdup("tracingcommands");
5112 mp->int_name[mp_tracing_restores]=xstrdup("tracingrestores");
5113 mp->int_name[mp_tracing_macros]=xstrdup("tracingmacros");
5114 mp->int_name[mp_tracing_output]=xstrdup("tracingoutput");
5115 mp->int_name[mp_tracing_stats]=xstrdup("tracingstats");
5116 mp->int_name[mp_tracing_lost_chars]=xstrdup("tracinglostchars");
5117 mp->int_name[mp_tracing_online]=xstrdup("tracingonline");
5118 mp->int_name[mp_year]=xstrdup("year");
5119 mp->int_name[mp_month]=xstrdup("month");
5120 mp->int_name[mp_day]=xstrdup("day");
5121 mp->int_name[mp_time]=xstrdup("time");
5122 mp->int_name[mp_char_code]=xstrdup("charcode");
5123 mp->int_name[mp_char_ext]=xstrdup("charext");
5124 mp->int_name[mp_char_wd]=xstrdup("charwd");
5125 mp->int_name[mp_char_ht]=xstrdup("charht");
5126 mp->int_name[mp_char_dp]=xstrdup("chardp");
5127 mp->int_name[mp_char_ic]=xstrdup("charic");
5128 mp->int_name[mp_design_size]=xstrdup("designsize");
5129 mp->int_name[mp_pausing]=xstrdup("pausing");
5130 mp->int_name[mp_showstopping]=xstrdup("showstopping");
5131 mp->int_name[mp_fontmaking]=xstrdup("fontmaking");
5132 mp->int_name[mp_linejoin]=xstrdup("linejoin");
5133 mp->int_name[mp_linecap]=xstrdup("linecap");
5134 mp->int_name[mp_miterlimit]=xstrdup("miterlimit");
5135 mp->int_name[mp_warning_check]=xstrdup("warningcheck");
5136 mp->int_name[mp_boundary_char]=xstrdup("boundarychar");
5137 mp->int_name[mp_prologues]=xstrdup("prologues");
5138 mp->int_name[mp_true_corners]=xstrdup("truecorners");
5139 mp->int_name[mp_default_color_model]=xstrdup("defaultcolormodel");
5140 mp->int_name[mp_procset]=xstrdup("mpprocset");
5141 mp->int_name[mp_gtroffmode]=xstrdup("troffmode");
5142 mp->int_name[mp_restore_clip_color]=xstrdup("restoreclipcolor");
5143
5144 @ The following procedure, which is called just before \MP\ initializes its
5145 input and output, establishes the initial values of the date and time.
5146 @^system dependencies@>
5147
5148 Note that the values are |scaled| integers. Hence \MP\ can no longer
5149 be used after the year 32767.
5150
5151 @c 
5152 void mp_fix_date_and_time (MP mp) { 
5153   time_t clock = time ((time_t *) 0);
5154   struct tm *tmptr = localtime (&clock);
5155   mp->internal[mp_time]=
5156       (tmptr->tm_hour*60+tmptr->tm_min)*unity; /* minutes since midnight */
5157   mp->internal[mp_day]=(tmptr->tm_mday)*unity; /* fourth day of the month */
5158   mp->internal[mp_month]=(tmptr->tm_mon+1)*unity; /* seventh month of the year */
5159   mp->internal[mp_year]=(tmptr->tm_year+1900)*unity; /* Anno Domini */
5160 }
5161
5162 @ @<Declarations@>=
5163 void mp_fix_date_and_time (MP mp) ;
5164
5165 @ \MP\ is occasionally supposed to print diagnostic information that
5166 goes only into the transcript file, unless |mp_tracing_online| is positive.
5167 Now that we have defined |mp_tracing_online| we can define
5168 two routines that adjust the destination of print commands:
5169
5170 @<Declarations@>=
5171 void mp_begin_diagnostic (MP mp) ;
5172 void mp_end_diagnostic (MP mp,boolean blank_line);
5173 void mp_print_diagnostic (MP mp, char *s, char *t, boolean nuline) ;
5174
5175 @ @<Basic printing...@>=
5176 @<Declare a function called |true_line|@>;
5177 void mp_begin_diagnostic (MP mp) { /* prepare to do some tracing */
5178   mp->old_setting=mp->selector;
5179   if ( mp->selector==ps_file_only ) mp->selector=mp->non_ps_setting;
5180   if ((mp->internal[mp_tracing_online]<=0)&&(mp->selector==term_and_log)){ 
5181     decr(mp->selector);
5182     if ( mp->history==mp_spotless ) mp->history=mp_warning_issued;
5183   }
5184 }
5185 @#
5186 void mp_end_diagnostic (MP mp,boolean blank_line) {
5187   /* restore proper conditions after tracing */
5188   mp_print_nl(mp, "");
5189   if ( blank_line ) mp_print_ln(mp);
5190   mp->selector=mp->old_setting;
5191 }
5192
5193 @ The global variable |non_ps_setting| is initialized when it is time to print
5194 on |ps_file|.
5195
5196 @<Glob...@>=
5197 unsigned int old_setting;
5198 unsigned int non_ps_setting;
5199
5200 @ We will occasionally use |begin_diagnostic| in connection with line-number
5201 printing, as follows. (The parameter |s| is typically |"Path"| or
5202 |"Cycle spec"|, etc.)
5203
5204 @<Basic printing...@>=
5205 void mp_print_diagnostic (MP mp, char *s, char *t, boolean nuline) { 
5206   mp_begin_diagnostic(mp);
5207   if ( nuline ) mp_print_nl(mp, s); else mp_print(mp, s);
5208   mp_print(mp, " at line "); 
5209   mp_print_int(mp, mp_true_line(mp));
5210   mp_print(mp, t); mp_print_char(mp, ':');
5211 }
5212
5213 @ The 256 |ASCII_code| characters are grouped into classes by means of
5214 the |char_class| table. Individual class numbers have no semantic
5215 or syntactic significance, except in a few instances defined here.
5216 There's also |max_class|, which can be used as a basis for additional
5217 class numbers in nonstandard extensions of \MP.
5218
5219 @d digit_class 0 /* the class number of \.{0123456789} */
5220 @d period_class 1 /* the class number of `\..' */
5221 @d space_class 2 /* the class number of spaces and nonstandard characters */
5222 @d percent_class 3 /* the class number of `\.\%' */
5223 @d string_class 4 /* the class number of `\."' */
5224 @d right_paren_class 8 /* the class number of `\.)' */
5225 @d isolated_classes 5: case 6: case 7: case 8 /* characters that make length-one tokens only */
5226 @d letter_class 9 /* letters and the underline character */
5227 @d left_bracket_class 17 /* `\.[' */
5228 @d right_bracket_class 18 /* `\.]' */
5229 @d invalid_class 20 /* bad character in the input */
5230 @d max_class 20 /* the largest class number */
5231
5232 @<Glob...@>=
5233 int char_class[256]; /* the class numbers */
5234
5235 @ If changes are made to accommodate non-ASCII character sets, they should
5236 follow the guidelines in Appendix~C of {\sl The {\logos METAFONT\/}book}.
5237 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
5238 @^system dependencies@>
5239
5240 @<Set initial ...@>=
5241 for (k='0';k<='9';k++) 
5242   mp->char_class[k]=digit_class;
5243 mp->char_class['.']=period_class;
5244 mp->char_class[' ']=space_class;
5245 mp->char_class['%']=percent_class;
5246 mp->char_class['"']=string_class;
5247 mp->char_class[',']=5;
5248 mp->char_class[';']=6;
5249 mp->char_class['(']=7;
5250 mp->char_class[')']=right_paren_class;
5251 for (k='A';k<= 'Z';k++ )
5252   mp->char_class[k]=letter_class;
5253 for (k='a';k<='z';k++) 
5254   mp->char_class[k]=letter_class;
5255 mp->char_class['_']=letter_class;
5256 mp->char_class['<']=10;
5257 mp->char_class['=']=10;
5258 mp->char_class['>']=10;
5259 mp->char_class[':']=10;
5260 mp->char_class['|']=10;
5261 mp->char_class['`']=11;
5262 mp->char_class['\'']=11;
5263 mp->char_class['+']=12;
5264 mp->char_class['-']=12;
5265 mp->char_class['/']=13;
5266 mp->char_class['*']=13;
5267 mp->char_class['\\']=13;
5268 mp->char_class['!']=14;
5269 mp->char_class['?']=14;
5270 mp->char_class['#']=15;
5271 mp->char_class['&']=15;
5272 mp->char_class['@@']=15;
5273 mp->char_class['$']=15;
5274 mp->char_class['^']=16;
5275 mp->char_class['~']=16;
5276 mp->char_class['[']=left_bracket_class;
5277 mp->char_class[']']=right_bracket_class;
5278 mp->char_class['{']=19;
5279 mp->char_class['}']=19;
5280 for (k=0;k<' ';k++)
5281   mp->char_class[k]=invalid_class;
5282 mp->char_class['\t']=space_class;
5283 mp->char_class['\f']=space_class;
5284 for (k=127;k<=255;k++)
5285   mp->char_class[k]=invalid_class;
5286
5287 @* \[13] The hash table.
5288 Symbolic tokens are stored and retrieved by means of a fairly standard hash
5289 table algorithm called the method of ``coalescing lists'' (cf.\ Algorithm 6.4C
5290 in {\sl The Art of Computer Programming\/}). Once a symbolic token enters the
5291 table, it is never removed.
5292
5293 The actual sequence of characters forming a symbolic token is
5294 stored in the |str_pool| array together with all the other strings. An
5295 auxiliary array |hash| consists of items with two halfword fields per
5296 word. The first of these, called |next(p)|, points to the next identifier
5297 belonging to the same coalesced list as the identifier corresponding to~|p|;
5298 and the other, called |text(p)|, points to the |str_start| entry for
5299 |p|'s identifier. If position~|p| of the hash table is empty, we have
5300 |text(p)=0|; if position |p| is either empty or the end of a coalesced
5301 hash list, we have |next(p)=0|.
5302
5303 An auxiliary pointer variable called |hash_used| is maintained in such a
5304 way that all locations |p>=hash_used| are nonempty. The global variable
5305 |st_count| tells how many symbolic tokens have been defined, if statistics
5306 are being kept.
5307
5308 The first 256 locations of |hash| are reserved for symbols of length one.
5309
5310 There's a parallel array called |eqtb| that contains the current equivalent
5311 values of each symbolic token. The entries of this array consist of
5312 two halfwords called |eq_type| (a command code) and |equiv| (a secondary
5313 piece of information that qualifies the |eq_type|).
5314
5315 @d next(A)   mp->hash[(A)].lh /* link for coalesced lists */
5316 @d text(A)   mp->hash[(A)].rh /* string number for symbolic token name */
5317 @d eq_type(A)   mp->eqtb[(A)].lh /* the current ``meaning'' of a symbolic token */
5318 @d equiv(A)   mp->eqtb[(A)].rh /* parametric part of a token's meaning */
5319 @d hash_base 257 /* hashing actually starts here */
5320 @d hash_is_full   (mp->hash_used==hash_base) /* are all positions occupied? */
5321
5322 @<Glob...@>=
5323 pointer hash_used; /* allocation pointer for |hash| */
5324 integer st_count; /* total number of known identifiers */
5325
5326 @ Certain entries in the hash table are ``frozen'' and not redefinable,
5327 since they are used in error recovery.
5328
5329 @d hash_top (hash_base+mp->hash_size) /* the first location of the frozen area */
5330 @d frozen_inaccessible hash_top /* |hash| location to protect the frozen area */
5331 @d frozen_repeat_loop (hash_top+1) /* |hash| location of a loop-repeat token */
5332 @d frozen_right_delimiter (hash_top+2) /* |hash| location of a permanent `\.)' */
5333 @d frozen_left_bracket (hash_top+3) /* |hash| location of a permanent `\.[' */
5334 @d frozen_slash (hash_top+4) /* |hash| location of a permanent `\./' */
5335 @d frozen_colon (hash_top+5) /* |hash| location of a permanent `\.:' */
5336 @d frozen_semicolon (hash_top+6) /* |hash| location of a permanent `\.;' */
5337 @d frozen_end_for (hash_top+7) /* |hash| location of a permanent \&{endfor} */
5338 @d frozen_end_def (hash_top+8) /* |hash| location of a permanent \&{enddef} */
5339 @d frozen_fi (hash_top+9) /* |hash| location of a permanent \&{fi} */
5340 @d frozen_end_group (hash_top+10) /* |hash| location of a permanent `\.{endgroup}' */
5341 @d frozen_etex (hash_top+11) /* |hash| location of a permanent \&{etex} */
5342 @d frozen_mpx_break (hash_top+12) /* |hash| location of a permanent \&{mpxbreak} */
5343 @d frozen_bad_vardef (hash_top+13) /* |hash| location of `\.{a bad variable}' */
5344 @d frozen_undefined (hash_top+14) /* |hash| location that never gets defined */
5345 @d hash_end (hash_top+14) /* the actual size of the |hash| and |eqtb| arrays */
5346
5347 @<Glob...@>=
5348 two_halves *hash; /* the hash table */
5349 two_halves *eqtb; /* the equivalents */
5350
5351 @ @<Allocate or initialize ...@>=
5352 mp->hash = xmalloc((hash_end+1),sizeof(two_halves));
5353 mp->eqtb = xmalloc((hash_end+1),sizeof(two_halves));
5354
5355 @ @<Dealloc variables@>=
5356 xfree(mp->hash);
5357 xfree(mp->eqtb);
5358
5359 @ @<Set init...@>=
5360 next(1)=0; text(1)=0; eq_type(1)=tag_token; equiv(1)=null;
5361 for (k=2;k<=hash_end;k++)  { 
5362   mp->hash[k]=mp->hash[1]; mp->eqtb[k]=mp->eqtb[1];
5363 }
5364
5365 @ @<Initialize table entries...@>=
5366 mp->hash_used=frozen_inaccessible; /* nothing is used */
5367 mp->st_count=0;
5368 text(frozen_bad_vardef)=intern("a bad variable");
5369 text(frozen_etex)=intern("etex");
5370 text(frozen_mpx_break)=intern("mpxbreak");
5371 text(frozen_fi)=intern("fi");
5372 text(frozen_end_group)=intern("endgroup");
5373 text(frozen_end_def)=intern("enddef");
5374 text(frozen_end_for)=intern("endfor");
5375 text(frozen_semicolon)=intern(";");
5376 text(frozen_colon)=intern(":");
5377 text(frozen_slash)=intern("/");
5378 text(frozen_left_bracket)=intern("[");
5379 text(frozen_right_delimiter)=intern(")");
5380 text(frozen_inaccessible)=intern(" INACCESSIBLE");
5381 eq_type(frozen_right_delimiter)=right_delimiter;
5382
5383 @ @<Check the ``constant'' values...@>=
5384 if ( hash_end+mp->max_internal>max_halfword ) mp->bad=17;
5385
5386 @ Here is the subroutine that searches the hash table for an identifier
5387 that matches a given string of length~|l| appearing in |buffer[j..
5388 (j+l-1)]|. If the identifier is not found, it is inserted; hence it
5389 will always be found, and the corresponding hash table address
5390 will be returned.
5391
5392 @c 
5393 pointer mp_id_lookup (MP mp,integer j, integer l) { /* search the hash table */
5394   integer h; /* hash code */
5395   pointer p; /* index in |hash| array */
5396   pointer k; /* index in |buffer| array */
5397   if (l==1) {
5398     @<Treat special case of length 1 and |break|@>;
5399   }
5400   @<Compute the hash code |h|@>;
5401   p=h+hash_base; /* we start searching here; note that |0<=h<hash_prime| */
5402   while (true)  { 
5403         if (text(p)>0 && length(text(p))==l && mp_str_eq_buf(mp, text(p),j)) 
5404       break;
5405     if ( next(p)==0 ) {
5406       @<Insert a new symbolic token after |p|, then
5407         make |p| point to it and |break|@>;
5408     }
5409     p=next(p);
5410   }
5411   return p;
5412 };
5413
5414 @ @<Treat special case of length 1...@>=
5415  p=mp->buffer[j]+1; text(p)=p-1; return p;
5416
5417
5418 @ @<Insert a new symbolic...@>=
5419 {
5420 if ( text(p)>0 ) { 
5421   do {  
5422     if ( hash_is_full )
5423       mp_overflow(mp, "hash size",mp->hash_size);
5424 @:MetaPost capacity exceeded hash size}{\quad hash size@>
5425     decr(mp->hash_used);
5426   } while (text(mp->hash_used)!=0); /* search for an empty location in |hash| */
5427   next(p)=mp->hash_used; 
5428   p=mp->hash_used;
5429 }
5430 str_room(l);
5431 for (k=j;k<=j+l-1;k++) {
5432   append_char(mp->buffer[k]);
5433 }
5434 text(p)=mp_make_string(mp); 
5435 mp->str_ref[text(p)]=max_str_ref;
5436 incr(mp->st_count);
5437 break;
5438 }
5439
5440
5441 @ The value of |hash_prime| should be roughly 85\pct! of |hash_size|, and it
5442 should be a prime number.  The theory of hashing tells us to expect fewer
5443 than two table probes, on the average, when the search is successful.
5444 [See J.~S. Vitter, {\sl Journal of the ACM\/ \bf30} (1983), 231--258.]
5445 @^Vitter, Jeffrey Scott@>
5446
5447 @<Compute the hash code |h|@>=
5448 h=mp->buffer[j];
5449 for (k=j+1;k<=j+l-1;k++){ 
5450   h=h+h+mp->buffer[k];
5451   while ( h>=mp->hash_prime ) h=h-mp->hash_prime;
5452 }
5453
5454 @ @<Search |eqtb| for equivalents equal to |p|@>=
5455 for (q=1;q<=hash_end;q++) { 
5456   if ( equiv(q)==p ) { 
5457     mp_print_nl(mp, "EQUIV("); 
5458     mp_print_int(mp, q); 
5459     mp_print_char(mp, ')');
5460   }
5461 }
5462
5463 @ We need to put \MP's ``primitive'' symbolic tokens into the hash
5464 table, together with their command code (which will be the |eq_type|)
5465 and an operand (which will be the |equiv|). The |primitive| procedure
5466 does this, in a way that no \MP\ user can. The global value |cur_sym|
5467 contains the new |eqtb| pointer after |primitive| has acted.
5468
5469 @c 
5470 void mp_primitive (MP mp, char *ss, halfword c, halfword o) {
5471   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
5472   small_number j; /* index into |buffer| */
5473   small_number l; /* length of the string */
5474   str_number s;
5475   s = intern(ss);
5476   k=mp->str_start[s]; l=str_stop(s)-k;
5477   /* we will move |s| into the (empty) |buffer| */
5478   for (j=0;j<=l-1;j++) {
5479     mp->buffer[j]=mp->str_pool[k+j];
5480   }
5481   mp->cur_sym=mp_id_lookup(mp, 0,l);
5482   if ( s>=256 ) { /* we don't want to have the string twice */
5483     mp_flush_string(mp, text(mp->cur_sym)); text(mp->cur_sym)=s;
5484   };
5485   eq_type(mp->cur_sym)=c; 
5486   equiv(mp->cur_sym)=o;
5487 }
5488
5489
5490 @ Many of \MP's primitives need no |equiv|, since they are identifiable
5491 by their |eq_type| alone. These primitives are loaded into the hash table
5492 as follows:
5493
5494 @<Put each of \MP's primitives into the hash table@>=
5495 mp_primitive(mp, "..",path_join,0);
5496 @:.._}{\.{..} primitive@>
5497 mp_primitive(mp, "[",left_bracket,0); mp->eqtb[frozen_left_bracket]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5498 @:[ }{\.{[} primitive@>
5499 mp_primitive(mp, "]",right_bracket,0);
5500 @:] }{\.{]} primitive@>
5501 mp_primitive(mp, "}",right_brace,0);
5502 @:]]}{\.{\char`\}} primitive@>
5503 mp_primitive(mp, "{",left_brace,0);
5504 @:][}{\.{\char`\{} primitive@>
5505 mp_primitive(mp, ":",colon,0); mp->eqtb[frozen_colon]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5506 @:: }{\.{:} primitive@>
5507 mp_primitive(mp, "::",double_colon,0);
5508 @::: }{\.{::} primitive@>
5509 mp_primitive(mp, "||:",bchar_label,0);
5510 @:::: }{\.{\char'174\char'174:} primitive@>
5511 mp_primitive(mp, ":=",assignment,0);
5512 @::=_}{\.{:=} primitive@>
5513 mp_primitive(mp, ",",comma,0);
5514 @:, }{\., primitive@>
5515 mp_primitive(mp, ";",semicolon,0); mp->eqtb[frozen_semicolon]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
5516 @:; }{\.; primitive@>
5517 mp_primitive(mp, "\\",relax,0);
5518 @:]]\\}{\.{\char`\\} primitive@>
5519 @#
5520 mp_primitive(mp, "addto",add_to_command,0);
5521 @:add_to_}{\&{addto} primitive@>
5522 mp_primitive(mp, "atleast",at_least,0);
5523 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
5524 mp_primitive(mp, "begingroup",begin_group,0); mp->bg_loc=mp->cur_sym;
5525 @:begin_group_}{\&{begingroup} primitive@>
5526 mp_primitive(mp, "controls",controls,0);
5527 @:controls_}{\&{controls} primitive@>
5528 mp_primitive(mp, "curl",curl_command,0);
5529 @:curl_}{\&{curl} primitive@>
5530 mp_primitive(mp, "delimiters",delimiters,0);
5531 @:delimiters_}{\&{delimiters} primitive@>
5532 mp_primitive(mp, "endgroup",end_group,0);
5533  mp->eqtb[frozen_end_group]=mp->eqtb[mp->cur_sym]; mp->eg_loc=mp->cur_sym;
5534 @:endgroup_}{\&{endgroup} primitive@>
5535 mp_primitive(mp, "everyjob",every_job_command,0);
5536 @:every_job_}{\&{everyjob} primitive@>
5537 mp_primitive(mp, "exitif",exit_test,0);
5538 @:exit_if_}{\&{exitif} primitive@>
5539 mp_primitive(mp, "expandafter",expand_after,0);
5540 @:expand_after_}{\&{expandafter} primitive@>
5541 mp_primitive(mp, "interim",interim_command,0);
5542 @:interim_}{\&{interim} primitive@>
5543 mp_primitive(mp, "let",let_command,0);
5544 @:let_}{\&{let} primitive@>
5545 mp_primitive(mp, "newinternal",new_internal,0);
5546 @:new_internal_}{\&{newinternal} primitive@>
5547 mp_primitive(mp, "of",of_token,0);
5548 @:of_}{\&{of} primitive@>
5549 mp_primitive(mp, "randomseed",random_seed,0);
5550 @:random_seed_}{\&{randomseed} primitive@>
5551 mp_primitive(mp, "save",save_command,0);
5552 @:save_}{\&{save} primitive@>
5553 mp_primitive(mp, "scantokens",scan_tokens,0);
5554 @:scan_tokens_}{\&{scantokens} primitive@>
5555 mp_primitive(mp, "shipout",ship_out_command,0);
5556 @:ship_out_}{\&{shipout} primitive@>
5557 mp_primitive(mp, "skipto",skip_to,0);
5558 @:skip_to_}{\&{skipto} primitive@>
5559 mp_primitive(mp, "special",special_command,0);
5560 @:special}{\&{special} primitive@>
5561 mp_primitive(mp, "fontmapfile",special_command,1);
5562 @:fontmapfile}{\&{fontmapfile} primitive@>
5563 mp_primitive(mp, "fontmapline",special_command,2);
5564 @:fontmapline}{\&{fontmapline} primitive@>
5565 mp_primitive(mp, "step",step_token,0);
5566 @:step_}{\&{step} primitive@>
5567 mp_primitive(mp, "str",str_op,0);
5568 @:str_}{\&{str} primitive@>
5569 mp_primitive(mp, "tension",tension,0);
5570 @:tension_}{\&{tension} primitive@>
5571 mp_primitive(mp, "to",to_token,0);
5572 @:to_}{\&{to} primitive@>
5573 mp_primitive(mp, "until",until_token,0);
5574 @:until_}{\&{until} primitive@>
5575 mp_primitive(mp, "within",within_token,0);
5576 @:within_}{\&{within} primitive@>
5577 mp_primitive(mp, "write",write_command,0);
5578 @:write_}{\&{write} primitive@>
5579
5580 @ Each primitive has a corresponding inverse, so that it is possible to
5581 display the cryptic numeric contents of |eqtb| in symbolic form.
5582 Every call of |primitive| in this program is therefore accompanied by some
5583 straightforward code that forms part of the |print_cmd_mod| routine
5584 explained below.
5585
5586 @<Cases of |print_cmd_mod| for symbolic printing of primitives@>=
5587 case add_to_command:mp_print(mp, "addto"); break;
5588 case assignment:mp_print(mp, ":="); break;
5589 case at_least:mp_print(mp, "atleast"); break;
5590 case bchar_label:mp_print(mp, "||:"); break;
5591 case begin_group:mp_print(mp, "begingroup"); break;
5592 case colon:mp_print(mp, ":"); break;
5593 case comma:mp_print(mp, ","); break;
5594 case controls:mp_print(mp, "controls"); break;
5595 case curl_command:mp_print(mp, "curl"); break;
5596 case delimiters:mp_print(mp, "delimiters"); break;
5597 case double_colon:mp_print(mp, "::"); break;
5598 case end_group:mp_print(mp, "endgroup"); break;
5599 case every_job_command:mp_print(mp, "everyjob"); break;
5600 case exit_test:mp_print(mp, "exitif"); break;
5601 case expand_after:mp_print(mp, "expandafter"); break;
5602 case interim_command:mp_print(mp, "interim"); break;
5603 case left_brace:mp_print(mp, "{"); break;
5604 case left_bracket:mp_print(mp, "["); break;
5605 case let_command:mp_print(mp, "let"); break;
5606 case new_internal:mp_print(mp, "newinternal"); break;
5607 case of_token:mp_print(mp, "of"); break;
5608 case path_join:mp_print(mp, ".."); break;
5609 case random_seed:mp_print(mp, "randomseed"); break;
5610 case relax:mp_print_char(mp, '\\'); break;
5611 case right_brace:mp_print(mp, "}"); break;
5612 case right_bracket:mp_print(mp, "]"); break;
5613 case save_command:mp_print(mp, "save"); break;
5614 case scan_tokens:mp_print(mp, "scantokens"); break;
5615 case semicolon:mp_print(mp, ";"); break;
5616 case ship_out_command:mp_print(mp, "shipout"); break;
5617 case skip_to:mp_print(mp, "skipto"); break;
5618 case special_command: if ( m==2 ) mp_print(mp, "fontmapline"); else
5619                  if ( m==1 ) mp_print(mp, "fontmapfile"); else
5620                  mp_print(mp, "special"); break;
5621 case step_token:mp_print(mp, "step"); break;
5622 case str_op:mp_print(mp, "str"); break;
5623 case tension:mp_print(mp, "tension"); break;
5624 case to_token:mp_print(mp, "to"); break;
5625 case until_token:mp_print(mp, "until"); break;
5626 case within_token:mp_print(mp, "within"); break;
5627 case write_command:mp_print(mp, "write"); break;
5628
5629 @ We will deal with the other primitives later, at some point in the program
5630 where their |eq_type| and |equiv| values are more meaningful.  For example,
5631 the primitives for macro definitions will be loaded when we consider the
5632 routines that define macros.
5633 It is easy to find where each particular
5634 primitive was treated by looking in the index at the end; for example, the
5635 section where |"def"| entered |eqtb| is listed under `\&{def} primitive'.
5636
5637 @* \[14] Token lists.
5638 A \MP\ token is either symbolic or numeric or a string, or it denotes
5639 a macro parameter or capsule; so there are five corresponding ways to encode it
5640 @^token@>
5641 internally: (1)~A symbolic token whose hash code is~|p|
5642 is represented by the number |p|, in the |info| field of a single-word
5643 node in~|mem|. (2)~A numeric token whose |scaled| value is~|v| is
5644 represented in a two-word node of~|mem|; the |type| field is |known|,
5645 the |name_type| field is |token|, and the |value| field holds~|v|.
5646 The fact that this token appears in a two-word node rather than a
5647 one-word node is, of course, clear from the node address.
5648 (3)~A string token is also represented in a two-word node; the |type|
5649 field is |mp_string_type|, the |name_type| field is |token|, and the
5650 |value| field holds the corresponding |str_number|.  (4)~Capsules have
5651 |name_type=capsule|, and their |type| and |value| fields represent
5652 arbitrary values (in ways to be explained later).  (5)~Macro parameters
5653 are like symbolic tokens in that they appear in |info| fields of
5654 one-word nodes. The $k$th parameter is represented by |expr_base+k| if it
5655 is of type \&{expr}, or by |suffix_base+k| if it is of type \&{suffix}, or
5656 by |text_base+k| if it is of type \&{text}.  (Here |0<=k<param_size|.)
5657 Actual values of these parameters are kept in a separate stack, as we will
5658 see later.  The constants |expr_base|, |suffix_base|, and |text_base| are,
5659 of course, chosen so that there will be no confusion between symbolic
5660 tokens and parameters of various types.
5661
5662 Note that
5663 the `\\{type}' field of a node has nothing to do with ``type'' in a
5664 printer's sense. It's curious that the same word is used in such different ways.
5665
5666 @d type(A)   mp->mem[(A)].hh.b0 /* identifies what kind of value this is */
5667 @d name_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b1 /* a clue to the name of this value */
5668 @d token_node_size 2 /* the number of words in a large token node */
5669 @d value_loc(A) ((A)+1) /* the word that contains the |value| field */
5670 @d value(A) mp->mem[value_loc((A))].cint /* the value stored in a large token node */
5671 @d expr_base (hash_end+1) /* code for the zeroth \&{expr} parameter */
5672 @d suffix_base (expr_base+mp->param_size) /* code for the zeroth \&{suffix} parameter */
5673 @d text_base (suffix_base+mp->param_size) /* code for the zeroth \&{text} parameter */
5674
5675 @<Check the ``constant''...@>=
5676 if ( text_base+mp->param_size>max_halfword ) mp->bad=18;
5677
5678 @ We have set aside a two word node beginning at |null| so that we can have
5679 |value(null)=0|.  We will make use of this coincidence later.
5680
5681 @<Initialize table entries...@>=
5682 link(null)=null; value(null)=0;
5683
5684 @ A numeric token is created by the following trivial routine.
5685
5686 @c 
5687 pointer mp_new_num_tok (MP mp,scaled v) {
5688   pointer p; /* the new node */
5689   p=mp_get_node(mp, token_node_size); value(p)=v;
5690   type(p)=mp_known; name_type(p)=mp_token; 
5691   return p;
5692 }
5693
5694 @ A token list is a singly linked list of nodes in |mem|, where
5695 each node contains a token and a link.  Here's a subroutine that gets rid
5696 of a token list when it is no longer needed.
5697
5698 @<Declarations@>=
5699 void mp_token_recycle (MP mp);
5700
5701
5702 @c void mp_flush_token_list (MP mp,pointer p) {
5703   pointer q; /* the node being recycled */
5704   while ( p!=null ) { 
5705     q=p; p=link(p);
5706     if ( q>=mp->hi_mem_min ) {
5707      free_avail(q);
5708     } else { 
5709       switch (type(q)) {
5710       case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
5711         break;
5712       case mp_string_type:
5713         delete_str_ref(value(q));
5714         break;
5715       case unknown_types: case mp_pen_type: case mp_path_type: 
5716       case mp_picture_type: case mp_pair_type: case mp_color_type:
5717       case mp_cmykcolor_type: case mp_transform_type: case mp_dependent:
5718       case mp_proto_dependent: case mp_independent:
5719         mp->g_pointer=q; mp_token_recycle(mp);
5720         break;
5721       default: mp_confusion(mp, "token");
5722 @:this can't happen token}{\quad token@>
5723       }
5724       mp_free_node(mp, q,token_node_size);
5725     }
5726   }
5727 }
5728
5729 @ The procedure |show_token_list|, which prints a symbolic form of
5730 the token list that starts at a given node |p|, illustrates these
5731 conventions. The token list being displayed should not begin with a reference
5732 count. However, the procedure is intended to be fairly robust, so that if the
5733 memory links are awry or if |p| is not really a pointer to a token list,
5734 almost nothing catastrophic can happen.
5735
5736 An additional parameter |q| is also given; this parameter is either null
5737 or it points to a node in the token list where a certain magic computation
5738 takes place that will be explained later. (Basically, |q| is non-null when
5739 we are printing the two-line context information at the time of an error
5740 message; |q| marks the place corresponding to where the second line
5741 should begin.)
5742
5743 The generation will stop, and `\.{\char`\ ETC.}' will be printed, if the length
5744 of printing exceeds a given limit~|l|; the length of printing upon entry is
5745 assumed to be a given amount called |null_tally|. (Note that
5746 |show_token_list| sometimes uses itself recursively to print
5747 variable names within a capsule.)
5748 @^recursion@>
5749
5750 Unusual entries are printed in the form of all-caps tokens
5751 preceded by a space, e.g., `\.{\char`\ BAD}'.
5752
5753 @<Declarations@>=
5754 void mp_print_capsule (MP mp);
5755
5756 @ @<Declare the procedure called |show_token_list|@>=
5757 void mp_show_token_list (MP mp, integer p, integer q, integer l,
5758                          integer null_tally) ;
5759
5760 @ @c
5761 void mp_show_token_list (MP mp, integer p, integer q, integer l,
5762                          integer null_tally) {
5763   small_number class,c; /* the |char_class| of previous and new tokens */
5764   integer r,v; /* temporary registers */
5765   class=percent_class;
5766   mp->tally=null_tally;
5767   while ( (p!=null) && (mp->tally<l) ) { 
5768     if ( p==q ) 
5769       @<Do magic computation@>;
5770     @<Display token |p| and set |c| to its class;
5771       but |return| if there are problems@>;
5772     class=c; p=link(p);
5773   }
5774   if ( p!=null ) 
5775      mp_print(mp, " ETC.");
5776 @.ETC@>
5777   return;
5778 };
5779
5780 @ @<Display token |p| and set |c| to its class...@>=
5781 c=letter_class; /* the default */
5782 if ( (p<0)||(p>mp->mem_end) ) { 
5783   mp_print(mp, " CLOBBERED"); return;
5784 @.CLOBBERED@>
5785 }
5786 if ( p<mp->hi_mem_min ) { 
5787   @<Display two-word token@>;
5788 } else { 
5789   r=info(p);
5790   if ( r>=expr_base ) {
5791      @<Display a parameter token@>;
5792   } else {
5793     if ( r<1 ) {
5794       if ( r==0 ) { 
5795         @<Display a collective subscript@>
5796       } else {
5797         mp_print(mp, " IMPOSSIBLE");
5798 @.IMPOSSIBLE@>
5799       }
5800     } else { 
5801       r=text(r);
5802       if ( (r<0)||(r>mp->max_str_ptr) ) {
5803         mp_print(mp, " NONEXISTENT");
5804 @.NONEXISTENT@>
5805       } else {
5806        @<Print string |r| as a symbolic token
5807         and set |c| to its class@>;
5808       }
5809     }
5810   }
5811 }
5812
5813 @ @<Display two-word token@>=
5814 if ( name_type(p)==mp_token ) {
5815   if ( type(p)==mp_known ) {
5816     @<Display a numeric token@>;
5817   } else if ( type(p)!=mp_string_type ) {
5818     mp_print(mp, " BAD");
5819 @.BAD@>
5820   } else { 
5821     mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp, value(p)); mp_print_char(mp, '"');
5822     c=string_class;
5823   }
5824 } else if ((name_type(p)!=mp_capsule)||(type(p)<mp_vacuous)||(type(p)>mp_independent) ) {
5825   mp_print(mp, " BAD");
5826 } else { 
5827   mp->g_pointer=p; mp_print_capsule(mp); c=right_paren_class;
5828 }
5829
5830 @ @<Display a numeric token@>=
5831 if ( class==digit_class ) 
5832   mp_print_char(mp, ' ');
5833 v=value(p);
5834 if ( v<0 ){ 
5835   if ( class==left_bracket_class ) 
5836     mp_print_char(mp, ' ');
5837   mp_print_char(mp, '['); mp_print_scaled(mp, v); mp_print_char(mp, ']');
5838   c=right_bracket_class;
5839 } else { 
5840   mp_print_scaled(mp, v); c=digit_class;
5841 }
5842
5843
5844 @ Strictly speaking, a genuine token will never have |info(p)=0|.
5845 But we will see later (in the |print_variable_name| routine) that
5846 it is convenient to let |info(p)=0| stand for `\.{[]}'.
5847
5848 @<Display a collective subscript@>=
5849 {
5850 if ( class==left_bracket_class ) 
5851   mp_print_char(mp, ' ');
5852 mp_print(mp, "[]"); c=right_bracket_class;
5853 }
5854
5855 @ @<Display a parameter token@>=
5856 {
5857 if ( r<suffix_base ) { 
5858   mp_print(mp, "(EXPR"); r=r-(expr_base);
5859 @.EXPR@>
5860 } else if ( r<text_base ) { 
5861   mp_print(mp, "(SUFFIX"); r=r-(suffix_base);
5862 @.SUFFIX@>
5863 } else { 
5864   mp_print(mp, "(TEXT"); r=r-(text_base);
5865 @.TEXT@>
5866 }
5867 mp_print_int(mp, r); mp_print_char(mp, ')'); c=right_paren_class;
5868 }
5869
5870
5871 @ @<Print string |r| as a symbolic token...@>=
5872
5873 c=mp->char_class[mp->str_pool[mp->str_start[r]]];
5874 if ( c==class ) {
5875   switch (c) {
5876   case letter_class:mp_print_char(mp, '.'); break;
5877   case isolated_classes: break;
5878   default: mp_print_char(mp, ' '); break;
5879   }
5880 }
5881 mp_print_str(mp, r);
5882 }
5883
5884 @ The following procedures have been declared |forward| with no parameters,
5885 because the author dislikes \PASCAL's convention about |forward| procedures
5886 with parameters. It was necessary to do something, because |show_token_list|
5887 is recursive (although the recursion is limited to one level), and because
5888 |flush_token_list| is syntactically (but not semantically) recursive.
5889 @^recursion@>
5890
5891 @<Declare miscellaneous procedures that were declared |forward|@>=
5892 void mp_print_capsule (MP mp) { 
5893   mp_print_char(mp, '('); mp_print_exp(mp, mp->g_pointer,0); mp_print_char(mp, ')');
5894 };
5895 @#
5896 void mp_token_recycle (MP mp) { 
5897   mp_recycle_value(mp, mp->g_pointer);
5898 };
5899
5900 @ @<Glob...@>=
5901 pointer g_pointer; /* (global) parameter to the |forward| procedures */
5902
5903 @ Macro definitions are kept in \MP's memory in the form of token lists
5904 that have a few extra one-word nodes at the beginning.
5905
5906 The first node contains a reference count that is used to tell when the
5907 list is no longer needed. To emphasize the fact that a reference count is
5908 present, we shall refer to the |info| field of this special node as the
5909 |ref_count| field.
5910 @^reference counts@>
5911
5912 The next node or nodes after the reference count serve to describe the
5913 formal parameters. They either contain a code word that specifies all
5914 of the parameters, or they contain zero or more parameter tokens followed
5915 by the code `|general_macro|'.
5916
5917 @d ref_count info
5918   /* reference count preceding a macro definition or picture header */
5919 @d add_mac_ref(A) incr(ref_count((A))) /* make a new reference to a macro list */
5920 @d general_macro 0 /* preface to a macro defined with a parameter list */
5921 @d primary_macro 1 /* preface to a macro with a \&{primary} parameter */
5922 @d secondary_macro 2 /* preface to a macro with a \&{secondary} parameter */
5923 @d tertiary_macro 3 /* preface to a macro with a \&{tertiary} parameter */
5924 @d expr_macro 4 /* preface to a macro with an undelimited \&{expr} parameter */
5925 @d of_macro 5 /* preface to a macro with
5926   undelimited `\&{expr} |x| \&{of}~|y|' parameters */
5927 @d suffix_macro 6 /* preface to a macro with an undelimited \&{suffix} parameter */
5928 @d text_macro 7 /* preface to a macro with an undelimited \&{text} parameter */
5929
5930 @c 
5931 void mp_delete_mac_ref (MP mp,pointer p) {
5932   /* |p| points to the reference count of a macro list that is
5933     losing one reference */
5934   if ( ref_count(p)==null ) mp_flush_token_list(mp, p);
5935   else decr(ref_count(p));
5936 }
5937
5938 @ The following subroutine displays a macro, given a pointer to its
5939 reference count.
5940
5941 @c 
5942 @<Declare the procedure called |print_cmd_mod|@>;
5943 void mp_show_macro (MP mp, pointer p, integer q, integer l) {
5944   pointer r; /* temporary storage */
5945   p=link(p); /* bypass the reference count */
5946   while ( info(p)>text_macro ){ 
5947     r=link(p); link(p)=null;
5948     mp_show_token_list(mp, p,null,l,0); link(p)=r; p=r;
5949     if ( l>0 ) l=l-mp->tally; else return;
5950   } /* control printing of `\.{ETC.}' */
5951 @.ETC@>
5952   mp->tally=0;
5953   switch(info(p)) {
5954   case general_macro:mp_print(mp, "->"); break;
5955 @.->@>
5956   case primary_macro: case secondary_macro: case tertiary_macro:
5957     mp_print_char(mp, '<');
5958     mp_print_cmd_mod(mp, param_type,info(p)); 
5959     mp_print(mp, ">->");
5960     break;
5961   case expr_macro:mp_print(mp, "<expr>->"); break;
5962   case of_macro:mp_print(mp, "<expr>of<primary>->"); break;
5963   case suffix_macro:mp_print(mp, "<suffix>->"); break;
5964   case text_macro:mp_print(mp, "<text>->"); break;
5965   } /* there are no other cases */
5966   mp_show_token_list(mp, link(p),q,l-mp->tally,0);
5967 }
5968
5969 @* \[15] Data structures for variables.
5970 The variables of \MP\ programs can be simple, like `\.x', or they can
5971 combine the structural properties of arrays and records, like `\.{x20a.b}'.
5972 A \MP\ user assigns a type to a variable like \.{x20a.b} by saying, for
5973 example, `\.{boolean} \.{x20a.b}'. It's time for us to study how such
5974 things are represented inside of the computer.
5975
5976 Each variable value occupies two consecutive words, either in a two-word
5977 node called a value node, or as a two-word subfield of a larger node.  One
5978 of those two words is called the |value| field; it is an integer,
5979 containing either a |scaled| numeric value or the representation of some
5980 other type of quantity. (It might also be subdivided into halfwords, in
5981 which case it is referred to by other names instead of |value|.) The other
5982 word is broken into subfields called |type|, |name_type|, and |link|.  The
5983 |type| field is a quarterword that specifies the variable's type, and
5984 |name_type| is a quarterword from which \MP\ can reconstruct the
5985 variable's name (sometimes by using the |link| field as well).  Thus, only
5986 1.25 words are actually devoted to the value itself; the other
5987 three-quarters of a word are overhead, but they aren't wasted because they
5988 allow \MP\ to deal with sparse arrays and to provide meaningful diagnostics.
5989
5990 In this section we shall be concerned only with the structural aspects of
5991 variables, not their values. Later parts of the program will change the
5992 |type| and |value| fields, but we shall treat those fields as black boxes
5993 whose contents should not be touched.
5994
5995 However, if the |type| field is |mp_structured|, there is no |value| field,
5996 and the second word is broken into two pointer fields called |attr_head|
5997 and |subscr_head|. Those fields point to additional nodes that
5998 contain structural information, as we shall see.
5999
6000 @d subscr_head_loc(A)   (A)+1 /* where |value|, |subscr_head| and |attr_head| are */
6001 @d attr_head(A)   info(subscr_head_loc((A))) /* pointer to attribute info */
6002 @d subscr_head(A)   link(subscr_head_loc((A))) /* pointer to subscript info */
6003 @d value_node_size 2 /* the number of words in a value node */
6004
6005 @ An attribute node is three words long. Two of these words contain |type|
6006 and |value| fields as described above, and the third word contains
6007 additional information:  There is an |attr_loc| field, which contains the
6008 hash address of the token that names this attribute; and there's also a
6009 |parent| field, which points to the value node of |mp_structured| type at the
6010 next higher level (i.e., at the level to which this attribute is
6011 subsidiary).  The |name_type| in an attribute node is `|attr|'.  The
6012 |link| field points to the next attribute with the same parent; these are
6013 arranged in increasing order, so that |attr_loc(link(p))>attr_loc(p)|. The
6014 final attribute node links to the constant |end_attr|, whose |attr_loc|
6015 field is greater than any legal hash address. The |attr_head| in the
6016 parent points to a node whose |name_type| is |mp_structured_root|; this
6017 node represents the null attribute, i.e., the variable that is relevant
6018 when no attributes are attached to the parent. The |attr_head| node is either
6019 a value node, a subscript node, or an attribute node, depending on what
6020 the parent would be if it were not structured; but the subscript and
6021 attribute fields are ignored, so it effectively contains only the data of
6022 a value node. The |link| field in this special node points to an attribute
6023 node whose |attr_loc| field is zero; the latter node represents a collective
6024 subscript `\.{[]}' attached to the parent, and its |link| field points to
6025 the first non-special attribute node (or to |end_attr| if there are none).
6026
6027 A subscript node likewise occupies three words, with |type| and |value| fields
6028 plus extra information; its |name_type| is |subscr|. In this case the
6029 third word is called the |subscript| field, which is a |scaled| integer.
6030 The |link| field points to the subscript node with the next larger
6031 subscript, if any; otherwise the |link| points to the attribute node
6032 for collective subscripts at this level. We have seen that the latter node
6033 contains an upward pointer, so that the parent can be deduced.
6034
6035 The |name_type| in a parent-less value node is |root|, and the |link|
6036 is the hash address of the token that names this value.
6037
6038 In other words, variables have a hierarchical structure that includes
6039 enough threads running around so that the program is able to move easily
6040 between siblings, parents, and children. An example should be helpful:
6041 (The reader is advised to draw a picture while reading the following
6042 description, since that will help to firm up the ideas.)
6043 Suppose that `\.x' and `\.{x.a}' and `\.{x[]b}' and `\.{x5}'
6044 and `\.{x20b}' have been mentioned in a user's program, where
6045 \.{x[]b} has been declared to be of \&{boolean} type. Let |h(x)|, |h(a)|,
6046 and |h(b)| be the hash addresses of \.x, \.a, and~\.b. Then
6047 |eq_type(h(x))=name| and |equiv(h(x))=p|, where |p|~is a two-word value
6048 node with |name_type(p)=root| and |link(p)=h(x)|. We have |type(p)=mp_structured|,
6049 |attr_head(p)=q|, and |subscr_head(p)=r|, where |q| points to a value
6050 node and |r| to a subscript node. (Are you still following this? Use
6051 a pencil to draw a diagram.) The lone variable `\.x' is represented by
6052 |type(q)| and |value(q)|; furthermore
6053 |name_type(q)=mp_structured_root| and |link(q)=q1|, where |q1| points
6054 to an attribute node representing `\.{x[]}'. Thus |name_type(q1)=attr|,
6055 |attr_loc(q1)=collective_subscript=0|, |parent(q1)=p|,
6056 |type(q1)=mp_structured|, |attr_head(q1)=qq|, and |subscr_head(q1)=qq1|;
6057 |qq| is a value node with |type(qq)=mp_numeric_type| (assuming that \.{x5} is
6058 numeric, because |qq| represents `\.{x[]}' with no further attributes),
6059 |name_type(qq)=mp_structured_root|, and
6060 |link(qq)=qq1|. (Now pay attention to the next part.) Node |qq1| is
6061 an attribute node representing `\.{x[][]}', which has never yet
6062 occurred; its |type| field is |undefined|, and its |value| field is
6063 undefined. We have |name_type(qq1)=attr|, |attr_loc(qq1)=collective_subscript|,
6064 |parent(qq1)=q1|, and |link(qq1)=qq2|. Since |qq2| represents
6065 `\.{x[]b}', |type(qq2)=mp_unknown_boolean|; also |attr_loc(qq2)=h(b)|,
6066 |parent(qq2)=q1|, |name_type(qq2)=attr|, |link(qq2)=end_attr|.
6067 (Maybe colored lines will help untangle your picture.)
6068  Node |r| is a subscript node with |type| and |value|
6069 representing `\.{x5}'; |name_type(r)=subscr|, |subscript(r)=5.0|,
6070 and |link(r)=r1| is another subscript node. To complete the picture,
6071 see if you can guess what |link(r1)| is; give up? It's~|q1|.
6072 Furthermore |subscript(r1)=20.0|, |name_type(r1)=subscr|,
6073 |type(r1)=mp_structured|, |attr_head(r1)=qqq|, |subscr_head(r1)=qqq1|,
6074 and we finish things off with three more nodes
6075 |qqq|, |qqq1|, and |qqq2| hung onto~|r1|. (Perhaps you should start again
6076 with a larger sheet of paper.) The value of variable \.{x20b}
6077 appears in node~|qqq2|, as you can well imagine.
6078
6079 If the example in the previous paragraph doesn't make things crystal
6080 clear, a glance at some of the simpler subroutines below will reveal how
6081 things work out in practice.
6082
6083 The only really unusual thing about these conventions is the use of
6084 collective subscript attributes. The idea is to avoid repeating a lot of
6085 type information when many elements of an array are identical macros
6086 (for which distinct values need not be stored) or when they don't have
6087 all of the possible attributes. Branches of the structure below collective
6088 subscript attributes do not carry actual values except for macro identifiers;
6089 branches of the structure below subscript nodes do not carry significant
6090 information in their collective subscript attributes.
6091
6092 @d attr_loc_loc(A) ((A)+2) /* where the |attr_loc| and |parent| fields are */
6093 @d attr_loc(A) info(attr_loc_loc((A))) /* hash address of this attribute */
6094 @d parent(A) link(attr_loc_loc((A))) /* pointer to |mp_structured| variable */
6095 @d subscript_loc(A) ((A)+2) /* where the |subscript| field lives */
6096 @d subscript(A) mp->mem[subscript_loc((A))].sc /* subscript of this variable */
6097 @d attr_node_size 3 /* the number of words in an attribute node */
6098 @d subscr_node_size 3 /* the number of words in a subscript node */
6099 @d collective_subscript 0 /* code for the attribute `\.{[]}' */
6100
6101 @<Initialize table...@>=
6102 attr_loc(end_attr)=hash_end+1; parent(end_attr)=null;
6103
6104 @ Variables of type \&{pair} will have values that point to four-word
6105 nodes containing two numeric values. The first of these values has
6106 |name_type=mp_x_part_sector| and the second has |name_type=mp_y_part_sector|;
6107 the |link| in the first points back to the node whose |value| points
6108 to this four-word node.
6109
6110 Variables of type \&{transform} are similar, but in this case their
6111 |value| points to a 12-word node containing six values, identified by
6112 |x_part_sector|, |y_part_sector|, |mp_xx_part_sector|, |mp_xy_part_sector|,
6113 |mp_yx_part_sector|, and |mp_yy_part_sector|.
6114 Finally, variables of type \&{color} have three values in six words
6115 identified by |mp_red_part_sector|, |mp_green_part_sector|, and |mp_blue_part_sector|.
6116
6117 When an entire structured variable is saved, the |root| indication
6118 is temporarily replaced by |saved_root|.
6119
6120 Some variables have no name; they just are used for temporary storage
6121 while expressions are being evaluated. We call them {\sl capsules}.
6122
6123 @d x_part_loc(A) (A) /* where the \&{xpart} is found in a pair or transform node */
6124 @d y_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{ypart} is found in a pair or transform node */
6125 @d xx_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{xxpart} is found in a transform node */
6126 @d xy_part_loc(A) ((A)+6) /* where the \&{xypart} is found in a transform node */
6127 @d yx_part_loc(A) ((A)+8) /* where the \&{yxpart} is found in a transform node */
6128 @d yy_part_loc(A) ((A)+10) /* where the \&{yypart} is found in a transform node */
6129 @d red_part_loc(A) (A) /* where the \&{redpart} is found in a color node */
6130 @d green_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{greenpart} is found in a color node */
6131 @d blue_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{bluepart} is found in a color node */
6132 @d cyan_part_loc(A) (A) /* where the \&{cyanpart} is found in a color node */
6133 @d magenta_part_loc(A) ((A)+2) /* where the \&{magentapart} is found in a color node */
6134 @d yellow_part_loc(A) ((A)+4) /* where the \&{yellowpart} is found in a color node */
6135 @d black_part_loc(A) ((A)+6) /* where the \&{blackpart} is found in a color node */
6136 @d grey_part_loc(A) (A) /* where the \&{greypart} is found in a color node */
6137 @#
6138 @d pair_node_size 4 /* the number of words in a pair node */
6139 @d transform_node_size 12 /* the number of words in a transform node */
6140 @d color_node_size 6 /* the number of words in a color node */
6141 @d cmykcolor_node_size 8 /* the number of words in a color node */
6142
6143 @<Glob...@>=
6144 small_number big_node_size[mp_pair_type+1];
6145 small_number sector0[mp_pair_type+1];
6146 small_number sector_offset[mp_black_part_sector+1];
6147
6148 @ The |sector0| array gives for each big node type, |name_type| values
6149 for its first subfield; the |sector_offset| array gives for each
6150 |name_type| value, the offset from the first subfield in words;
6151 and the |big_node_size| array gives the size in words for each type of
6152 big node.
6153
6154 @<Set init...@>=
6155 mp->big_node_size[mp_transform_type]=transform_node_size;
6156 mp->big_node_size[mp_pair_type]=pair_node_size;
6157 mp->big_node_size[mp_color_type]=color_node_size;
6158 mp->big_node_size[mp_cmykcolor_type]=cmykcolor_node_size;
6159 mp->sector0[mp_transform_type]=mp_x_part_sector;
6160 mp->sector0[mp_pair_type]=mp_x_part_sector;
6161 mp->sector0[mp_color_type]=mp_red_part_sector;
6162 mp->sector0[mp_cmykcolor_type]=mp_cyan_part_sector;
6163 for (k=mp_x_part_sector;k<= mp_yy_part_sector;k++ ) {
6164   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_x_part_sector);
6165 }
6166 for (k=mp_red_part_sector;k<= mp_blue_part_sector ; k++) {
6167   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_red_part_sector);
6168 }
6169 for (k=mp_cyan_part_sector;k<= mp_black_part_sector;k++ ) {
6170   mp->sector_offset[k]=2*(k-mp_cyan_part_sector);
6171 }
6172
6173 @ If |type(p)=mp_pair_type| or |mp_transform_type| and if |value(p)=null|, the
6174 procedure call |init_big_node(p)| will allocate a pair or transform node
6175 for~|p|.  The individual parts of such nodes are initially of type
6176 |mp_independent|.
6177
6178 @c 
6179 void mp_init_big_node (MP mp,pointer p) {
6180   pointer q; /* the new node */
6181   small_number s; /* its size */
6182   s=mp->big_node_size[type(p)]; q=mp_get_node(mp, s);
6183   do {  
6184     s=s-2; 
6185     @<Make variable |q+s| newly independent@>;
6186     name_type(q+s)=halfp(s)+mp->sector0[type(p)]; 
6187     link(q+s)=null;
6188   } while (s!=0);
6189   link(q)=p; value(p)=q;
6190 }
6191
6192 @ The |id_transform| function creates a capsule for the
6193 identity transformation.
6194
6195 @c 
6196 pointer mp_id_transform (MP mp) {
6197   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
6198   p=mp_get_node(mp, value_node_size); type(p)=mp_transform_type;
6199   name_type(p)=mp_capsule; value(p)=null; mp_init_big_node(mp, p); q=value(p);
6200   r=q+transform_node_size;
6201   do {  
6202     r=r-2;
6203     type(r)=mp_known; value(r)=0;
6204   } while (r!=q);
6205   value(xx_part_loc(q))=unity; 
6206   value(yy_part_loc(q))=unity;
6207   return p;
6208 }
6209
6210 @ Tokens are of type |tag_token| when they first appear, but they point
6211 to |null| until they are first used as the root of a variable.
6212 The following subroutine establishes the root node on such grand occasions.
6213
6214 @c 
6215 void mp_new_root (MP mp,pointer x) {
6216   pointer p; /* the new node */
6217   p=mp_get_node(mp, value_node_size); type(p)=undefined; name_type(p)=mp_root;
6218   link(p)=x; equiv(x)=p;
6219 }
6220
6221 @ These conventions for variable representation are illustrated by the
6222 |print_variable_name| routine, which displays the full name of a
6223 variable given only a pointer to its two-word value packet.
6224
6225 @<Declarations@>=
6226 void mp_print_variable_name (MP mp, pointer p);
6227
6228 @ @c 
6229 void mp_print_variable_name (MP mp, pointer p) {
6230   pointer q; /* a token list that will name the variable's suffix */
6231   pointer r; /* temporary for token list creation */
6232   while ( name_type(p)>=mp_x_part_sector ) {
6233     @<Preface the output with a part specifier; |return| in the
6234       case of a capsule@>;
6235   }
6236   q=null;
6237   while ( name_type(p)>mp_saved_root ) {
6238     @<Ascend one level, pushing a token onto list |q|
6239      and replacing |p| by its parent@>;
6240   }
6241   r=mp_get_avail(mp); info(r)=link(p); link(r)=q;
6242   if ( name_type(p)==mp_saved_root ) mp_print(mp, "(SAVED)");
6243 @.SAVED@>
6244   mp_show_token_list(mp, r,null,el_gordo,mp->tally); 
6245   mp_flush_token_list(mp, r);
6246 }
6247
6248 @ @<Ascend one level, pushing a token onto list |q|...@>=
6249
6250   if ( name_type(p)==mp_subscr ) { 
6251     r=mp_new_num_tok(mp, subscript(p));
6252     do {  
6253       p=link(p);
6254     } while (name_type(p)!=mp_attr);
6255   } else if ( name_type(p)==mp_structured_root ) {
6256     p=link(p); goto FOUND;
6257   } else { 
6258     if ( name_type(p)!=mp_attr ) mp_confusion(mp, "var");
6259 @:this can't happen var}{\quad var@>
6260     r=mp_get_avail(mp); info(r)=attr_loc(p);
6261   }
6262   link(r)=q; q=r;
6263 FOUND:  
6264   p=parent(p);
6265 }
6266
6267 @ @<Preface the output with a part specifier...@>=
6268 { switch (name_type(p)) {
6269   case mp_x_part_sector: mp_print_char(mp, 'x'); break;
6270   case mp_y_part_sector: mp_print_char(mp, 'y'); break;
6271   case mp_xx_part_sector: mp_print(mp, "xx"); break;
6272   case mp_xy_part_sector: mp_print(mp, "xy"); break;
6273   case mp_yx_part_sector: mp_print(mp, "yx"); break;
6274   case mp_yy_part_sector: mp_print(mp, "yy"); break;
6275   case mp_red_part_sector: mp_print(mp, "red"); break;
6276   case mp_green_part_sector: mp_print(mp, "green"); break;
6277   case mp_blue_part_sector: mp_print(mp, "blue"); break;
6278   case mp_cyan_part_sector: mp_print(mp, "cyan"); break;
6279   case mp_magenta_part_sector: mp_print(mp, "magenta"); break;
6280   case mp_yellow_part_sector: mp_print(mp, "yellow"); break;
6281   case mp_black_part_sector: mp_print(mp, "black"); break;
6282   case mp_grey_part_sector: mp_print(mp, "grey"); break;
6283   case mp_capsule: 
6284     mp_print(mp, "%CAPSULE"); mp_print_int(mp, p-null); return;
6285     break;
6286 @.CAPSULE@>
6287   } /* there are no other cases */
6288   mp_print(mp, "part "); 
6289   p=link(p-mp->sector_offset[name_type(p)]);
6290 }
6291
6292 @ The |interesting| function returns |true| if a given variable is not
6293 in a capsule, or if the user wants to trace capsules.
6294
6295 @c 
6296 boolean mp_interesting (MP mp,pointer p) {
6297   small_number t; /* a |name_type| */
6298   if ( mp->internal[mp_tracing_capsules]>0 ) {
6299     return true;
6300   } else { 
6301     t=name_type(p);
6302     if ( t>=mp_x_part_sector ) if ( t!=mp_capsule )
6303       t=name_type(link(p-mp->sector_offset[t]));
6304     return (t!=mp_capsule);
6305   }
6306 }
6307
6308 @ Now here is a subroutine that converts an unstructured type into an
6309 equivalent structured type, by inserting a |mp_structured| node that is
6310 capable of growing. This operation is done only when |name_type(p)=root|,
6311 |subscr|, or |attr|.
6312
6313 The procedure returns a pointer to the new node that has taken node~|p|'s
6314 place in the structure. Node~|p| itself does not move, nor are its
6315 |value| or |type| fields changed in any way.
6316
6317 @c 
6318 pointer mp_new_structure (MP mp,pointer p) {
6319   pointer q,r=0; /* list manipulation registers */
6320   switch (name_type(p)) {
6321   case mp_root: 
6322     q=link(p); r=mp_get_node(mp, value_node_size); equiv(q)=r;
6323     break;
6324   case mp_subscr: 
6325     @<Link a new subscript node |r| in place of node |p|@>;
6326     break;
6327   case mp_attr: 
6328     @<Link a new attribute node |r| in place of node |p|@>;
6329     break;
6330   default: 
6331     mp_confusion(mp, "struct");
6332 @:this can't happen struct}{\quad struct@>
6333     break;
6334   }
6335   link(r)=link(p); type(r)=mp_structured; name_type(r)=name_type(p);
6336   attr_head(r)=p; name_type(p)=mp_structured_root;
6337   q=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(p)=q; subscr_head(r)=q;
6338   parent(q)=r; type(q)=undefined; name_type(q)=mp_attr; link(q)=end_attr;
6339   attr_loc(q)=collective_subscript; 
6340   return r;
6341 };
6342
6343 @ @<Link a new subscript node |r| in place of node |p|@>=
6344
6345   q=p;
6346   do {  
6347     q=link(q);
6348   } while (name_type(q)!=mp_attr);
6349   q=parent(q); r=subscr_head_loc(q); /* |link(r)=subscr_head(q)| */
6350   do {  
6351     q=r; r=link(r);
6352   } while (r!=p);
6353   r=mp_get_node(mp, subscr_node_size);
6354   link(q)=r; subscript(r)=subscript(p);
6355 }
6356
6357 @ If the attribute is |collective_subscript|, there are two pointers to
6358 node~|p|, so we must change both of them.
6359
6360 @<Link a new attribute node |r| in place of node |p|@>=
6361
6362   q=parent(p); r=attr_head(q);
6363   do {  
6364     q=r; r=link(r);
6365   } while (r!=p);
6366   r=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(q)=r;
6367   mp->mem[attr_loc_loc(r)]=mp->mem[attr_loc_loc(p)]; /* copy |attr_loc| and |parent| */
6368   if ( attr_loc(p)==collective_subscript ) { 
6369     q=subscr_head_loc(parent(p));
6370     while ( link(q)!=p ) q=link(q);
6371     link(q)=r;
6372   }
6373 }
6374
6375 @ The |find_variable| routine is given a pointer~|t| to a nonempty token
6376 list of suffixes; it returns a pointer to the corresponding two-word
6377 value. For example, if |t| points to token \.x followed by a numeric
6378 token containing the value~7, |find_variable| finds where the value of
6379 \.{x7} is stored in memory. This may seem a simple task, and it
6380 usually is, except when \.{x7} has never been referenced before.
6381 Indeed, \.x may never have even been subscripted before; complexities
6382 arise with respect to updating the collective subscript information.
6383
6384 If a macro type is detected anywhere along path~|t|, or if the first
6385 item on |t| isn't a |tag_token|, the value |null| is returned.
6386 Otherwise |p| will be a non-null pointer to a node such that
6387 |undefined<type(p)<mp_structured|.
6388
6389 @d abort_find { return null; }
6390
6391 @c 
6392 pointer mp_find_variable (MP mp,pointer t) {
6393   pointer p,q,r,s; /* nodes in the ``value'' line */
6394   pointer pp,qq,rr,ss; /* nodes in the ``collective'' line */
6395   integer n; /* subscript or attribute */
6396   memory_word save_word; /* temporary storage for a word of |mem| */
6397 @^inner loop@>
6398   p=info(t); t=link(t);
6399   if ( (eq_type(p) % outer_tag) != tag_token ) abort_find;
6400   if ( equiv(p)==null ) mp_new_root(mp, p);
6401   p=equiv(p); pp=p;
6402   while ( t!=null ) { 
6403     @<Make sure that both nodes |p| and |pp| are of |mp_structured| type@>;
6404     if ( t<mp->hi_mem_min ) {
6405       @<Descend one level for the subscript |value(t)|@>
6406     } else {
6407       @<Descend one level for the attribute |info(t)|@>;
6408     }
6409     t=link(t);
6410   }
6411   if ( type(pp)>=mp_structured ) {
6412     if ( type(pp)==mp_structured ) pp=attr_head(pp); else abort_find;
6413   }
6414   if ( type(p)==mp_structured ) p=attr_head(p);
6415   if ( type(p)==undefined ) { 
6416     if ( type(pp)==undefined ) { type(pp)=mp_numeric_type; value(pp)=null; };
6417     type(p)=type(pp); value(p)=null;
6418   };
6419   return p;
6420 }
6421
6422 @ Although |pp| and |p| begin together, they diverge when a subscript occurs;
6423 |pp|~stays in the collective line while |p|~goes through actual subscript
6424 values.
6425
6426 @<Make sure that both nodes |p| and |pp|...@>=
6427 if ( type(pp)!=mp_structured ) { 
6428   if ( type(pp)>mp_structured ) abort_find;
6429   ss=mp_new_structure(mp, pp);
6430   if ( p==pp ) p=ss;
6431   pp=ss;
6432 }; /* now |type(pp)=mp_structured| */
6433 if ( type(p)!=mp_structured ) /* it cannot be |>mp_structured| */
6434   p=mp_new_structure(mp, p) /* now |type(p)=mp_structured| */
6435
6436 @ We want this part of the program to be reasonably fast, in case there are
6437 @^inner loop@>
6438 lots of subscripts at the same level of the data structure. Therefore
6439 we store an ``infinite'' value in the word that appears at the end of the
6440 subscript list, even though that word isn't part of a subscript node.
6441
6442 @<Descend one level for the subscript |value(t)|@>=
6443
6444   n=value(t);
6445   pp=link(attr_head(pp)); /* now |attr_loc(pp)=collective_subscript| */
6446   q=link(attr_head(p)); save_word=mp->mem[subscript_loc(q)];
6447   subscript(q)=el_gordo; s=subscr_head_loc(p); /* |link(s)=subscr_head(p)| */
6448   do {  
6449     r=s; s=link(s);
6450   } while (n>subscript(s));
6451   if ( n==subscript(s) ) {
6452     p=s;
6453   } else { 
6454     p=mp_get_node(mp, subscr_node_size); link(r)=p; link(p)=s;
6455     subscript(p)=n; name_type(p)=mp_subscr; type(p)=undefined;
6456   }
6457   mp->mem[subscript_loc(q)]=save_word;
6458 }
6459
6460 @ @<Descend one level for the attribute |info(t)|@>=
6461
6462   n=info(t);
6463   ss=attr_head(pp);
6464   do {  
6465     rr=ss; ss=link(ss);
6466   } while (n>attr_loc(ss));
6467   if ( n<attr_loc(ss) ) { 
6468     qq=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(rr)=qq; link(qq)=ss;
6469     attr_loc(qq)=n; name_type(qq)=mp_attr; type(qq)=undefined;
6470     parent(qq)=pp; ss=qq;
6471   }
6472   if ( p==pp ) { 
6473     p=ss; pp=ss;
6474   } else { 
6475     pp=ss; s=attr_head(p);
6476     do {  
6477       r=s; s=link(s);
6478     } while (n>attr_loc(s));
6479     if ( n==attr_loc(s) ) {
6480       p=s;
6481     } else { 
6482       q=mp_get_node(mp, attr_node_size); link(r)=q; link(q)=s;
6483       attr_loc(q)=n; name_type(q)=mp_attr; type(q)=undefined;
6484       parent(q)=p; p=q;
6485     }
6486   }
6487 }
6488
6489 @ Variables lose their former values when they appear in a type declaration,
6490 or when they are defined to be macros or \&{let} equal to something else.
6491 A subroutine will be defined later that recycles the storage associated
6492 with any particular |type| or |value|; our goal now is to study a higher
6493 level process called |flush_variable|, which selectively frees parts of a
6494 variable structure.
6495
6496 This routine has some complexity because of examples such as
6497 `\hbox{\tt numeric x[]a[]b}'
6498 which recycles all variables of the form \.{x[i]a[j]b} (and no others), while
6499 `\hbox{\tt vardef x[]a[]=...}'
6500 discards all variables of the form \.{x[i]a[j]} followed by an arbitrary
6501 suffix, except for the collective node \.{x[]a[]} itself. The obvious way
6502 to handle such examples is to use recursion; so that's what we~do.
6503 @^recursion@>
6504
6505 Parameter |p| points to the root information of the variable;
6506 parameter |t| points to a list of one-word nodes that represent
6507 suffixes, with |info=collective_subscript| for subscripts.
6508
6509 @<Declarations@>=
6510 @<Declare subroutines for printing expressions@>
6511 @<Declare basic dependency-list subroutines@>
6512 @<Declare the recycling subroutines@>
6513 void mp_flush_cur_exp (MP mp,scaled v) ;
6514 @<Declare the procedure called |flush_below_variable|@>
6515
6516 @ @c 
6517 void mp_flush_variable (MP mp,pointer p, pointer t, boolean discard_suffixes) {
6518   pointer q,r; /* list manipulation */
6519   halfword n; /* attribute to match */
6520   while ( t!=null ) { 
6521     if ( type(p)!=mp_structured ) return;
6522     n=info(t); t=link(t);
6523     if ( n==collective_subscript ) { 
6524       r=subscr_head_loc(p); q=link(r); /* |q=subscr_head(p)| */
6525       while ( name_type(q)==mp_subscr ){ 
6526         mp_flush_variable(mp, q,t,discard_suffixes);
6527         if ( t==null ) {
6528           if ( type(q)==mp_structured ) r=q;
6529           else  { link(r)=link(q); mp_free_node(mp, q,subscr_node_size);   }
6530         } else {
6531           r=q;
6532         }
6533         q=link(r);
6534       }
6535     }
6536     p=attr_head(p);
6537     do {  
6538       r=p; p=link(p);
6539     } while (attr_loc(p)<n);
6540     if ( attr_loc(p)!=n ) return;
6541   }
6542   if ( discard_suffixes ) {
6543     mp_flush_below_variable(mp, p);
6544   } else { 
6545     if ( type(p)==mp_structured ) p=attr_head(p);
6546     mp_recycle_value(mp, p);
6547   }
6548 }
6549
6550 @ The next procedure is simpler; it wipes out everything but |p| itself,
6551 which becomes undefined.
6552
6553 @<Declare the procedure called |flush_below_variable|@>=
6554 void mp_flush_below_variable (MP mp, pointer p);
6555
6556 @ @c
6557 void mp_flush_below_variable (MP mp,pointer p) {
6558    pointer q,r; /* list manipulation registers */
6559   if ( type(p)!=mp_structured ) {
6560     mp_recycle_value(mp, p); /* this sets |type(p)=undefined| */
6561   } else { 
6562     q=subscr_head(p);
6563     while ( name_type(q)==mp_subscr ) { 
6564       mp_flush_below_variable(mp, q); r=q; q=link(q);
6565       mp_free_node(mp, r,subscr_node_size);
6566     }
6567     r=attr_head(p); q=link(r); mp_recycle_value(mp, r);
6568     if ( name_type(p)<=mp_saved_root ) mp_free_node(mp, r,value_node_size);
6569     else mp_free_node(mp, r,subscr_node_size);
6570     /* we assume that |subscr_node_size=attr_node_size| */
6571     do {  
6572       mp_flush_below_variable(mp, q); r=q; q=link(q); mp_free_node(mp, r,attr_node_size);
6573     } while (q!=end_attr);
6574     type(p)=undefined;
6575   }
6576 }
6577
6578 @ Just before assigning a new value to a variable, we will recycle the
6579 old value and make the old value undefined. The |und_type| routine
6580 determines what type of undefined value should be given, based on
6581 the current type before recycling.
6582
6583 @c 
6584 small_number mp_und_type (MP mp,pointer p) { 
6585   switch (type(p)) {
6586   case undefined: case mp_vacuous:
6587     return undefined;
6588   case mp_boolean_type: case mp_unknown_boolean:
6589     return mp_unknown_boolean;
6590   case mp_string_type: case mp_unknown_string:
6591     return mp_unknown_string;
6592   case mp_pen_type: case mp_unknown_pen:
6593     return mp_unknown_pen;
6594   case mp_path_type: case mp_unknown_path:
6595     return mp_unknown_path;
6596   case mp_picture_type: case mp_unknown_picture:
6597     return mp_unknown_picture;
6598   case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type:
6599   case mp_pair_type: case mp_numeric_type: 
6600     return type(p);
6601   case mp_known: case mp_dependent: case mp_proto_dependent: case mp_independent:
6602     return mp_numeric_type;
6603   } /* there are no other cases */
6604   return 0;
6605 }
6606
6607 @ The |clear_symbol| routine is used when we want to redefine the equivalent
6608 of a symbolic token. It must remove any variable structure or macro
6609 definition that is currently attached to that symbol. If the |saving|
6610 parameter is true, a subsidiary structure is saved instead of destroyed.
6611
6612 @c 
6613 void mp_clear_symbol (MP mp,pointer p, boolean saving) {
6614   pointer q; /* |equiv(p)| */
6615   q=equiv(p);
6616   switch (eq_type(p) % outer_tag)  {
6617   case defined_macro:
6618   case secondary_primary_macro:
6619   case tertiary_secondary_macro:
6620   case expression_tertiary_macro: 
6621     if ( ! saving ) mp_delete_mac_ref(mp, q);
6622     break;
6623   case tag_token:
6624     if ( q!=null ) {
6625       if ( saving ) {
6626         name_type(q)=mp_saved_root;
6627       } else { 
6628         mp_flush_below_variable(mp, q); mp_free_node(mp,q,value_node_size); 
6629       }
6630     }
6631     break;
6632   default:
6633     break;
6634   }
6635   mp->eqtb[p]=mp->eqtb[frozen_undefined];
6636 };
6637
6638 @* \[16] Saving and restoring equivalents.
6639 The nested structure given by \&{begingroup} and \&{endgroup}
6640 allows |eqtb| entries to be saved and restored, so that temporary changes
6641 can be made without difficulty.  When the user requests a current value to
6642 be saved, \MP\ puts that value into its ``save stack.'' An appearance of
6643 \&{endgroup} ultimately causes the old values to be removed from the save
6644 stack and put back in their former places.
6645
6646 The save stack is a linked list containing three kinds of entries,
6647 distinguished by their |info| fields. If |p| points to a saved item,
6648 then
6649
6650 \smallskip\hang
6651 |info(p)=0| stands for a group boundary; each \&{begingroup} contributes
6652 such an item to the save stack and each \&{endgroup} cuts back the stack
6653 until the most recent such entry has been removed.
6654
6655 \smallskip\hang
6656 |info(p)=q|, where |1<=q<=hash_end|, means that |mem[p+1]| holds the former
6657 contents of |eqtb[q]|. Such save stack entries are generated by \&{save}
6658 commands or suitable \&{interim} commands.
6659
6660 \smallskip\hang
6661 |info(p)=hash_end+q|, where |q>0|, means that |value(p)| is a |scaled|
6662 integer to be restored to internal parameter number~|q|. Such entries
6663 are generated by \&{interim} commands.
6664
6665 \smallskip\noindent
6666 The global variable |save_ptr| points to the top item on the save stack.
6667
6668 @d save_node_size 2 /* number of words per non-boundary save-stack node */
6669 @d saved_equiv(A) mp->mem[(A)+1].hh /* where an |eqtb| entry gets saved */
6670 @d save_boundary_item(A) { (A)=mp_get_avail(mp); info((A))=0;
6671   link((A))=mp->save_ptr; mp->save_ptr=(A);
6672   }
6673
6674 @<Glob...@>=
6675 pointer save_ptr; /* the most recently saved item */
6676
6677 @ @<Set init...@>=mp->save_ptr=null;
6678
6679 @ The |save_variable| routine is given a hash address |q|; it salts this
6680 address in the save stack, together with its current equivalent,
6681 then makes token~|q| behave as though it were brand new.
6682
6683 Nothing is stacked when |save_ptr=null|, however; there's no way to remove
6684 things from the stack when the program is not inside a group, so there's
6685 no point in wasting the space.
6686
6687 @c void mp_save_variable (MP mp,pointer q) {
6688   pointer p; /* temporary register */
6689   if ( mp->save_ptr!=null ){ 
6690     p=mp_get_node(mp, save_node_size); info(p)=q; link(p)=mp->save_ptr;
6691     saved_equiv(p)=mp->eqtb[q]; mp->save_ptr=p;
6692   }
6693   mp_clear_symbol(mp, q,(mp->save_ptr!=null));
6694 }
6695
6696 @ Similarly, |save_internal| is given the location |q| of an internal
6697 quantity like |mp_tracing_pens|. It creates a save stack entry of the
6698 third kind.
6699
6700 @c void mp_save_internal (MP mp,halfword q) {
6701   pointer p; /* new item for the save stack */
6702   if ( mp->save_ptr!=null ){ 
6703      p=mp_get_node(mp, save_node_size); info(p)=hash_end+q;
6704     link(p)=mp->save_ptr; value(p)=mp->internal[q]; mp->save_ptr=p;
6705   }
6706 }
6707
6708 @ At the end of a group, the |unsave| routine restores all of the saved
6709 equivalents in reverse order. This routine will be called only when there
6710 is at least one boundary item on the save stack.
6711
6712 @c 
6713 void mp_unsave (MP mp) {
6714   pointer q; /* index to saved item */
6715   pointer p; /* temporary register */
6716   while ( info(mp->save_ptr)!=0 ) {
6717     q=info(mp->save_ptr);
6718     if ( q>hash_end ) {
6719       if ( mp->internal[mp_tracing_restores]>0 ) {
6720         mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{restoring ");
6721         mp_print(mp, mp->int_name[q-(hash_end)]); mp_print_char(mp, '=');
6722         mp_print_scaled(mp, value(mp->save_ptr)); mp_print_char(mp, '}');
6723         mp_end_diagnostic(mp, false);
6724       }
6725       mp->internal[q-(hash_end)]=value(mp->save_ptr);
6726     } else { 
6727       if ( mp->internal[mp_tracing_restores]>0 ) {
6728         mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{restoring ");
6729         mp_print_text(q); mp_print_char(mp, '}');
6730         mp_end_diagnostic(mp, false);
6731       }
6732       mp_clear_symbol(mp, q,false);
6733       mp->eqtb[q]=saved_equiv(mp->save_ptr);
6734       if ( eq_type(q) % outer_tag==tag_token ) {
6735         p=equiv(q);
6736         if ( p!=null ) name_type(p)=mp_root;
6737       }
6738     }
6739     p=link(mp->save_ptr); 
6740     mp_free_node(mp, mp->save_ptr,save_node_size); mp->save_ptr=p;
6741   }
6742   p=link(mp->save_ptr); free_avail(mp->save_ptr); mp->save_ptr=p;
6743 }
6744
6745 @* \[17] Data structures for paths.
6746 When a \MP\ user specifies a path, \MP\ will create a list of knots
6747 and control points for the associated cubic spline curves. If the
6748 knots are $z_0$, $z_1$, \dots, $z_n$, there are control points
6749 $z_k^+$ and $z_{k+1}^-$ such that the cubic splines between knots
6750 $z_k$ and $z_{k+1}$ are defined by B\'ezier's formula
6751 @:Bezier}{B\'ezier, Pierre Etienne@>
6752 $$\eqalign{z(t)&=B(z_k,z_k^+,z_{k+1}^-,z_{k+1};t)\cr
6753 &=(1-t)^3z_k+3(1-t)^2tz_k^++3(1-t)t^2z_{k+1}^-+t^3z_{k+1}\cr}$$
6754 for |0<=t<=1|.
6755
6756 There is a 8-word node for each knot $z_k$, containing one word of
6757 control information and six words for the |x| and |y| coordinates of
6758 $z_k^-$ and $z_k$ and~$z_k^+$. The control information appears in the
6759 |left_type| and |right_type| fields, which each occupy a quarter of
6760 the first word in the node; they specify properties of the curve as it
6761 enters and leaves the knot. There's also a halfword |link| field,
6762 which points to the following knot, and a final supplementary word (of
6763 which only a quarter is used).
6764
6765 If the path is a closed contour, knots 0 and |n| are identical;
6766 i.e., the |link| in knot |n-1| points to knot~0. But if the path
6767 is not closed, the |left_type| of knot~0 and the |right_type| of knot~|n|
6768 are equal to |endpoint|. In the latter case the |link| in knot~|n| points
6769 to knot~0, and the control points $z_0^-$ and $z_n^+$ are not used.
6770
6771 @d left_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b0 /* characterizes the path entering this knot */
6772 @d right_type(A)   mp->mem[(A)].hh.b1 /* characterizes the path leaving this knot */
6773 @d x_coord(A)   mp->mem[(A)+1].sc /* the |x| coordinate of this knot */
6774 @d y_coord(A)   mp->mem[(A)+2].sc /* the |y| coordinate of this knot */
6775 @d left_x(A)   mp->mem[(A)+3].sc /* the |x| coordinate of previous control point */
6776 @d left_y(A)   mp->mem[(A)+4].sc /* the |y| coordinate of previous control point */
6777 @d right_x(A)   mp->mem[(A)+5].sc /* the |x| coordinate of next control point */
6778 @d right_y(A)   mp->mem[(A)+6].sc /* the |y| coordinate of next control point */
6779 @d x_loc(A)   ((A)+1) /* where the |x| coordinate is stored in a knot */
6780 @d y_loc(A)   ((A)+2) /* where the |y| coordinate is stored in a knot */
6781 @d knot_coord(A)   mp->mem[(A)].sc /* |x| or |y| coordinate given |x_loc| or |y_loc| */
6782 @d left_coord(A)   mp->mem[(A)+2].sc
6783   /* coordinate of previous control point given |x_loc| or |y_loc| */
6784 @d right_coord(A)   mp->mem[(A)+4].sc
6785   /* coordinate of next control point given |x_loc| or |y_loc| */
6786 @d knot_node_size 8 /* number of words in a knot node */
6787
6788 @<Types...@>=
6789 enum mp_knot_type {
6790  mp_endpoint=0, /* |left_type| at path beginning and |right_type| at path end */
6791  mp_explicit, /* |left_type| or |right_type| when control points are known */
6792  mp_given, /* |left_type| or |right_type| when a direction is given */
6793  mp_curl, /* |left_type| or |right_type| when a curl is desired */
6794  mp_open, /* |left_type| or |right_type| when \MP\ should choose the direction */
6795  mp_end_cycle
6796 } ;
6797
6798 @ Before the B\'ezier control points have been calculated, the memory
6799 space they will ultimately occupy is taken up by information that can be
6800 used to compute them. There are four cases:
6801
6802 \yskip
6803 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_open|, the curve should leave
6804 the knot in the same direction it entered; \MP\ will figure out a
6805 suitable direction.
6806
6807 \yskip
6808 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_curl|, the curve should leave the
6809 knot in a direction depending on the angle at which it enters the next
6810 knot and on the curl parameter stored in |right_curl|.
6811
6812 \yskip
6813 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_given|, the curve should leave the
6814 knot in a nonzero direction stored as an |angle| in |right_given|.
6815
6816 \yskip
6817 \textindent{$\bullet$} If |right_type=mp_explicit|, the B\'ezier control
6818 point for leaving this knot has already been computed; it is in the
6819 |right_x| and |right_y| fields.
6820
6821 \yskip\noindent
6822 The rules for |left_type| are similar, but they refer to the curve entering
6823 the knot, and to \\{left} fields instead of \\{right} fields.
6824
6825 Non-|explicit| control points will be chosen based on ``tension'' parameters
6826 in the |left_tension| and |right_tension| fields. The
6827 `\&{atleast}' option is represented by negative tension values.
6828 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
6829
6830 For example, the \MP\ path specification
6831 $$\.{z0..z1..tension atleast 1..\{curl 2\}z2..z3\{-1,-2\}..tension
6832   3 and 4..p},$$
6833 where \.p is the path `\.{z4..controls z45 and z54..z5}', will be represented
6834 by the six knots
6835 \def\lodash{\hbox to 1.1em{\thinspace\hrulefill\thinspace}}
6836 $$\vbox{\halign{#\hfil&&\qquad#\hfil\cr
6837 |left_type|&\\{left} info&|x_coord,y_coord|&|right_type|&\\{right} info\cr
6838 \noalign{\yskip}
6839 |endpoint|&\lodash$,\,$\lodash&$x_0,y_0$&|curl|&$1.0,1.0$\cr
6840 |open|&\lodash$,1.0$&$x_1,y_1$&|open|&\lodash$,-1.0$\cr
6841 |curl|&$2.0,-1.0$&$x_2,y_2$&|curl|&$2.0,1.0$\cr
6842 |given|&$d,1.0$&$x_3,y_3$&|given|&$d,3.0$\cr
6843 |open|&\lodash$,4.0$&$x_4,y_4$&|explicit|&$x_{45},y_{45}$\cr
6844 |explicit|&$x_{54},y_{54}$&$x_5,y_5$&|endpoint|&\lodash$,\,$\lodash\cr}}$$
6845 Here |d| is the |angle| obtained by calling |n_arg(-unity,-two)|.
6846 Of course, this example is more complicated than anything a normal user
6847 would ever write.
6848
6849 These types must satisfy certain restrictions because of the form of \MP's
6850 path syntax:
6851 (i)~|open| type never appears in the same node together with |endpoint|,
6852 |given|, or |curl|.
6853 (ii)~The |right_type| of a node is |explicit| if and only if the
6854 |left_type| of the following node is |explicit|.
6855 (iii)~|endpoint| types occur only at the ends, as mentioned above.
6856
6857 @d left_curl left_x /* curl information when entering this knot */
6858 @d left_given left_x /* given direction when entering this knot */
6859 @d left_tension left_y /* tension information when entering this knot */
6860 @d right_curl right_x /* curl information when leaving this knot */
6861 @d right_given right_x /* given direction when leaving this knot */
6862 @d right_tension right_y /* tension information when leaving this knot */
6863
6864 @ Knots can be user-supplied, or they can be created by program code,
6865 like the |split_cubic| function, or |copy_path|. The distinction is
6866 needed for the cleanup routine that runs after |split_cubic|, because
6867 it should only delete knots it has previously inserted, and never
6868 anything that was user-supplied. In order to be able to differentiate
6869 one knot from another, we will set |originator(p):=metapost_user| when
6870 it appeared in the actual metapost program, and
6871 |originator(p):=program_code| in all other cases.
6872
6873 @d originator(A)   mp->mem[(A)+7].hh.b0 /* the creator of this knot */
6874 @d program_code 0 /* not created by a user */
6875 @d metapost_user 1 /* created by a user */
6876
6877 @ Here is a routine that prints a given knot list
6878 in symbolic form. It illustrates the conventions discussed above,
6879 and checks for anomalies that might arise while \MP\ is being debugged.
6880
6881 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
6882 void mp_pr_path (MP mp,pointer h);
6883
6884 @ @c
6885 void mp_pr_path (MP mp,pointer h) {
6886   pointer p,q; /* for list traversal */
6887   p=h;
6888   do {  
6889     q=link(p);
6890     if ( (p==null)||(q==null) ) { 
6891       mp_print_nl(mp, "???"); return; /* this won't happen */
6892 @.???@>
6893     }
6894     @<Print information for adjacent knots |p| and |q|@>;
6895   DONE1:
6896     p=q;
6897     if ( (p!=h)||(left_type(h)!=mp_endpoint) ) {
6898       @<Print two dots, followed by |given| or |curl| if present@>;
6899     }
6900   } while (p!=h);
6901   if ( left_type(h)!=mp_endpoint ) 
6902     mp_print(mp, "cycle");
6903 }
6904
6905 @ @<Print information for adjacent knots...@>=
6906 mp_print_two(mp, x_coord(p),y_coord(p));
6907 switch (right_type(p)) {
6908 case mp_endpoint: 
6909   if ( left_type(p)==mp_open ) mp_print(mp, "{open?}"); /* can't happen */
6910 @.open?@>
6911   if ( (left_type(q)!=mp_endpoint)||(q!=h) ) q=null; /* force an error */
6912   goto DONE1;
6913   break;
6914 case mp_explicit: 
6915   @<Print control points between |p| and |q|, then |goto done1|@>;
6916   break;
6917 case mp_open: 
6918   @<Print information for a curve that begins |open|@>;
6919   break;
6920 case mp_curl:
6921 case mp_given: 
6922   @<Print information for a curve that begins |curl| or |given|@>;
6923   break;
6924 default:
6925   mp_print(mp, "???"); /* can't happen */
6926 @.???@>
6927   break;
6928 }
6929 if ( left_type(q)<=mp_explicit ) {
6930   mp_print(mp, "..control?"); /* can't happen */
6931 @.control?@>
6932 } else if ( (right_tension(p)!=unity)||(left_tension(q)!=unity) ) {
6933   @<Print tension between |p| and |q|@>;
6934 }
6935
6936 @ Since |n_sin_cos| produces |fraction| results, which we will print as if they
6937 were |scaled|, the magnitude of a |given| direction vector will be~4096.
6938
6939 @<Print two dots...@>=
6940
6941   mp_print_nl(mp, " ..");
6942   if ( left_type(p)==mp_given ) { 
6943     mp_n_sin_cos(mp, left_given(p)); mp_print_char(mp, '{');
6944     mp_print_scaled(mp, mp->n_cos); mp_print_char(mp, ',');
6945     mp_print_scaled(mp, mp->n_sin); mp_print_char(mp, '}');
6946   } else if ( left_type(p)==mp_curl ){ 
6947     mp_print(mp, "{curl "); 
6948     mp_print_scaled(mp, left_curl(p)); mp_print_char(mp, '}');
6949   }
6950 }
6951
6952 @ @<Print tension between |p| and |q|@>=
6953
6954   mp_print(mp, "..tension ");
6955   if ( right_tension(p)<0 ) mp_print(mp, "atleast");
6956   mp_print_scaled(mp, abs(right_tension(p)));
6957   if ( right_tension(p)!=left_tension(q) ){ 
6958     mp_print(mp, " and ");
6959     if ( left_tension(q)<0 ) mp_print(mp, "atleast");
6960     mp_print_scaled(mp, abs(left_tension(q)));
6961   }
6962 }
6963
6964 @ @<Print control points between |p| and |q|, then |goto done1|@>=
6965
6966   mp_print(mp, "..controls "); 
6967   mp_print_two(mp, right_x(p),right_y(p)); 
6968   mp_print(mp, " and ");
6969   if ( left_type(q)!=mp_explicit ) { 
6970     mp_print(mp, "??"); /* can't happen */
6971 @.??@>
6972   } else {
6973     mp_print_two(mp, left_x(q),left_y(q));
6974   }
6975   goto DONE1;
6976 }
6977
6978 @ @<Print information for a curve that begins |open|@>=
6979 if ( (left_type(p)!=mp_explicit)&&(left_type(p)!=mp_open) ) {
6980   mp_print(mp, "{open?}"); /* can't happen */
6981 @.open?@>
6982 }
6983
6984 @ A curl of 1 is shown explicitly, so that the user sees clearly that
6985 \MP's default curl is present.
6986
6987 The code here uses the fact that |left_curl==left_given| and
6988 |right_curl==right_given|.
6989
6990 @<Print information for a curve that begins |curl|...@>=
6991
6992   if ( left_type(p)==mp_open )  
6993     mp_print(mp, "??"); /* can't happen */
6994 @.??@>
6995   if ( right_type(p)==mp_curl ) { 
6996     mp_print(mp, "{curl "); mp_print_scaled(mp, right_curl(p));
6997   } else { 
6998     mp_n_sin_cos(mp, right_given(p)); mp_print_char(mp, '{');
6999     mp_print_scaled(mp, mp->n_cos); mp_print_char(mp, ','); 
7000     mp_print_scaled(mp, mp->n_sin);
7001   }
7002   mp_print_char(mp, '}');
7003 }
7004
7005 @ It is convenient to have another version of |pr_path| that prints the path
7006 as a diagnostic message.
7007
7008 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
7009 void mp_print_path (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) { 
7010   mp_print_diagnostic(mp, "Path", s, nuline); mp_print_ln(mp);
7011 @.Path at line...@>
7012   mp_pr_path(mp, h);
7013   mp_end_diagnostic(mp, true);
7014 }
7015
7016 @ If we want to duplicate a knot node, we can say |copy_knot|:
7017
7018 @c 
7019 pointer mp_copy_knot (MP mp,pointer p) {
7020   pointer q; /* the copy */
7021   int k; /* runs through the words of a knot node */
7022   q=mp_get_node(mp, knot_node_size);
7023   for (k=0;k<=knot_node_size-1;k++) {
7024     mp->mem[q+k]=mp->mem[p+k];
7025   }
7026   originator(q)=originator(p);
7027   return q;
7028 }
7029
7030 @ The |copy_path| routine makes a clone of a given path.
7031
7032 @c 
7033 pointer mp_copy_path (MP mp, pointer p) {
7034   pointer q,pp,qq; /* for list manipulation */
7035   q=mp_copy_knot(mp, p);
7036   qq=q; pp=link(p);
7037   while ( pp!=p ) { 
7038     link(qq)=mp_copy_knot(mp, pp);
7039     qq=link(qq);
7040     pp=link(pp);
7041   }
7042   link(qq)=q;
7043   return q;
7044 }
7045
7046 @ Similarly, there's a way to copy the {\sl reverse\/} of a path. This procedure
7047 returns a pointer to the first node of the copy, if the path is a cycle,
7048 but to the final node of a non-cyclic copy. The global
7049 variable |path_tail| will point to the final node of the original path;
7050 this trick makes it easier to implement `\&{doublepath}'.
7051
7052 All node types are assumed to be |endpoint| or |explicit| only.
7053
7054 @c 
7055 pointer mp_htap_ypoc (MP mp,pointer p) {
7056   pointer q,pp,qq,rr; /* for list manipulation */
7057   q=mp_get_node(mp, knot_node_size); /* this will correspond to |p| */
7058   qq=q; pp=p;
7059   while (1) { 
7060     right_type(qq)=left_type(pp); left_type(qq)=right_type(pp);
7061     x_coord(qq)=x_coord(pp); y_coord(qq)=y_coord(pp);
7062     right_x(qq)=left_x(pp); right_y(qq)=left_y(pp);
7063     left_x(qq)=right_x(pp); left_y(qq)=right_y(pp);
7064     originator(qq)=originator(pp);
7065     if ( link(pp)==p ) { 
7066       link(q)=qq; mp->path_tail=pp; return q;
7067     }
7068     rr=mp_get_node(mp, knot_node_size); link(rr)=qq; qq=rr; pp=link(pp);
7069   }
7070 }
7071
7072 @ @<Glob...@>=
7073 pointer path_tail; /* the node that links to the beginning of a path */
7074
7075 @ When a cyclic list of knot nodes is no longer needed, it can be recycled by
7076 calling the following subroutine.
7077
7078 @<Declare the recycling subroutines@>=
7079 void mp_toss_knot_list (MP mp,pointer p) ;
7080
7081 @ @c
7082 void mp_toss_knot_list (MP mp,pointer p) {
7083   pointer q; /* the node being freed */
7084   pointer r; /* the next node */
7085   q=p;
7086   do {  
7087     r=link(q); 
7088     mp_free_node(mp, q,knot_node_size); q=r;
7089   } while (q!=p);
7090 }
7091
7092 @* \[18] Choosing control points.
7093 Now we must actually delve into one of \MP's more difficult routines,
7094 the |make_choices| procedure that chooses angles and control points for
7095 the splines of a curve when the user has not specified them explicitly.
7096 The parameter to |make_choices| points to a list of knots and
7097 path information, as described above.
7098
7099 A path decomposes into independent segments at ``breakpoint'' knots,
7100 which are knots whose left and right angles are both prespecified in
7101 some way (i.e., their |left_type| and |right_type| aren't both open).
7102
7103 @c 
7104 @<Declare the procedure called |solve_choices|@>;
7105 void mp_make_choices (MP mp,pointer knots) {
7106   pointer h; /* the first breakpoint */
7107   pointer p,q; /* consecutive breakpoints being processed */
7108   @<Other local variables for |make_choices|@>;
7109   check_arith; /* make sure that |arith_error=false| */
7110   if ( mp->internal[mp_tracing_choices]>0 )
7111     mp_print_path(mp, knots,", before choices",true);
7112   @<If consecutive knots are equal, join them explicitly@>;
7113   @<Find the first breakpoint, |h|, on the path;
7114     insert an artificial breakpoint if the path is an unbroken cycle@>;
7115   p=h;
7116   do {  
7117     @<Fill in the control points between |p| and the next breakpoint,
7118       then advance |p| to that breakpoint@>;
7119   } while (p!=h);
7120   if ( mp->internal[mp_tracing_choices]>0 )
7121     mp_print_path(mp, knots,", after choices",true);
7122   if ( mp->arith_error ) {
7123     @<Report an unexpected problem during the choice-making@>;
7124   }
7125 }
7126
7127 @ @<Report an unexpected problem during the choice...@>=
7128
7129   print_err("Some number got too big");
7130 @.Some number got too big@>
7131   help2("The path that I just computed is out of range.")
7132        ("So it will probably look funny. Proceed, for a laugh.");
7133   mp_put_get_error(mp); mp->arith_error=false;
7134 }
7135
7136 @ Two knots in a row with the same coordinates will always be joined
7137 by an explicit ``curve'' whose control points are identical with the
7138 knots.
7139
7140 @<If consecutive knots are equal, join them explicitly@>=
7141 p=knots;
7142 do {  
7143   q=link(p);
7144   if ( x_coord(p)==x_coord(q) && y_coord(p)==y_coord(q) && right_type(p)>mp_explicit ) { 
7145     right_type(p)=mp_explicit;
7146     if ( left_type(p)==mp_open ) { 
7147       left_type(p)=mp_curl; left_curl(p)=unity;
7148     }
7149     left_type(q)=mp_explicit;
7150     if ( right_type(q)==mp_open ) { 
7151       right_type(q)=mp_curl; right_curl(q)=unity;
7152     }
7153     right_x(p)=x_coord(p); left_x(q)=x_coord(p);
7154     right_y(p)=y_coord(p); left_y(q)=y_coord(p);
7155   }
7156   p=q;
7157 } while (p!=knots)
7158
7159 @ If there are no breakpoints, it is necessary to compute the direction
7160 angles around an entire cycle. In this case the |left_type| of the first
7161 node is temporarily changed to |end_cycle|.
7162
7163 @<Find the first breakpoint, |h|, on the path...@>=
7164 h=knots;
7165 while (1) { 
7166   if ( left_type(h)!=mp_open ) break;
7167   if ( right_type(h)!=mp_open ) break;
7168   h=link(h);
7169   if ( h==knots ) { 
7170     left_type(h)=mp_end_cycle; break;
7171   }
7172 }
7173
7174 @ If |right_type(p)<given| and |q=link(p)|, we must have
7175 |right_type(p)=left_type(q)=mp_explicit| or |endpoint|.
7176
7177 @<Fill in the control points between |p| and the next breakpoint...@>=
7178 q=link(p);
7179 if ( right_type(p)>=mp_given ) { 
7180   while ( (left_type(q)==mp_open)&&(right_type(q)==mp_open) ) q=link(q);
7181   @<Fill in the control information between
7182     consecutive breakpoints |p| and |q|@>;
7183 } else if ( right_type(p)==mp_endpoint ) {
7184   @<Give reasonable values for the unused control points between |p| and~|q|@>;
7185 }
7186 p=q
7187
7188 @ This step makes it possible to transform an explicitly computed path without
7189 checking the |left_type| and |right_type| fields.
7190
7191 @<Give reasonable values for the unused control points between |p| and~|q|@>=
7192
7193   right_x(p)=x_coord(p); right_y(p)=y_coord(p);
7194   left_x(q)=x_coord(q); left_y(q)=y_coord(q);
7195 }
7196
7197 @ Before we can go further into the way choices are made, we need to
7198 consider the underlying theory. The basic ideas implemented in |make_choices|
7199 are due to John Hobby, who introduced the notion of ``mock curvature''
7200 @^Hobby, John Douglas@>
7201 at a knot. Angles are chosen so that they preserve mock curvature when
7202 a knot is passed, and this has been found to produce excellent results.
7203
7204 It is convenient to introduce some notations that simplify the necessary
7205 formulas. Let $d_{k,k+1}=\vert z\k-z_k\vert$ be the (nonzero) distance
7206 between knots |k| and |k+1|; and let
7207 $${z\k-z_k\over z_k-z_{k-1}}={d_{k,k+1}\over d_{k-1,k}}e^{i\psi_k}$$
7208 so that a polygonal line from $z_{k-1}$ to $z_k$ to $z\k$ turns left
7209 through an angle of~$\psi_k$. We assume that $\vert\psi_k\vert\L180^\circ$.
7210 The control points for the spline from $z_k$ to $z\k$ will be denoted by
7211 $$\eqalign{z_k^+&=z_k+
7212   \textstyle{1\over3}\rho_k e^{i\theta_k}(z\k-z_k),\cr
7213  z\k^-&=z\k-
7214   \textstyle{1\over3}\sigma\k e^{-i\phi\k}(z\k-z_k),\cr}$$
7215 where $\rho_k$ and $\sigma\k$ are nonnegative ``velocity ratios'' at the
7216 beginning and end of the curve, while $\theta_k$ and $\phi\k$ are the
7217 corresponding ``offset angles.'' These angles satisfy the condition
7218 $$\theta_k+\phi_k+\psi_k=0,\eqno(*)$$
7219 whenever the curve leaves an intermediate knot~|k| in the direction that
7220 it enters.
7221
7222 @ Let $\alpha_k$ and $\beta\k$ be the reciprocals of the ``tension'' of
7223 the curve at its beginning and ending points. This means that
7224 $\rho_k=\alpha_k f(\theta_k,\phi\k)$ and $\sigma\k=\beta\k f(\phi\k,\theta_k)$,
7225 where $f(\theta,\phi)$ is \MP's standard velocity function defined in
7226 the |velocity| subroutine. The cubic spline $B(z_k^{\phantom+},z_k^+,
7227 z\k^-,z\k^{\phantom+};t)$
7228 has curvature
7229 @^curvature@>
7230 $${2\sigma\k\sin(\theta_k+\phi\k)-6\sin\theta_k\over\rho_k^2d_{k,k+1}}
7231 \qquad{\rm and}\qquad
7232 {2\rho_k\sin(\theta_k+\phi\k)-6\sin\phi\k\over\sigma\k^2d_{k,k+1}}$$
7233 at |t=0| and |t=1|, respectively. The mock curvature is the linear
7234 @^mock curvature@>
7235 approximation to this true curvature that arises in the limit for
7236 small $\theta_k$ and~$\phi\k$, if second-order terms are discarded.
7237 The standard velocity function satisfies
7238 $$f(\theta,\phi)=1+O(\theta^2+\theta\phi+\phi^2);$$
7239 hence the mock curvatures are respectively
7240 $${2\beta\k(\theta_k+\phi\k)-6\theta_k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}}
7241 \qquad{\rm and}\qquad
7242 {2\alpha_k(\theta_k+\phi\k)-6\phi\k\over\beta\k^2d_{k,k+1}}.\eqno(**)$$
7243
7244 @ The turning angles $\psi_k$ are given, and equation $(*)$ above
7245 determines $\phi_k$ when $\theta_k$ is known, so the task of
7246 angle selection is essentially to choose appropriate values for each
7247 $\theta_k$. When equation~$(*)$ is used to eliminate $\phi$~variables
7248 from $(**)$, we obtain a system of linear equations of the form
7249 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k,$$
7250 where
7251 $$A_k={\alpha_{k-1}\over\beta_k^2d_{k-1,k}},
7252 \qquad B_k={3-\alpha_{k-1}\over\beta_k^2d_{k-1,k}},
7253 \qquad C_k={3-\beta\k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}},
7254 \qquad D_k={\beta\k\over\alpha_k^2d_{k,k+1}}.$$
7255 The tensions are always $3\over4$ or more, hence each $\alpha$ and~$\beta$
7256 will be at most $4\over3$. It follows that $B_k\G{5\over4}A_k$ and
7257 $C_k\G{5\over4}D_k$; hence the equations are diagonally dominant;
7258 hence they have a unique solution. Moreover, in most cases the tensions
7259 are equal to~1, so that $B_k=2A_k$ and $C_k=2D_k$. This makes the
7260 solution numerically stable, and there is an exponential damping
7261 effect: The data at knot $k\pm j$ affects the angle at knot~$k$ by
7262 a factor of~$O(2^{-j})$.
7263
7264 @ However, we still must consider the angles at the starting and ending
7265 knots of a non-cyclic path. These angles might be given explicitly, or
7266 they might be specified implicitly in terms of an amount of ``curl.''
7267
7268 Let's assume that angles need to be determined for a non-cyclic path
7269 starting at $z_0$ and ending at~$z_n$. Then equations of the form
7270 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta_{k+1}=R_k$$
7271 have been given for $0<k<n$, and it will be convenient to introduce
7272 equations of the same form for $k=0$ and $k=n$, where
7273 $$A_0=B_0=C_n=D_n=0.$$
7274 If $\theta_0$ is supposed to have a given value $E_0$, we simply
7275 define $C_0=0$, $D_0=0$, and $R_0=E_0$. Otherwise a curl
7276 parameter, $\gamma_0$, has been specified at~$z_0$; this means
7277 that the mock curvature at $z_0$ should be $\gamma_0$ times the
7278 mock curvature at $z_1$; i.e.,
7279 $${2\beta_1(\theta_0+\phi_1)-6\theta_0\over\alpha_0^2d_{01}}
7280 =\gamma_0{2\alpha_0(\theta_0+\phi_1)-6\phi_1\over\beta_1^2d_{01}}.$$
7281 This equation simplifies to
7282 $$(\alpha_0\chi_0+3-\beta_1)\theta_0+
7283  \bigl((3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1\bigr)\theta_1=
7284  -\bigl((3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1\bigr)\psi_1,$$
7285 where $\chi_0=\alpha_0^2\gamma_0/\beta_1^2$; so we can set $C_0=
7286 \chi_0\alpha_0+3-\beta_1$, $D_0=(3-\alpha_0)\chi_0+\beta_1$, $R_0=-D_0\psi_1$.
7287 It can be shown that $C_0>0$ and $C_0B_1-A_1D_0>0$ when $\gamma_0\G0$,
7288 hence the linear equations remain nonsingular.
7289
7290 Similar considerations apply at the right end, when the final angle $\phi_n$
7291 may or may not need to be determined. It is convenient to let $\psi_n=0$,
7292 hence $\theta_n=-\phi_n$. We either have an explicit equation $\theta_n=E_n$,
7293 or we have
7294 $$\bigl((3-\beta_n)\chi_n+\alpha_{n-1}\bigr)\theta_{n-1}+
7295 (\beta_n\chi_n+3-\alpha_{n-1})\theta_n=0,\qquad
7296   \chi_n={\beta_n^2\gamma_n\over\alpha_{n-1}^2}.$$
7297
7298 When |make_choices| chooses angles, it must compute the coefficients of
7299 these linear equations, then solve the equations. To compute the coefficients,
7300 it is necessary to compute arctangents of the given turning angles~$\psi_k$.
7301 When the equations are solved, the chosen directions $\theta_k$ are put
7302 back into the form of control points by essentially computing sines and
7303 cosines.
7304
7305 @ OK, we are ready to make the hard choices of |make_choices|.
7306 Most of the work is relegated to an auxiliary procedure
7307 called |solve_choices|, which has been introduced to keep
7308 |make_choices| from being extremely long.
7309
7310 @<Fill in the control information between...@>=
7311 @<Calculate the turning angles $\psi_k$ and the distances $d_{k,k+1}$;
7312   set $n$ to the length of the path@>;
7313 @<Remove |open| types at the breakpoints@>;
7314 mp_solve_choices(mp, p,q,n)
7315
7316 @ It's convenient to precompute quantities that will be needed several
7317 times later. The values of |delta_x[k]| and |delta_y[k]| will be the
7318 coordinates of $z\k-z_k$, and the magnitude of this vector will be
7319 |delta[k]=@t$d_{k,k+1}$@>|. The path angle $\psi_k$ between $z_k-z_{k-1}$
7320 and $z\k-z_k$ will be stored in |psi[k]|.
7321
7322 @<Glob...@>=
7323 int path_size; /* maximum number of knots between breakpoints of a path */
7324 scaled *delta_x;
7325 scaled *delta_y;
7326 scaled *delta; /* knot differences */
7327 angle  *psi; /* turning angles */
7328
7329 @ @<Allocate or initialize ...@>=
7330 mp->delta_x = NULL;
7331 mp->delta_y = NULL;
7332 mp->delta = NULL;
7333 mp->psi = NULL;
7334
7335 @ @<Dealloc variables@>=
7336 xfree(mp->delta_x);
7337 xfree(mp->delta_y);
7338 xfree(mp->delta);
7339 xfree(mp->psi);
7340
7341 @ @<Other local variables for |make_choices|@>=
7342   int k,n; /* current and final knot numbers */
7343   pointer s,t; /* registers for list traversal */
7344   scaled delx,dely; /* directions where |open| meets |explicit| */
7345   fraction sine,cosine; /* trig functions of various angles */
7346
7347 @ @<Calculate the turning angles...@>=
7348 {
7349 RESTART:
7350   k=0; s=p; n=mp->path_size;
7351   do {  
7352     t=link(s);
7353     mp->delta_x[k]=x_coord(t)-x_coord(s);
7354     mp->delta_y[k]=y_coord(t)-y_coord(s);
7355     mp->delta[k]=mp_pyth_add(mp, mp->delta_x[k],mp->delta_y[k]);
7356     if ( k>0 ) { 
7357       sine=mp_make_fraction(mp, mp->delta_y[k-1],mp->delta[k-1]);
7358       cosine=mp_make_fraction(mp, mp->delta_x[k-1],mp->delta[k-1]);
7359       mp->psi[k]=mp_n_arg(mp, mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],cosine)+
7360         mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],sine),
7361         mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],cosine)-
7362           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],sine));
7363     }
7364     incr(k); s=t;
7365     if ( k==mp->path_size ) {
7366       mp_reallocate_paths(mp, mp->path_size+(mp->path_size>>2));
7367       goto RESTART; /* retry, loop size has changed */
7368     }
7369     if ( s==q ) n=k;
7370   } while (! (k>=n)&&(left_type(s)!=mp_end_cycle));
7371   if ( k==n ) mp->psi[n]=0; else mp->psi[k]=mp->psi[1];
7372 }
7373
7374 @ When we get to this point of the code, |right_type(p)| is either
7375 |given| or |curl| or |open|. If it is |open|, we must have
7376 |left_type(p)=mp_end_cycle| or |left_type(p)=mp_explicit|. In the latter
7377 case, the |open| type is converted to |given|; however, if the
7378 velocity coming into this knot is zero, the |open| type is
7379 converted to a |curl|, since we don't know the incoming direction.
7380
7381 Similarly, |left_type(q)| is either |given| or |curl| or |open| or
7382 |mp_end_cycle|. The |open| possibility is reduced either to |given| or to |curl|.
7383
7384 @<Remove |open| types at the breakpoints@>=
7385 if ( left_type(q)==mp_open ) { 
7386   delx=right_x(q)-x_coord(q); dely=right_y(q)-y_coord(q);
7387   if ( (delx==0)&&(dely==0) ) { 
7388     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
7389   } else { 
7390     left_type(q)=mp_given; left_given(q)=mp_n_arg(mp, delx,dely);
7391   }
7392 }
7393 if ( (right_type(p)==mp_open)&&(left_type(p)==mp_explicit) ) { 
7394   delx=x_coord(p)-left_x(p); dely=y_coord(p)-left_y(p);
7395   if ( (delx==0)&&(dely==0) ) { 
7396     right_type(p)=mp_curl; right_curl(p)=unity;
7397   } else { 
7398     right_type(p)=mp_given; right_given(p)=mp_n_arg(mp, delx,dely);
7399   }
7400 }
7401
7402 @ Linear equations need to be solved whenever |n>1|; and also when |n=1|
7403 and exactly one of the breakpoints involves a curl. The simplest case occurs
7404 when |n=1| and there is a curl at both breakpoints; then we simply draw
7405 a straight line.
7406
7407 But before coding up the simple cases, we might as well face the general case,
7408 since we must deal with it sooner or later, and since the general case
7409 is likely to give some insight into the way simple cases can be handled best.
7410
7411 When there is no cycle, the linear equations to be solved form a tridiagonal
7412 system, and we can apply the standard technique of Gaussian elimination
7413 to convert that system to a sequence of equations of the form
7414 $$\theta_0+u_0\theta_1=v_0,\quad
7415 \theta_1+u_1\theta_2=v_1,\quad\ldots,\quad
7416 \theta_{n-1}+u_{n-1}\theta_n=v_{n-1},\quad
7417 \theta_n=v_n.$$
7418 It is possible to do this diagonalization while generating the equations.
7419 Once $\theta_n$ is known, it is easy to determine $\theta_{n-1}$, \dots,
7420 $\theta_1$, $\theta_0$; thus, the equations will be solved.
7421
7422 The procedure is slightly more complex when there is a cycle, but the
7423 basic idea will be nearly the same. In the cyclic case the right-hand
7424 sides will be $v_k+w_k\theta_0$ instead of simply $v_k$, and we will start
7425 the process off with $u_0=v_0=0$, $w_0=1$. The final equation will be not
7426 $\theta_n=v_n$ but $\theta_n+u_n\theta_1=v_n+w_n\theta_0$; an appropriate
7427 ending routine will take account of the fact that $\theta_n=\theta_0$ and
7428 eliminate the $w$'s from the system, after which the solution can be
7429 obtained as before.
7430
7431 When $u_k$, $v_k$, and $w_k$ are being computed, the three pointer
7432 variables |r|, |s|,~|t| will point respectively to knots |k-1|, |k|,
7433 and~|k+1|. The $u$'s and $w$'s are scaled by $2^{28}$, i.e., they are
7434 of type |fraction|; the $\theta$'s and $v$'s are of type |angle|.
7435
7436 @<Glob...@>=
7437 angle *theta; /* values of $\theta_k$ */
7438 fraction *uu; /* values of $u_k$ */
7439 angle *vv; /* values of $v_k$ */
7440 fraction *ww; /* values of $w_k$ */
7441
7442 @ @<Allocate or initialize ...@>=
7443 mp->theta = NULL;
7444 mp->uu = NULL;
7445 mp->vv = NULL;
7446 mp->ww = NULL;
7447
7448 @ @<Dealloc variables@>=
7449 xfree(mp->theta);
7450 xfree(mp->uu);
7451 xfree(mp->vv);
7452 xfree(mp->ww);
7453
7454 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
7455 void mp_reallocate_paths (MP mp, int l);
7456
7457 @ @c
7458 void mp_reallocate_paths (MP mp, int l) {
7459   XREALLOC (mp->delta_x, l, scaled);
7460   XREALLOC (mp->delta_y, l, scaled);
7461   XREALLOC (mp->delta,   l, scaled);
7462   XREALLOC (mp->psi,     l, angle);
7463   XREALLOC (mp->theta,   l, angle);
7464   XREALLOC (mp->uu,      l, fraction);
7465   XREALLOC (mp->vv,      l, angle);
7466   XREALLOC (mp->ww,      l, fraction);
7467   mp->path_size = l;
7468 }
7469
7470 @ Our immediate problem is to get the ball rolling by setting up the
7471 first equation or by realizing that no equations are needed, and to fit
7472 this initialization into a framework suitable for the overall computation.
7473
7474 @<Declare the procedure called |solve_choices|@>=
7475 @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>;
7476 void mp_solve_choices (MP mp,pointer p, pointer q, halfword n) {
7477   int k; /* current knot number */
7478   pointer r,s,t; /* registers for list traversal */
7479   @<Other local variables for |solve_choices|@>;
7480   k=0; s=p; r=0;
7481   while (1) { 
7482     t=link(s);
7483     if ( k==0 ) {
7484       @<Get the linear equations started; or |return|
7485         with the control points in place, if linear equations
7486         needn't be solved@>
7487     } else  { 
7488       switch (left_type(s)) {
7489       case mp_end_cycle: case mp_open:
7490         @<Set up equation to match mock curvatures
7491           at $z_k$; then |goto found| with $\theta_n$
7492           adjusted to equal $\theta_0$, if a cycle has ended@>;
7493         break;
7494       case mp_curl:
7495         @<Set up equation for a curl at $\theta_n$
7496           and |goto found|@>;
7497         break;
7498       case mp_given:
7499         @<Calculate the given value of $\theta_n$
7500           and |goto found|@>;
7501         break;
7502       } /* there are no other cases */
7503     }
7504     r=s; s=t; incr(k);
7505   }
7506 FOUND:
7507   @<Finish choosing angles and assigning control points@>;
7508 }
7509
7510 @ On the first time through the loop, we have |k=0| and |r| is not yet
7511 defined. The first linear equation, if any, will have $A_0=B_0=0$.
7512
7513 @<Get the linear equations started...@>=
7514 switch (right_type(s)) {
7515 case mp_given: 
7516   if ( left_type(t)==mp_given ) {
7517     @<Reduce to simple case of two givens  and |return|@>
7518   } else {
7519     @<Set up the equation for a given value of $\theta_0$@>;
7520   }
7521   break;
7522 case mp_curl: 
7523   if ( left_type(t)==mp_curl ) {
7524     @<Reduce to simple case of straight line and |return|@>
7525   } else {
7526     @<Set up the equation for a curl at $\theta_0$@>;
7527   }
7528   break;
7529 case mp_open: 
7530   mp->uu[0]=0; mp->vv[0]=0; mp->ww[0]=fraction_one;
7531   /* this begins a cycle */
7532   break;
7533 } /* there are no other cases */
7534
7535 @ The general equation that specifies equality of mock curvature at $z_k$ is
7536 $$A_k\theta_{k-1}+(B_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k,$$
7537 as derived above. We want to combine this with the already-derived equation
7538 $\theta_{k-1}+u_{k-1}\theta_k=v_{k-1}+w_{k-1}\theta_0$ in order to obtain
7539 a new equation
7540 $\theta_k+u_k\theta\k=v_k+w_k\theta_0$. This can be done by dividing the
7541 equation
7542 $$(B_k-u_{k-1}A_k+C_k)\theta_k+D_k\theta\k=-B_k\psi_k-D_k\psi\k-A_kv_{k-1}
7543     -A_kw_{k-1}\theta_0$$
7544 by $B_k-u_{k-1}A_k+C_k$. The trick is to do this carefully with
7545 fixed-point arithmetic, avoiding the chance of overflow while retaining
7546 suitable precision.
7547
7548 The calculations will be performed in several registers that
7549 provide temporary storage for intermediate quantities.
7550
7551 @<Other local variables for |solve_choices|@>=
7552 fraction aa,bb,cc,ff,acc; /* temporary registers */
7553 scaled dd,ee; /* likewise, but |scaled| */
7554 scaled lt,rt; /* tension values */
7555
7556 @ @<Set up equation to match mock curvatures...@>=
7557 { @<Calculate the values $\\{aa}=A_k/B_k$, $\\{bb}=D_k/C_k$,
7558     $\\{dd}=(3-\alpha_{k-1})d_{k,k+1}$, $\\{ee}=(3-\beta\k)d_{k-1,k}$,
7559     and $\\{cc}=(B_k-u_{k-1}A_k)/B_k$@>;
7560   @<Calculate the ratio $\\{ff}=C_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$@>;
7561   mp->uu[k]=mp_take_fraction(mp, ff,bb);
7562   @<Calculate the values of $v_k$ and $w_k$@>;
7563   if ( left_type(s)==mp_end_cycle ) {
7564     @<Adjust $\theta_n$ to equal $\theta_0$ and |goto found|@>;
7565   }
7566 }
7567
7568 @ Since tension values are never less than 3/4, the values |aa| and
7569 |bb| computed here are never more than 4/5.
7570
7571 @<Calculate the values $\\{aa}=...@>=
7572 if ( abs(right_tension(r))==unity) { 
7573   aa=fraction_half; dd=2*mp->delta[k];
7574 } else { 
7575   aa=mp_make_fraction(mp, unity,3*abs(right_tension(r))-unity);
7576   dd=mp_take_fraction(mp, mp->delta[k],
7577     fraction_three-mp_make_fraction(mp, unity,abs(right_tension(r))));
7578 }
7579 if ( abs(left_tension(t))==unity ){ 
7580   bb=fraction_half; ee=2*mp->delta[k-1];
7581 } else { 
7582   bb=mp_make_fraction(mp, unity,3*abs(left_tension(t))-unity);
7583   ee=mp_take_fraction(mp, mp->delta[k-1],
7584     fraction_three-mp_make_fraction(mp, unity,abs(left_tension(t))));
7585 }
7586 cc=fraction_one-mp_take_fraction(mp, mp->uu[k-1],aa)
7587
7588 @ The ratio to be calculated in this step can be written in the form
7589 $$\beta_k^2\cdot\\{ee}\over\beta_k^2\cdot\\{ee}+\alpha_k^2\cdot
7590   \\{cc}\cdot\\{dd},$$
7591 because of the quantities just calculated. The values of |dd| and |ee|
7592 will not be needed after this step has been performed.
7593
7594 @<Calculate the ratio $\\{ff}=C_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$@>=
7595 dd=mp_take_fraction(mp, dd,cc); lt=abs(left_tension(s)); rt=abs(right_tension(s));
7596 if ( lt!=rt ) { /* $\beta_k^{-1}\ne\alpha_k^{-1}$ */
7597   if ( lt<rt ) { 
7598     ff=mp_make_fraction(mp, lt,rt);
7599     ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff); /* $\alpha_k^2/\beta_k^2$ */
7600     dd=mp_take_fraction(mp, dd,ff);
7601   } else { 
7602     ff=mp_make_fraction(mp, rt,lt);
7603     ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff); /* $\beta_k^2/\alpha_k^2$ */
7604     ee=mp_take_fraction(mp, ee,ff);
7605   }
7606 }
7607 ff=mp_make_fraction(mp, ee,ee+dd)
7608
7609 @ The value of $u_{k-1}$ will be |<=1| except when $k=1$ and the previous
7610 equation was specified by a curl. In that case we must use a special
7611 method of computation to prevent overflow.
7612
7613 Fortunately, the calculations turn out to be even simpler in this ``hard''
7614 case. The curl equation makes $w_0=0$ and $v_0=-u_0\psi_1$, hence
7615 $-B_1\psi_1-A_1v_0=-(B_1-u_0A_1)\psi_1=-\\{cc}\cdot B_1\psi_1$.
7616
7617 @<Calculate the values of $v_k$ and $w_k$@>=
7618 acc=-mp_take_fraction(mp, mp->psi[k+1],mp->uu[k]);
7619 if ( right_type(r)==mp_curl ) { 
7620   mp->ww[k]=0;
7621   mp->vv[k]=acc-mp_take_fraction(mp, mp->psi[1],fraction_one-ff);
7622 } else { 
7623   ff=mp_make_fraction(mp, fraction_one-ff,cc); /* this is
7624     $B_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)<5$ */
7625   acc=acc-mp_take_fraction(mp, mp->psi[k],ff);
7626   ff=mp_take_fraction(mp, ff,aa); /* this is $A_k/(C_k+B_k-u_{k-1}A_k)$ */
7627   mp->vv[k]=acc-mp_take_fraction(mp, mp->vv[k-1],ff);
7628   if ( mp->ww[k-1]==0 ) mp->ww[k]=0;
7629   else mp->ww[k]=-mp_take_fraction(mp, mp->ww[k-1],ff);
7630 }
7631
7632 @ When a complete cycle has been traversed, we have $\theta_k+u_k\theta\k=
7633 v_k+w_k\theta_0$, for |1<=k<=n|. We would like to determine the value of
7634 $\theta_n$ and reduce the system to the form $\theta_k+u_k\theta\k=v_k$
7635 for |0<=k<n|, so that the cyclic case can be finished up just as if there
7636 were no cycle.
7637
7638 The idea in the following code is to observe that
7639 $$\eqalign{\theta_n&=v_n+w_n\theta_0-u_n\theta_1=\cdots\cr
7640 &=v_n+w_n\theta_0-u_n\bigl(v_1+w_1\theta_0-u_1(v_2+\cdots
7641   -u_{n-2}(v_{n-1}+w_{n-1}\theta_0-u_{n-1}\theta_0))\bigr),\cr}$$
7642 so we can solve for $\theta_n=\theta_0$.
7643
7644 @<Adjust $\theta_n$ to equal $\theta_0$ and |goto found|@>=
7645
7646 aa=0; bb=fraction_one; /* we have |k=n| */
7647 do {  decr(k);
7648 if ( k==0 ) k=n;
7649   aa=mp->vv[k]-mp_take_fraction(mp, aa,mp->uu[k]);
7650   bb=mp->ww[k]-mp_take_fraction(mp, bb,mp->uu[k]);
7651 } while (k!=n); /* now $\theta_n=\\{aa}+\\{bb}\cdot\theta_n$ */
7652 aa=mp_make_fraction(mp, aa,fraction_one-bb);
7653 mp->theta[n]=aa; mp->vv[0]=aa;
7654 for (k=1;k<=n-1;k++) {
7655   mp->vv[k]=mp->vv[k]+mp_take_fraction(mp, aa,mp->ww[k]);
7656 }
7657 goto FOUND;
7658 }
7659
7660 @ @d reduce_angle(A) if ( abs((A))>one_eighty_deg ) {
7661   if ( (A)>0 ) (A)=(A)-three_sixty_deg; else (A)=(A)+three_sixty_deg; }
7662
7663 @<Calculate the given value of $\theta_n$...@>=
7664
7665   mp->theta[n]=left_given(s)-mp_n_arg(mp, mp->delta_x[n-1],mp->delta_y[n-1]);
7666   reduce_angle(mp->theta[n]);
7667   goto FOUND;
7668 }
7669
7670 @ @<Set up the equation for a given value of $\theta_0$@>=
7671
7672   mp->vv[0]=right_given(s)-mp_n_arg(mp, mp->delta_x[0],mp->delta_y[0]);
7673   reduce_angle(mp->vv[0]);
7674   mp->uu[0]=0; mp->ww[0]=0;
7675 }
7676
7677 @ @<Set up the equation for a curl at $\theta_0$@>=
7678 { cc=right_curl(s); lt=abs(left_tension(t)); rt=abs(right_tension(s));
7679   if ( (rt==unity)&&(lt==unity) )
7680     mp->uu[0]=mp_make_fraction(mp, cc+cc+unity,cc+two);
7681   else 
7682     mp->uu[0]=mp_curl_ratio(mp, cc,rt,lt);
7683   mp->vv[0]=-mp_take_fraction(mp, mp->psi[1],mp->uu[0]); mp->ww[0]=0;
7684 }
7685
7686 @ @<Set up equation for a curl at $\theta_n$...@>=
7687 { cc=left_curl(s); lt=abs(left_tension(s)); rt=abs(right_tension(r));
7688   if ( (rt==unity)&&(lt==unity) )
7689     ff=mp_make_fraction(mp, cc+cc+unity,cc+two);
7690   else 
7691     ff=mp_curl_ratio(mp, cc,lt,rt);
7692   mp->theta[n]=-mp_make_fraction(mp, mp_take_fraction(mp, mp->vv[n-1],ff),
7693     fraction_one-mp_take_fraction(mp, ff,mp->uu[n-1]));
7694   goto FOUND;
7695 }
7696
7697 @ The |curl_ratio| subroutine has three arguments, which our previous notation
7698 encourages us to call $\gamma$, $\alpha^{-1}$, and $\beta^{-1}$. It is
7699 a somewhat tedious program to calculate
7700 $${(3-\alpha)\alpha^2\gamma+\beta^3\over
7701   \alpha^3\gamma+(3-\beta)\beta^2},$$
7702 with the result reduced to 4 if it exceeds 4. (This reduction of curl
7703 is necessary only if the curl and tension are both large.)
7704 The values of $\alpha$ and $\beta$ will be at most~4/3.
7705
7706 @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>=
7707 fraction mp_curl_ratio (MP mp,scaled gamma, scaled a_tension, 
7708                         scaled b_tension) {
7709   fraction alpha,beta,num,denom,ff; /* registers */
7710   alpha=mp_make_fraction(mp, unity,a_tension);
7711   beta=mp_make_fraction(mp, unity,b_tension);
7712   if ( alpha<=beta ) {
7713     ff=mp_make_fraction(mp, alpha,beta); ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff);
7714     gamma=mp_take_fraction(mp, gamma,ff);
7715     beta=beta / 010000; /* convert |fraction| to |scaled| */
7716     denom=mp_take_fraction(mp, gamma,alpha)+three-beta;
7717     num=mp_take_fraction(mp, gamma,fraction_three-alpha)+beta;
7718   } else { 
7719     ff=mp_make_fraction(mp, beta,alpha); ff=mp_take_fraction(mp, ff,ff);
7720     beta=mp_take_fraction(mp, beta,ff) / 010000; /* convert |fraction| to |scaled| */
7721     denom=mp_take_fraction(mp, gamma,alpha)+(ff / 1365)-beta;
7722       /* $1365\approx 2^{12}/3$ */
7723     num=mp_take_fraction(mp, gamma,fraction_three-alpha)+beta;
7724   }
7725   if ( num>=denom+denom+denom+denom ) return fraction_four;
7726   else return mp_make_fraction(mp, num,denom);
7727 }
7728
7729 @ We're in the home stretch now.
7730
7731 @<Finish choosing angles and assigning control points@>=
7732 for (k=n-1;k>=0;k--) {
7733   mp->theta[k]=mp->vv[k]-mp_take_fraction(mp,mp->theta[k+1],mp->uu[k]);
7734 }
7735 s=p; k=0;
7736 do {  
7737   t=link(s);
7738   mp_n_sin_cos(mp, mp->theta[k]); mp->st=mp->n_sin; mp->ct=mp->n_cos;
7739   mp_n_sin_cos(mp, -mp->psi[k+1]-mp->theta[k+1]); mp->sf=mp->n_sin; mp->cf=mp->n_cos;
7740   mp_set_controls(mp, s,t,k);
7741   incr(k); s=t;
7742 } while (k!=n)
7743
7744 @ The |set_controls| routine actually puts the control points into
7745 a pair of consecutive nodes |p| and~|q|. Global variables are used to
7746 record the values of $\sin\theta$, $\cos\theta$, $\sin\phi$, and
7747 $\cos\phi$ needed in this calculation.
7748
7749 @<Glob...@>=
7750 fraction st;
7751 fraction ct;
7752 fraction sf;
7753 fraction cf; /* sines and cosines */
7754
7755 @ @<Declare subroutines needed by |solve_choices|@>=
7756 void mp_set_controls (MP mp,pointer p, pointer q, integer k) {
7757   fraction rr,ss; /* velocities, divided by thrice the tension */
7758   scaled lt,rt; /* tensions */
7759   fraction sine; /* $\sin(\theta+\phi)$ */
7760   lt=abs(left_tension(q)); rt=abs(right_tension(p));
7761   rr=mp_velocity(mp, mp->st,mp->ct,mp->sf,mp->cf,rt);
7762   ss=mp_velocity(mp, mp->sf,mp->cf,mp->st,mp->ct,lt);
7763   if ( (right_tension(p)<0)||(left_tension(q)<0) ) {
7764     @<Decrease the velocities,
7765       if necessary, to stay inside the bounding triangle@>;
7766   }
7767   right_x(p)=x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, 
7768                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->ct)-
7769                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->st),rr);
7770   right_y(p)=y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, 
7771                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->ct)+
7772                           mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->st),rr);
7773   left_x(q)=x_coord(q)-mp_take_fraction(mp, 
7774                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->cf)+
7775                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->sf),ss);
7776   left_y(q)=y_coord(q)-mp_take_fraction(mp, 
7777                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[k],mp->cf)-
7778                          mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[k],mp->sf),ss);
7779   right_type(p)=mp_explicit; left_type(q)=mp_explicit;
7780 }
7781
7782 @ The boundedness conditions $\\{rr}\L\sin\phi\,/\sin(\theta+\phi)$ and
7783 $\\{ss}\L\sin\theta\,/\sin(\theta+\phi)$ are to be enforced if $\sin\theta$,
7784 $\sin\phi$, and $\sin(\theta+\phi)$ all have the same sign. Otherwise
7785 there is no ``bounding triangle.''
7786 @:at_least_}{\&{atleast} primitive@>
7787
7788 @<Decrease the velocities, if necessary...@>=
7789 if (((mp->st>=0)&&(mp->sf>=0))||((mp->st<=0)&&(mp->sf<=0)) ) {
7790   sine=mp_take_fraction(mp, abs(mp->st),mp->cf)+
7791                             mp_take_fraction(mp, abs(mp->sf),mp->ct);
7792   if ( sine>0 ) {
7793     sine=mp_take_fraction(mp, sine,fraction_one+unity); /* safety factor */
7794     if ( right_tension(p)<0 )
7795      if ( mp_ab_vs_cd(mp, abs(mp->sf),fraction_one,rr,sine)<0 )
7796       rr=mp_make_fraction(mp, abs(mp->sf),sine);
7797     if ( left_tension(q)<0 )
7798      if ( mp_ab_vs_cd(mp, abs(mp->st),fraction_one,ss,sine)<0 )
7799       ss=mp_make_fraction(mp, abs(mp->st),sine);
7800   }
7801 }
7802
7803 @ Only the simple cases remain to be handled.
7804
7805 @<Reduce to simple case of two givens and |return|@>=
7806
7807   aa=mp_n_arg(mp, mp->delta_x[0],mp->delta_y[0]);
7808   mp_n_sin_cos(mp, right_given(p)-aa); mp->ct=mp->n_cos; mp->st=mp->n_sin;
7809   mp_n_sin_cos(mp, left_given(q)-aa); mp->cf=mp->n_cos; mp->sf=-mp->n_sin;
7810   mp_set_controls(mp, p,q,0); return;
7811 }
7812
7813 @ @<Reduce to simple case of straight line and |return|@>=
7814
7815   right_type(p)=mp_explicit; left_type(q)=mp_explicit;
7816   lt=abs(left_tension(q)); rt=abs(right_tension(p));
7817   if ( rt==unity ) {
7818     if ( mp->delta_x[0]>=0 ) right_x(p)=x_coord(p)+((mp->delta_x[0]+1) / 3);
7819     else right_x(p)=x_coord(p)+((mp->delta_x[0]-1) / 3);
7820     if ( mp->delta_y[0]>=0 ) right_y(p)=y_coord(p)+((mp->delta_y[0]+1) / 3);
7821     else right_y(p)=y_coord(p)+((mp->delta_y[0]-1) / 3);
7822   } else { 
7823     ff=mp_make_fraction(mp, unity,3*rt); /* $\alpha/3$ */
7824     right_x(p)=x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[0],ff);
7825     right_y(p)=y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[0],ff);
7826   }
7827   if ( lt==unity ) {
7828     if ( mp->delta_x[0]>=0 ) left_x(q)=x_coord(q)-((mp->delta_x[0]+1) / 3);
7829     else left_x(q)=x_coord(q)-((mp->delta_x[0]-1) / 3);
7830     if ( mp->delta_y[0]>=0 ) left_y(q)=y_coord(q)-((mp->delta_y[0]+1) / 3);
7831     else left_y(q)=y_coord(q)-((mp->delta_y[0]-1) / 3);
7832   } else  { 
7833     ff=mp_make_fraction(mp, unity,3*lt); /* $\beta/3$ */
7834     left_x(q)=x_coord(q)-mp_take_fraction(mp, mp->delta_x[0],ff);
7835     left_y(q)=y_coord(q)-mp_take_fraction(mp, mp->delta_y[0],ff);
7836   }
7837   return;
7838 }
7839
7840 @* \[19] Measuring paths.
7841 \MP's \&{llcorner}, \&{lrcorner}, \&{ulcorner}, and \&{urcorner} operators
7842 allow the user to measure the bounding box of anything that can go into a
7843 picture.  It's easy to get rough bounds on the $x$ and $y$ extent of a path
7844 by just finding the bounding box of the knots and the control points. We
7845 need a more accurate version of the bounding box, but we can still use the
7846 easy estimate to save time by focusing on the interesting parts of the path.
7847
7848 @ Computing an accurate bounding box involves a theme that will come up again
7849 and again. Given a Bernshte{\u\i}n polynomial
7850 @^Bernshte{\u\i}n, Serge{\u\i} Natanovich@>
7851 $$B(z_0,z_1,\ldots,z_n;t)=\sum_k{n\choose k}t^k(1-t)^{n-k}z_k,$$
7852 we can conveniently bisect its range as follows:
7853
7854 \smallskip
7855 \textindent{1)} Let $z_k^{(0)}=z_k$, for |0<=k<=n|.
7856
7857 \smallskip
7858 \textindent{2)} Let $z_k^{(j+1)}={1\over2}(z_k^{(j)}+z\k^{(j)})$, for
7859 |0<=k<n-j|, for |0<=j<n|.
7860
7861 \smallskip\noindent
7862 Then
7863 $$B(z_0,z_1,\ldots,z_n;t)=B(z_0^{(0)},z_0^{(1)},\ldots,z_0^{(n)};2t)
7864  =B(z_0^{(n)},z_1^{(n-1)},\ldots,z_n^{(0)};2t-1).$$
7865 This formula gives us the coefficients of polynomials to use over the ranges
7866 $0\L t\L{1\over2}$ and ${1\over2}\L t\L1$.
7867
7868 @ Now here's a subroutine that's handy for all sorts of path computations:
7869 Given a quadratic polynomial $B(a,b,c;t)$, the |crossing_point| function
7870 returns the unique |fraction| value |t| between 0 and~1 at which
7871 $B(a,b,c;t)$ changes from positive to negative, or returns
7872 |t=fraction_one+1| if no such value exists. If |a<0| (so that $B(a,b,c;t)$
7873 is already negative at |t=0|), |crossing_point| returns the value zero.
7874
7875 @d no_crossing {  return (fraction_one+1); }
7876 @d one_crossing { return fraction_one; }
7877 @d zero_crossing { return 0; }
7878 @d mp_crossing_point(M,A,B,C) mp_do_crossing_point(A,B,C)
7879
7880 @c fraction mp_do_crossing_point (integer a, integer b, integer c) {
7881   integer d; /* recursive counter */
7882   integer x,xx,x0,x1,x2; /* temporary registers for bisection */
7883   if ( a<0 ) zero_crossing;
7884   if ( c>=0 ) { 
7885     if ( b>=0 ) {
7886       if ( c>0 ) { no_crossing; }
7887       else if ( (a==0)&&(b==0) ) { no_crossing;} 
7888       else { one_crossing; } 
7889     }
7890     if ( a==0 ) zero_crossing;
7891   } else if ( a==0 ) {
7892     if ( b<=0 ) zero_crossing;
7893   }
7894   @<Use bisection to find the crossing point, if one exists@>;
7895 }
7896
7897 @ The general bisection method is quite simple when $n=2$, hence
7898 |crossing_point| does not take much time. At each stage in the
7899 recursion we have a subinterval defined by |l| and~|j| such that
7900 $B(a,b,c;2^{-l}(j+t))=B(x_0,x_1,x_2;t)$, and we want to ``zero in'' on
7901 the subinterval where $x_0\G0$ and $\min(x_1,x_2)<0$.
7902
7903 It is convenient for purposes of calculation to combine the values
7904 of |l| and~|j| in a single variable $d=2^l+j$, because the operation
7905 of bisection then corresponds simply to doubling $d$ and possibly
7906 adding~1. Furthermore it proves to be convenient to modify
7907 our previous conventions for bisection slightly, maintaining the
7908 variables $X_0=2^lx_0$, $X_1=2^l(x_0-x_1)$, and $X_2=2^l(x_1-x_2)$.
7909 With these variables the conditions $x_0\ge0$ and $\min(x_1,x_2)<0$ are
7910 equivalent to $\max(X_1,X_1+X_2)>X_0\ge0$.
7911
7912 The following code maintains the invariant relations
7913 $0\L|x0|<\max(|x1|,|x1|+|x2|)$,
7914 $\vert|x1|\vert<2^{30}$, $\vert|x2|\vert<2^{30}$;
7915 it has been constructed in such a way that no arithmetic overflow
7916 will occur if the inputs satisfy
7917 $a<2^{30}$, $\vert a-b\vert<2^{30}$, and $\vert b-c\vert<2^{30}$.
7918
7919 @<Use bisection to find the crossing point...@>=
7920 d=1; x0=a; x1=a-b; x2=b-c;
7921 do {  
7922   x=half(x1+x2);
7923   if ( x1-x0>x0 ) { 
7924     x2=x; x0+=x0; d+=d;  
7925   } else { 
7926     xx=x1+x-x0;
7927     if ( xx>x0 ) { 
7928       x2=x; x0+=x0; d+=d;
7929     }  else { 
7930       x0=x0-xx;
7931       if ( x<=x0 ) { if ( x+x2<=x0 ) no_crossing; }
7932       x1=x; d=d+d+1;
7933     }
7934   }
7935 } while (d<fraction_one);
7936 return (d-fraction_one)
7937
7938 @ Here is a routine that computes the $x$ or $y$ coordinate of the point on
7939 a cubic corresponding to the |fraction| value~|t|.
7940
7941 It is convenient to define a \.{WEB} macro |t_of_the_way| such that
7942 |t_of_the_way(a,b)| expands to |a-(a-b)*t|, i.e., to |t[a,b]|.
7943
7944 @d t_of_the_way(A,B) ((A)-mp_take_fraction(mp,(A)-(B),t))
7945
7946 @c scaled mp_eval_cubic (MP mp,pointer p, pointer q, fraction t) {
7947   scaled x1,x2,x3; /* intermediate values */
7948   x1=t_of_the_way(knot_coord(p),right_coord(p));
7949   x2=t_of_the_way(right_coord(p),left_coord(q));
7950   x3=t_of_the_way(left_coord(q),knot_coord(q));
7951   x1=t_of_the_way(x1,x2);
7952   x2=t_of_the_way(x2,x3);
7953   return t_of_the_way(x1,x2);
7954 }
7955
7956 @ The actual bounding box information is stored in global variables.
7957 Since it is convenient to address the $x$ and $y$ information
7958 separately, we define arrays indexed by |x_code..y_code| and use
7959 macros to give them more convenient names.
7960
7961 @<Types...@>=
7962 enum mp_bb_code  {
7963   mp_x_code=0, /* index for |minx| and |maxx| */
7964   mp_y_code /* index for |miny| and |maxy| */
7965 } ;
7966
7967
7968 @d minx mp->bbmin[mp_x_code]
7969 @d maxx mp->bbmax[mp_x_code]
7970 @d miny mp->bbmin[mp_y_code]
7971 @d maxy mp->bbmax[mp_y_code]
7972
7973 @<Glob...@>=
7974 scaled bbmin[mp_y_code+1];
7975 scaled bbmax[mp_y_code+1]; 
7976 /* the result of procedures that compute bounding box information */
7977
7978 @ Now we're ready for the key part of the bounding box computation.
7979 The |bound_cubic| procedure updates |bbmin[c]| and |bbmax[c]| based on
7980 $$B(\hbox{|knot_coord(p)|}, \hbox{|right_coord(p)|},
7981     \hbox{|left_coord(q)|}, \hbox{|knot_coord(q)|};t)
7982 $$
7983 for $0<t\le1$.  In other words, the procedure adjusts the bounds to
7984 accommodate |knot_coord(q)| and any extremes over the range $0<t<1$.
7985 The |c| parameter is |x_code| or |y_code|.
7986
7987 @c void mp_bound_cubic (MP mp,pointer p, pointer q, small_number c) {
7988   boolean wavy; /* whether we need to look for extremes */
7989   scaled del1,del2,del3,del,dmax; /* proportional to the control
7990      points of a quadratic derived from a cubic */
7991   fraction t,tt; /* where a quadratic crosses zero */
7992   scaled x; /* a value that |bbmin[c]| and |bbmax[c]| must accommodate */
7993   x=knot_coord(q);
7994   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
7995   @<Check the control points against the bounding box and set |wavy:=true|
7996     if any of them lie outside@>;
7997   if ( wavy ) {
7998     del1=right_coord(p)-knot_coord(p);
7999     del2=left_coord(q)-right_coord(p);
8000     del3=knot_coord(q)-left_coord(q);
8001     @<Scale up |del1|, |del2|, and |del3| for greater accuracy;
8002       also set |del| to the first nonzero element of |(del1,del2,del3)|@>;
8003     if ( del<0 ) {
8004       negate(del1); negate(del2); negate(del3);
8005     };
8006     t=mp_crossing_point(mp, del1,del2,del3);
8007     if ( t<fraction_one ) {
8008       @<Test the extremes of the cubic against the bounding box@>;
8009     }
8010   }
8011 }
8012
8013 @ @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>=
8014 if ( x<mp->bbmin[c] ) mp->bbmin[c]=x;
8015 if ( x>mp->bbmax[c] ) mp->bbmax[c]=x
8016
8017 @ @<Check the control points against the bounding box and set...@>=
8018 wavy=true;
8019 if ( mp->bbmin[c]<=right_coord(p) )
8020   if ( right_coord(p)<=mp->bbmax[c] )
8021     if ( mp->bbmin[c]<=left_coord(q) )
8022       if ( left_coord(q)<=mp->bbmax[c] )
8023         wavy=false
8024
8025 @ If |del1=del2=del3=0|, it's impossible to obey the title of this
8026 section. We just set |del=0| in that case.
8027
8028 @<Scale up |del1|, |del2|, and |del3| for greater accuracy...@>=
8029 if ( del1!=0 ) del=del1;
8030 else if ( del2!=0 ) del=del2;
8031 else del=del3;
8032 if ( del!=0 ) {
8033   dmax=abs(del1);
8034   if ( abs(del2)>dmax ) dmax=abs(del2);
8035   if ( abs(del3)>dmax ) dmax=abs(del3);
8036   while ( dmax<fraction_half ) {
8037     dmax+=dmax; del1+=del1; del2+=del2; del3+=del3;
8038   }
8039 }
8040
8041 @ Since |crossing_point| has tried to choose |t| so that
8042 $B(|del1|,|del2|,|del3|;\tau)$ crosses zero at $\tau=|t|$ with negative
8043 slope, the value of |del2| computed below should not be positive.
8044 But rounding error could make it slightly positive in which case we
8045 must cut it to zero to avoid confusion.
8046
8047 @<Test the extremes of the cubic against the bounding box@>=
8048
8049   x=mp_eval_cubic(mp, p,q,t);
8050   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
8051   del2=t_of_the_way(del2,del3);
8052     /* now |0,del2,del3| represent the derivative on the remaining interval */
8053   if ( del2>0 ) del2=0;
8054   tt=mp_crossing_point(mp, 0,-del2,-del3);
8055   if ( tt<fraction_one ) {
8056     @<Test the second extreme against the bounding box@>;
8057   }
8058 }
8059
8060 @ @<Test the second extreme against the bounding box@>=
8061 {
8062    x=mp_eval_cubic(mp, p,q,t_of_the_way(tt,fraction_one));
8063   @<Adjust |bbmin[c]| and |bbmax[c]| to accommodate |x|@>;
8064 }
8065
8066 @ Finding the bounding box of a path is basically a matter of applying
8067 |bound_cubic| twice for each pair of adjacent knots.
8068
8069 @c void mp_path_bbox (MP mp,pointer h) {
8070   pointer p,q; /* a pair of adjacent knots */
8071    minx=x_coord(h); miny=y_coord(h);
8072   maxx=minx; maxy=miny;
8073   p=h;
8074   do {  
8075     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) return;
8076     q=link(p);
8077     mp_bound_cubic(mp, x_loc(p),x_loc(q),mp_x_code);
8078     mp_bound_cubic(mp, y_loc(p),y_loc(q),mp_y_code);
8079     p=q;
8080   } while (p!=h);
8081 }
8082
8083 @ Another important way to measure a path is to find its arc length.  This
8084 is best done by using the general bisection algorithm to subdivide the path
8085 until obtaining ``well behaved'' subpaths whose arc lengths can be approximated
8086 by simple means.
8087
8088 Since the arc length is the integral with respect to time of the magnitude of
8089 the velocity, it is natural to use Simpson's rule for the approximation.
8090 @^Simpson's rule@>
8091 If $\dot B(t)$ is the spline velocity, Simpson's rule gives
8092 $$ \vb\dot B(0)\vb + 4\vb\dot B({1\over2})\vb + \vb\dot B(1)\vb \over 6 $$
8093 for the arc length of a path of length~1.  For a cubic spline
8094 $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$, the time derivative $\dot B(t)$ is
8095 $3B(dz_0,dz_1,dz_2;t)$, where $dz_i=z_{i+1}-z_i$.  Hence the arc length
8096 approximation is
8097 $$ {\vb dz_0\vb \over 2} + 2\vb dz_{02}\vb + {\vb dz_2\vb \over 2}, $$
8098 where
8099 $$ dz_{02}={1\over2}\left({dz_0+dz_1\over 2}+{dz_1+dz_2\over 2}\right)$$
8100 is the result of the bisection algorithm.
8101
8102 @ The remaining problem is how to decide when a subpath is ``well behaved.''
8103 This could be done via the theoretical error bound for Simpson's rule,
8104 @^Simpson's rule@>
8105 but this is impractical because it requires an estimate of the fourth
8106 derivative of the quantity being integrated.  It is much easier to just perform
8107 a bisection step and see how much the arc length estimate changes.  Since the
8108 error for Simpson's rule is proportional to the fourth power of the sample
8109 spacing, the remaining error is typically about $1\over16$ of the amount of
8110 the change.  We say ``typically'' because the error has a pseudo-random behavior
8111 that could cause the two estimates to agree when each contain large errors.
8112
8113 To protect against disasters such as undetected cusps, the bisection process
8114 should always continue until all the $dz_i$ vectors belong to a single
8115 $90^\circ$ sector.  This ensures that no point on the spline can have velocity
8116 less than 70\% of the minimum of $\vb dz_0\vb$, $\vb dz_1\vb$ and $\vb dz_2\vb$.
8117 If such a spline happens to produce an erroneous arc length estimate that
8118 is little changed by bisection, the amount of the error is likely to be fairly
8119 small.  We will try to arrange things so that freak accidents of this type do
8120 not destroy the inverse relationship between the \&{arclength} and
8121 \&{arctime} operations.
8122 @:arclength_}{\&{arclength} primitive@>
8123 @:arctime_}{\&{arctime} primitive@>
8124
8125 @ The \&{arclength} and \&{arctime} operations are both based on a recursive
8126 @^recursion@>
8127 function that finds the arc length of a cubic spline given $dz_0$, $dz_1$,
8128 $dz_2$. This |arc_test| routine also takes an arc length goal |a_goal| and
8129 returns the time when the arc length reaches |a_goal| if there is such a time.
8130 Thus the return value is either an arc length less than |a_goal| or, if the
8131 arc length would be at least |a_goal|, it returns a time value decreased by
8132 |two|.  This allows the caller to use the sign of the result to distinguish
8133 between arc lengths and time values.  On certain types of overflow, it is
8134 possible for |a_goal| and the result of |arc_test| both to be |el_gordo|.
8135 Otherwise, the result is always less than |a_goal|.
8136
8137 Rather than halving the control point coordinates on each recursive call to
8138 |arc_test|, it is better to keep them proportional to velocity on the original
8139 curve and halve the results instead.  This means that recursive calls can
8140 potentially use larger error tolerances in their arc length estimates.  How
8141 much larger depends on to what extent the errors behave as though they are
8142 independent of each other.  To save computing time, we use optimistic assumptions
8143 and increase the tolerance by a factor of about $\sqrt2$ for each recursive
8144 call.
8145
8146 In addition to the tolerance parameter, |arc_test| should also have parameters
8147 for ${1\over3}\vb\dot B(0)\vb$, ${2\over3}\vb\dot B({1\over2})\vb$, and
8148 ${1\over3}\vb\dot B(1)\vb$.  These quantities are relatively expensive to compute
8149 and they are needed in different instances of |arc_test|.
8150
8151 @c @t\4@>@<Declare subroutines needed by |arc_test|@>;
8152 scaled mp_arc_test (MP mp, scaled dx0, scaled dy0, scaled dx1, scaled dy1, 
8153                     scaled dx2, scaled dy2, scaled  v0, scaled v02, 
8154                     scaled v2, scaled a_goal, scaled tol) {
8155   boolean simple; /* are the control points confined to a $90^\circ$ sector? */
8156   scaled dx01, dy01, dx12, dy12, dx02, dy02;  /* bisection results */
8157   scaled v002, v022;
8158     /* twice the velocity magnitudes at $t={1\over4}$ and $t={3\over4}$ */
8159   scaled arc; /* best arc length estimate before recursion */
8160   @<Other local variables in |arc_test|@>;
8161   @<Bisect the B\'ezier quadratic given by |dx0|, |dy0|, |dx1|, |dy1|,
8162     |dx2|, |dy2|@>;
8163   @<Initialize |v002|, |v022|, and the arc length estimate |arc|; if it overflows
8164     set |arc_test| and |return|@>;
8165   @<Test if the control points are confined to one quadrant or rotating them
8166     $45^\circ$ would put them in one quadrant.  Then set |simple| appropriately@>;
8167   if ( simple && (abs(arc-v02-halfp(v0+v2)) <= tol) ) {
8168     if ( arc < a_goal ) {
8169       return arc;
8170     } else {
8171        @<Estimate when the arc length reaches |a_goal| and set |arc_test| to
8172          that time minus |two|@>;
8173     }
8174   } else {
8175     @<Use one or two recursive calls to compute the |arc_test| function@>;
8176   }
8177 }
8178
8179 @ The |tol| value should by multiplied by $\sqrt 2$ before making recursive
8180 calls, but $1.5$ is an adequate approximation.  It is best to avoid using
8181 |make_fraction| in this inner loop.
8182 @^inner loop@>
8183
8184 @<Use one or two recursive calls to compute the |arc_test| function@>=
8185
8186   @<Set |a_new| and |a_aux| so their sum is |2*a_goal| and |a_new| is as
8187     large as possible@>;
8188   tol = tol + halfp(tol);
8189   a = mp_arc_test(mp, dx0,dy0, dx01,dy01, dx02,dy02, v0, v002, 
8190                   halfp(v02), a_new, tol);
8191   if ( a<0 )  {
8192      return (-halfp(two-a));
8193   } else { 
8194     @<Update |a_new| to reduce |a_new+a_aux| by |a|@>;
8195     b = mp_arc_test(mp, dx02,dy02, dx12,dy12, dx2,dy2,
8196                     halfp(v02), v022, v2, a_new, tol);
8197     if ( b<0 )  
8198       return (-halfp(-b) - half_unit);
8199     else  
8200       return (a + half(b-a));
8201   }
8202 }
8203
8204 @ @<Other local variables in |arc_test|@>=
8205 scaled a,b; /* results of recursive calls */
8206 scaled a_new,a_aux; /* the sum of these gives the |a_goal| */
8207
8208 @ @<Set |a_new| and |a_aux| so their sum is |2*a_goal| and |a_new| is...@>=
8209 a_aux = el_gordo - a_goal;
8210 if ( a_goal > a_aux ) {
8211   a_aux = a_goal - a_aux;
8212   a_new = el_gordo;
8213 } else { 
8214   a_new = a_goal + a_goal;
8215   a_aux = 0;
8216 }
8217
8218 @ There is no need to maintain |a_aux| at this point so we use it as a temporary
8219 to force the additions and subtractions to be done in an order that avoids
8220 overflow.
8221
8222 @<Update |a_new| to reduce |a_new+a_aux| by |a|@>=
8223 if ( a > a_aux ) {
8224   a_aux = a_aux - a;
8225   a_new = a_new + a_aux;
8226 }
8227
8228 @ This code assumes all {\it dx} and {\it dy} variables have magnitude less than
8229 |fraction_four|.  To simplify the rest of the |arc_test| routine, we strengthen
8230 this assumption by requiring the norm of each $({\it dx},{\it dy})$ pair to obey
8231 this bound.  Note that recursive calls will maintain this invariant.
8232
8233 @<Bisect the B\'ezier quadratic given by |dx0|, |dy0|, |dx1|, |dy1|,...@>=
8234 dx01 = half(dx0 + dx1);
8235 dx12 = half(dx1 + dx2);
8236 dx02 = half(dx01 + dx12);
8237 dy01 = half(dy0 + dy1);
8238 dy12 = half(dy1 + dy2);
8239 dy02 = half(dy01 + dy12)
8240
8241 @ We should be careful to keep |arc<el_gordo| so that calling |arc_test| with
8242 |a_goal=el_gordo| is guaranteed to yield the arc length.
8243
8244 @<Initialize |v002|, |v022|, and the arc length estimate |arc|;...@>=
8245 v002 = mp_pyth_add(mp, dx01+half(dx0+dx02), dy01+half(dy0+dy02));
8246 v022 = mp_pyth_add(mp, dx12+half(dx02+dx2), dy12+half(dy02+dy2));
8247 tmp = halfp(v02+2);
8248 arc1 = v002 + half(halfp(v0+tmp) - v002);
8249 arc = v022 + half(halfp(v2+tmp) - v022);
8250 if ( (arc < el_gordo-arc1) )  {
8251   arc = arc+arc1;
8252 } else { 
8253   mp->arith_error = true;
8254   if ( a_goal==el_gordo )  return (el_gordo);
8255   else return (-two);
8256 }
8257
8258 @ @<Other local variables in |arc_test|@>=
8259 scaled tmp, tmp2; /* all purpose temporary registers */
8260 scaled arc1; /* arc length estimate for the first half */
8261
8262 @ @<Test if the control points are confined to one quadrant or rotating...@>=
8263 simple = ((dx0>=0) && (dx1>=0) && (dx2>=0)) ||
8264          ((dx0<=0) && (dx1<=0) && (dx2<=0));
8265 if ( simple )
8266   simple = ((dy0>=0) && (dy1>=0) && (dy2>=0)) ||
8267            ((dy0<=0) && (dy1<=0) && (dy2<=0));
8268 if ( ! simple ) {
8269   simple = ((dx0>=dy0) && (dx1>=dy1) && (dx2>=dy2)) ||
8270            ((dx0<=dy0) && (dx1<=dy1) && (dx2<=dy2));
8271   if ( simple ) 
8272     simple = ((-dx0>=dy0) && (-dx1>=dy1) && (-dx2>=dy2)) ||
8273              ((-dx0<=dy0) && (-dx1<=dy1) && (-dx2<=dy2));
8274 }
8275
8276 @ Since Simpson's rule is based on approximating the integrand by a parabola,
8277 @^Simpson's rule@>
8278 it is appropriate to use the same approximation to decide when the integral
8279 reaches the intermediate value |a_goal|.  At this point
8280 $$\eqalign{
8281     {\vb\dot B(0)\vb\over 3} &= \hbox{|v0|}, \qquad
8282     {\vb\dot B({1\over4})\vb\over 3} = {\hbox{|v002|}\over 2}, \qquad
8283     {\vb\dot B({1\over2})\vb\over 3} = {\hbox{|v02|}\over 2}, \cr
8284     {\vb\dot B({3\over4})\vb\over 3} &= {\hbox{|v022|}\over 2}, \qquad
8285     {\vb\dot B(1)\vb\over 3} = \hbox{|v2|} \cr
8286 }
8287 $$
8288 and
8289 $$ {\vb\dot B(t)\vb\over 3} \approx
8290   \cases{B\left(\hbox{|v0|},
8291       \hbox{|v002|}-{1\over 2}\hbox{|v0|}-{1\over 4}\hbox{|v02|},
8292       {1\over 2}\hbox{|v02|}; 2t \right)&
8293     if $t\le{1\over 2}$\cr
8294   B\left({1\over 2}\hbox{|v02|},
8295       \hbox{|v022|}-{1\over 4}\hbox{|v02|}-{1\over 2}\hbox{|v2|},
8296       \hbox{|v2|}; 2t-1 \right)&
8297     if $t\ge{1\over 2}$.\cr}
8298  \eqno (*)
8299 $$
8300 We can integrate $\vb\dot B(t)\vb$ by using
8301 $$\int 3B(a,b,c;\tau)\,dt =
8302   {B(0,a,a+b,a+b+c;\tau) + {\rm constant} \over {d\tau\over dt}}.
8303 $$
8304
8305 This construction allows us to find the time when the arc length reaches
8306 |a_goal| by solving a cubic equation of the form
8307 $$ B(0,a,a+b,a+b+c;\tau) = x, $$
8308 where $\tau$ is $2t$ or $2t+1$, $x$ is |a_goal| or |a_goal-arc1|, and $a$, $b$,
8309 and $c$ are the Bernshte{\u\i}n coefficients from $(*)$ divided by
8310 @^Bernshte{\u\i}n, Serge{\u\i} Natanovich@>
8311 $d\tau\over dt$.  We shall define a function |solve_rising_cubic| that finds
8312 $\tau$ given $a$, $b$, $c$, and $x$.
8313
8314 @<Estimate when the arc length reaches |a_goal| and set |arc_test| to...@>=
8315
8316   tmp = (v02 + 2) / 4;
8317   if ( a_goal<=arc1 ) {
8318     tmp2 = halfp(v0);
8319     return 
8320       (halfp(mp_solve_rising_cubic(mp, tmp2, arc1-tmp2-tmp, tmp, a_goal))- two);
8321   } else { 
8322     tmp2 = halfp(v2);
8323     return ((half_unit - two) +
8324       halfp(mp_solve_rising_cubic(mp, tmp, arc-arc1-tmp-tmp2, tmp2, a_goal-arc1)));
8325   }
8326 }
8327
8328 @ Here is the |solve_rising_cubic| routine that finds the time~$t$ when
8329 $$ B(0, a, a+b, a+b+c; t) = x. $$
8330 This routine is based on |crossing_point| but is simplified by the
8331 assumptions that $B(a,b,c;t)\ge0$ for $0\le t\le1$ and that |0<=x<=a+b+c|.
8332 If rounding error causes this condition to be violated slightly, we just ignore
8333 it and proceed with binary search.  This finds a time when the function value
8334 reaches |x| and the slope is positive.
8335
8336 @<Declare subroutines needed by |arc_test|@>=
8337 scaled mp_solve_rising_cubic (MP mp,scaled a, scaled b,  scaled c, scaled x) {
8338   scaled ab, bc, ac; /* bisection results */
8339   integer t; /* $2^k+q$ where unscaled answer is in $[q2^{-k},(q+1)2^{-k})$ */
8340   integer xx; /* temporary for updating |x| */
8341   if ( (a<0) || (c<0) ) mp_confusion(mp, "rising?");
8342 @:this can't happen rising?}{\quad rising?@>
8343   if ( x<=0 ) {
8344         return 0;
8345   } else if ( x >= a+b+c ) {
8346     return unity;
8347   } else { 
8348     t = 1;
8349     @<Rescale if necessary to make sure |a|, |b|, and |c| are all less than
8350       |el_gordo div 3|@>;
8351     do {  
8352       t+=t;
8353       @<Subdivide the B\'ezier quadratic defined by |a|, |b|, |c|@>;
8354       xx = x - a - ab - ac;
8355       if ( xx < -x ) { x+=x; b=ab; c=ac;  }
8356       else { x = x + xx;  a=ac; b=mp->bc; t = t+1; };
8357     } while (t < unity);
8358     return (t - unity);
8359   }
8360 }
8361
8362 @ @<Subdivide the B\'ezier quadratic defined by |a|, |b|, |c|@>=
8363 ab = half(a+b);
8364 bc = half(b+c);
8365 ac = half(ab+bc)
8366
8367 @ @d one_third_el_gordo 05252525252 /* upper bound on |a|, |b|, and |c| */
8368
8369 @<Rescale if necessary to make sure |a|, |b|, and |c| are all less than...@>=
8370 while ((a>one_third_el_gordo)||(b>one_third_el_gordo)||(c>one_third_el_gordo)) { 
8371   a = halfp(a);
8372   b = half(b);
8373   c = halfp(c);
8374   x = halfp(x);
8375 }
8376
8377 @ It is convenient to have a simpler interface to |arc_test| that requires no
8378 unnecessary arguments and ensures that each $({\it dx},{\it dy})$ pair has
8379 length less than |fraction_four|.
8380
8381 @d arc_tol   16  /* quit when change in arc length estimate reaches this */
8382
8383 @c scaled mp_do_arc_test (MP mp,scaled dx0, scaled dy0, scaled dx1, 
8384                           scaled dy1, scaled dx2, scaled dy2, scaled a_goal) {
8385   scaled v0,v1,v2; /* length of each $({\it dx},{\it dy})$ pair */
8386   scaled v02; /* twice the norm of the quadratic at $t={1\over2}$ */
8387   v0 = mp_pyth_add(mp, dx0,dy0);
8388   v1 = mp_pyth_add(mp, dx1,dy1);
8389   v2 = mp_pyth_add(mp, dx2,dy2);
8390   if ( (v0>=fraction_four) || (v1>=fraction_four) || (v2>=fraction_four) ) { 
8391     mp->arith_error = true;
8392     if ( a_goal==el_gordo )  return el_gordo;
8393     else return (-two);
8394   } else { 
8395     v02 = mp_pyth_add(mp, dx1+half(dx0+dx2), dy1+half(dy0+dy2));
8396     return (mp_arc_test(mp, dx0,dy0, dx1,dy1, dx2,dy2,
8397                                  v0, v02, v2, a_goal, arc_tol));
8398   }
8399 }
8400
8401 @ Now it is easy to find the arc length of an entire path.
8402
8403 @c scaled mp_get_arc_length (MP mp,pointer h) {
8404   pointer p,q; /* for traversing the path */
8405   scaled a,a_tot; /* current and total arc lengths */
8406   a_tot = 0;
8407   p = h;
8408   while ( right_type(p)!=mp_endpoint ){ 
8409     q = link(p);
8410     a = mp_do_arc_test(mp, right_x(p)-x_coord(p), right_y(p)-y_coord(p),
8411       left_x(q)-right_x(p), left_y(q)-right_y(p),
8412       x_coord(q)-left_x(q), y_coord(q)-left_y(q), el_gordo);
8413     a_tot = mp_slow_add(mp, a, a_tot);
8414     if ( q==h ) break;  else p=q;
8415   }
8416   check_arith;
8417   return a_tot;
8418 }
8419
8420 @ The inverse operation of finding the time on a path~|h| when the arc length
8421 reaches some value |arc0| can also be accomplished via |do_arc_test|.  Some care
8422 is required to handle very large times or negative times on cyclic paths.  For
8423 non-cyclic paths, |arc0| values that are negative or too large cause
8424 |get_arc_time| to return 0 or the length of path~|h|.
8425
8426 If |arc0| is greater than the arc length of a cyclic path~|h|, the result is a
8427 time value greater than the length of the path.  Since it could be much greater,
8428 we must be prepared to compute the arc length of path~|h| and divide this into
8429 |arc0| to find how many multiples of the length of path~|h| to add.
8430
8431 @c scaled mp_get_arc_time (MP mp,pointer h, scaled  arc0) {
8432   pointer p,q; /* for traversing the path */
8433   scaled t_tot; /* accumulator for the result */
8434   scaled t; /* the result of |do_arc_test| */
8435   scaled arc; /* portion of |arc0| not used up so far */
8436   integer n; /* number of extra times to go around the cycle */
8437   if ( arc0<0 ) {
8438     @<Deal with a negative |arc0| value and |return|@>;
8439   }
8440   if ( arc0==el_gordo ) decr(arc0);
8441   t_tot = 0;
8442   arc = arc0;
8443   p = h;
8444   while ( (right_type(p)!=mp_endpoint) && (arc>0) ) {
8445     q = link(p);
8446     t = mp_do_arc_test(mp, right_x(p)-x_coord(p), right_y(p)-y_coord(p),
8447       left_x(q)-right_x(p), left_y(q)-right_y(p),
8448       x_coord(q)-left_x(q), y_coord(q)-left_y(q), arc);
8449     @<Update |arc| and |t_tot| after |do_arc_test| has just returned |t|@>;
8450     if ( q==h ) {
8451       @<Update |t_tot| and |arc| to avoid going around the cyclic
8452         path too many times but set |arith_error:=true| and |goto done| on
8453         overflow@>;
8454     }
8455     p = q;
8456   }
8457   check_arith;
8458   return t_tot;
8459 }
8460
8461 @ @<Update |arc| and |t_tot| after |do_arc_test| has just returned |t|@>=
8462 if ( t<0 ) { t_tot = t_tot + t + two;  arc = 0;  }
8463 else { t_tot = t_tot + unity;  arc = arc - t;  }
8464
8465 @ @<Deal with a negative |arc0| value and |return|@>=
8466
8467   if ( left_type(h)==mp_endpoint ) {
8468     t_tot=0;
8469   } else { 
8470     p = mp_htap_ypoc(mp, h);
8471     t_tot = -mp_get_arc_time(mp, p, -arc0);
8472     mp_toss_knot_list(mp, p);
8473   }
8474   check_arith;
8475   return t_tot;
8476 }
8477
8478 @ @<Update |t_tot| and |arc| to avoid going around the cyclic...@>=
8479 if ( arc>0 ) { 
8480   n = arc / (arc0 - arc);
8481   arc = arc - n*(arc0 - arc);
8482   if ( t_tot > el_gordo / (n+1) ) { 
8483     mp->arith_error = true;
8484     t_tot = el_gordo;
8485     break;
8486   }
8487   t_tot = (n + 1)*t_tot;
8488 }
8489
8490 @* \[20] Data structures for pens.
8491 A Pen in \MP\ can be either elliptical or polygonal.  Elliptical pens result
8492 in \ps\ \&{stroke} commands, while anything drawn with a polygonal pen is
8493 @:stroke}{\&{stroke} command@>
8494 converted into an area fill as described in the next part of this program.
8495 The mathematics behind this process is based on simple aspects of the theory
8496 of tracings developed by Leo Guibas, Lyle Ramshaw, and Jorge Stolfi
8497 [``A kinematic framework for computational geometry,'' Proc.\ IEEE Symp.\
8498 Foundations of Computer Science {\bf 24} (1983), 100--111].
8499
8500 Polygonal pens are created from paths via \MP's \&{makepen} primitive.
8501 @:makepen_}{\&{makepen} primitive@>
8502 This path representation is almost sufficient for our purposes except that
8503 a pen path should always be a convex polygon with the vertices in
8504 counter-clockwise order.
8505 Since we will need to scan pen polygons both forward and backward, a pen
8506 should be represented as a doubly linked ring of knot nodes.  There is
8507 room for the extra back pointer because we do not need the
8508 |left_type| or |right_type| fields.  In fact, we don't need the |left_x|,
8509 |left_y|, |right_x|, or |right_y| fields either but we leave these alone
8510 so that certain procedures can operate on both pens and paths.  In particular,
8511 pens can be copied using |copy_path| and recycled using |toss_knot_list|.
8512
8513 @d knil info
8514   /* this replaces the |left_type| and |right_type| fields in a pen knot */
8515
8516 @ The |make_pen| procedure turns a path into a pen by initializing
8517 the |knil| pointers and making sure the knots form a convex polygon.
8518 Thus each cubic in the given path becomes a straight line and the control
8519 points are ignored.  If the path is not cyclic, the ends are connected by a
8520 straight line.
8521
8522 @d copy_pen(A) mp_make_pen(mp, mp_copy_path(mp, (A)),false)
8523
8524 @c @<Declare a function called |convex_hull|@>;
8525 pointer mp_make_pen (MP mp,pointer h, boolean need_hull) {
8526   pointer p,q; /* two consecutive knots */
8527   q=h;
8528   do {  
8529     p=q; q=link(q);
8530     knil(q)=p;
8531   } while (q!=h);
8532   if ( need_hull ){ 
8533     h=mp_convex_hull(mp, h);
8534     @<Make sure |h| isn't confused with an elliptical pen@>;
8535   }
8536   return h;
8537 }
8538
8539 @ The only information required about an elliptical pen is the overall
8540 transformation that has been applied to the original \&{pencircle}.
8541 @:pencircle_}{\&{pencircle} primitive@>
8542 Since it suffices to keep track of how the three points $(0,0)$, $(1,0)$,
8543 and $(0,1)$ are transformed, an elliptical pen can be stored in a single
8544 knot node and transformed as if it were a path.
8545
8546 @d pen_is_elliptical(A) ((A)==link((A)))
8547
8548 @c pointer mp_get_pen_circle (MP mp,scaled diam) {
8549   pointer h; /* the knot node to return */
8550   h=mp_get_node(mp, knot_node_size);
8551   link(h)=h; knil(h)=h;
8552   originator(h)=program_code;
8553   x_coord(h)=0; y_coord(h)=0;
8554   left_x(h)=diam; left_y(h)=0;
8555   right_x(h)=0; right_y(h)=diam;
8556   return h;
8557 }
8558
8559 @ If the polygon being returned by |make_pen| has only one vertex, it will
8560 be interpreted as an elliptical pen.  This is no problem since a degenerate
8561 polygon can equally well be thought of as a degenerate ellipse.  We need only
8562 initialize the |left_x|, |left_y|, |right_x|, and |right_y| fields.
8563
8564 @<Make sure |h| isn't confused with an elliptical pen@>=
8565 if ( pen_is_elliptical( h) ){ 
8566   left_x(h)=x_coord(h); left_y(h)=y_coord(h);
8567   right_x(h)=x_coord(h); right_y(h)=y_coord(h);
8568 }
8569
8570 @ We have to cheat a little here but most operations on pens only use
8571 the first three words in each knot node.
8572 @^data structure assumptions@>
8573
8574 @<Initialize a pen at |test_pen| so that it fits in nine words@>=
8575 x_coord(test_pen)=-half_unit;
8576 y_coord(test_pen)=0;
8577 x_coord(test_pen+3)=half_unit;
8578 y_coord(test_pen+3)=0;
8579 x_coord(test_pen+6)=0;
8580 y_coord(test_pen+6)=unity;
8581 link(test_pen)=test_pen+3;
8582 link(test_pen+3)=test_pen+6;
8583 link(test_pen+6)=test_pen;
8584 knil(test_pen)=test_pen+6;
8585 knil(test_pen+3)=test_pen;
8586 knil(test_pen+6)=test_pen+3
8587
8588 @ Printing a polygonal pen is very much like printing a path
8589
8590 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
8591 void mp_pr_pen (MP mp,pointer h) {
8592   pointer p,q; /* for list traversal */
8593   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8594     @<Print the elliptical pen |h|@>;
8595   } else { 
8596     p=h;
8597     do {  
8598       mp_print_two(mp, x_coord(p),y_coord(p));
8599       mp_print_nl(mp, " .. ");
8600       @<Advance |p| making sure the links are OK and |return| if there is
8601         a problem@>;
8602      } while (p!=h);
8603      mp_print(mp, "cycle");
8604   }
8605 }
8606
8607 @ @<Advance |p| making sure the links are OK and |return| if there is...@>=
8608 q=link(p);
8609 if ( (q==null) || (knil(q)!=p) ) { 
8610   mp_print_nl(mp, "???"); return; /* this won't happen */
8611 @.???@>
8612 }
8613 p=q
8614
8615 @ @<Print the elliptical pen |h|@>=
8616
8617 mp_print(mp, "pencircle transformed (");
8618 mp_print_scaled(mp, x_coord(h));
8619 mp_print_char(mp, ',');
8620 mp_print_scaled(mp, y_coord(h));
8621 mp_print_char(mp, ',');
8622 mp_print_scaled(mp, left_x(h)-x_coord(h));
8623 mp_print_char(mp, ',');
8624 mp_print_scaled(mp, right_x(h)-x_coord(h));
8625 mp_print_char(mp, ',');
8626 mp_print_scaled(mp, left_y(h)-y_coord(h));
8627 mp_print_char(mp, ',');
8628 mp_print_scaled(mp, right_y(h)-y_coord(h));
8629 mp_print_char(mp, ')');
8630 }
8631
8632 @ Here us another version of |pr_pen| that prints the pen as a diagnostic
8633 message.
8634
8635 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
8636 void mp_print_pen (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) { 
8637   mp_print_diagnostic(mp, "Pen",s,nuline); mp_print_ln(mp);
8638 @.Pen at line...@>
8639   mp_pr_pen(mp, h);
8640   mp_end_diagnostic(mp, true);
8641 }
8642
8643 @ Making a polygonal pen into a path involves restoring the |left_type| and
8644 |right_type| fields and setting the control points so as to make a polygonal
8645 path.
8646
8647 @c 
8648 void mp_make_path (MP mp,pointer h) {
8649   pointer p; /* for traversing the knot list */
8650   small_number k; /* a loop counter */
8651   @<Other local variables in |make_path|@>;
8652   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8653     @<Make the elliptical pen |h| into a path@>;
8654   } else { 
8655     p=h;
8656     do {  
8657       left_type(p)=mp_explicit;
8658       right_type(p)=mp_explicit;
8659       @<copy the coordinates of knot |p| into its control points@>;
8660        p=link(p);
8661     } while (p!=h);
8662   }
8663 }
8664
8665 @ @<copy the coordinates of knot |p| into its control points@>=
8666 left_x(p)=x_coord(p);
8667 left_y(p)=y_coord(p);
8668 right_x(p)=x_coord(p);
8669 right_y(p)=y_coord(p)
8670
8671 @ We need an eight knot path to get a good approximation to an ellipse.
8672
8673 @<Make the elliptical pen |h| into a path@>=
8674
8675   @<Extract the transformation parameters from the elliptical pen~|h|@>;
8676   p=h;
8677   for (k=0;k<=7;k++ ) { 
8678     @<Initialize |p| as the |k|th knot of a circle of unit diameter,
8679       transforming it appropriately@>;
8680     if ( k==7 ) link(p)=h;  else link(p)=mp_get_node(mp, knot_node_size);
8681     p=link(p);
8682   }
8683 }
8684
8685 @ @<Extract the transformation parameters from the elliptical pen~|h|@>=
8686 center_x=x_coord(h);
8687 center_y=y_coord(h);
8688 width_x=left_x(h)-center_x;
8689 width_y=left_y(h)-center_y;
8690 height_x=right_x(h)-center_x;
8691 height_y=right_y(h)-center_y
8692
8693 @ @<Other local variables in |make_path|@>=
8694 scaled center_x,center_y; /* translation parameters for an elliptical pen */
8695 scaled width_x,width_y; /* the effect of a unit change in $x$ */
8696 scaled height_x,height_y; /* the effect of a unit change in $y$ */
8697 scaled dx,dy; /* the vector from knot |p| to its right control point */
8698 integer kk;
8699   /* |k| advanced $270^\circ$ around the ring (cf. $\sin\theta=\cos(\theta+270)$) */
8700
8701 @ The only tricky thing here are the tables |half_cos| and |d_cos| used to
8702 find the point $k/8$ of the way around the circle and the direction vector
8703 to use there.
8704
8705 @<Initialize |p| as the |k|th knot of a circle of unit diameter,...@>=
8706 kk=(k+6)% 8;
8707 x_coord(p)=center_x+mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[k],width_x)
8708            +mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[kk],height_x);
8709 y_coord(p)=center_y+mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[k],width_y)
8710            +mp_take_fraction(mp, mp->half_cos[kk],height_y);
8711 dx=-mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[kk],width_x)
8712    +mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[k],height_x);
8713 dy=-mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[kk],width_y)
8714    +mp_take_fraction(mp, mp->d_cos[k],height_y);
8715 right_x(p)=x_coord(p)+dx;
8716 right_y(p)=y_coord(p)+dy;
8717 left_x(p)=x_coord(p)-dx;
8718 left_y(p)=y_coord(p)-dy;
8719 left_type(p)=mp_explicit;
8720 right_type(p)=mp_explicit;
8721 originator(p)=program_code
8722
8723 @ @<Glob...@>=
8724 fraction half_cos[8]; /* ${1\over2}\cos(45k)$ */
8725 fraction d_cos[8]; /* a magic constant times $\cos(45k)$ */
8726
8727 @ The magic constant for |d_cos| is the distance between $({1\over2},0)$ and
8728 $({1\over4}\sqrt2,{1\over4}\sqrt2)$ times the result of the |velocity|
8729 function for $\theta=\phi=22.5^\circ$.  This comes out to be
8730 $$ d = {\sqrt{2-\sqrt2}\over 3+3\cos22.5^\circ}
8731   \approx 0.132608244919772.
8732 $$
8733
8734 @<Set init...@>=
8735 mp->half_cos[0]=fraction_half;
8736 mp->half_cos[1]=94906266; /* $2^{26}\sqrt2\approx94906265.62$ */
8737 mp->half_cos[2]=0;
8738 mp->d_cos[0]=35596755; /* $2^{28}d\approx35596754.69$ */
8739 mp->d_cos[1]=25170707; /* $2^{27}\sqrt2\,d\approx25170706.63$ */
8740 mp->d_cos[2]=0;
8741 for (k=3;k<= 4;k++ ) { 
8742   mp->half_cos[k]=-mp->half_cos[4-k];
8743   mp->d_cos[k]=-mp->d_cos[4-k];
8744 }
8745 for (k=5;k<= 7;k++ ) { 
8746   mp->half_cos[k]=mp->half_cos[8-k];
8747   mp->d_cos[k]=mp->d_cos[8-k];
8748 }
8749
8750 @ The |convex_hull| function forces a pen polygon to be convex when it is
8751 returned by |make_pen| and after any subsequent transformation where rounding
8752 error might allow the convexity to be lost.
8753 The convex hull algorithm used here is described by F.~P. Preparata and
8754 M.~I. Shamos [{\sl Computational Geometry}, Springer-Verlag, 1985].
8755
8756 @<Declare a function called |convex_hull|@>=
8757 @<Declare a procedure called |move_knot|@>;
8758 pointer mp_convex_hull (MP mp,pointer h) { /* Make a polygonal pen convex */
8759   pointer l,r; /* the leftmost and rightmost knots */
8760   pointer p,q; /* knots being scanned */
8761   pointer s; /* the starting point for an upcoming scan */
8762   scaled dx,dy; /* a temporary pointer */
8763   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8764      return h;
8765   } else { 
8766     @<Set |l| to the leftmost knot in polygon~|h|@>;
8767     @<Set |r| to the rightmost knot in polygon~|h|@>;
8768     if ( l!=r ) { 
8769       s=link(r);
8770       @<Find any knots on the path from |l| to |r| above the |l|-|r| line and
8771         move them past~|r|@>;
8772       @<Find any knots on the path from |s| to |l| below the |l|-|r| line and
8773         move them past~|l|@>;
8774       @<Sort the path from |l| to |r| by increasing $x$@>;
8775       @<Sort the path from |r| to |l| by decreasing $x$@>;
8776     }
8777     if ( l!=link(l) ) {
8778       @<Do a Gramm scan and remove vertices where there is no left turn@>;
8779     }
8780     return l;
8781   }
8782 }
8783
8784 @ All comparisons are done primarily on $x$ and secondarily on $y$.
8785
8786 @<Set |l| to the leftmost knot in polygon~|h|@>=
8787 l=h;
8788 p=link(h);
8789 while ( p!=h ) { 
8790   if ( x_coord(p)<=x_coord(l) )
8791     if ( (x_coord(p)<x_coord(l)) || (y_coord(p)<y_coord(l)) )
8792       l=p;
8793   p=link(p);
8794 }
8795
8796 @ @<Set |r| to the rightmost knot in polygon~|h|@>=
8797 r=h;
8798 p=link(h);
8799 while ( p!=h ) { 
8800   if ( x_coord(p)>=x_coord(r) )
8801     if ( (x_coord(p)>x_coord(r)) || (y_coord(p)>y_coord(r)) )
8802       r=p;
8803   p=link(p);
8804 }
8805
8806 @ @<Find any knots on the path from |l| to |r| above the |l|-|r| line...@>=
8807 dx=x_coord(r)-x_coord(l);
8808 dy=y_coord(r)-y_coord(l);
8809 p=link(l);
8810 while ( p!=r ) { 
8811   q=link(p);
8812   if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(p)-y_coord(l),dy,x_coord(p)-x_coord(l))>0 )
8813     mp_move_knot(mp, p, r);
8814   p=q;
8815 }
8816
8817 @ The |move_knot| procedure removes |p| from a doubly linked list and inserts
8818 it after |q|.
8819
8820 @ @<Declare a procedure called |move_knot|@>=
8821 void mp_move_knot (MP mp,pointer p, pointer q) { 
8822   link(knil(p))=link(p);
8823   knil(link(p))=knil(p);
8824   knil(p)=q;
8825   link(p)=link(q);
8826   link(q)=p;
8827   knil(link(p))=p;
8828 }
8829
8830 @ @<Find any knots on the path from |s| to |l| below the |l|-|r| line...@>=
8831 p=s;
8832 while ( p!=l ) { 
8833   q=link(p);
8834   if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(p)-y_coord(l),dy,x_coord(p)-x_coord(l))<0 )
8835     mp_move_knot(mp, p,l);
8836   p=q;
8837 }
8838
8839 @ The list is likely to be in order already so we just do linear insertions.
8840 Secondary comparisons on $y$ ensure that the sort is consistent with the
8841 choice of |l| and |r|.
8842
8843 @<Sort the path from |l| to |r| by increasing $x$@>=
8844 p=link(l);
8845 while ( p!=r ) { 
8846   q=knil(p);
8847   while ( x_coord(q)>x_coord(p) ) q=knil(q);
8848   while ( x_coord(q)==x_coord(p) ) {
8849     if ( y_coord(q)>y_coord(p) ) q=knil(q); else break;
8850   }
8851   if ( q==knil(p) ) p=link(p);
8852   else { p=link(p); mp_move_knot(mp, knil(p),q); };
8853 }
8854
8855 @ @<Sort the path from |r| to |l| by decreasing $x$@>=
8856 p=link(r);
8857 while ( p!=l ){ 
8858   q=knil(p);
8859   while ( x_coord(q)<x_coord(p) ) q=knil(q);
8860   while ( x_coord(q)==x_coord(p) ) {
8861     if ( y_coord(q)<y_coord(p) ) q=knil(q); else break;
8862   }
8863   if ( q==knil(p) ) p=link(p);
8864   else { p=link(p); mp_move_knot(mp, knil(p),q); };
8865 }
8866
8867 @ The condition involving |ab_vs_cd| tests if there is not a left turn
8868 at knot |q|.  There usually will be a left turn so we streamline the case
8869 where the |then| clause is not executed.
8870
8871 @<Do a Gramm scan and remove vertices where there...@>=
8872
8873 p=l; q=link(l);
8874 while (1) { 
8875   dx=x_coord(q)-x_coord(p);
8876   dy=y_coord(q)-y_coord(p);
8877   p=q; q=link(q);
8878   if ( p==l ) break;
8879   if ( p!=r )
8880     if ( mp_ab_vs_cd(mp, dx,y_coord(q)-y_coord(p),dy,x_coord(q)-x_coord(p))<=0 ) {
8881       @<Remove knot |p| and back up |p| and |q| but don't go past |l|@>;
8882     }
8883   }
8884 }
8885
8886 @ @<Remove knot |p| and back up |p| and |q| but don't go past |l|@>=
8887
8888 s=knil(p);
8889 mp_free_node(mp, p,knot_node_size);
8890 link(s)=q; knil(q)=s;
8891 if ( s==l ) p=s;
8892 else { p=knil(s); q=s; };
8893 }
8894
8895 @ The |find_offset| procedure sets global variables |(cur_x,cur_y)| to the
8896 offset associated with the given direction |(x,y)|.  If two different offsets
8897 apply, it chooses one of them.
8898
8899 @c 
8900 void mp_find_offset (MP mp,scaled x, scaled y, pointer h) {
8901   pointer p,q; /* consecutive knots */
8902   scaled wx,wy,hx,hy;
8903   /* the transformation matrix for an elliptical pen */
8904   fraction xx,yy; /* untransformed offset for an elliptical pen */
8905   fraction d; /* a temporary register */
8906   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8907     @<Find the offset for |(x,y)| on the elliptical pen~|h|@>
8908   } else { 
8909     q=h;
8910     do {  
8911       p=q; q=link(q);
8912     } while (! mp_ab_vs_cd(mp, x_coord(q)-x_coord(p),y, y_coord(q)-y_coord(p),x)>=0);
8913     do {  
8914       p=q; q=link(q);
8915     } while (! mp_ab_vs_cd(mp, x_coord(q)-x_coord(p),y, y_coord(q)-y_coord(p),x)<=0);
8916     mp->cur_x=x_coord(p);
8917     mp->cur_y=y_coord(p);
8918   }
8919 }
8920
8921 @ @<Glob...@>=
8922 scaled cur_x;
8923 scaled cur_y; /* all-purpose return value registers */
8924
8925 @ @<Find the offset for |(x,y)| on the elliptical pen~|h|@>=
8926 if ( (x==0) && (y==0) ) {
8927   mp->cur_x=x_coord(h); mp->cur_y=y_coord(h);  
8928 } else { 
8929   @<Find the non-constant part of the transformation for |h|@>;
8930   while ( (abs(x)<fraction_half) && (abs(y)<fraction_half) ){ 
8931     x+=x; y+=y;  
8932   };
8933   @<Make |(xx,yy)| the offset on the untransformed \&{pencircle} for the
8934     untransformed version of |(x,y)|@>;
8935   mp->cur_x=x_coord(h)+mp_take_fraction(mp, xx,wx)+mp_take_fraction(mp, yy,hx);
8936   mp->cur_y=y_coord(h)+mp_take_fraction(mp, xx,wy)+mp_take_fraction(mp, yy,hy);
8937 }
8938
8939 @ @<Find the non-constant part of the transformation for |h|@>=
8940 wx=left_x(h)-x_coord(h);
8941 wy=left_y(h)-y_coord(h);
8942 hx=right_x(h)-x_coord(h);
8943 hy=right_y(h)-y_coord(h)
8944
8945 @ @<Make |(xx,yy)| the offset on the untransformed \&{pencircle} for the...@>=
8946 yy=-(mp_take_fraction(mp, x,hy)+mp_take_fraction(mp, y,-hx));
8947 xx=mp_take_fraction(mp, x,-wy)+mp_take_fraction(mp, y,wx);
8948 d=mp_pyth_add(mp, xx,yy);
8949 if ( d>0 ) { 
8950   xx=half(mp_make_fraction(mp, xx,d));
8951   yy=half(mp_make_fraction(mp, yy,d));
8952 }
8953
8954 @ Finding the bounding box of a pen is easy except if the pen is elliptical.
8955 But we can handle that case by just calling |find_offset| twice.  The answer
8956 is stored in the global variables |minx|, |maxx|, |miny|, and |maxy|.
8957
8958 @c 
8959 void mp_pen_bbox (MP mp,pointer h) {
8960   pointer p; /* for scanning the knot list */
8961   if ( pen_is_elliptical(h) ) {
8962     @<Find the bounding box of an elliptical pen@>;
8963   } else { 
8964     minx=x_coord(h); maxx=minx;
8965     miny=y_coord(h); maxy=miny;
8966     p=link(h);
8967     while ( p!=h ) {
8968       if ( x_coord(p)<minx ) minx=x_coord(p);
8969       if ( y_coord(p)<miny ) miny=y_coord(p);
8970       if ( x_coord(p)>maxx ) maxx=x_coord(p);
8971       if ( y_coord(p)>maxy ) maxy=y_coord(p);
8972       p=link(p);
8973     }
8974   }
8975 }
8976
8977 @ @<Find the bounding box of an elliptical pen@>=
8978
8979 mp_find_offset(mp, 0,fraction_one,h);
8980 maxx=mp->cur_x;
8981 minx=2*x_coord(h)-mp->cur_x;
8982 mp_find_offset(mp, -fraction_one,0,h);
8983 maxy=mp->cur_y;
8984 miny=2*y_coord(h)-mp->cur_y;
8985 }
8986
8987 @* \[21] Edge structures.
8988 Now we come to \MP's internal scheme for representing pictures.
8989 The representation is very different from \MF's edge structures
8990 because \MP\ pictures contain \ps\ graphics objects instead of pixel
8991 images.  However, the basic idea is somewhat similar in that shapes
8992 are represented via their boundaries.
8993
8994 The main purpose of edge structures is to keep track of graphical objects
8995 until it is time to translate them into \ps.  Since \MP\ does not need to
8996 know anything about an edge structure other than how to translate it into
8997 \ps\ and how to find its bounding box, edge structures can be just linked
8998 lists of graphical objects.  \MP\ has no easy way to determine whether
8999 two such objects overlap, but it suffices to draw the first one first and
9000 let the second one overwrite it if necessary.
9001
9002 @<Types...@>=
9003 enum mp_graphical_object_code {
9004   @<Graphical object codes@>
9005 };
9006
9007 @ Let's consider the types of graphical objects one at a time.
9008 First of all, a filled contour is represented by a eight-word node.  The first
9009 word contains |type| and |link| fields, and the next six words contain a
9010 pointer to a cyclic path and the value to use for \ps' \&{currentrgbcolor}
9011 parameter.  If a pen is used for filling |pen_p|, |ljoin_val| and |miterlim_val|
9012 give the relevant information.
9013
9014 @d path_p(A) link((A)+1)
9015   /* a pointer to the path that needs filling */
9016 @d pen_p(A) info((A)+1)
9017   /* a pointer to the pen to fill or stroke with */
9018 @d color_model(A) type((A)+2) /*  the color model  */
9019 @d obj_red_loc(A) ((A)+3)  /* the first of three locations for the color */
9020 @d obj_cyan_loc obj_red_loc  /* the first of four locations for the color */
9021 @d obj_grey_loc obj_red_loc  /* the location for the color */
9022 @d red_val(A) mp->mem[(A)+3].sc
9023   /* the red component of the color in the range $0\ldots1$ */
9024 @d cyan_val red_val
9025 @d grey_val red_val
9026 @d green_val(A) mp->mem[(A)+4].sc
9027   /* the green component of the color in the range $0\ldots1$ */
9028 @d magenta_val green_val
9029 @d blue_val(A) mp->mem[(A)+5].sc
9030   /* the blue component of the color in the range $0\ldots1$ */
9031 @d yellow_val blue_val
9032 @d black_val(A) mp->mem[(A)+6].sc
9033   /* the blue component of the color in the range $0\ldots1$ */
9034 @d ljoin_val(A) name_type((A))  /* the value of \&{linejoin} */
9035 @:mp_linejoin_}{\&{linejoin} primitive@>
9036 @d miterlim_val(A) mp->mem[(A)+7].sc  /* the value of \&{miterlimit} */
9037 @:mp_miterlimit_}{\&{miterlimit} primitive@>
9038 @d obj_color_part(A) mp->mem[(A)+3-red_part].sc
9039   /* interpret an object pointer that has been offset by |red_part..blue_part| */
9040 @d pre_script(A) mp->mem[(A)+8].hh.lh
9041 @d post_script(A) mp->mem[(A)+8].hh.rh
9042 @d fill_node_size 9
9043
9044 @ @<Graphical object codes@>=
9045 mp_fill_code=1,
9046
9047 @ @c 
9048 pointer mp_new_fill_node (MP mp,pointer p) {
9049   /* make a fill node for cyclic path |p| and color black */
9050   pointer t; /* the new node */
9051   t=mp_get_node(mp, fill_node_size);
9052   type(t)=mp_fill_code;
9053   path_p(t)=p;
9054   pen_p(t)=null; /* |null| means don't use a pen */
9055   red_val(t)=0;
9056   green_val(t)=0;
9057   blue_val(t)=0;
9058   black_val(t)=0;
9059   color_model(t)=uninitialized_model;
9060   pre_script(t)=null;
9061   post_script(t)=null;
9062   @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>;
9063   return t;
9064 }
9065
9066 @ @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>=
9067 if ( mp->internal[mp_linejoin]>unity ) ljoin_val(t)=2;
9068 else if ( mp->internal[mp_linejoin]>0 ) ljoin_val(t)=1;
9069 else ljoin_val(t)=0;
9070 if ( mp->internal[mp_miterlimit]<unity )
9071   miterlim_val(t)=unity;
9072 else
9073   miterlim_val(t)=mp->internal[mp_miterlimit]
9074
9075 @ A stroked path is represented by an eight-word node that is like a filled
9076 contour node except that it contains the current \&{linecap} value, a scale
9077 factor for the dash pattern, and a pointer that is non-null if the stroke
9078 is to be dashed.  The purpose of the scale factor is to allow a picture to
9079 be transformed without touching the picture that |dash_p| points to.
9080
9081 @d dash_p(A) link((A)+9)
9082   /* a pointer to the edge structure that gives the dash pattern */
9083 @d lcap_val(A) type((A)+9)
9084   /* the value of \&{linecap} */
9085 @:mp_linecap_}{\&{linecap} primitive@>
9086 @d dash_scale(A) mp->mem[(A)+10].sc /* dash lengths are scaled by this factor */
9087 @d stroked_node_size 11
9088
9089 @ @<Graphical object codes@>=
9090 mp_stroked_code=2,
9091
9092 @ @c 
9093 pointer mp_new_stroked_node (MP mp,pointer p) {
9094   /* make a stroked node for path |p| with |pen_p(p)| temporarily |null| */
9095   pointer t; /* the new node */
9096   t=mp_get_node(mp, stroked_node_size);
9097   type(t)=mp_stroked_code;
9098   path_p(t)=p; pen_p(t)=null;
9099   dash_p(t)=null;
9100   dash_scale(t)=unity;
9101   red_val(t)=0;
9102   green_val(t)=0;
9103   blue_val(t)=0;
9104   black_val(t)=0;
9105   color_model(t)=uninitialized_model;
9106   pre_script(t)=null;
9107   post_script(t)=null;
9108   @<Set the |ljoin_val| and |miterlim_val| fields in object |t|@>;
9109   if ( mp->internal[mp_linecap]>unity ) lcap_val(t)=2;
9110   else if ( mp->internal[mp_linecap]>0 ) lcap_val(t)=1;
9111   else lcap_val(t)=0;
9112   return t;
9113 }
9114
9115 @ When a dashed line is computed in a transformed coordinate system, the dash
9116 lengths get scaled like the pen shape and we need to compensate for this.  Since
9117 there is no unique scale factor for an arbitrary transformation, we use the
9118 the square root of the determinant.  The properties of the determinant make it
9119 easier to maintain the |dash_scale|.  The computation is fairly straight-forward
9120 except for the initialization of the scale factor |s|.  The factor of 64 is
9121 needed because |square_rt| scales its result by $2^8$ while we need $2^{14}$
9122 to counteract the effect of |take_fraction|.
9123
9124 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9125 scaled mp_sqrt_det (MP mp,scaled a, scaled b, scaled c, scaled d) {
9126   scaled maxabs; /* $max(|a|,|b|,|c|,|d|)$ */
9127   integer s; /* amount by which the result of |square_rt| needs to be scaled */
9128   @<Initialize |maxabs|@>;
9129   s=64;
9130   while ( (maxabs<fraction_one) && (s>1) ){ 
9131     a+=a; b+=b; c+=c; d+=d;
9132     maxabs+=maxabs; s=halfp(s);
9133   }
9134   return s*mp_square_rt(mp, abs(mp_take_fraction(mp, a,d)-mp_take_fraction(mp, b,c)));
9135 }
9136 @#
9137 scaled mp_get_pen_scale (MP mp,pointer p) { 
9138   return mp_sqrt_det(mp, 
9139     left_x(p)-x_coord(p), right_x(p)-x_coord(p),
9140     left_y(p)-y_coord(p), right_y(p)-y_coord(p));
9141 }
9142
9143 @ @<Initialize |maxabs|@>=
9144 maxabs=abs(a);
9145 if ( abs(b)>maxabs ) maxabs=abs(b);
9146 if ( abs(c)>maxabs ) maxabs=abs(c);
9147 if ( abs(d)>maxabs ) maxabs=abs(d)
9148
9149 @ When a picture contains text, this is represented by a fourteen-word node
9150 where the color information and |type| and |link| fields are augmented by
9151 additional fields that describe the text and  how it is transformed.
9152 The |path_p| and |pen_p| pointers are replaced by a number that identifies
9153 the font and a string number that gives the text to be displayed.
9154 The |width|, |height|, and |depth| fields
9155 give the dimensions of the text at its design size, and the remaining six
9156 words give a transformation to be applied to the text.  The |new_text_node|
9157 function initializes everything to default values so that the text comes out
9158 black with its reference point at the origin.
9159
9160 @d text_p(A) link((A)+1)  /* a string pointer for the text to display */
9161 @d font_n(A) info((A)+1)  /* the font number */
9162 @d width_val(A) mp->mem[(A)+7].sc  /* unscaled width of the text */
9163 @d height_val(A) mp->mem[(A)+9].sc  /* unscaled height of the text */
9164 @d depth_val(A) mp->mem[(A)+10].sc  /* unscaled depth of the text */
9165 @d text_tx_loc(A) ((A)+11)
9166   /* the first of six locations for transformation parameters */
9167 @d tx_val(A) mp->mem[(A)+11].sc  /* $x$ shift amount */
9168 @d ty_val(A) mp->mem[(A)+12].sc  /* $y$ shift amount */
9169 @d txx_val(A) mp->mem[(A)+13].sc  /* |txx| transformation parameter */
9170 @d txy_val(A) mp->mem[(A)+14].sc  /* |txy| transformation parameter */
9171 @d tyx_val(A) mp->mem[(A)+15].sc  /* |tyx| transformation parameter */
9172 @d tyy_val(A) mp->mem[(A)+16].sc  /* |tyy| transformation parameter */
9173 @d text_trans_part(A) mp->mem[(A)+11-x_part].sc
9174     /* interpret a text node ponter that has been offset by |x_part..yy_part| */
9175 @d text_node_size 17
9176
9177 @ @<Graphical object codes@>=
9178 mp_text_code=3,
9179
9180 @ @c @<Declare text measuring subroutines@>;
9181 pointer mp_new_text_node (MP mp,char *f,str_number s) {
9182   /* make a text node for font |f| and text string |s| */
9183   pointer t; /* the new node */
9184   t=mp_get_node(mp, text_node_size);
9185   type(t)=mp_text_code;
9186   text_p(t)=s;
9187   font_n(t)=mp_find_font(mp, f); /* this identifies the font */
9188   red_val(t)=0;
9189   green_val(t)=0;
9190   blue_val(t)=0;
9191   black_val(t)=0;
9192   color_model(t)=uninitialized_model;
9193   pre_script(t)=null;
9194   post_script(t)=null;
9195   tx_val(t)=0; ty_val(t)=0;
9196   txx_val(t)=unity; txy_val(t)=0;
9197   tyx_val(t)=0; tyy_val(t)=unity;
9198   mp_set_text_box(mp, t); /* this finds the bounding box */
9199   return t;
9200 }
9201
9202 @ The last two types of graphical objects that can occur in an edge structure
9203 are clipping paths and \&{setbounds} paths.  These are slightly more difficult
9204 @:set_bounds_}{\&{setbounds} primitive@>
9205 to implement because we must keep track of exactly what is being clipped or
9206 bounded when pictures get merged together.  For this reason, each clipping or
9207 \&{setbounds} operation is represented by a pair of nodes:  first comes a
9208 two-word node whose |path_p| gives the relevant path, then there is the list
9209 of objects to clip or bound followed by a two-word node whose second word is
9210 unused.
9211
9212 Using at least two words for each graphical object node allows them all to be
9213 allocated and deallocated similarly with a global array |gr_object_size| to
9214 give the size in words for each object type.
9215
9216 @d start_clip_size 2
9217 @d start_bounds_size 2
9218 @d stop_clip_size 2 /* the second word is not used here */
9219 @d stop_bounds_size 2 /* the second word is not used here */
9220 @#
9221 @d stop_type(A) ((A)+2)
9222   /* matching |type| for |start_clip_code| or |start_bounds_code| */
9223 @d has_color(A) (type((A))<mp_start_clip_code)
9224   /* does a graphical object have color fields? */
9225 @d has_pen(A) (type((A))<mp_text_code)
9226   /* does a graphical object have a |pen_p| field? */
9227 @d is_start_or_stop(A) (type((A))>=mp_start_clip_code)
9228 @d is_stop(A) (type((A))>=mp_stop_clip_code)
9229
9230 @ @<Graphical object codes@>=
9231 mp_start_clip_code=4, /* |type| of a node that starts clipping */
9232 mp_start_bounds_code=5, /* |type| of a node that gives a \&{setbounds} path */
9233 mp_stop_clip_code=6, /* |type| of a node that stops clipping */
9234 mp_stop_bounds_code=7, /* |type| of a node that stops \&{setbounds} */
9235
9236
9237 @ @c 
9238 pointer mp_new_bounds_node (MP mp,pointer p, small_number  c) {
9239   /* make a node of type |c| where |p| is the clipping or \&{setbounds} path */
9240   pointer t; /* the new node */
9241   t=mp_get_node(mp, mp->gr_object_size[c]);
9242   type(t)=c;
9243   path_p(t)=p;
9244   return t;
9245 };
9246
9247 @ We need an array to keep track of the sizes of graphical objects.
9248
9249 @<Glob...@>=
9250 small_number gr_object_size[mp_stop_bounds_code+1];
9251
9252 @ @<Set init...@>=
9253 mp->gr_object_size[mp_fill_code]=fill_node_size;
9254 mp->gr_object_size[mp_stroked_code]=stroked_node_size;
9255 mp->gr_object_size[mp_text_code]=text_node_size;
9256 mp->gr_object_size[mp_start_clip_code]=start_clip_size;
9257 mp->gr_object_size[mp_stop_clip_code]=stop_clip_size;
9258 mp->gr_object_size[mp_start_bounds_code]=start_bounds_size;
9259 mp->gr_object_size[mp_stop_bounds_code]=stop_bounds_size;
9260
9261 @ All the essential information in an edge structure is encoded as a linked list
9262 of graphical objects as we have just seen, but it is helpful to add some
9263 redundant information.  A single edge structure might be used as a dash pattern
9264 many times, and it would be nice to avoid scanning the same structure
9265 repeatedly.  Thus, an edge structure known to be a suitable dash pattern
9266 has a header that gives a list of dashes in a sorted order designed for rapid
9267 translation into \ps.
9268
9269 Each dash is represented by a three-word node containing the initial and final
9270 $x$~coordinates as well as the usual |link| field.  The |link| fields points to
9271 the dash node with the next higher $x$-coordinates and the final link points
9272 to a special location called |null_dash|.  (There should be no overlap between
9273 dashes).  Since the $y$~coordinate of the dash pattern is needed to determine
9274 the period of repetition, this needs to be stored in the edge header along
9275 with a pointer to the list of dash nodes.
9276
9277 @d start_x(A) mp->mem[(A)+1].sc  /* the starting $x$~coordinate in a dash node */
9278 @d stop_x(A) mp->mem[(A)+2].sc  /* the ending $x$~coordinate in a dash node */
9279 @d dash_node_size 3
9280 @d dash_list link
9281   /* in an edge header this points to the first dash node */
9282 @d dash_y(A) mp->mem[(A)+1].sc  /* $y$ value for the dash list in an edge header */
9283
9284 @ It is also convenient for an edge header to contain the bounding
9285 box information needed by the \&{llcorner} and \&{urcorner} operators
9286 so that this does not have to be recomputed unnecessarily.  This is done by
9287 adding fields for the $x$~and $y$ extremes as well as a pointer that indicates
9288 how far the bounding box computation has gotten.  Thus if the user asks for
9289 the bounding box and then adds some more text to the picture before asking
9290 for more bounding box information, the second computation need only look at
9291 the additional text.
9292
9293 When the bounding box has not been computed, the |bblast| pointer points
9294 to a dummy link at the head of the graphical object list while the |minx_val|
9295 and |miny_val| fields contain |el_gordo| and the |maxx_val| and |maxy_val|
9296 fields contain |-el_gordo|.
9297
9298 Since the bounding box of pictures containing objects of type
9299 |mp_start_bounds_code| depends on the value of \&{truecorners}, the bounding box
9300 @:mp_true_corners_}{\&{truecorners} primitive@>
9301 data might not be valid for all values of this parameter.  Hence, the |bbtype|
9302 field is needed to keep track of this.
9303
9304 @d minx_val(A) mp->mem[(A)+2].sc
9305 @d miny_val(A) mp->mem[(A)+3].sc
9306 @d maxx_val(A) mp->mem[(A)+4].sc
9307 @d maxy_val(A) mp->mem[(A)+5].sc
9308 @d bblast(A) link((A)+6)  /* last item considered in bounding box computation */
9309 @d bbtype(A) info((A)+6)  /* tells how bounding box data depends on \&{truecorners} */
9310 @d dummy_loc(A) ((A)+7)  /* where the object list begins in an edge header */
9311 @d no_bounds 0
9312   /* |bbtype| value when bounding box data is valid for all \&{truecorners} values */
9313 @d bounds_set 1
9314   /* |bbtype| value when bounding box data is for \&{truecorners}${}\le 0$ */
9315 @d bounds_unset 2
9316   /* |bbtype| value when bounding box data is for \&{truecorners}${}>0$ */
9317
9318 @c 
9319 void mp_init_bbox (MP mp,pointer h) {
9320   /* Initialize the bounding box information in edge structure |h| */
9321   bblast(h)=dummy_loc(h);
9322   bbtype(h)=no_bounds;
9323   minx_val(h)=el_gordo;
9324   miny_val(h)=el_gordo;
9325   maxx_val(h)=-el_gordo;
9326   maxy_val(h)=-el_gordo;
9327 }
9328
9329 @ The only other entries in an edge header are a reference count in the first
9330 word and a pointer to the tail of the object list in the last word.
9331
9332 @d obj_tail(A) info((A)+7)  /* points to the last entry in the object list */
9333 @d edge_header_size 8
9334
9335 @c 
9336 void mp_init_edges (MP mp,pointer h) {
9337   /* initialize an edge header to null values */
9338   dash_list(h)=null_dash;
9339   obj_tail(h)=dummy_loc(h);
9340   link(dummy_loc(h))=null;
9341   ref_count(h)=null;
9342   mp_init_bbox(mp, h);
9343 }
9344
9345 @ Here is how edge structures are deleted.  The process can be recursive because
9346 of the need to dereference edge structures that are used as dash patterns.
9347 @^recursion@>
9348
9349 @d add_edge_ref(A) incr(ref_count((A)))
9350 @d delete_edge_ref(A) { if ( ref_count((A))==null ) mp_toss_edges(mp, (A));
9351   else decr(ref_count((A))); }
9352
9353 @<Declare the recycling subroutines@>=
9354 void mp_flush_dash_list (MP mp,pointer h);
9355 pointer mp_toss_gr_object (MP mp,pointer p) ;
9356 void mp_toss_edges (MP mp,pointer h) ;
9357
9358 @ @c void mp_toss_edges (MP mp,pointer h) {
9359   pointer p,q;  /* pointers that scan the list being recycled */
9360   pointer r; /* an edge structure that object |p| refers to */
9361   mp_flush_dash_list(mp, h);
9362   q=link(dummy_loc(h));
9363   while ( (q!=null) ) { 
9364     p=q; q=link(q);
9365     r=mp_toss_gr_object(mp, p);
9366     if ( r!=null ) delete_edge_ref(r);
9367   }
9368   mp_free_node(mp, h,edge_header_size);
9369 }
9370 void mp_flush_dash_list (MP mp,pointer h) {
9371   pointer p,q;  /* pointers that scan the list being recycled */
9372   q=dash_list(h);
9373   while ( q!=null_dash ) { 
9374     p=q; q=link(q);
9375     mp_free_node(mp, p,dash_node_size);
9376   }
9377   dash_list(h)=null_dash;
9378 }
9379 pointer mp_toss_gr_object (MP mp,pointer p) {
9380   /* returns an edge structure that needs to be dereferenced */
9381   pointer e; /* the edge structure to return */
9382   e=null;
9383   @<Prepare to recycle graphical object |p|@>;
9384   mp_free_node(mp, p,mp->gr_object_size[type(p)]);
9385   return e;
9386 }
9387
9388 @ @<Prepare to recycle graphical object |p|@>=
9389 switch (type(p)) {
9390 case mp_fill_code: 
9391   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9392   if ( pen_p(p)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(p));
9393   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9394   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9395   break;
9396 case mp_stroked_code: 
9397   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9398   if ( pen_p(p)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(p));
9399   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9400   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9401   e=dash_p(p);
9402   break;
9403 case mp_text_code: 
9404   delete_str_ref(text_p(p));
9405   if ( pre_script(p)!=null ) delete_str_ref(pre_script(p));
9406   if ( post_script(p)!=null ) delete_str_ref(post_script(p));
9407   break;
9408 case mp_start_clip_code:
9409 case mp_start_bounds_code: 
9410   mp_toss_knot_list(mp, path_p(p));
9411   break;
9412 case mp_stop_clip_code:
9413 case mp_stop_bounds_code: 
9414   break;
9415 } /* there are no other cases */
9416
9417 @ If we use |add_edge_ref| to ``copy'' edge structures, the real copying needs
9418 to be done before making a significant change to an edge structure.  Much of
9419 the work is done in a separate routine |copy_objects| that copies a list of
9420 graphical objects into a new edge header.
9421
9422 @c @<Declare a function called |copy_objects|@>;
9423 pointer mp_private_edges (MP mp,pointer h) {
9424   /* make a private copy of the edge structure headed by |h| */
9425   pointer hh;  /* the edge header for the new copy */
9426   pointer p,pp;  /* pointers for copying the dash list */
9427   if ( ref_count(h)==null ) {
9428     return h;
9429   } else { 
9430     decr(ref_count(h));
9431     hh=mp_copy_objects(mp, link(dummy_loc(h)),null);
9432     @<Copy the dash list from |h| to |hh|@>;
9433     @<Copy the bounding box information from |h| to |hh| and make |bblast(hh)|
9434       point into the new object list@>;
9435     return hh;
9436   }
9437 }
9438
9439 @ Here we use the fact that |dash_list(hh)=link(hh)|.
9440 @^data structure assumptions@>
9441
9442 @<Copy the dash list from |h| to |hh|@>=
9443 pp=hh; p=dash_list(h);
9444 while ( (p!=null_dash) ) { 
9445   link(pp)=mp_get_node(mp, dash_node_size);
9446   pp=link(pp);
9447   start_x(pp)=start_x(p);
9448   stop_x(pp)=stop_x(p);
9449   p=link(p);
9450 }
9451 link(pp)=null_dash;
9452 dash_y(hh)=dash_y(h)
9453
9454 @ @<Copy the bounding box information from |h| to |hh|...@>=
9455 minx_val(hh)=minx_val(h);
9456 miny_val(hh)=miny_val(h);
9457 maxx_val(hh)=maxx_val(h);
9458 maxy_val(hh)=maxy_val(h);
9459 bbtype(hh)=bbtype(h);
9460 p=dummy_loc(h); pp=dummy_loc(hh);
9461 while ((p!=bblast(h)) ) { 
9462   if ( p==null ) mp_confusion(mp, "bblast");
9463 @:this can't happen bblast}{\quad bblast@>
9464   p=link(p); pp=link(pp);
9465 }
9466 bblast(hh)=pp
9467
9468 @ Here is the promised routine for copying graphical objects into a new edge
9469 structure.  It starts copying at object~|p| and stops just before object~|q|.
9470 If |q| is null, it copies the entire sublist headed at |p|.  The resulting edge
9471 structure requires further initialization by |init_bbox|.
9472
9473 @<Declare a function called |copy_objects|@>=
9474 pointer mp_copy_objects (MP mp, pointer p, pointer q) {
9475   pointer hh;  /* the new edge header */
9476   pointer pp;  /* the last newly copied object */
9477   small_number k;  /* temporary register */
9478   hh=mp_get_node(mp, edge_header_size);
9479   dash_list(hh)=null_dash;
9480   ref_count(hh)=null;
9481   pp=dummy_loc(hh);
9482   while ( (p!=q) ) {
9483     @<Make |link(pp)| point to a copy of object |p|, and update |p| and |pp|@>;
9484   }
9485   obj_tail(hh)=pp;
9486   link(pp)=null;
9487   return hh;
9488 }
9489
9490 @ @<Make |link(pp)| point to a copy of object |p|, and update |p| and |pp|@>=
9491 { k=mp->gr_object_size[type(p)];
9492   link(pp)=mp_get_node(mp, k);
9493   pp=link(pp);
9494   while ( (k>0) ) { decr(k); mp->mem[pp+k]=mp->mem[p+k];  };
9495   @<Fix anything in graphical object |pp| that should differ from the
9496     corresponding field in |p|@>;
9497   p=link(p);
9498 }
9499
9500 @ @<Fix anything in graphical object |pp| that should differ from the...@>=
9501 switch (type(p)) {
9502 case mp_start_clip_code:
9503 case mp_start_bounds_code: 
9504   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9505   break;
9506 case mp_fill_code: 
9507   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9508   if ( pen_p(p)!=null ) pen_p(pp)=copy_pen(pen_p(p));
9509   break;
9510 case mp_stroked_code: 
9511   path_p(pp)=mp_copy_path(mp, path_p(p));
9512   pen_p(pp)=copy_pen(pen_p(p));
9513   if ( dash_p(p)!=null ) add_edge_ref(dash_p(pp));
9514   break;
9515 case mp_text_code: 
9516   add_str_ref(text_p(pp));
9517   break;
9518 case mp_stop_clip_code:
9519 case mp_stop_bounds_code: 
9520   break;
9521 }  /* there are no other cases */
9522
9523 @ Here is one way to find an acceptable value for the second argument to
9524 |copy_objects|.  Given a non-null graphical object list, |skip_1component|
9525 skips past one picture component, where a ``picture component'' is a single
9526 graphical object, or a start bounds or start clip object and everything up
9527 through the matching stop bounds or stop clip object.  The macro version avoids
9528 procedure call overhead and error handling: |skip_component(p)(e)| advances |p|
9529 unless |p| points to a stop bounds or stop clip node, in which case it executes
9530 |e| instead.
9531
9532 @d skip_component(A)
9533     if ( ! is_start_or_stop((A)) ) (A)=link((A));
9534     else if ( ! is_stop((A)) ) (A)=mp_skip_1component(mp, (A));
9535     else 
9536
9537 @c 
9538 pointer mp_skip_1component (MP mp,pointer p) {
9539   integer lev; /* current nesting level */
9540   lev=0;
9541   do {  
9542    if ( is_start_or_stop(p) ) {
9543      if ( is_stop(p) ) decr(lev);  else incr(lev);
9544    }
9545    p=link(p);
9546   } while (lev!=0);
9547   return p;
9548 }
9549
9550 @ Here is a diagnostic routine for printing an edge structure in symbolic form.
9551
9552 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
9553 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>;
9554 void mp_print_edges (MP mp,pointer h, char *s, boolean nuline) {
9555   pointer p;  /* a graphical object to be printed */
9556   pointer hh,pp;  /* temporary pointers */
9557   scaled scf;  /* a scale factor for the dash pattern */
9558   boolean ok_to_dash;  /* |false| for polygonal pen strokes */
9559   mp_print_diagnostic(mp, "Edge structure",s,nuline);
9560   p=dummy_loc(h);
9561   while ( link(p)!=null ) { 
9562     p=link(p);
9563     mp_print_ln(mp);
9564     switch (type(p)) {
9565       @<Cases for printing graphical object node |p|@>;
9566     default: 
9567           mp_print(mp, "[unknown object type!]");
9568           break;
9569     }
9570   }
9571   mp_print_nl(mp, "End edges");
9572   if ( p!=obj_tail(h) ) mp_print(mp, "?");
9573 @.End edges?@>
9574   mp_end_diagnostic(mp, true);
9575 }
9576
9577 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9578 case mp_fill_code: 
9579   mp_print(mp, "Filled contour ");
9580   mp_print_obj_color(mp, p);
9581   mp_print_char(mp, ':'); mp_print_ln(mp);
9582   mp_pr_path(mp, path_p(p)); mp_print_ln(mp);
9583   if ( (pen_p(p)!=null) ) {
9584     @<Print join type for graphical object |p|@>;
9585     mp_print(mp, " with pen"); mp_print_ln(mp);
9586     mp_pr_pen(mp, pen_p(p));
9587   }
9588   break;
9589
9590 @ @<Print join type for graphical object |p|@>=
9591 switch (ljoin_val(p)) {
9592 case 0:
9593   mp_print(mp, "mitered joins limited ");
9594   mp_print_scaled(mp, miterlim_val(p));
9595   break;
9596 case 1:
9597   mp_print(mp, "round joins");
9598   break;
9599 case 2:
9600   mp_print(mp, "beveled joins");
9601   break;
9602 default: 
9603   mp_print(mp, "?? joins");
9604 @.??@>
9605   break;
9606 }
9607
9608 @ For stroked nodes, we need to print |lcap_val(p)| as well.
9609
9610 @<Print join and cap types for stroked node |p|@>=
9611 switch (lcap_val(p)) {
9612 case 0:mp_print(mp, "butt"); break;
9613 case 1:mp_print(mp, "round"); break;
9614 case 2:mp_print(mp, "square"); break;
9615 default: mp_print(mp, "??"); break;
9616 @.??@>
9617 }
9618 mp_print(mp, " ends, ");
9619 @<Print join type for graphical object |p|@>
9620
9621 @ Here is a routine that prints the color of a graphical object if it isn't
9622 black (the default color).
9623
9624 @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9625 @<Declare a procedure called |print_compact_node|@>;
9626 void mp_print_obj_color (MP mp,pointer p) { 
9627   if ( color_model(p)==grey_model ) {
9628     if ( grey_val(p)>0 ) { 
9629       mp_print(mp, "greyed ");
9630       mp_print_compact_node(mp, obj_grey_loc(p),1);
9631     };
9632   } else if ( color_model(p)==cmyk_model ) {
9633     if ( (cyan_val(p)>0) || (magenta_val(p)>0) || 
9634          (yellow_val(p)>0) || (black_val(p)>0) ) { 
9635       mp_print(mp, "processcolored ");
9636       mp_print_compact_node(mp, obj_cyan_loc(p),4);
9637     };
9638   } else if ( color_model(p)==rgb_model ) {
9639     if ( (red_val(p)>0) || (green_val(p)>0) || (blue_val(p)>0) ) { 
9640       mp_print(mp, "colored "); 
9641       mp_print_compact_node(mp, obj_red_loc(p),3);
9642     };
9643   }
9644 }
9645
9646 @ We also need a procedure for printing consecutive scaled values as if they
9647 were a known big node.
9648
9649 @<Declare a procedure called |print_compact_node|@>=
9650 void mp_print_compact_node (MP mp,pointer p, small_number k) {
9651   pointer q;  /* last location to print */
9652   q=p+k-1;
9653   mp_print_char(mp, '(');
9654   while ( p<=q ){ 
9655     mp_print_scaled(mp, mp->mem[p].sc);
9656     if ( p<q ) mp_print_char(mp, ',');
9657     incr(p);
9658   }
9659   mp_print_char(mp, ')');
9660 }
9661
9662 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9663 case mp_stroked_code: 
9664   mp_print(mp, "Filled pen stroke ");
9665   mp_print_obj_color(mp, p);
9666   mp_print_char(mp, ':'); mp_print_ln(mp);
9667   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9668   if ( dash_p(p)!=null ) { 
9669     mp_print_nl(mp, "dashed (");
9670     @<Finish printing the dash pattern that |p| refers to@>;
9671   }
9672   mp_print_ln(mp);
9673   @<Print join and cap types for stroked node |p|@>;
9674   mp_print(mp, " with pen"); mp_print_ln(mp);
9675   if ( pen_p(p)==null ) mp_print(mp, "???"); /* shouldn't happen */
9676 @.???@>
9677   else mp_pr_pen(mp, pen_p(p));
9678   break;
9679
9680 @ Normally, the  |dash_list| field in an edge header is set to |null_dash|
9681 when it is not known to define a suitable dash pattern.  This is disallowed
9682 here because the |dash_p| field should never point to such an edge header.
9683 Note that memory is allocated for |start_x(null_dash)| and we are free to
9684 give it any convenient value.
9685
9686 @<Finish printing the dash pattern that |p| refers to@>=
9687 ok_to_dash=pen_is_elliptical(pen_p(p));
9688 if ( ! ok_to_dash ) scf=unity; else scf=dash_scale(p);
9689 hh=dash_p(p);
9690 pp=dash_list(hh);
9691 if ( (pp==null_dash) || (dash_y(hh)<0) ) {
9692   mp_print(mp, " ??");
9693 } else { start_x(null_dash)=start_x(pp)+dash_y(hh);
9694   while ( pp!=null_dash ) { 
9695     mp_print(mp, "on ");
9696     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, stop_x(pp)-start_x(pp),scf));
9697     mp_print(mp, " off ");
9698     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, start_x(link(pp))-stop_x(pp),scf));
9699     pp = link(pp);
9700     if ( pp!=null_dash ) mp_print_char(mp, ' ');
9701   }
9702   mp_print(mp, ") shifted ");
9703   mp_print_scaled(mp, -mp_take_scaled(mp, mp_dash_offset(mp, hh),scf));
9704   if ( ! ok_to_dash || (dash_y(hh)==0) ) mp_print(mp, " (this will be ignored)");
9705 }
9706
9707 @ @<Declare subroutines needed by |print_edges|@>=
9708 scaled mp_dash_offset (MP mp,pointer h) {
9709   scaled x;  /* the answer */
9710   if ( (dash_list(h)==null_dash) || (dash_y(h)<0) ) mp_confusion(mp, "dash0");
9711 @:this can't happen dash0}{\quad dash0@>
9712   if ( dash_y(h)==0 ) {
9713     x=0; 
9714   } else { 
9715     x=-(start_x(dash_list(h)) % dash_y(h));
9716     if ( x<0 ) x=x+dash_y(h);
9717   }
9718   return x;
9719 }
9720
9721 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9722 case mp_text_code: 
9723   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp,text_p(p));
9724   mp_print(mp, "\" infont \""); mp_print(mp, mp->font_name[font_n(p)]);
9725   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_ln(mp);
9726   mp_print_obj_color(mp, p);
9727   mp_print(mp, "transformed ");
9728   mp_print_compact_node(mp, text_tx_loc(p),6);
9729   break;
9730
9731 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9732 case mp_start_clip_code: 
9733   mp_print(mp, "clipping path:");
9734   mp_print_ln(mp);
9735   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9736   break;
9737 case mp_stop_clip_code: 
9738   mp_print(mp, "stop clipping");
9739   break;
9740
9741 @ @<Cases for printing graphical object node |p|@>=
9742 case mp_start_bounds_code: 
9743   mp_print(mp, "setbounds path:");
9744   mp_print_ln(mp);
9745   mp_pr_path(mp, path_p(p));
9746   break;
9747 case mp_stop_bounds_code: 
9748   mp_print(mp, "end of setbounds");
9749   break;
9750
9751 @ To initialize the |dash_list| field in an edge header~|h|, we need a
9752 subroutine that scans an edge structure and tries to interpret it as a dash
9753 pattern.  This can only be done when there are no filled regions or clipping
9754 paths and all the pen strokes have the same color.  The first step is to let
9755 $y_0$ be the initial $y$~coordinate of the first pen stroke.  Then we implicitly
9756 project all the pen stroke paths onto the line $y=y_0$ and require that there
9757 be no retracing.  If the resulting paths cover a range of $x$~coordinates of
9758 length $\Delta x$, we set |dash_y(h)| to the length of the dash pattern by
9759 finding the maximum of $\Delta x$ and the absolute value of~$y_0$.
9760
9761 @c @<Declare a procedure called |x_retrace_error|@>;
9762 pointer mp_make_dashes (MP mp,pointer h) { /* returns |h| or |null| */
9763   pointer p;  /* this scans the stroked nodes in the object list */
9764   pointer p0;  /* if not |null| this points to the first stroked node */
9765   pointer pp,qq,rr;  /* pointers into |path_p(p)| */
9766   pointer d,dd;  /* pointers used to create the dash list */
9767   @<Other local variables in |make_dashes|@>;
9768   scaled y0=0;  /* the initial $y$ coordinate */
9769   if ( dash_list(h)!=null_dash ) 
9770         return h;
9771   p0=null;
9772   p=link(dummy_loc(h));
9773   while ( p!=null ) { 
9774     if ( type(p)!=mp_stroked_code ) {
9775       @<Compain that the edge structure contains a node of the wrong type
9776         and |goto not_found|@>;
9777     }
9778     pp=path_p(p);
9779     if ( p0==null ){ p0=p; y0=y_coord(pp);  };
9780     @<Make |d| point to a new dash node created from stroke |p| and path |pp|
9781       or |goto not_found| if there is an error@>;
9782     @<Insert |d| into the dash list and |goto not_found| if there is an error@>;
9783     p=link(p);
9784   }
9785   if ( dash_list(h)==null_dash ) 
9786     goto NOT_FOUND; /* No error message */
9787   @<Scan |dash_list(h)| and deal with any dashes that are themselves dashed@>;
9788   @<Set |dash_y(h)| and merge the first and last dashes if necessary@>;
9789   return h;
9790 NOT_FOUND: 
9791   @<Flush the dash list, recycle |h| and return |null|@>;
9792 };
9793
9794 @ @<Compain that the edge structure contains a node of the wrong type...@>=
9795
9796 print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9797 help3("When you say `dashed p', picture p should not contain any")
9798   ("text, filled regions, or clipping paths.  This time it did")
9799   ("so I'll just make it a solid line instead.");
9800 mp_put_get_error(mp);
9801 goto NOT_FOUND;
9802 }
9803
9804 @ A similar error occurs when monotonicity fails.
9805
9806 @<Declare a procedure called |x_retrace_error|@>=
9807 void mp_x_retrace_error (MP mp) { 
9808 print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9809 help3("When you say `dashed p', every path in p should be monotone")
9810   ("in x and there must be no overlapping.  This failed")
9811   ("so I'll just make it a solid line instead.");
9812 mp_put_get_error(mp);
9813 }
9814
9815 @ We stash |p| in |info(d)| if |dash_p(p)<>0| so that subsequent processing can
9816 handle the case where the pen stroke |p| is itself dashed.
9817
9818 @<Make |d| point to a new dash node created from stroke |p| and path...@>=
9819 @<Make sure |p| and |p0| are the same color and |goto not_found| if there is
9820   an error@>;
9821 rr=pp;
9822 if ( link(pp)!=pp ) {
9823   do {  
9824     qq=rr; rr=link(rr);
9825     @<Check for retracing between knots |qq| and |rr| and |goto not_found|
9826       if there is a problem@>;
9827   } while (right_type(rr)!=mp_endpoint);
9828 }
9829 d=mp_get_node(mp, dash_node_size);
9830 if ( dash_p(p)==0 ) info(d)=0;  else info(d)=p;
9831 if ( x_coord(pp)<x_coord(rr) ) { 
9832   start_x(d)=x_coord(pp);
9833   stop_x(d)=x_coord(rr);
9834 } else { 
9835   start_x(d)=x_coord(rr);
9836   stop_x(d)=x_coord(pp);
9837 }
9838
9839 @ We also need to check for the case where the segment from |qq| to |rr| is
9840 monotone in $x$ but is reversed relative to the path from |pp| to |qq|.
9841
9842 @<Check for retracing between knots |qq| and |rr| and |goto not_found|...@>=
9843 x0=x_coord(qq);
9844 x1=right_x(qq);
9845 x2=left_x(rr);
9846 x3=x_coord(rr);
9847 if ( (x0>x1) || (x1>x2) || (x2>x3) ) {
9848   if ( (x0<x1) || (x1<x2) || (x2<x3) ) {
9849     if ( mp_ab_vs_cd(mp, x2-x1,x2-x1,x1-x0,x3-x2)>0 ) {
9850       mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;
9851     }
9852   }
9853 }
9854 if ( (x_coord(pp)>x0) || (x0>x3) ) {
9855   if ( (x_coord(pp)<x0) || (x0<x3) ) {
9856     mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;
9857   }
9858 }
9859
9860 @ @<Other local variables in |make_dashes|@>=
9861   scaled x0,x1,x2,x3;  /* $x$ coordinates of the segment from |qq| to |rr| */
9862
9863 @ @<Make sure |p| and |p0| are the same color and |goto not_found|...@>=
9864 if ( (red_val(p)!=red_val(p0)) || (black_val(p)!=black_val(p0)) ||
9865   (green_val(p)!=green_val(p0)) || (blue_val(p)!=blue_val(p0)) ) {
9866   print_err("Picture is too complicated to use as a dash pattern");
9867   help3("When you say `dashed p', everything in picture p should")
9868     ("be the same color.  I can\'t handle your color changes")
9869     ("so I'll just make it a solid line instead.");
9870   mp_put_get_error(mp);
9871   goto NOT_FOUND;
9872 }
9873
9874 @ @<Insert |d| into the dash list and |goto not_found| if there is an error@>=
9875 start_x(null_dash)=stop_x(d);
9876 dd=h; /* this makes |link(dd)=dash_list(h)| */
9877 while ( start_x(link(dd))<stop_x(d) )
9878   dd=link(dd);
9879 if ( dd!=h ) {
9880   if ( (stop_x(dd)>start_x(d)) )
9881     { mp_x_retrace_error(mp); goto NOT_FOUND;  };
9882 }
9883 link(d)=link(dd);
9884 link(dd)=d
9885
9886 @ @<Set |dash_y(h)| and merge the first and last dashes if necessary@>=
9887 d=dash_list(h);
9888 while ( (link(d)!=null_dash) )
9889   d=link(d);
9890 dd=dash_list(h);
9891 dash_y(h)=stop_x(d)-start_x(dd);
9892 if ( abs(y0)>dash_y(h) ) {
9893   dash_y(h)=abs(y0);
9894 } else if ( d!=dd ) { 
9895   dash_list(h)=link(dd);
9896   stop_x(d)=stop_x(dd)+dash_y(h);
9897   mp_free_node(mp, dd,dash_node_size);
9898 }
9899
9900 @ We get here when the argument is a null picture or when there is an error.
9901 Recovering from an error involves making |dash_list(h)| empty to indicate
9902 that |h| is not known to be a valid dash pattern.  We also dereference |h|
9903 since it is not being used for the return value.
9904
9905 @<Flush the dash list, recycle |h| and return |null|@>=
9906 mp_flush_dash_list(mp, h);
9907 delete_edge_ref(h);
9908 return null
9909
9910 @ Having carefully saved the dashed stroked nodes in the
9911 corresponding dash nodes, we must be prepared to break up these dashes into
9912 smaller dashes.
9913
9914 @<Scan |dash_list(h)| and deal with any dashes that are themselves dashed@>=
9915 d=h;  /* now |link(d)=dash_list(h)| */
9916 while ( link(d)!=null_dash ) {
9917   ds=info(link(d));
9918   if ( ds==null ) { 
9919     d=link(d);
9920   } else {
9921     hh=dash_p(ds);
9922     hsf=dash_scale(ds);
9923     if ( (hh==null) ) mp_confusion(mp, "dash1");
9924 @:this can't happen dash0}{\quad dash1@>
9925     if ( dash_y(hh)==0 ) {
9926       d=link(d);
9927     } else { 
9928       if ( dash_list(hh)==null ) mp_confusion(mp, "dash1");
9929 @:this can't happen dash0}{\quad dash1@>
9930       @<Replace |link(d)| by a dashed version as determined by edge header
9931           |hh| and scale factor |ds|@>;
9932     }
9933   }
9934 }
9935
9936 @ @<Other local variables in |make_dashes|@>=
9937 pointer dln;  /* |link(d)| */
9938 pointer hh;  /* an edge header that tells how to break up |dln| */
9939 scaled hsf;  /* the dash pattern from |hh| gets scaled by this */
9940 pointer ds;  /* the stroked node from which |hh| and |hsf| are derived */
9941 scaled xoff;  /* added to $x$ values in |dash_list(hh)| to match |dln| */
9942
9943 @ @<Replace |link(d)| by a dashed version as determined by edge header...@>=
9944 dln=link(d);
9945 dd=dash_list(hh);
9946 xoff=start_x(dln)-mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))-
9947         mp_take_scaled(mp, hsf,mp_dash_offset(mp, hh));
9948 start_x(null_dash)=mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))
9949                    +mp_take_scaled(mp, hsf,dash_y(hh));
9950 stop_x(null_dash)=start_x(null_dash);
9951 @<Advance |dd| until finding the first dash that overlaps |dln| when
9952   offset by |xoff|@>;
9953 while ( start_x(dln)<=stop_x(dln) ) {
9954   @<If |dd| has `fallen off the end', back up to the beginning and fix |xoff|@>;
9955   @<Insert a dash between |d| and |dln| for the overlap with the offset version
9956     of |dd|@>;
9957   dd=link(dd);
9958   start_x(dln)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd));
9959 }
9960 link(d)=link(dln);
9961 mp_free_node(mp, dln,dash_node_size)
9962
9963 @ The name of this module is a bit of a lie because we actually just find the
9964 first |dd| where |take_scaled (hsf, stop_x(dd))| is large enough to make an
9965 overlap possible.  It could be that the unoffset version of dash |dln| falls
9966 in the gap between |dd| and its predecessor.
9967
9968 @<Advance |dd| until finding the first dash that overlaps |dln| when...@>=
9969 while ( xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd))<start_x(dln) ) {
9970   dd=link(dd);
9971 }
9972
9973 @ @<If |dd| has `fallen off the end', back up to the beginning and fix...@>=
9974 if ( dd==null_dash ) { 
9975   dd=dash_list(hh);
9976   xoff=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,dash_y(hh));
9977 }
9978
9979 @ At this point we already know that
9980 |start_x(dln)<=xoff+take_scaled(hsf,stop_x(dd))|.
9981
9982 @<Insert a dash between |d| and |dln| for the overlap with the offset...@>=
9983 if ( xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd))<=stop_x(dln) ) {
9984   link(d)=mp_get_node(mp, dash_node_size);
9985   d=link(d);
9986   link(d)=dln;
9987   if ( start_x(dln)>xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd)))
9988     start_x(d)=start_x(dln);
9989   else 
9990     start_x(d)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,start_x(dd));
9991   if ( stop_x(dln)<xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd)) ) 
9992     stop_x(d)=stop_x(dln);
9993   else 
9994     stop_x(d)=xoff+mp_take_scaled(mp, hsf,stop_x(dd));
9995 }
9996
9997 @ The next major task is to update the bounding box information in an edge
9998 header~|h|. This is done via a procedure |adjust_bbox| that enlarges an edge
9999 header's bounding box to accommodate the box computed by |path_bbox| or
10000 |pen_bbox|. (This is stored in global variables |minx|, |miny|, |maxx|, and
10001 |maxy|.)
10002
10003 @c void mp_adjust_bbox (MP mp,pointer h) { 
10004   if ( minx<minx_val(h) ) minx_val(h)=minx;
10005   if ( miny<miny_val(h) ) miny_val(h)=miny;
10006   if ( maxx>maxx_val(h) ) maxx_val(h)=maxx;
10007   if ( maxy>maxy_val(h) ) maxy_val(h)=maxy;
10008 }
10009
10010 @ Here is a special routine for updating the bounding box information in
10011 edge header~|h| to account for the squared-off ends of a non-cyclic path~|p|
10012 that is to be stroked with the pen~|pp|.
10013
10014 @c void mp_box_ends (MP mp, pointer p, pointer pp, pointer h) {
10015   pointer q;  /* a knot node adjacent to knot |p| */
10016   fraction dx,dy;  /* a unit vector in the direction out of the path at~|p| */
10017   scaled d;  /* a factor for adjusting the length of |(dx,dy)| */
10018   scaled z;  /* a coordinate being tested against the bounding box */
10019   scaled xx,yy;  /* the extreme pen vertex in the |(dx,dy)| direction */
10020   integer i; /* a loop counter */
10021   if ( right_type(p)!=mp_endpoint ) { 
10022     q=link(p);
10023     while (1) { 
10024       @<Make |(dx,dy)| the final direction for the path segment from
10025         |q| to~|p|; set~|d|@>;
10026       d=mp_pyth_add(mp, dx,dy);
10027       if ( d>0 ) { 
10028          @<Normalize the direction |(dx,dy)| and find the pen offset |(xx,yy)|@>;
10029          for (i=1;i<= 2;i++) { 
10030            @<Use |(dx,dy)| to generate a vertex of the square end cap and
10031              update the bounding box to accommodate it@>;
10032            dx=-dx; dy=-dy; 
10033         }
10034       }
10035       if ( right_type(p)==mp_endpoint ) {
10036          return;
10037       } else {
10038         @<Advance |p| to the end of the path and make |q| the previous knot@>;
10039       } 
10040     }
10041   }
10042 }
10043
10044 @ @<Make |(dx,dy)| the final direction for the path segment from...@>=
10045 if ( q==link(p) ) { 
10046   dx=x_coord(p)-right_x(p);
10047   dy=y_coord(p)-right_y(p);
10048   if ( (dx==0)&&(dy==0) ) {
10049     dx=x_coord(p)-left_x(q);
10050     dy=y_coord(p)-left_y(q);
10051   }
10052 } else { 
10053   dx=x_coord(p)-left_x(p);
10054   dy=y_coord(p)-left_y(p);
10055   if ( (dx==0)&&(dy==0) ) {
10056     dx=x_coord(p)-right_x(q);
10057     dy=y_coord(p)-right_y(q);
10058   }
10059 }
10060 dx=x_coord(p)-x_coord(q);
10061 dy=y_coord(p)-y_coord(q)
10062
10063 @ @<Normalize the direction |(dx,dy)| and find the pen offset |(xx,yy)|@>=
10064 dx=mp_make_fraction(mp, dx,d);
10065 dy=mp_make_fraction(mp, dy,d);
10066 mp_find_offset(mp, -dy,dx,pp);
10067 xx=mp->cur_x; yy=mp->cur_y
10068
10069 @ @<Use |(dx,dy)| to generate a vertex of the square end cap and...@>=
10070 mp_find_offset(mp, dx,dy,pp);
10071 d=mp_take_fraction(mp, xx-mp->cur_x,dx)+mp_take_fraction(mp, yy-mp->cur_y,dy);
10072 if ( ((d<0)&&(i==1)) || ((d>0)&&(i==2))) 
10073   mp_confusion(mp, "box_ends");
10074 @:this can't happen box ends}{\quad\\{box\_ends}@>
10075 z=x_coord(p)+mp->cur_x+mp_take_fraction(mp, d,dx);
10076 if ( z<minx_val(h) ) minx_val(h)=z;
10077 if ( z>maxx_val(h) ) maxx_val(h)=z;
10078 z=y_coord(p)+mp->cur_y+mp_take_fraction(mp, d,dy);
10079 if ( z<miny_val(h) ) miny_val(h)=z;
10080 if ( z>maxy_val(h) ) maxy_val(h)=z
10081
10082 @ @<Advance |p| to the end of the path and make |q| the previous knot@>=
10083 do {  
10084   q=p;
10085   p=link(p);
10086 } while (right_type(p)!=mp_endpoint)
10087
10088 @ The major difficulty in finding the bounding box of an edge structure is the
10089 effect of clipping paths.  We treat them conservatively by only clipping to the
10090 clipping path's bounding box, but this still
10091 requires recursive calls to |set_bbox| in order to find the bounding box of
10092 @^recursion@>
10093 the objects to be clipped.  Such calls are distinguished by the fact that the
10094 boolean parameter |top_level| is false.
10095
10096 @c void mp_set_bbox (MP mp,pointer h, boolean top_level) {
10097   pointer p;  /* a graphical object being considered */
10098   scaled sminx,sminy,smaxx,smaxy;
10099   /* for saving the bounding box during recursive calls */
10100   scaled x0,x1,y0,y1;  /* temporary registers */
10101   integer lev;  /* nesting level for |mp_start_bounds_code| nodes */
10102   @<Wipe out any existing bounding box information if |bbtype(h)| is
10103   incompatible with |internal[mp_true_corners]|@>;
10104   while ( link(bblast(h))!=null ) { 
10105     p=link(bblast(h));
10106     bblast(h)=p;
10107     switch (type(p)) {
10108     case mp_stop_clip_code: 
10109       if ( top_level ) mp_confusion(mp, "bbox");  else return;
10110 @:this can't happen bbox}{\quad bbox@>
10111       break;
10112     @<Other cases for updating the bounding box based on the type of object |p|@>;
10113     } /* all cases are enumerated above */
10114   }
10115   if ( ! top_level ) mp_confusion(mp, "bbox");
10116 }
10117
10118 @ @<Internal library declarations@>=
10119 void mp_set_bbox (MP mp,pointer h, boolean top_level);
10120
10121 @ @<Wipe out any existing bounding box information if |bbtype(h)| is...@>=
10122 switch (bbtype(h)) {
10123 case no_bounds: 
10124   break;
10125 case bounds_set: 
10126   if ( mp->internal[mp_true_corners]>0 ) mp_init_bbox(mp, h);
10127   break;
10128 case bounds_unset: 
10129   if ( mp->internal[mp_true_corners]<=0 ) mp_init_bbox(mp, h);
10130   break;
10131 } /* there are no other cases */
10132
10133 @ @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10134 case mp_fill_code: 
10135   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10136   if ( pen_p(p)!=null ) { 
10137     x0=minx; y0=miny;
10138     x1=maxx; y1=maxy;
10139     mp_pen_bbox(mp, pen_p(p));
10140     minx=minx+x0;
10141     miny=miny+y0;
10142     maxx=maxx+x1;
10143     maxy=maxy+y1;
10144   }
10145   mp_adjust_bbox(mp, h);
10146   break;
10147
10148 @ @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10149 case mp_start_bounds_code: 
10150   if ( mp->internal[mp_true_corners]>0 ) {
10151     bbtype(h)=bounds_unset;
10152   } else { 
10153     bbtype(h)=bounds_set;
10154     mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10155     mp_adjust_bbox(mp, h);
10156     @<Scan to the matching |mp_stop_bounds_code| node and update |p| and
10157       |bblast(h)|@>;
10158   }
10159   break;
10160 case mp_stop_bounds_code: 
10161   if ( mp->internal[mp_true_corners]<=0 ) mp_confusion(mp, "bbox2");
10162 @:this can't happen bbox2}{\quad bbox2@>
10163   break;
10164
10165 @ @<Scan to the matching |mp_stop_bounds_code| node and update |p| and...@>=
10166 lev=1;
10167 while ( lev!=0 ) { 
10168   if ( link(p)==null ) mp_confusion(mp, "bbox2");
10169 @:this can't happen bbox2}{\quad bbox2@>
10170   p=link(p);
10171   if ( type(p)==mp_start_bounds_code ) incr(lev);
10172   else if ( type(p)==mp_stop_bounds_code ) decr(lev);
10173 }
10174 bblast(h)=p
10175
10176 @ It saves a lot of grief here to be slightly conservative and not account for
10177 omitted parts of dashed lines.  We also don't worry about the material omitted
10178 when using butt end caps.  The basic computation is for round end caps and
10179 |box_ends| augments it for square end caps.
10180
10181 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10182 case mp_stroked_code: 
10183   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10184   x0=minx; y0=miny;
10185   x1=maxx; y1=maxy;
10186   mp_pen_bbox(mp, pen_p(p));
10187   minx=minx+x0;
10188   miny=miny+y0;
10189   maxx=maxx+x1;
10190   maxy=maxy+y1;
10191   mp_adjust_bbox(mp, h);
10192   if ( (left_type(path_p(p))==mp_endpoint)&&(lcap_val(p)==2) )
10193     mp_box_ends(mp, path_p(p), pen_p(p), h);
10194   break;
10195
10196 @ The height width and depth information stored in a text node determines a
10197 rectangle that needs to be transformed according to the transformation
10198 parameters stored in the text node.
10199
10200 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10201 case mp_text_code: 
10202   x1=mp_take_scaled(mp, txx_val(p),width_val(p));
10203   y0=mp_take_scaled(mp, txy_val(p),-depth_val(p));
10204   y1=mp_take_scaled(mp, txy_val(p),height_val(p));
10205   minx=tx_val(p);
10206   maxx=minx;
10207   if ( y0<y1 ) { minx=minx+y0; maxx=maxx+y1;  }
10208   else         { minx=minx+y1; maxx=maxx+y0;  }
10209   if ( x1<0 ) minx=minx+x1;  else maxx=maxx+x1;
10210   x1=mp_take_scaled(mp, tyx_val(p),width_val(p));
10211   y0=mp_take_scaled(mp, tyy_val(p),-depth_val(p));
10212   y1=mp_take_scaled(mp, tyy_val(p),height_val(p));
10213   miny=ty_val(p);
10214   maxy=miny;
10215   if ( y0<y1 ) { miny=miny+y0; maxy=maxy+y1;  }
10216   else         { miny=miny+y1; maxy=maxy+y0;  }
10217   if ( x1<0 ) miny=miny+x1;  else maxy=maxy+x1;
10218   mp_adjust_bbox(mp, h);
10219   break;
10220
10221 @ This case involves a recursive call that advances |bblast(h)| to the node of
10222 type |mp_stop_clip_code| that matches |p|.
10223
10224 @<Other cases for updating the bounding box...@>=
10225 case mp_start_clip_code: 
10226   mp_path_bbox(mp, path_p(p));
10227   x0=minx; y0=miny;
10228   x1=maxx; y1=maxy;
10229   sminx=minx_val(h); sminy=miny_val(h);
10230   smaxx=maxx_val(h); smaxy=maxy_val(h);
10231   @<Reinitialize the bounding box in header |h| and call |set_bbox| recursively
10232     starting at |link(p)|@>;
10233   @<Clip the bounding box in |h| to the rectangle given by |x0|, |x1|,
10234     |y0|, |y1|@>;
10235   minx=sminx; miny=sminy;
10236   maxx=smaxx; maxy=smaxy;
10237   mp_adjust_bbox(mp, h);
10238   break;
10239
10240 @ @<Reinitialize the bounding box in header |h| and call |set_bbox|...@>=
10241 minx_val(h)=el_gordo;
10242 miny_val(h)=el_gordo;
10243 maxx_val(h)=-el_gordo;
10244 maxy_val(h)=-el_gordo;
10245 mp_set_bbox(mp, h,false)
10246
10247 @ @<Clip the bounding box in |h| to the rectangle given by |x0|, |x1|,...@>=
10248 if ( minx_val(h)<x0 ) minx_val(h)=x0;
10249 if ( miny_val(h)<y0 ) miny_val(h)=y0;
10250 if ( maxx_val(h)>x1 ) maxx_val(h)=x1;
10251 if ( maxy_val(h)>y1 ) maxy_val(h)=y1
10252
10253 @* \[22] Finding an envelope.
10254 When \MP\ has a path and a polygonal pen, it needs to express the desired
10255 shape in terms of things \ps\ can understand.  The present task is to compute
10256 a new path that describes the region to be filled.  It is convenient to
10257 define this as a two step process where the first step is determining what
10258 offset to use for each segment of the path.
10259
10260 @ Given a pointer |c| to a cyclic path,
10261 and a pointer~|h| to the first knot of a pen polygon,
10262 the |offset_prep| routine changes the path into cubics that are
10263 associated with particular pen offsets. Thus if the cubic between |p|
10264 and~|q| is associated with the |k|th offset and the cubic between |q| and~|r|
10265 has offset |l| then |info(q)=zero_off+l-k|. (The constant |zero_off| is added
10266 to because |l-k| could be negative.)
10267
10268 After overwriting the type information with offset differences, we no longer
10269 have a true path so we refer to the knot list returned by |offset_prep| as an
10270 ``envelope spec.''
10271 @^envelope spec@>
10272 Since an envelope spec only determines relative changes in pen offsets,
10273 |offset_prep| sets a global variable |spec_offset| to the relative change from
10274 |h| to the first offset.
10275
10276 @d zero_off 16384 /* added to offset changes to make them positive */
10277
10278 @<Glob...@>=
10279 integer spec_offset; /* number of pen edges between |h| and the initial offset */
10280
10281 @ @c @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>;
10282 pointer mp_offset_prep (MP mp,pointer c, pointer h) {
10283   halfword n; /* the number of vertices in the pen polygon */
10284   pointer p,q,r,w, ww; /* for list manipulation */
10285   integer k_needed; /* amount to be added to |info(p)| when it is computed */
10286   pointer w0; /* a pointer to pen offset to use just before |p| */
10287   scaled dxin,dyin; /* the direction into knot |p| */
10288   integer turn_amt; /* change in pen offsets for the current cubic */
10289   @<Other local variables for |offset_prep|@>;
10290   dx0=0; dy0=0;
10291   @<Initialize the pen size~|n|@>;
10292   @<Initialize the incoming direction and pen offset at |c|@>;
10293   p=c; k_needed=0;
10294   do {  
10295     q=link(p);
10296     @<Split the cubic between |p| and |q|, if necessary, into cubics
10297       associated with single offsets, after which |q| should
10298       point to the end of the final such cubic@>;
10299     @<Advance |p| to node |q|, removing any ``dead'' cubics that
10300       might have been introduced by the splitting process@>;
10301   } while (q!=c);
10302   @<Fix the offset change in |info(c)| and set the return value of
10303     |offset_prep|@>;
10304 }
10305
10306 @ We shall want to keep track of where certain knots on the cyclic path
10307 wind up in the envelope spec.  It doesn't suffice just to keep pointers to
10308 knot nodes because some nodes are deleted while removing dead cubics.  Thus
10309 |offset_prep| updates the following pointers
10310
10311 @<Glob...@>=
10312 pointer spec_p1;
10313 pointer spec_p2; /* pointers to distinguished knots */
10314
10315 @ @<Set init...@>=
10316 mp->spec_p1=null; mp->spec_p2=null;
10317
10318 @ @<Initialize the pen size~|n|@>=
10319 n=0; p=h;
10320 do {  
10321   incr(n);
10322   p=link(p);
10323 } while (p!=h)
10324
10325 @ Since the true incoming direction isn't known yet, we just pick a direction
10326 consistent with the pen offset~|h|.  If this is wrong, it can be corrected
10327 later.
10328
10329 @<Initialize the incoming direction and pen offset at |c|@>=
10330 dxin=x_coord(link(h))-x_coord(knil(h));
10331 dyin=y_coord(link(h))-y_coord(knil(h));
10332 if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
10333   dxin=y_coord(knil(h))-y_coord(h);
10334   dyin=x_coord(h)-x_coord(knil(h));
10335 }
10336 w0=h
10337
10338 @ We must be careful not to remove the only cubic in a cycle.
10339
10340 But we must also be careful for another reason. If the user-supplied
10341 path starts with a set of degenerate cubics, these should not be removed
10342 because at this point we cannot do so cleanly. The relevant bug is
10343 tracker id 267, bugs 52c, reported by Boguslav.
10344
10345 @<Advance |p| to node |q|, removing any ``dead'' cubics...@>=
10346 do {  r=link(p);
10347 if ( x_coord(p)==right_x(p) ) if ( y_coord(p)==right_y(p) )
10348  if ( x_coord(p)==left_x(r) ) if ( y_coord(p)==left_y(r) )
10349   if ( x_coord(p)==x_coord(r) ) if ( y_coord(p)==y_coord(r) )
10350     if ( r!=p ) if ( ((r!=q) || (originator(r)!=metapost_user)) ) {
10351       @<Remove the cubic following |p| and update the data structures
10352         to merge |r| into |p|@>;
10353 }
10354 p=r;
10355 } while (p!=q)
10356
10357 @ @<Remove the cubic following |p| and update the data structures...@>=
10358 { k_needed=info(p)-zero_off;
10359   if ( r==q ) { 
10360     q=p;
10361   } else { 
10362     info(p)=k_needed+info(r);
10363     k_needed=0;
10364   };
10365   if ( r==c ) { info(p)=info(c); c=p; };
10366   if ( r==mp->spec_p1 ) mp->spec_p1=p;
10367   if ( r==mp->spec_p2 ) mp->spec_p2=p;
10368   r=p; mp_remove_cubic(mp, p);
10369 }
10370
10371 @ Not setting the |info| field of the newly created knot allows the splitting
10372 routine to work for paths.
10373
10374 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10375 void mp_split_cubic (MP mp,pointer p, fraction t) { /* splits the cubic after |p| */
10376   scaled v; /* an intermediate value */
10377   pointer q,r; /* for list manipulation */
10378   q=link(p); r=mp_get_node(mp, knot_node_size); link(p)=r; link(r)=q;
10379   originator(r)=program_code;
10380   left_type(r)=mp_explicit; right_type(r)=mp_explicit;
10381   v=t_of_the_way(right_x(p),left_x(q));
10382   right_x(p)=t_of_the_way(x_coord(p),right_x(p));
10383   left_x(q)=t_of_the_way(left_x(q),x_coord(q));
10384   left_x(r)=t_of_the_way(right_x(p),v);
10385   right_x(r)=t_of_the_way(v,left_x(q));
10386   x_coord(r)=t_of_the_way(left_x(r),right_x(r));
10387   v=t_of_the_way(right_y(p),left_y(q));
10388   right_y(p)=t_of_the_way(y_coord(p),right_y(p));
10389   left_y(q)=t_of_the_way(left_y(q),y_coord(q));
10390   left_y(r)=t_of_the_way(right_y(p),v);
10391   right_y(r)=t_of_the_way(v,left_y(q));
10392   y_coord(r)=t_of_the_way(left_y(r),right_y(r));
10393 }
10394
10395 @ This does not set |info(p)| or |right_type(p)|.
10396
10397 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10398 void mp_remove_cubic (MP mp,pointer p) { /* removes the dead cubic following~|p| */
10399   pointer q; /* the node that disappears */
10400   q=link(p); link(p)=link(q);
10401   right_x(p)=right_x(q); right_y(p)=right_y(q);
10402   mp_free_node(mp, q,knot_node_size);
10403 }
10404
10405 @ Let $d\prec d'$ mean that the counter-clockwise angle from $d$ to~$d'$ is
10406 strictly between zero and $180^\circ$.  Then we can define $d\preceq d'$ to
10407 mean that the angle could be zero or $180^\circ$. If $w_k=(u_k,v_k)$ is the
10408 $k$th pen offset, the $k$th pen edge direction is defined by the formula
10409 $$d_k=(u\k-u_k,\,v\k-v_k).$$
10410 When listed by increasing $k$, these directions occur in counter-clockwise
10411 order so that $d_k\preceq d\k$ for all~$k$.
10412 The goal of |offset_prep| is to find an offset index~|k| to associate with
10413 each cubic, such that the direction $d(t)$ of the cubic satisfies
10414 $$d_{k-1}\preceq d(t)\preceq d_k\qquad\hbox{for $0\le t\le 1$.}\eqno(*)$$
10415 We may have to split a cubic into many pieces before each
10416 piece corresponds to a unique offset.
10417
10418 @<Split the cubic between |p| and |q|, if necessary, into cubics...@>=
10419 info(p)=zero_off+k_needed;
10420 k_needed=0;
10421 @<Prepare for derivative computations;
10422   |goto not_found| if the current cubic is dead@>;
10423 @<Find the initial direction |(dx,dy)|@>;
10424 @<Update |info(p)| and find the offset $w_k$ such that
10425   $d_{k-1}\preceq(\\{dx},\\{dy})\prec d_k$; also advance |w0| for
10426   the direction change at |p|@>;
10427 @<Find the final direction |(dxin,dyin)|@>;
10428 @<Decide on the net change in pen offsets and set |turn_amt|@>;
10429 @<Complete the offset splitting process@>;
10430 w0=mp_pen_walk(mp, w0,turn_amt);
10431 NOT_FOUND: do_nothing
10432
10433 @ @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10434 pointer mp_pen_walk (MP mp,pointer w, integer k) {
10435   /* walk |k| steps around a pen from |w| */
10436   while ( k>0 ) { w=link(w); decr(k);  };
10437   while ( k<0 ) { w=knil(w); incr(k);  };
10438   return w;
10439 }
10440
10441 @ The direction of a cubic $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)=\bigl(x(t),y(t)\bigr)$ can be
10442 calculated from the quadratic polynomials
10443 ${1\over3}x'(t)=B(x_1-x_0,x_2-x_1,x_3-x_2;t)$ and
10444 ${1\over3}y'(t)=B(y_1-y_0,y_2-y_1,y_3-y_2;t)$.
10445 Since we may be calculating directions from several cubics
10446 split from the current one, it is desirable to do these calculations
10447 without losing too much precision. ``Scaled up'' values of the
10448 derivatives, which will be less tainted by accumulated errors than
10449 derivatives found from the cubics themselves, are maintained in
10450 local variables |x0|, |x1|, and |x2|, representing $X_0=2^l(x_1-x_0)$,
10451 $X_1=2^l(x_2-x_1)$, and $X_2=2^l(x_3-x_2)$; similarly |y0|, |y1|, and~|y2|
10452 represent $Y_0=2^l(y_1-y_0)$, $Y_1=2^l(y_2-y_1)$, and $Y_2=2^l(y_3-y_2)$.
10453
10454 @<Other local variables for |offset_prep|@>=
10455 integer x0,x1,x2,y0,y1,y2; /* representatives of derivatives */
10456 integer t0,t1,t2; /* coefficients of polynomial for slope testing */
10457 integer du,dv,dx,dy; /* for directions of the pen and the curve */
10458 integer dx0,dy0; /* initial direction for the first cubic in the curve */
10459 integer mp_max_coef; /* used while scaling */
10460 integer x0a,x1a,x2a,y0a,y1a,y2a; /* intermediate values */
10461 fraction t; /* where the derivative passes through zero */
10462 fraction s; /* a temporary value */
10463
10464 @ @<Prepare for derivative computations...@>=
10465 x0=right_x(p)-x_coord(p);
10466 x2=x_coord(q)-left_x(q);
10467 x1=left_x(q)-right_x(p);
10468 y0=right_y(p)-y_coord(p); y2=y_coord(q)-left_y(q);
10469 y1=left_y(q)-right_y(p);
10470 mp_max_coef=abs(x0);
10471 if ( abs(x1)>mp_max_coef ) mp_max_coef=abs(x1);
10472 if ( abs(x2)>mp_max_coef ) mp_max_coef=abs(x2);
10473 if ( abs(y0)>mp_max_coef ) mp_max_coef=abs(y0);
10474 if ( abs(y1)>mp_max_coef ) mp_max_coef=abs(y1);
10475 if ( abs(y2)>mp_max_coef ) mp_max_coef=abs(y2);
10476 if ( mp_max_coef==0 ) goto NOT_FOUND;
10477 while ( mp_max_coef<fraction_half ) {
10478   mp_max_coef+=mp_max_coef;
10479   x0+=x0; x1+=x1; x2+=x2;
10480   y0+=y0; y1+=y1; y2+=y2;
10481 }
10482
10483 @ Let us first solve a special case of the problem: Suppose we
10484 know an index~$k$ such that either (i)~$d(t)\succeq d_{k-1}$ for all~$t$
10485 and $d(0)\prec d_k$, or (ii)~$d(t)\preceq d_k$ for all~$t$ and
10486 $d(0)\succ d_{k-1}$.
10487 Then, in a sense, we're halfway done, since one of the two relations
10488 in $(*)$ is satisfied, and the other couldn't be satisfied for
10489 any other value of~|k|.
10490
10491 Actually, the conditions can be relaxed somewhat since a relation such as
10492 $d(t)\succeq d_{k-1}$ restricts $d(t)$ to a half plane when all that really
10493 matters is whether $d(t)$ crosses the ray in the $d_{k-1}$ direction from
10494 the origin.  The condition for case~(i) becomes $d_{k-1}\preceq d(0)\prec d_k$
10495 and $d(t)$ never crosses the $d_{k-1}$ ray in the clockwise direction.
10496 Case~(ii) is similar except $d(t)$ cannot cross the $d_k$ ray in the
10497 counterclockwise direction.
10498
10499 The |fin_offset_prep| subroutine solves the stated subproblem.
10500 It has a parameter called |rise| that is |1| in
10501 case~(i), |-1| in case~(ii). Parameters |x0| through |y2| represent
10502 the derivative of the cubic following |p|.
10503 The |w| parameter should point to offset~$w_k$ and |info(p)| should already
10504 be set properly.  The |turn_amt| parameter gives the absolute value of the
10505 overall net change in pen offsets.
10506
10507 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10508 void mp_fin_offset_prep (MP mp,pointer p, pointer w, integer 
10509   x0,integer x1, integer x2, integer y0, integer y1, integer y2, 
10510   integer rise, integer turn_amt)  {
10511   pointer ww; /* for list manipulation */
10512   scaled du,dv; /* for slope calculation */
10513   integer t0,t1,t2; /* test coefficients */
10514   fraction t; /* place where the derivative passes a critical slope */
10515   fraction s; /* slope or reciprocal slope */
10516   integer v; /* intermediate value for updating |x0..y2| */
10517   pointer q; /* original |link(p)| */
10518   q=link(p);
10519   while (1)  { 
10520     if ( rise>0 ) ww=link(w); /* a pointer to $w\k$ */
10521     else  ww=knil(w); /* a pointer to $w_{k-1}$ */
10522     @<Compute test coefficients |(t0,t1,t2)|
10523       for $d(t)$ versus $d_k$ or $d_{k-1}$@>;
10524     t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,t2);
10525     if ( t>=fraction_one ) {
10526       if ( turn_amt>0 ) t=fraction_one;  else return;
10527     }
10528     @<Split the cubic at $t$,
10529       and split off another cubic if the derivative crosses back@>;
10530     w=ww;
10531   }
10532 }
10533
10534 @ We want $B(\\{t0},\\{t1},\\{t2};t)$ to be the dot product of $d(t)$ with a
10535 $-90^\circ$ rotation of the vector from |w| to |ww|.  This makes the resulting
10536 function cross from positive to negative when $d_{k-1}\preceq d(t)\preceq d_k$
10537 begins to fail.
10538
10539 @<Compute test coefficients |(t0,t1,t2)| for $d(t)$ versus...@>=
10540 du=x_coord(ww)-x_coord(w); dv=y_coord(ww)-y_coord(w);
10541 if ( abs(du)>=abs(dv) ) {
10542   s=mp_make_fraction(mp, dv,du);
10543   t0=mp_take_fraction(mp, x0,s)-y0;
10544   t1=mp_take_fraction(mp, x1,s)-y1;
10545   t2=mp_take_fraction(mp, x2,s)-y2;
10546   if ( du<0 ) { negate(t0); negate(t1); negate(t2);  }
10547 } else { 
10548   s=mp_make_fraction(mp, du,dv);
10549   t0=x0-mp_take_fraction(mp, y0,s);
10550   t1=x1-mp_take_fraction(mp, y1,s);
10551   t2=x2-mp_take_fraction(mp, y2,s);
10552   if ( dv<0 ) { negate(t0); negate(t1); negate(t2);  }
10553 }
10554 if ( t0<0 ) t0=0 /* should be positive without rounding error */
10555
10556 @ The curve has crossed $d_k$ or $d_{k-1}$; its initial segment satisfies
10557 $(*)$, and it might cross again, yielding another solution of $(*)$.
10558
10559 @<Split the cubic at $t$, and split off another...@>=
10560
10561 mp_split_cubic(mp, p,t); p=link(p); info(p)=zero_off+rise;
10562 decr(turn_amt);
10563 v=t_of_the_way(x0,x1); x1=t_of_the_way(x1,x2);
10564 x0=t_of_the_way(v,x1);
10565 v=t_of_the_way(y0,y1); y1=t_of_the_way(y1,y2);
10566 y0=t_of_the_way(v,y1);
10567 if ( turn_amt<0 ) {
10568   t1=t_of_the_way(t1,t2);
10569   if ( t1>0 ) t1=0; /* without rounding error, |t1| would be |<=0| */
10570   t=mp_crossing_point(mp, 0,-t1,-t2);
10571   if ( t>fraction_one ) t=fraction_one;
10572   incr(turn_amt);
10573   if ( (t==fraction_one)&&(link(p)!=q) ) {
10574     info(link(p))=info(link(p))-rise;
10575   } else { 
10576     mp_split_cubic(mp, p,t); info(link(p))=zero_off-rise;
10577     v=t_of_the_way(x1,x2); x1=t_of_the_way(x0,x1);
10578     x2=t_of_the_way(x1,v);
10579     v=t_of_the_way(y1,y2); y1=t_of_the_way(y0,y1);
10580     y2=t_of_the_way(y1,v);
10581   }
10582 }
10583 }
10584
10585 @ Now we must consider the general problem of |offset_prep|, when
10586 nothing is known about a given cubic. We start by finding its
10587 direction in the vicinity of |t=0|.
10588
10589 If $z'(t)=0$, the given cubic is numerically unstable but |offset_prep|
10590 has not yet introduced any more numerical errors.  Thus we can compute
10591 the true initial direction for the given cubic, even if it is almost
10592 degenerate.
10593
10594 @<Find the initial direction |(dx,dy)|@>=
10595 dx=x0; dy=y0;
10596 if ( dx==0 ) if ( dy==0 ) { 
10597   dx=x1; dy=y1;
10598   if ( dx==0 ) if ( dy==0 ) { 
10599     dx=x2; dy=y2;
10600   }
10601 }
10602 if ( p==c ) { dx0=dx; dy0=dy;  }
10603
10604 @ @<Find the final direction |(dxin,dyin)|@>=
10605 dxin=x2; dyin=y2;
10606 if ( dxin==0 ) if ( dyin==0 ) {
10607   dxin=x1; dyin=y1;
10608   if ( dxin==0 ) if ( dyin==0 ) {
10609     dxin=x0; dyin=y0;
10610   }
10611 }
10612
10613 @ The next step is to bracket the initial direction between consecutive
10614 edges of the pen polygon.  We must be careful to turn clockwise only if
10615 this makes the turn less than $180^\circ$. (A $180^\circ$ turn must be
10616 counter-clockwise in order to make \&{doublepath} envelopes come out
10617 @:double_path_}{\&{doublepath} primitive@>
10618 right.) This code depends on |w0| being the offset for |(dxin,dyin)|.
10619
10620 @<Update |info(p)| and find the offset $w_k$ such that...@>=
10621 turn_amt=mp_get_turn_amt(mp, w0, dx, dy, mp_ab_vs_cd(mp, dy,dxin,dx,dyin)>=0);
10622 w=mp_pen_walk(mp, w0, turn_amt);
10623 w0=w;
10624 info(p)=info(p)+turn_amt
10625
10626 @ Decide how many pen offsets to go away from |w| in order to find the offset
10627 for |(dx,dy)|, going counterclockwise if |ccw| is |true|.  This assumes that
10628 |w| is the offset for some direction $(x',y')$ from which the angle to |(dx,dy)|
10629 in the sense determined by |ccw| is less than or equal to $180^\circ$.
10630
10631 If the pen polygon has only two edges, they could both be parallel
10632 to |(dx,dy)|.  In this case, we must be careful to stop after crossing the first
10633 such edge in order to avoid an infinite loop.
10634
10635 @<Declare subroutines needed by |offset_prep|@>=
10636 integer mp_get_turn_amt (MP mp,pointer w, scaled  dx,
10637                          scaled dy, boolean  ccw) {
10638   pointer ww; /* a neighbor of knot~|w| */
10639   integer s; /* turn amount so far */
10640   integer t; /* |ab_vs_cd| result */
10641   s=0;
10642   if ( ccw ) { 
10643     ww=link(w);
10644     do {  
10645       t=mp_ab_vs_cd(mp, dy,x_coord(ww)-x_coord(w),
10646                         dx,y_coord(ww)-y_coord(w));
10647       if ( t<0 ) break;
10648       incr(s);
10649       w=ww; ww=link(ww);
10650     } while (t>0);
10651   } else { 
10652     ww=knil(w);
10653     while ( mp_ab_vs_cd(mp, dy,x_coord(w)-x_coord(ww),
10654                             dx,y_coord(w)-y_coord(ww))<0 ) { 
10655       decr(s);
10656       w=ww; ww=knil(ww);
10657     }
10658   }
10659   return s;
10660 }
10661
10662 @ When we're all done, the final offset is |w0| and the final curve direction
10663 is |(dxin,dyin)|.  With this knowledge of the incoming direction at |c|, we
10664 can correct |info(c)| which was erroneously based on an incoming offset
10665 of~|h|.
10666
10667 @d fix_by(A) info(c)=info(c)+(A)
10668
10669 @<Fix the offset change in |info(c)| and set the return value of...@>=
10670 mp->spec_offset=info(c)-zero_off;
10671 if ( link(c)==c ) {
10672   info(c)=zero_off+n;
10673 } else { 
10674   fix_by(k_needed);
10675   while ( w0!=h ) { fix_by(1); w0=link(w0);  };
10676   while ( info(c)<=zero_off-n ) fix_by(n);
10677   while ( info(c)>zero_off ) fix_by(-n);
10678   if ( (info(c)!=zero_off)&&(mp_ab_vs_cd(mp, dy0,dxin,dx0,dyin)>=0) ) fix_by(n);
10679 }
10680 return c
10681
10682 @ Finally we want to reduce the general problem to situations that
10683 |fin_offset_prep| can handle. We split the cubic into at most three parts
10684 with respect to $d_{k-1}$, and apply |fin_offset_prep| to each part.
10685
10686 @<Complete the offset splitting process@>=
10687 ww=knil(w);
10688 @<Compute test coeff...@>;
10689 @<Find the first |t| where $d(t)$ crosses $d_{k-1}$ or set
10690   |t:=fraction_one+1|@>;
10691 if ( t>fraction_one ) {
10692   mp_fin_offset_prep(mp, p,w,x0,x1,x2,y0,y1,y2,1,turn_amt);
10693 } else {
10694   mp_split_cubic(mp, p,t); r=link(p);
10695   x1a=t_of_the_way(x0,x1); x1=t_of_the_way(x1,x2);
10696   x2a=t_of_the_way(x1a,x1);
10697   y1a=t_of_the_way(y0,y1); y1=t_of_the_way(y1,y2);
10698   y2a=t_of_the_way(y1a,y1);
10699   mp_fin_offset_prep(mp, p,w,x0,x1a,x2a,y0,y1a,y2a,1,0); x0=x2a; y0=y2a;
10700   info(r)=zero_off-1;
10701   if ( turn_amt>=0 ) {
10702     t1=t_of_the_way(t1,t2);
10703     if ( t1>0 ) t1=0;
10704     t=mp_crossing_point(mp, 0,-t1,-t2);
10705     if ( t>fraction_one ) t=fraction_one;
10706     @<Split off another rising cubic for |fin_offset_prep|@>;
10707     mp_fin_offset_prep(mp, r,ww,x0,x1,x2,y0,y1,y2,-1,0);
10708   } else {
10709     mp_fin_offset_prep(mp, r,ww,x0,x1,x2,y0,y1,y2,-1,-1-turn_amt);
10710   }
10711 }
10712
10713 @ @<Split off another rising cubic for |fin_offset_prep|@>=
10714 mp_split_cubic(mp, r,t); info(link(r))=zero_off+1;
10715 x1a=t_of_the_way(x1,x2); x1=t_of_the_way(x0,x1);
10716 x0a=t_of_the_way(x1,x1a);
10717 y1a=t_of_the_way(y1,y2); y1=t_of_the_way(y0,y1);
10718 y0a=t_of_the_way(y1,y1a);
10719 mp_fin_offset_prep(mp, link(r),w,x0a,x1a,x2,y0a,y1a,y2,1,turn_amt);
10720 x2=x0a; y2=y0a
10721
10722 @ At this point, the direction of the incoming pen edge is |(-du,-dv)|.
10723 When the component of $d(t)$ perpendicular to |(-du,-dv)| crosses zero, we
10724 need to decide whether the directions are parallel or antiparallel.  We
10725 can test this by finding the dot product of $d(t)$ and |(-du,-dv)|, but this
10726 should be avoided when the value of |turn_amt| already determines the
10727 answer.  If |t2<0|, there is one crossing and it is antiparallel only if
10728 |turn_amt>=0|.  If |turn_amt<0|, there should always be at least one
10729 crossing and the first crossing cannot be antiparallel.
10730
10731 @<Find the first |t| where $d(t)$ crosses $d_{k-1}$ or set...@>=
10732 t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,t2);
10733 if ( turn_amt>=0 ) {
10734   if ( t2<0 ) {
10735     t=fraction_one+1;
10736   } else { 
10737     u0=t_of_the_way(x0,x1);
10738     u1=t_of_the_way(x1,x2);
10739     ss=mp_take_fraction(mp, -du,t_of_the_way(u0,u1));
10740     v0=t_of_the_way(y0,y1);
10741     v1=t_of_the_way(y1,y2);
10742     ss=ss+mp_take_fraction(mp, -dv,t_of_the_way(v0,v1));
10743     if ( ss<0 ) t=fraction_one+1;
10744   }
10745 } else if ( t>fraction_one ) {
10746   t=fraction_one;
10747 }
10748
10749 @ @<Other local variables for |offset_prep|@>=
10750 integer u0,u1,v0,v1; /* intermediate values for $d(t)$ calculation */
10751 integer ss = 0; /* the part of the dot product computed so far */
10752 int d_sign; /* sign of overall change in direction for this cubic */
10753
10754 @ If the cubic almost has a cusp, it is a numerically ill-conditioned
10755 problem to decide which way it loops around but that's OK as long we're
10756 consistent.  To make \&{doublepath} envelopes work properly, reversing
10757 the path should always change the sign of |turn_amt|.
10758
10759 @<Decide on the net change in pen offsets and set |turn_amt|@>=
10760 d_sign=mp_ab_vs_cd(mp, dx,dyin, dxin,dy);
10761 if ( d_sign==0 ) {
10762   if ( dx==0 ) {
10763     if ( dy>0 ) d_sign=1;  else d_sign=-1;
10764   } else if ( dx>0 ) { 
10765     d_sign=1;  
10766   } else { 
10767     d_sign=-1; 
10768   }
10769 }
10770 @<Make |ss| negative if and only if the total change in direction is
10771   more than $180^\circ$@>;
10772 turn_amt=mp_get_turn_amt(mp, w, dxin, dyin, d_sign>0);
10773 if ( ss<0 ) turn_amt=turn_amt-d_sign*n
10774
10775 @ In order to be invariant under path reversal, the result of this computation
10776 should not change when |x0|, |y0|, $\ldots$ are all negated and |(x0,y0)| is
10777 then swapped with |(x2,y2)|.  We make use of the identities
10778 |take_fraction(-a,-b)=take_fraction(a,b)| and
10779 |t_of_the_way(-a,-b)=-(t_of_the_way(a,b))|.
10780
10781 @<Make |ss| negative if and only if the total change in direction is...@>=
10782 t0=half(mp_take_fraction(mp, x0,y2))-half(mp_take_fraction(mp, x2,y0));
10783 t1=half(mp_take_fraction(mp, x1,y0+y2))-half(mp_take_fraction(mp, y1,x0+x2));
10784 if ( t0==0 ) t0=d_sign; /* path reversal always negates |d_sign| */
10785 if ( t0>0 ) {
10786   t=mp_crossing_point(mp, t0,t1,-t0);
10787   u0=t_of_the_way(x0,x1);
10788   u1=t_of_the_way(x1,x2);
10789   v0=t_of_the_way(y0,y1);
10790   v1=t_of_the_way(y1,y2);
10791 } else { 
10792   t=mp_crossing_point(mp, -t0,t1,t0);
10793   u0=t_of_the_way(x2,x1);
10794   u1=t_of_the_way(x1,x0);
10795   v0=t_of_the_way(y2,y1);
10796   v1=t_of_the_way(y1,y0);
10797 }
10798 s=mp_take_fraction(mp, x0+x2,t_of_the_way(u0,u1))+
10799   mp_take_fraction(mp, y0+y2,t_of_the_way(v0,v1))
10800
10801 @ Here's a routine that prints an envelope spec in symbolic form.  It assumes
10802 that the |cur_pen| has not been walked around to the first offset.
10803
10804 @c 
10805 void mp_print_spec (MP mp,pointer cur_spec, pointer cur_pen, char *s) {
10806   pointer p,q; /* list traversal */
10807   pointer w; /* the current pen offset */
10808   mp_print_diagnostic(mp, "Envelope spec",s,true);
10809   p=cur_spec; w=mp_pen_walk(mp, cur_pen,mp->spec_offset);
10810   mp_print_ln(mp);
10811   mp_print_two(mp, x_coord(cur_spec),y_coord(cur_spec));
10812   mp_print(mp, " % beginning with offset ");
10813   mp_print_two(mp, x_coord(w),y_coord(w));
10814   do { 
10815     do {  
10816       q=link(p);
10817       @<Print the cubic between |p| and |q|@>;
10818       p=q;
10819     } while (! ((p==cur_spec) || (info(p)!=zero_off)));
10820     if ( info(p)!=zero_off ) {
10821       @<Update |w| as indicated by |info(p)| and print an explanation@>;
10822     }
10823   } while (p!=cur_spec);
10824   mp_print_nl(mp, " & cycle");
10825   mp_end_diagnostic(mp, true);
10826 }
10827
10828 @ @<Update |w| as indicated by |info(p)| and print an explanation@>=
10829
10830   w=mp_pen_walk(mp, w,info(p)-zero_off);
10831   mp_print(mp, " % ");
10832   if ( info(p)>zero_off ) mp_print(mp, "counter");
10833   mp_print(mp, "clockwise to offset ");
10834   mp_print_two(mp, x_coord(w),y_coord(w));
10835 }
10836
10837 @ @<Print the cubic between |p| and |q|@>=
10838
10839   mp_print_nl(mp, "   ..controls ");
10840   mp_print_two(mp, right_x(p),right_y(p));
10841   mp_print(mp, " and ");
10842   mp_print_two(mp, left_x(q),left_y(q));
10843   mp_print_nl(mp, " ..");
10844   mp_print_two(mp, x_coord(q),y_coord(q));
10845 }
10846
10847 @ Once we have an envelope spec, the remaining task to construct the actual
10848 envelope by offsetting each cubic as determined by the |info| fields in
10849 the knots.  First we use |offset_prep| to convert the |c| into an envelope
10850 spec. Then we add the offsets so that |c| becomes a cyclic path that represents
10851 the envelope.
10852
10853 The |ljoin| and |miterlim| parameters control the treatment of points where the
10854 pen offset changes, and |lcap| controls the endpoints of a \&{doublepath}.
10855 The endpoints are easily located because |c| is given in undoubled form
10856 and then doubled in this procedure.  We use |spec_p1| and |spec_p2| to keep
10857 track of the endpoints and treat them like very sharp corners.
10858 Butt end caps are treated like beveled joins; round end caps are treated like
10859 round joins; and square end caps are achieved by setting |join_type:=3|.
10860
10861 None of these parameters apply to inside joins where the convolution tracing
10862 has retrograde lines.  In such cases we use a simple connect-the-endpoints
10863 approach that is achieved by setting |join_type:=2|.
10864
10865 @c @<Declare a function called |insert_knot|@>;
10866 pointer mp_make_envelope (MP mp,pointer c, pointer h, small_number ljoin,
10867   small_number lcap, scaled miterlim) {
10868   pointer p,q,r,q0; /* for manipulating the path */
10869   int join_type=0; /* codes |0..3| for mitered, round, beveled, or square */
10870   pointer w,w0; /* the pen knot for the current offset */
10871   scaled qx,qy; /* unshifted coordinates of |q| */
10872   halfword k,k0; /* controls pen edge insertion */
10873   @<Other local variables for |make_envelope|@>;
10874   dxin=0; dyin=0; dxout=0; dyout=0;
10875   mp->spec_p1=null; mp->spec_p2=null;
10876   @<If endpoint, double the path |c|, and set |spec_p1| and |spec_p2|@>;
10877   @<Use |offset_prep| to compute the envelope spec then walk |h| around to
10878     the initial offset@>;
10879   w=h;
10880   p=c;
10881   do {  
10882     q=link(p); q0=q;
10883     qx=x_coord(q); qy=y_coord(q);
10884     k=info(q);
10885     k0=k; w0=w;
10886     if ( k!=zero_off ) {
10887       @<Set |join_type| to indicate how to handle offset changes at~|q|@>;
10888     }
10889     @<Add offset |w| to the cubic from |p| to |q|@>;
10890     while ( k!=zero_off ) { 
10891       @<Step |w| and move |k| one step closer to |zero_off|@>;
10892       if ( (join_type==1)||(k==zero_off) )
10893          q=mp_insert_knot(mp, q,qx+x_coord(w),qy+y_coord(w));
10894     };
10895     if ( q!=link(p) ) {
10896       @<Set |p=link(p)| and add knots between |p| and |q| as
10897         required by |join_type|@>;
10898     }
10899     p=q;
10900   } while (q0!=c);
10901   return c;
10902 }
10903
10904 @ @<Use |offset_prep| to compute the envelope spec then walk |h| around to...@>=
10905 c=mp_offset_prep(mp, c,h);
10906 if ( mp->internal[mp_tracing_specs]>0 ) 
10907   mp_print_spec(mp, c,h,"");
10908 h=mp_pen_walk(mp, h,mp->spec_offset)
10909
10910 @ Mitered and squared-off joins depend on path directions that are difficult to
10911 compute for degenerate cubics.  The envelope spec computed by |offset_prep| can
10912 have degenerate cubics only if the entire cycle collapses to a single
10913 degenerate cubic.  Setting |join_type:=2| in this case makes the computed
10914 envelope degenerate as well.
10915
10916 @<Set |join_type| to indicate how to handle offset changes at~|q|@>=
10917 if ( k<zero_off ) {
10918   join_type=2;
10919 } else {
10920   if ( (q!=mp->spec_p1)&&(q!=mp->spec_p2) ) join_type=ljoin;
10921   else if ( lcap==2 ) join_type=3;
10922   else join_type=2-lcap;
10923   if ( (join_type==0)||(join_type==3) ) {
10924     @<Set the incoming and outgoing directions at |q|; in case of
10925       degeneracy set |join_type:=2|@>;
10926     if ( join_type==0 ) {
10927       @<If |miterlim| is less than the secant of half the angle at |q|
10928         then set |join_type:=2|@>;
10929     }
10930   }
10931 }
10932
10933 @ @<If |miterlim| is less than the secant of half the angle at |q|...@>=
10934
10935   tmp=mp_take_fraction(mp, miterlim,fraction_half+
10936       half(mp_take_fraction(mp, dxin,dxout)+mp_take_fraction(mp, dyin,dyout)));
10937   if ( tmp<unity )
10938     if ( mp_take_scaled(mp, miterlim,tmp)<unity ) join_type=2;
10939 }
10940
10941 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
10942 fraction dxin,dyin,dxout,dyout; /* directions at |q| when square or mitered */
10943 scaled tmp; /* a temporary value */
10944
10945 @ The coordinates of |p| have already been shifted unless |p| is the first
10946 knot in which case they get shifted at the very end.
10947
10948 @<Add offset |w| to the cubic from |p| to |q|@>=
10949 right_x(p)=right_x(p)+x_coord(w);
10950 right_y(p)=right_y(p)+y_coord(w);
10951 left_x(q)=left_x(q)+x_coord(w);
10952 left_y(q)=left_y(q)+y_coord(w);
10953 x_coord(q)=x_coord(q)+x_coord(w);
10954 y_coord(q)=y_coord(q)+y_coord(w);
10955 left_type(q)=mp_explicit;
10956 right_type(q)=mp_explicit
10957
10958 @ @<Step |w| and move |k| one step closer to |zero_off|@>=
10959 if ( k>zero_off ){ w=link(w); decr(k);  }
10960 else { w=knil(w); incr(k);  }
10961
10962 @ The cubic from |q| to the new knot at |(x,y)| becomes a line segment and
10963 the |right_x| and |right_y| fields of |r| are set from |q|.  This is done in
10964 case the cubic containing these control points is ``yet to be examined.''
10965
10966 @<Declare a function called |insert_knot|@>=
10967 pointer mp_insert_knot (MP mp,pointer q, scaled x, scaled y) {
10968   /* returns the inserted knot */
10969   pointer r; /* the new knot */
10970   r=mp_get_node(mp, knot_node_size);
10971   link(r)=link(q); link(q)=r;
10972   right_x(r)=right_x(q);
10973   right_y(r)=right_y(q);
10974   x_coord(r)=x;
10975   y_coord(r)=y;
10976   right_x(q)=x_coord(q);
10977   right_y(q)=y_coord(q);
10978   left_x(r)=x_coord(r);
10979   left_y(r)=y_coord(r);
10980   left_type(r)=mp_explicit;
10981   right_type(r)=mp_explicit;
10982   originator(r)=program_code;
10983   return r;
10984 }
10985
10986 @ After setting |p:=link(p)|, either |join_type=1| or |q=link(p)|.
10987
10988 @<Set |p=link(p)| and add knots between |p| and |q| as...@>=
10989
10990   p=link(p);
10991   if ( (join_type==0)||(join_type==3) ) {
10992     if ( join_type==0 ) {
10993       @<Insert a new knot |r| between |p| and |q| as required for a mitered join@>
10994     } else {
10995       @<Make |r| the last of two knots inserted between |p| and |q| to form a
10996         squared join@>;
10997     }
10998     if ( r!=null ) { 
10999       right_x(r)=x_coord(r);
11000       right_y(r)=y_coord(r);
11001     }
11002   }
11003 }
11004
11005 @ For very small angles, adding a knot is unnecessary and would cause numerical
11006 problems, so we just set |r:=null| in that case.
11007
11008 @<Insert a new knot |r| between |p| and |q| as required for a mitered join@>=
11009
11010   det=mp_take_fraction(mp, dyout,dxin)-mp_take_fraction(mp, dxout,dyin);
11011   if ( abs(det)<26844 ) { 
11012      r=null; /* sine $<10^{-4}$ */
11013   } else { 
11014     tmp=mp_take_fraction(mp, x_coord(q)-x_coord(p),dyout)-
11015         mp_take_fraction(mp, y_coord(q)-y_coord(p),dxout);
11016     tmp=mp_make_fraction(mp, tmp,det);
11017     r=mp_insert_knot(mp, p,x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxin),
11018       y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyin));
11019   }
11020 }
11021
11022 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
11023 fraction det; /* a determinant used for mitered join calculations */
11024
11025 @ @<Make |r| the last of two knots inserted between |p| and |q| to form a...@>=
11026
11027   ht_x=y_coord(w)-y_coord(w0);
11028   ht_y=x_coord(w0)-x_coord(w);
11029   while ( (abs(ht_x)<fraction_half)&&(abs(ht_y)<fraction_half) ) { 
11030     ht_x+=ht_x; ht_y+=ht_y;
11031   }
11032   @<Scan the pen polygon between |w0| and |w| and make |max_ht| the range dot
11033     product with |(ht_x,ht_y)|@>;
11034   tmp=mp_make_fraction(mp, max_ht,mp_take_fraction(mp, dxin,ht_x)+
11035                                   mp_take_fraction(mp, dyin,ht_y));
11036   r=mp_insert_knot(mp, p,x_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxin),
11037                          y_coord(p)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyin));
11038   tmp=mp_make_fraction(mp, max_ht,mp_take_fraction(mp, dxout,ht_x)+
11039                                   mp_take_fraction(mp, dyout,ht_y));
11040   r=mp_insert_knot(mp, r,x_coord(q)+mp_take_fraction(mp, tmp,dxout),
11041                          y_coord(q)+mp_take_fraction(mp, tmp,dyout));
11042 }
11043
11044 @ @<Other local variables for |make_envelope|@>=
11045 fraction ht_x,ht_y; /* perpendicular to the segment from |p| to |q| */
11046 scaled max_ht; /* maximum height of the pen polygon above the |w0|-|w| line */
11047 halfword kk; /* keeps track of the pen vertices being scanned */
11048 pointer ww; /* the pen vertex being tested */
11049
11050 @ The dot product of the vector from |w0| to |ww| with |(ht_x,ht_y)| ranges
11051 from zero to |max_ht|.
11052
11053 @<Scan the pen polygon between |w0| and |w| and make |max_ht| the range...@>=
11054 max_ht=0;
11055 kk=zero_off;
11056 ww=w;
11057 while (1)  { 
11058   @<Step |ww| and move |kk| one step closer to |k0|@>;
11059   if ( kk==k0 ) break;
11060   tmp=mp_take_fraction(mp, x_coord(ww)-x_coord(w0),ht_x)+
11061       mp_take_fraction(mp, y_coord(ww)-y_coord(w0),ht_y);
11062   if ( tmp>max_ht ) max_ht=tmp;
11063 }
11064
11065
11066 @ @<Step |ww| and move |kk| one step closer to |k0|@>=
11067 if ( kk>k0 ) { ww=link(ww); decr(kk);  }
11068 else { ww=knil(ww); incr(kk);  }
11069
11070 @ @<If endpoint, double the path |c|, and set |spec_p1| and |spec_p2|@>=
11071 if ( left_type(c)==mp_endpoint ) { 
11072   mp->spec_p1=mp_htap_ypoc(mp, c);
11073   mp->spec_p2=mp->path_tail;
11074   originator(mp->spec_p1)=program_code;
11075   link(mp->spec_p2)=link(mp->spec_p1);
11076   link(mp->spec_p1)=c;
11077   mp_remove_cubic(mp, mp->spec_p1);
11078   c=mp->spec_p1;
11079   if ( c!=link(c) ) {
11080     originator(mp->spec_p2)=program_code;
11081     mp_remove_cubic(mp, mp->spec_p2);
11082   } else {
11083     @<Make |c| look like a cycle of length one@>;
11084   }
11085 }
11086
11087 @ @<Make |c| look like a cycle of length one@>=
11088
11089   left_type(c)=mp_explicit; right_type(c)=mp_explicit;
11090   left_x(c)=x_coord(c); left_y(c)=y_coord(c);
11091   right_x(c)=x_coord(c); right_y(c)=y_coord(c);
11092 }
11093
11094 @ In degenerate situations we might have to look at the knot preceding~|q|.
11095 That knot is |p| but if |p<>c|, its coordinates have already been offset by |w|.
11096
11097 @<Set the incoming and outgoing directions at |q|; in case of...@>=
11098 dxin=x_coord(q)-left_x(q);
11099 dyin=y_coord(q)-left_y(q);
11100 if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
11101   dxin=x_coord(q)-right_x(p);
11102   dyin=y_coord(q)-right_y(p);
11103   if ( (dxin==0)&&(dyin==0) ) {
11104     dxin=x_coord(q)-x_coord(p);
11105     dyin=y_coord(q)-y_coord(p);
11106     if ( p!=c ) { /* the coordinates of |p| have been offset by |w| */
11107       dxin=dxin+x_coord(w);
11108       dyin=dyin+y_coord(w);
11109     }
11110   }
11111 }
11112 tmp=mp_pyth_add(mp, dxin,dyin);
11113 if ( tmp==0 ) {
11114   join_type=2;
11115 } else { 
11116   dxin=mp_make_fraction(mp, dxin,tmp);
11117   dyin=mp_make_fraction(mp, dyin,tmp);
11118   @<Set the outgoing direction at |q|@>;
11119 }
11120
11121 @ If |q=c| then the coordinates of |r| and the control points between |q|
11122 and~|r| have already been offset by |h|.
11123
11124 @<Set the outgoing direction at |q|@>=
11125 dxout=right_x(q)-x_coord(q);
11126 dyout=right_y(q)-y_coord(q);
11127 if ( (dxout==0)&&(dyout==0) ) {
11128   r=link(q);
11129   dxout=left_x(r)-x_coord(q);
11130   dyout=left_y(r)-y_coord(q);
11131   if ( (dxout==0)&&(dyout==0) ) {
11132     dxout=x_coord(r)-x_coord(q);
11133     dyout=y_coord(r)-y_coord(q);
11134   }
11135 }
11136 if ( q==c ) {
11137   dxout=dxout-x_coord(h);
11138   dyout=dyout-y_coord(h);
11139 }
11140 tmp=mp_pyth_add(mp, dxout,dyout);
11141 if ( tmp==0 ) mp_confusion(mp, "degenerate spec");
11142 @:this can't happen degerate spec}{\quad degenerate spec@>
11143 dxout=mp_make_fraction(mp, dxout,tmp);
11144 dyout=mp_make_fraction(mp, dyout,tmp)
11145
11146 @* \[23] Direction and intersection times.
11147 A path of length $n$ is defined parametrically by functions $x(t)$ and
11148 $y(t)$, for |0<=t<=n|; we can regard $t$ as the ``time'' at which the path
11149 reaches the point $\bigl(x(t),y(t)\bigr)$.  In this section of the program
11150 we shall consider operations that determine special times associated with
11151 given paths: the first time that a path travels in a given direction, and
11152 a pair of times at which two paths cross each other.
11153
11154 @ Let's start with the easier task. The function |find_direction_time| is
11155 given a direction |(x,y)| and a path starting at~|h|. If the path never
11156 travels in direction |(x,y)|, the direction time will be~|-1|; otherwise
11157 it will be nonnegative.
11158
11159 Certain anomalous cases can arise: If |(x,y)=(0,0)|, so that the given
11160 direction is undefined, the direction time will be~0. If $\bigl(x'(t),
11161 y'(t)\bigr)=(0,0)$, so that the path direction is undefined, it will be
11162 assumed to match any given direction at time~|t|.
11163
11164 The routine solves this problem in nondegenerate cases by rotating the path
11165 and the given direction so that |(x,y)=(1,0)|; i.e., the main task will be
11166 to find when a given path first travels ``due east.''
11167
11168 @c 
11169 scaled mp_find_direction_time (MP mp,scaled x, scaled y, pointer h) {
11170   scaled max; /* $\max\bigl(\vert x\vert,\vert y\vert\bigr)$ */
11171   pointer p,q; /* for list traversal */
11172   scaled n; /* the direction time at knot |p| */
11173   scaled tt; /* the direction time within a cubic */
11174   @<Other local variables for |find_direction_time|@>;
11175   @<Normalize the given direction for better accuracy;
11176     but |return| with zero result if it's zero@>;
11177   n=0; p=h; phi=0;
11178   while (1) { 
11179     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) break;
11180     q=link(p);
11181     @<Rotate the cubic between |p| and |q|; then
11182       |goto found| if the rotated cubic travels due east at some time |tt|;
11183       but |break| if an entire cyclic path has been traversed@>;
11184     p=q; n=n+unity;
11185   }
11186   return (-unity);
11187 FOUND: 
11188   return (n+tt);
11189 }
11190
11191 @ @<Normalize the given direction for better accuracy...@>=
11192 if ( abs(x)<abs(y) ) { 
11193   x=mp_make_fraction(mp, x,abs(y));
11194   if ( y>0 ) y=fraction_one; else y=-fraction_one;
11195 } else if ( x==0 ) { 
11196   return 0;
11197 } else  { 
11198   y=mp_make_fraction(mp, y,abs(x));
11199   if ( x>0 ) x=fraction_one; else x=-fraction_one;
11200 }
11201
11202 @ Since we're interested in the tangent directions, we work with the
11203 derivative $${\textstyle1\over3}B'(x_0,x_1,x_2,x_3;t)=
11204 B(x_1-x_0,x_2-x_1,x_3-x_2;t)$$ instead of
11205 $B(x_0,x_1,x_2,x_3;t)$ itself. The derived coefficients are also scaled up
11206 in order to achieve better accuracy.
11207
11208 The given path may turn abruptly at a knot, and it might pass the critical
11209 tangent direction at such a time. Therefore we remember the direction |phi|
11210 in which the previous rotated cubic was traveling. (The value of |phi| will be
11211 undefined on the first cubic, i.e., when |n=0|.)
11212
11213 @<Rotate the cubic between |p| and |q|; then...@>=
11214 tt=0;
11215 @<Set local variables |x1,x2,x3| and |y1,y2,y3| to multiples of the control
11216   points of the rotated derivatives@>;
11217 if ( y1==0 ) if ( x1>=0 ) goto FOUND;
11218 if ( n>0 ) { 
11219   @<Exit to |found| if an eastward direction occurs at knot |p|@>;
11220   if ( p==h ) break;
11221   };
11222 if ( (x3!=0)||(y3!=0) ) phi=mp_n_arg(mp, x3,y3);
11223 @<Exit to |found| if the curve whose derivatives are specified by
11224   |x1,x2,x3,y1,y2,y3| travels eastward at some time~|tt|@>
11225
11226 @ @<Other local variables for |find_direction_time|@>=
11227 scaled x1,x2,x3,y1,y2,y3;  /* multiples of rotated derivatives */
11228 angle theta,phi; /* angles of exit and entry at a knot */
11229 fraction t; /* temp storage */
11230
11231 @ @<Set local variables |x1,x2,x3| and |y1,y2,y3| to multiples...@>=
11232 x1=right_x(p)-x_coord(p); x2=left_x(q)-right_x(p);
11233 x3=x_coord(q)-left_x(q);
11234 y1=right_y(p)-y_coord(p); y2=left_y(q)-right_y(p);
11235 y3=y_coord(q)-left_y(q);
11236 max=abs(x1);
11237 if ( abs(x2)>max ) max=abs(x2);
11238 if ( abs(x3)>max ) max=abs(x3);
11239 if ( abs(y1)>max ) max=abs(y1);
11240 if ( abs(y2)>max ) max=abs(y2);
11241 if ( abs(y3)>max ) max=abs(y3);
11242 if ( max==0 ) goto FOUND;
11243 while ( max<fraction_half ){ 
11244   max+=max; x1+=x1; x2+=x2; x3+=x3;
11245   y1+=y1; y2+=y2; y3+=y3;
11246 }
11247 t=x1; x1=mp_take_fraction(mp, x1,x)+mp_take_fraction(mp, y1,y);
11248 y1=mp_take_fraction(mp, y1,x)-mp_take_fraction(mp, t,y);
11249 t=x2; x2=mp_take_fraction(mp, x2,x)+mp_take_fraction(mp, y2,y);
11250 y2=mp_take_fraction(mp, y2,x)-mp_take_fraction(mp, t,y);
11251 t=x3; x3=mp_take_fraction(mp, x3,x)+mp_take_fraction(mp, y3,y);
11252 y3=mp_take_fraction(mp, y3,x)-mp_take_fraction(mp, t,y)
11253
11254 @ @<Exit to |found| if an eastward direction occurs at knot |p|@>=
11255 theta=mp_n_arg(mp, x1,y1);
11256 if ( theta>=0 ) if ( phi<=0 ) if ( phi>=theta-one_eighty_deg ) goto FOUND;
11257 if ( theta<=0 ) if ( phi>=0 ) if ( phi<=theta+one_eighty_deg ) goto FOUND
11258
11259 @ In this step we want to use the |crossing_point| routine to find the
11260 roots of the quadratic equation $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$.
11261 Several complications arise: If the quadratic equation has a double root,
11262 the curve never crosses zero, and |crossing_point| will find nothing;
11263 this case occurs iff $y_1y_3=y_2^2$ and $y_1y_2<0$. If the quadratic
11264 equation has simple roots, or only one root, we may have to negate it
11265 so that $B(y_1,y_2,y_3;t)$ crosses from positive to negative at its first root.
11266 And finally, we need to do special things if $B(y_1,y_2,y_3;t)$ is
11267 identically zero.
11268
11269 @ @<Exit to |found| if the curve whose derivatives are specified by...@>=
11270 if ( x1<0 ) if ( x2<0 ) if ( x3<0 ) goto DONE;
11271 if ( mp_ab_vs_cd(mp, y1,y3,y2,y2)==0 ) {
11272   @<Handle the test for eastward directions when $y_1y_3=y_2^2$;
11273     either |goto found| or |goto done|@>;
11274 }
11275 if ( y1<=0 ) {
11276   if ( y1<0 ) { y1=-y1; y2=-y2; y3=-y3; }
11277   else if ( y2>0 ){ y2=-y2; y3=-y3; };
11278 }
11279 @<Check the places where $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$ to see if
11280   $B(x_1,x_2,x_3;t)\ge0$@>;
11281 DONE:
11282
11283 @ The quadratic polynomial $B(y_1,y_2,y_3;t)$ begins |>=0| and has at most
11284 two roots, because we know that it isn't identically zero.
11285
11286 It must be admitted that the |crossing_point| routine is not perfectly accurate;
11287 rounding errors might cause it to find a root when $y_1y_3>y_2^2$, or to
11288 miss the roots when $y_1y_3<y_2^2$. The rotation process is itself
11289 subject to rounding errors. Yet this code optimistically tries to
11290 do the right thing.
11291
11292 @d we_found_it { tt=(t+04000) / 010000; goto FOUND; }
11293
11294 @<Check the places where $B(y_1,y_2,y_3;t)=0$...@>=
11295 t=mp_crossing_point(mp, y1,y2,y3);
11296 if ( t>fraction_one ) goto DONE;
11297 y2=t_of_the_way(y2,y3);
11298 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11299 x2=t_of_the_way(x2,x3);
11300 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11301 if ( x1>=0 ) we_found_it;
11302 if ( y2>0 ) y2=0;
11303 tt=t; t=mp_crossing_point(mp, 0,-y2,-y3);
11304 if ( t>fraction_one ) goto DONE;
11305 x1=t_of_the_way(x1,x2);
11306 x2=t_of_the_way(x2,x3);
11307 if ( t_of_the_way(x1,x2)>=0 ) { 
11308   t=t_of_the_way(tt,fraction_one); we_found_it;
11309 }
11310
11311 @ @<Handle the test for eastward directions when $y_1y_3=y_2^2$;
11312     either |goto found| or |goto done|@>=
11313
11314   if ( mp_ab_vs_cd(mp, y1,y2,0,0)<0 ) {
11315     t=mp_make_fraction(mp, y1,y1-y2);
11316     x1=t_of_the_way(x1,x2);
11317     x2=t_of_the_way(x2,x3);
11318     if ( t_of_the_way(x1,x2)>=0 ) we_found_it;
11319   } else if ( y3==0 ) {
11320     if ( y1==0 ) {
11321       @<Exit to |found| if the derivative $B(x_1,x_2,x_3;t)$ becomes |>=0|@>;
11322     } else if ( x3>=0 ) {
11323       tt=unity; goto FOUND;
11324     }
11325   }
11326   goto DONE;
11327 }
11328
11329 @ At this point we know that the derivative of |y(t)| is identically zero,
11330 and that |x1<0|; but either |x2>=0| or |x3>=0|, so there's some hope of
11331 traveling east.
11332
11333 @<Exit to |found| if the derivative $B(x_1,x_2,x_3;t)$ becomes |>=0|...@>=
11334
11335   t=mp_crossing_point(mp, -x1,-x2,-x3);
11336   if ( t<=fraction_one ) we_found_it;
11337   if ( mp_ab_vs_cd(mp, x1,x3,x2,x2)<=0 ) { 
11338     t=mp_make_fraction(mp, x1,x1-x2); we_found_it;
11339   }
11340 }
11341
11342 @ The intersection of two cubics can be found by an interesting variant
11343 of the general bisection scheme described in the introduction to
11344 |crossing_point|.\
11345 Given $w(t)=B(w_0,w_1,w_2,w_3;t)$ and $z(t)=B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$,
11346 we wish to find a pair of times $(t_1,t_2)$ such that $w(t_1)=z(t_2)$,
11347 if an intersection exists. First we find the smallest rectangle that
11348 encloses the points $\{w_0,w_1,w_2,w_3\}$ and check that it overlaps
11349 the smallest rectangle that encloses
11350 $\{z_0,z_1,z_2,z_3\}$; if not, the cubics certainly don't intersect.
11351 But if the rectangles do overlap, we bisect the intervals, getting
11352 new cubics $w'$ and~$w''$, $z'$~and~$z''$; the intersection routine first
11353 tries for an intersection between $w'$ and~$z'$, then (if unsuccessful)
11354 between $w'$ and~$z''$, then (if still unsuccessful) between $w''$ and~$z'$,
11355 finally (if thrice unsuccessful) between $w''$ and~$z''$. After $l$~successful
11356 levels of bisection we will have determined the intersection times $t_1$
11357 and~$t_2$ to $l$~bits of accuracy.
11358
11359 \def\submin{_{\rm min}} \def\submax{_{\rm max}}
11360 As before, it is better to work with the numbers $W_k=2^l(w_k-w_{k-1})$
11361 and $Z_k=2^l(z_k-z_{k-1})$ rather than the coefficients $w_k$ and $z_k$
11362 themselves. We also need one other quantity, $\Delta=2^l(w_0-z_0)$,
11363 to determine when the enclosing rectangles overlap. Here's why:
11364 The $x$~coordinates of~$w(t)$ are between $u\submin$ and $u\submax$,
11365 and the $x$~coordinates of~$z(t)$ are between $x\submin$ and $x\submax$,
11366 if we write $w_k=(u_k,v_k)$ and $z_k=(x_k,y_k)$ and $u\submin=
11367 \min(u_0,u_1,u_2,u_3)$, etc. These intervals of $x$~coordinates
11368 overlap if and only if $u\submin\L x\submax$ and
11369 $x\submin\L u\submax$. Letting
11370 $$U\submin=\min(0,U_1,U_1+U_2,U_1+U_2+U_3),\;
11371   U\submax=\max(0,U_1,U_1+U_2,U_1+U_2+U_3),$$
11372 we have $u\submin=2^lu_0+U\submin$, etc.; the condition for overlap
11373 reduces to
11374 $$X\submin-U\submax\L 2^l(u_0-x_0)\L X\submax-U\submin.$$
11375 Thus we want to maintain the quantity $2^l(u_0-x_0)$; similarly,
11376 the quantity $2^l(v_0-y_0)$ accounts for the $y$~coordinates. The
11377 coordinates of $\Delta=2^l(w_0-z_0)$ must stay bounded as $l$ increases,
11378 because of the overlap condition; i.e., we know that $X\submin$,
11379 $X\submax$, and their relatives are bounded, hence $X\submax-
11380 U\submin$ and $X\submin-U\submax$ are bounded.
11381
11382 @ Incidentally, if the given cubics intersect more than once, the process
11383 just sketched will not necessarily find the lexicographically smallest pair
11384 $(t_1,t_2)$. The solution actually obtained will be smallest in ``shuffled
11385 order''; i.e., if $t_1=(.a_1a_2\ldots a_{16})_2$ and
11386 $t_2=(.b_1b_2\ldots b_{16})_2$, then we will minimize
11387 $a_1b_1a_2b_2\ldots a_{16}b_{16}$, not
11388 $a_1a_2\ldots a_{16}b_1b_2\ldots b_{16}$.
11389 Shuffled order agrees with lexicographic order if all pairs of solutions
11390 $(t_1,t_2)$ and $(t_1',t_2')$ have the property that $t_1<t_1'$ iff
11391 $t_2<t_2'$; but in general, lexicographic order can be quite different,
11392 and the bisection algorithm would be substantially less efficient if it were
11393 constrained by lexicographic order.
11394
11395 For example, suppose that an overlap has been found for $l=3$ and
11396 $(t_1,t_2)= (.101,.011)$ in binary, but that no overlap is produced by
11397 either of the alternatives $(.1010,.0110)$, $(.1010,.0111)$ at level~4.
11398 Then there is probably an intersection in one of the subintervals
11399 $(.1011,.011x)$; but lexicographic order would require us to explore
11400 $(.1010,.1xxx)$ and $(.1011,.00xx)$ and $(.1011,.010x)$ first. We wouldn't
11401 want to store all of the subdivision data for the second path, so the
11402 subdivisions would have to be regenerated many times. Such inefficiencies
11403 would be associated with every `1' in the binary representation of~$t_1$.
11404
11405 @ The subdivision process introduces rounding errors, hence we need to
11406 make a more liberal test for overlap. It is not hard to show that the
11407 computed values of $U_i$ differ from the truth by at most~$l$, on
11408 level~$l$, hence $U\submin$ and $U\submax$ will be at most $3l$ in error.
11409 If $\beta$ is an upper bound on the absolute error in the computed
11410 components of $\Delta=(|delx|,|dely|)$ on level~$l$, we will replace
11411 the test `$X\submin-U\submax\L|delx|$' by the more liberal test
11412 `$X\submin-U\submax\L|delx|+|tol|$', where $|tol|=6l+\beta$.
11413
11414 More accuracy is obtained if we try the algorithm first with |tol=0|;
11415 the more liberal tolerance is used only if an exact approach fails.
11416 It is convenient to do this double-take by letting `3' in the preceding
11417 paragraph be a parameter, which is first 0, then 3.
11418
11419 @<Glob...@>=
11420 unsigned int tol_step; /* either 0 or 3, usually */
11421
11422 @ We shall use an explicit stack to implement the recursive bisection
11423 method described above. The |bisect_stack| array will contain numerous 5-word
11424 packets like $(U_1,U_2,U_3,U\submin,U\submax)$, as well as 20-word packets
11425 comprising the 5-word packets for $U$, $V$, $X$, and~$Y$.
11426
11427 The following macros define the allocation of stack positions to
11428 the quantities needed for bisection-intersection.
11429
11430 @d stack_1(A) mp->bisect_stack[(A)] /* $U_1$, $V_1$, $X_1$, or $Y_1$ */
11431 @d stack_2(A) mp->bisect_stack[(A)+1] /* $U_2$, $V_2$, $X_2$, or $Y_2$ */
11432 @d stack_3(A) mp->bisect_stack[(A)+2] /* $U_3$, $V_3$, $X_3$, or $Y_3$ */
11433 @d stack_min(A) mp->bisect_stack[(A)+3]
11434   /* $U\submin$, $V\submin$, $X\submin$, or $Y\submin$ */
11435 @d stack_max(A) mp->bisect_stack[(A)+4]
11436   /* $U\submax$, $V\submax$, $X\submax$, or $Y\submax$ */
11437 @d int_packets 20 /* number of words to represent $U_k$, $V_k$, $X_k$, and $Y_k$ */
11438 @#
11439 @d u_packet(A) ((A)-5)
11440 @d v_packet(A) ((A)-10)
11441 @d x_packet(A) ((A)-15)
11442 @d y_packet(A) ((A)-20)
11443 @d l_packets (mp->bisect_ptr-int_packets)
11444 @d r_packets mp->bisect_ptr
11445 @d ul_packet u_packet(l_packets) /* base of $U'_k$ variables */
11446 @d vl_packet v_packet(l_packets) /* base of $V'_k$ variables */
11447 @d xl_packet x_packet(l_packets) /* base of $X'_k$ variables */
11448 @d yl_packet y_packet(l_packets) /* base of $Y'_k$ variables */
11449 @d ur_packet u_packet(r_packets) /* base of $U''_k$ variables */
11450 @d vr_packet v_packet(r_packets) /* base of $V''_k$ variables */
11451 @d xr_packet x_packet(r_packets) /* base of $X''_k$ variables */
11452 @d yr_packet y_packet(r_packets) /* base of $Y''_k$ variables */
11453 @#
11454 @d u1l stack_1(ul_packet) /* $U'_1$ */
11455 @d u2l stack_2(ul_packet) /* $U'_2$ */
11456 @d u3l stack_3(ul_packet) /* $U'_3$ */
11457 @d v1l stack_1(vl_packet) /* $V'_1$ */
11458 @d v2l stack_2(vl_packet) /* $V'_2$ */
11459 @d v3l stack_3(vl_packet) /* $V'_3$ */
11460 @d x1l stack_1(xl_packet) /* $X'_1$ */
11461 @d x2l stack_2(xl_packet) /* $X'_2$ */
11462 @d x3l stack_3(xl_packet) /* $X'_3$ */
11463 @d y1l stack_1(yl_packet) /* $Y'_1$ */
11464 @d y2l stack_2(yl_packet) /* $Y'_2$ */
11465 @d y3l stack_3(yl_packet) /* $Y'_3$ */
11466 @d u1r stack_1(ur_packet) /* $U''_1$ */
11467 @d u2r stack_2(ur_packet) /* $U''_2$ */
11468 @d u3r stack_3(ur_packet) /* $U''_3$ */
11469 @d v1r stack_1(vr_packet) /* $V''_1$ */
11470 @d v2r stack_2(vr_packet) /* $V''_2$ */
11471 @d v3r stack_3(vr_packet) /* $V''_3$ */
11472 @d x1r stack_1(xr_packet) /* $X''_1$ */
11473 @d x2r stack_2(xr_packet) /* $X''_2$ */
11474 @d x3r stack_3(xr_packet) /* $X''_3$ */
11475 @d y1r stack_1(yr_packet) /* $Y''_1$ */
11476 @d y2r stack_2(yr_packet) /* $Y''_2$ */
11477 @d y3r stack_3(yr_packet) /* $Y''_3$ */
11478 @#
11479 @d stack_dx mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr] /* stacked value of |delx| */
11480 @d stack_dy mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+1] /* stacked value of |dely| */
11481 @d stack_tol mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+2] /* stacked value of |tol| */
11482 @d stack_uv mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+3] /* stacked value of |uv| */
11483 @d stack_xy mp->bisect_stack[mp->bisect_ptr+4] /* stacked value of |xy| */
11484 @d int_increment (int_packets+int_packets+5) /* number of stack words per level */
11485
11486 @<Glob...@>=
11487 integer *bisect_stack;
11488 unsigned int bisect_ptr;
11489
11490 @ @<Allocate or initialize ...@>=
11491 mp->bisect_stack = xmalloc((bistack_size+1),sizeof(integer));
11492
11493 @ @<Dealloc variables@>=
11494 xfree(mp->bisect_stack);
11495
11496 @ @<Check the ``constant''...@>=
11497 if ( int_packets+17*int_increment>bistack_size ) mp->bad=19;
11498
11499 @ Computation of the min and max is a tedious but fairly fast sequence of
11500 instructions; exactly four comparisons are made in each branch.
11501
11502 @d set_min_max(A) 
11503   if ( stack_1((A))<0 ) {
11504     if ( stack_3((A))>=0 ) {
11505       if ( stack_2((A))<0 ) stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11506       else stack_min((A))=stack_1((A));
11507       stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11508       if ( stack_max((A))<0 ) stack_max((A))=0;
11509     } else { 
11510       stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11511       if ( stack_min((A))>stack_1((A)) ) stack_min((A))=stack_1((A));
11512       stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11513       if ( stack_max((A))<0 ) stack_max((A))=0;
11514     }
11515   } else if ( stack_3((A))<=0 ) {
11516     if ( stack_2((A))>0 ) stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11517     else stack_max((A))=stack_1((A));
11518     stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11519     if ( stack_min((A))>0 ) stack_min((A))=0;
11520   } else  { 
11521     stack_max((A))=stack_1((A))+stack_2((A))+stack_3((A));
11522     if ( stack_max((A))<stack_1((A)) ) stack_max((A))=stack_1((A));
11523     stack_min((A))=stack_1((A))+stack_2((A));
11524     if ( stack_min((A))>0 ) stack_min((A))=0;
11525   }
11526
11527 @ It's convenient to keep the current values of $l$, $t_1$, and $t_2$ in
11528 the integer form $2^l+2^lt_1$ and $2^l+2^lt_2$. The |cubic_intersection|
11529 routine uses global variables |cur_t| and |cur_tt| for this purpose;
11530 after successful completion, |cur_t| and |cur_tt| will contain |unity|
11531 plus the |scaled| values of $t_1$ and~$t_2$.
11532
11533 The values of |cur_t| and |cur_tt| will be set to zero if |cubic_intersection|
11534 finds no intersection. The routine gives up and gives an approximate answer
11535 if it has backtracked
11536 more than 5000 times (otherwise there are cases where several minutes
11537 of fruitless computation would be possible).
11538
11539 @d max_patience 5000
11540
11541 @<Glob...@>=
11542 integer cur_t;integer cur_tt; /* controls and results of |cubic_intersection| */
11543 integer time_to_go; /* this many backtracks before giving up */
11544 integer max_t; /* maximum of $2^{l+1}$ so far achieved */
11545
11546 @ The given cubics $B(w_0,w_1,w_2,w_3;t)$ and
11547 $B(z_0,z_1,z_2,z_3;t)$ are specified in adjacent knot nodes |(p,link(p))|
11548 and |(pp,link(pp))|, respectively.
11549
11550 @c void mp_cubic_intersection (MP mp,pointer p, pointer pp) {
11551   pointer q,qq; /* |link(p)|, |link(pp)| */
11552   mp->time_to_go=max_patience; mp->max_t=2;
11553   @<Initialize for intersections at level zero@>;
11554 CONTINUE:
11555   while (1) { 
11556     if ( mp->delx-mp->tol<=stack_max(x_packet(mp->xy))-stack_min(u_packet(mp->uv)))
11557     if ( mp->delx+mp->tol>=stack_min(x_packet(mp->xy))-stack_max(u_packet(mp->uv)))
11558     if ( mp->dely-mp->tol<=stack_max(y_packet(mp->xy))-stack_min(v_packet(mp->uv)))
11559     if ( mp->dely+mp->tol>=stack_min(y_packet(mp->xy))-stack_max(v_packet(mp->uv))) 
11560     { 
11561       if ( mp->cur_t>=mp->max_t ){ 
11562         if ( mp->max_t==two ) { /* we've done 17 bisections */ 
11563            mp->cur_t=halfp(mp->cur_t+1); mp->cur_tt=halfp(mp->cur_tt+1); return;
11564         }
11565         mp->max_t+=mp->max_t; mp->appr_t=mp->cur_t; mp->appr_tt=mp->cur_tt;
11566       }
11567       @<Subdivide for a new level of intersection@>;
11568       goto CONTINUE;
11569     }
11570     if ( mp->time_to_go>0 ) {
11571       decr(mp->time_to_go);
11572     } else { 
11573       while ( mp->appr_t<unity ) { 
11574         mp->appr_t+=mp->appr_t; mp->appr_tt+=mp->appr_tt;
11575       }
11576       mp->cur_t=mp->appr_t; mp->cur_tt=mp->appr_tt; return;
11577     }
11578     @<Advance to the next pair |(cur_t,cur_tt)|@>;
11579   }
11580 }
11581
11582 @ The following variables are global, although they are used only by
11583 |cubic_intersection|, because it is necessary on some machines to
11584 split |cubic_intersection| up into two procedures.
11585
11586 @<Glob...@>=
11587 integer delx;integer dely; /* the components of $\Delta=2^l(w_0-z_0)$ */
11588 integer tol; /* bound on the uncertainly in the overlap test */
11589 unsigned int uv;
11590 unsigned int xy; /* pointers to the current packets of interest */
11591 integer three_l; /* |tol_step| times the bisection level */
11592 integer appr_t;integer appr_tt; /* best approximations known to the answers */
11593
11594 @ We shall assume that the coordinates are sufficiently non-extreme that
11595 integer overflow will not occur.
11596
11597 @<Initialize for intersections at level zero@>=
11598 q=link(p); qq=link(pp); mp->bisect_ptr=int_packets;
11599 u1r=right_x(p)-x_coord(p); u2r=left_x(q)-right_x(p);
11600 u3r=x_coord(q)-left_x(q); set_min_max(ur_packet);
11601 v1r=right_y(p)-y_coord(p); v2r=left_y(q)-right_y(p);
11602 v3r=y_coord(q)-left_y(q); set_min_max(vr_packet);
11603 x1r=right_x(pp)-x_coord(pp); x2r=left_x(qq)-right_x(pp);
11604 x3r=x_coord(qq)-left_x(qq); set_min_max(xr_packet);
11605 y1r=right_y(pp)-y_coord(pp); y2r=left_y(qq)-right_y(pp);
11606 y3r=y_coord(qq)-left_y(qq); set_min_max(yr_packet);
11607 mp->delx=x_coord(p)-x_coord(pp); mp->dely=y_coord(p)-y_coord(pp);
11608 mp->tol=0; mp->uv=r_packets; mp->xy=r_packets; 
11609 mp->three_l=0; mp->cur_t=1; mp->cur_tt=1
11610
11611 @ @<Subdivide for a new level of intersection@>=
11612 stack_dx=mp->delx; stack_dy=mp->dely; stack_tol=mp->tol; 
11613 stack_uv=mp->uv; stack_xy=mp->xy;
11614 mp->bisect_ptr=mp->bisect_ptr+int_increment;
11615 mp->cur_t+=mp->cur_t; mp->cur_tt+=mp->cur_tt;
11616 u1l=stack_1(u_packet(mp->uv)); u3r=stack_3(u_packet(mp->uv));
11617 u2l=half(u1l+stack_2(u_packet(mp->uv)));
11618 u2r=half(u3r+stack_2(u_packet(mp->uv)));
11619 u3l=half(u2l+u2r); u1r=u3l;
11620 set_min_max(ul_packet); set_min_max(ur_packet);
11621 v1l=stack_1(v_packet(mp->uv)); v3r=stack_3(v_packet(mp->uv));
11622 v2l=half(v1l+stack_2(v_packet(mp->uv)));
11623 v2r=half(v3r+stack_2(v_packet(mp->uv)));
11624 v3l=half(v2l+v2r); v1r=v3l;
11625 set_min_max(vl_packet); set_min_max(vr_packet);
11626 x1l=stack_1(x_packet(mp->xy)); x3r=stack_3(x_packet(mp->xy));
11627 x2l=half(x1l+stack_2(x_packet(mp->xy)));
11628 x2r=half(x3r+stack_2(x_packet(mp->xy)));
11629 x3l=half(x2l+x2r); x1r=x3l;
11630 set_min_max(xl_packet); set_min_max(xr_packet);
11631 y1l=stack_1(y_packet(mp->xy)); y3r=stack_3(y_packet(mp->xy));
11632 y2l=half(y1l+stack_2(y_packet(mp->xy)));
11633 y2r=half(y3r+stack_2(y_packet(mp->xy)));
11634 y3l=half(y2l+y2r); y1r=y3l;
11635 set_min_max(yl_packet); set_min_max(yr_packet);
11636 mp->uv=l_packets; mp->xy=l_packets;
11637 mp->delx+=mp->delx; mp->dely+=mp->dely;
11638 mp->tol=mp->tol-mp->three_l+mp->tol_step; 
11639 mp->tol+=mp->tol; mp->three_l=mp->three_l+mp->tol_step
11640
11641 @ @<Advance to the next pair |(cur_t,cur_tt)|@>=
11642 NOT_FOUND: 
11643 if ( odd(mp->cur_tt) ) {
11644   if ( odd(mp->cur_t) ) {
11645      @<Descend to the previous level and |goto not_found|@>;
11646   } else { 
11647     incr(mp->cur_t);
11648     mp->delx=mp->delx+stack_1(u_packet(mp->uv))+stack_2(u_packet(mp->uv))
11649       +stack_3(u_packet(mp->uv));
11650     mp->dely=mp->dely+stack_1(v_packet(mp->uv))+stack_2(v_packet(mp->uv))
11651       +stack_3(v_packet(mp->uv));
11652     mp->uv=mp->uv+int_packets; /* switch from |l_packet| to |r_packet| */
11653     decr(mp->cur_tt); mp->xy=mp->xy-int_packets; 
11654          /* switch from |r_packet| to |l_packet| */
11655     mp->delx=mp->delx+stack_1(x_packet(mp->xy))+stack_2(x_packet(mp->xy))
11656       +stack_3(x_packet(mp->xy));
11657     mp->dely=mp->dely+stack_1(y_packet(mp->xy))+stack_2(y_packet(mp->xy))
11658       +stack_3(y_packet(mp->xy));
11659   }
11660 } else { 
11661   incr(mp->cur_tt); mp->tol=mp->tol+mp->three_l;
11662   mp->delx=mp->delx-stack_1(x_packet(mp->xy))-stack_2(x_packet(mp->xy))
11663     -stack_3(x_packet(mp->xy));
11664   mp->dely=mp->dely-stack_1(y_packet(mp->xy))-stack_2(y_packet(mp->xy))
11665     -stack_3(y_packet(mp->xy));
11666   mp->xy=mp->xy+int_packets; /* switch from |l_packet| to |r_packet| */
11667 }
11668
11669 @ @<Descend to the previous level...@>=
11670
11671   mp->cur_t=halfp(mp->cur_t); mp->cur_tt=halfp(mp->cur_tt);
11672   if ( mp->cur_t==0 ) return;
11673   mp->bisect_ptr=mp->bisect_ptr-int_increment; 
11674   mp->three_l=mp->three_l-mp->tol_step;
11675   mp->delx=stack_dx; mp->dely=stack_dy; mp->tol=stack_tol; 
11676   mp->uv=stack_uv; mp->xy=stack_xy;
11677   goto NOT_FOUND;
11678 }
11679
11680 @ The |path_intersection| procedure is much simpler.
11681 It invokes |cubic_intersection| in lexicographic order until finding a
11682 pair of cubics that intersect. The final intersection times are placed in
11683 |cur_t| and~|cur_tt|.
11684
11685 @c void mp_path_intersection (MP mp,pointer h, pointer hh) {
11686   pointer p,pp; /* link registers that traverse the given paths */
11687   integer n,nn; /* integer parts of intersection times, minus |unity| */
11688   @<Change one-point paths into dead cycles@>;
11689   mp->tol_step=0;
11690   do {  
11691     n=-unity; p=h;
11692     do {  
11693       if ( right_type(p)!=mp_endpoint ) { 
11694         nn=-unity; pp=hh;
11695         do {  
11696           if ( right_type(pp)!=mp_endpoint )  { 
11697             mp_cubic_intersection(mp, p,pp);
11698             if ( mp->cur_t>0 ) { 
11699               mp->cur_t=mp->cur_t+n; mp->cur_tt=mp->cur_tt+nn; 
11700               return;
11701             }
11702           }
11703           nn=nn+unity; pp=link(pp);
11704         } while (pp!=hh);
11705       }
11706       n=n+unity; p=link(p);
11707     } while (p!=h);
11708     mp->tol_step=mp->tol_step+3;
11709   } while (mp->tol_step<=3);
11710   mp->cur_t=-unity; mp->cur_tt=-unity;
11711 }
11712
11713 @ @<Change one-point paths...@>=
11714 if ( right_type(h)==mp_endpoint ) {
11715   right_x(h)=x_coord(h); left_x(h)=x_coord(h);
11716   right_y(h)=y_coord(h); left_y(h)=y_coord(h); right_type(h)=mp_explicit;
11717 }
11718 if ( right_type(hh)==mp_endpoint ) {
11719   right_x(hh)=x_coord(hh); left_x(hh)=x_coord(hh);
11720   right_y(hh)=y_coord(hh); left_y(hh)=y_coord(hh); right_type(hh)=mp_explicit;
11721 }
11722
11723 @* \[24] Dynamic linear equations.
11724 \MP\ users define variables implicitly by stating equations that should be
11725 satisfied; the computer is supposed to be smart enough to solve those equations.
11726 And indeed, the computer tries valiantly to do so, by distinguishing five
11727 different types of numeric values:
11728
11729 \smallskip\hang
11730 |type(p)=mp_known| is the nice case, when |value(p)| is the |scaled| value
11731 of the variable whose address is~|p|.
11732
11733 \smallskip\hang
11734 |type(p)=mp_dependent| means that |value(p)| is not present, but |dep_list(p)|
11735 points to a {\sl dependency list\/} that expresses the value of variable~|p|
11736 as a |scaled| number plus a sum of independent variables with |fraction|
11737 coefficients.
11738
11739 \smallskip\hang
11740 |type(p)=mp_independent| means that |value(p)=64s+m|, where |s>0| is a ``serial
11741 number'' reflecting the time this variable was first used in an equation;
11742 also |0<=m<64|, and each dependent variable
11743 that refers to this one is actually referring to the future value of
11744 this variable times~$2^m$. (Usually |m=0|, but higher degrees of
11745 scaling are sometimes needed to keep the coefficients in dependency lists
11746 from getting too large. The value of~|m| will always be even.)
11747
11748 \smallskip\hang
11749 |type(p)=mp_numeric_type| means that variable |p| hasn't appeared in an
11750 equation before, but it has been explicitly declared to be numeric.
11751
11752 \smallskip\hang
11753 |type(p)=undefined| means that variable |p| hasn't appeared before.
11754
11755 \smallskip\noindent
11756 We have actually discussed these five types in the reverse order of their
11757 history during a computation: Once |known|, a variable never again
11758 becomes |dependent|; once |dependent|, it almost never again becomes
11759 |mp_independent|; once |mp_independent|, it never again becomes |mp_numeric_type|;
11760 and once |mp_numeric_type|, it never again becomes |undefined| (except
11761 of course when the user specifically decides to scrap the old value
11762 and start again). A backward step may, however, take place: Sometimes
11763 a |dependent| variable becomes |mp_independent| again, when one of the
11764 independent variables it depends on is reverting to |undefined|.
11765
11766
11767 The next patch detects overflow of independent-variable serial
11768 numbers. Diagnosed and patched by Thorsten Dahlheimer.
11769
11770 @d s_scale 64 /* the serial numbers are multiplied by this factor */
11771 @d max_indep_vars 0177777777 /* $2^{25}-1$ */
11772 @d max_serial_no 017777777700 /* |max_indep_vars*s_scale| */
11773 @d new_indep(A)  /* create a new independent variable */
11774   { if ( mp->serial_no==max_serial_no )
11775     mp_fatal_error(mp, "variable instance identifiers exhausted");
11776   type((A))=mp_independent; mp->serial_no=mp->serial_no+s_scale;
11777   value((A))=mp->serial_no;
11778   }
11779
11780 @<Glob...@>=
11781 integer serial_no; /* the most recent serial number, times |s_scale| */
11782
11783 @ @<Make variable |q+s| newly independent@>=new_indep(q+s)
11784
11785 @ But how are dependency lists represented? It's simple: The linear combination
11786 $\alpha_1v_1+\cdots+\alpha_kv_k+\beta$ appears in |k+1| value nodes. If
11787 |q=dep_list(p)| points to this list, and if |k>0|, then |value(q)=
11788 @t$\alpha_1$@>| (which is a |fraction|); |info(q)| points to the location
11789 of $\alpha_1$; and |link(p)| points to the dependency list
11790 $\alpha_2v_2+\cdots+\alpha_kv_k+\beta$. On the other hand if |k=0|,
11791 then |value(q)=@t$\beta$@>| (which is |scaled|) and |info(q)=null|.
11792 The independent variables $v_1$, \dots,~$v_k$ have been sorted so that
11793 they appear in decreasing order of their |value| fields (i.e., of
11794 their serial numbers). \ (It is convenient to use decreasing order,
11795 since |value(null)=0|. If the independent variables were not sorted by
11796 serial number but by some other criterion, such as their location in |mem|,
11797 the equation-solving mechanism would be too system-dependent, because
11798 the ordering can affect the computed results.)
11799
11800 The |link| field in the node that contains the constant term $\beta$ is
11801 called the {\sl final link\/} of the dependency list. \MP\ maintains
11802 a doubly-linked master list of all dependency lists, in terms of a permanently
11803 allocated node
11804 in |mem| called |dep_head|. If there are no dependencies, we have
11805 |link(dep_head)=dep_head| and |prev_dep(dep_head)=dep_head|;
11806 otherwise |link(dep_head)| points to the first dependent variable, say~|p|,
11807 and |prev_dep(p)=dep_head|. We have |type(p)=mp_dependent|, and |dep_list(p)|
11808 points to its dependency list. If the final link of that dependency list
11809 occurs in location~|q|, then |link(q)| points to the next dependent
11810 variable (say~|r|); and we have |prev_dep(r)=q|, etc.
11811
11812 @d dep_list(A) link(value_loc((A)))
11813   /* half of the |value| field in a |dependent| variable */
11814 @d prev_dep(A) info(value_loc((A)))
11815   /* the other half; makes a doubly linked list */
11816 @d dep_node_size 2 /* the number of words per dependency node */
11817
11818 @<Initialize table entries...@>= mp->serial_no=0;
11819 link(dep_head)=dep_head; prev_dep(dep_head)=dep_head;
11820 info(dep_head)=null; dep_list(dep_head)=null;
11821
11822 @ Actually the description above contains a little white lie. There's
11823 another kind of variable called |mp_proto_dependent|, which is
11824 just like a |dependent| one except that the $\alpha$ coefficients
11825 in its dependency list are |scaled| instead of being fractions.
11826 Proto-dependency lists are mixed with dependency lists in the
11827 nodes reachable from |dep_head|.
11828
11829 @ Here is a procedure that prints a dependency list in symbolic form.
11830 The second parameter should be either |dependent| or |mp_proto_dependent|,
11831 to indicate the scaling of the coefficients.
11832
11833 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
11834 void mp_print_dependency (MP mp,pointer p, small_number t) {
11835   integer v; /* a coefficient */
11836   pointer pp,q; /* for list manipulation */
11837   pp=p;
11838   while (1) { 
11839     v=abs(value(p)); q=info(p);
11840     if ( q==null ) { /* the constant term */
11841       if ( (v!=0)||(p==pp) ) {
11842          if ( value(p)>0 ) if ( p!=pp ) mp_print_char(mp, '+');
11843          mp_print_scaled(mp, value(p));
11844       }
11845       return;
11846     }
11847     @<Print the coefficient, unless it's $\pm1.0$@>;
11848     if ( type(q)!=mp_independent ) mp_confusion(mp, "dep");
11849 @:this can't happen dep}{\quad dep@>
11850     mp_print_variable_name(mp, q); v=value(q) % s_scale;
11851     while ( v>0 ) { mp_print(mp, "*4"); v=v-2; }
11852     p=link(p);
11853   }
11854 }
11855
11856 @ @<Print the coefficient, unless it's $\pm1.0$@>=
11857 if ( value(p)<0 ) mp_print_char(mp, '-');
11858 else if ( p!=pp ) mp_print_char(mp, '+');
11859 if ( t==mp_dependent ) v=mp_round_fraction(mp, v);
11860 if ( v!=unity ) mp_print_scaled(mp, v)
11861
11862 @ The maximum absolute value of a coefficient in a given dependency list
11863 is returned by the following simple function.
11864
11865 @c fraction mp_max_coef (MP mp,pointer p) {
11866   fraction x; /* the maximum so far */
11867   x=0;
11868   while ( info(p)!=null ) {
11869     if ( abs(value(p))>x ) x=abs(value(p));
11870     p=link(p);
11871   }
11872   return x;
11873 }
11874
11875 @ One of the main operations needed on dependency lists is to add a multiple
11876 of one list to the other; we call this |p_plus_fq|, where |p| and~|q| point
11877 to dependency lists and |f| is a fraction.
11878
11879 If the coefficient of any independent variable becomes |coef_bound| or
11880 more, in absolute value, this procedure changes the type of that variable
11881 to `|independent_needing_fix|', and sets the global variable |fix_needed|
11882 to~|true|. The value of $|coef_bound|=\mu$ is chosen so that
11883 $\mu^2+\mu<8$; this means that the numbers we deal with won't
11884 get too large. (Instead of the ``optimum'' $\mu=(\sqrt{33}-1)/2\approx
11885 2.3723$, the safer value 7/3 is taken as the threshold.)
11886
11887 The changes mentioned in the preceding paragraph are actually done only if
11888 the global variable |watch_coefs| is |true|. But it usually is; in fact,
11889 it is |false| only when \MP\ is making a dependency list that will soon
11890 be equated to zero.
11891
11892 Several procedures that act on dependency lists, including |p_plus_fq|,
11893 set the global variable |dep_final| to the final (constant term) node of
11894 the dependency list that they produce.
11895
11896 @d coef_bound 04525252525 /* |fraction| approximation to 7/3 */
11897 @d independent_needing_fix 0
11898
11899 @<Glob...@>=
11900 boolean fix_needed; /* does at least one |independent| variable need scaling? */
11901 boolean watch_coefs; /* should we scale coefficients that exceed |coef_bound|? */
11902 pointer dep_final; /* location of the constant term and final link */
11903
11904 @ @<Set init...@>=
11905 mp->fix_needed=false; mp->watch_coefs=true;
11906
11907 @ The |p_plus_fq| procedure has a fourth parameter, |t|, that should be
11908 set to |mp_proto_dependent| if |p| is a proto-dependency list. In this
11909 case |f| will be |scaled|, not a |fraction|. Similarly, the fifth parameter~|tt|
11910 should be |mp_proto_dependent| if |q| is a proto-dependency list.
11911
11912 List |q| is unchanged by the operation; but list |p| is totally destroyed.
11913
11914 The final link of the dependency list or proto-dependency list returned
11915 by |p_plus_fq| is the same as the original final link of~|p|. Indeed, the
11916 constant term of the result will be located in the same |mem| location
11917 as the original constant term of~|p|.
11918
11919 Coefficients of the result are assumed to be zero if they are less than
11920 a certain threshold. This compensates for inevitable rounding errors,
11921 and tends to make more variables `|known|'. The threshold is approximately
11922 $10^{-5}$ in the case of normal dependency lists, $10^{-4}$ for
11923 proto-dependencies.
11924
11925 @d fraction_threshold 2685 /* a |fraction| coefficient less than this is zeroed */
11926 @d half_fraction_threshold 1342 /* half of |fraction_threshold| */
11927 @d scaled_threshold 8 /* a |scaled| coefficient less than this is zeroed */
11928 @d half_scaled_threshold 4 /* half of |scaled_threshold| */
11929
11930 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
11931 pointer mp_p_plus_fq ( MP mp, pointer p, integer f, 
11932                       pointer q, small_number t, small_number tt) ;
11933
11934 @ @c
11935 pointer mp_p_plus_fq ( MP mp, pointer p, integer f, 
11936                       pointer q, small_number t, small_number tt) {
11937   pointer pp,qq; /* |info(p)| and |info(q)|, respectively */
11938   pointer r,s; /* for list manipulation */
11939   integer mp_threshold; /* defines a neighborhood of zero */
11940   integer v; /* temporary register */
11941   if ( t==mp_dependent ) mp_threshold=fraction_threshold;
11942   else mp_threshold=scaled_threshold;
11943   r=temp_head; pp=info(p); qq=info(q);
11944   while (1) {
11945     if ( pp==qq ) {
11946       if ( pp==null ) {
11947        break;
11948       } else {
11949         @<Contribute a term from |p|, plus |f| times the
11950           corresponding term from |q|@>
11951       }
11952     } else if ( value(pp)<value(qq) ) {
11953       @<Contribute a term from |q|, multiplied by~|f|@>
11954     } else { 
11955      link(r)=p; r=p; p=link(p); pp=info(p);
11956     }
11957   }
11958   if ( t==mp_dependent )
11959     value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),mp_take_fraction(mp, value(q),f));
11960   else  
11961     value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),mp_take_scaled(mp, value(q),f));
11962   link(r)=p; mp->dep_final=p; 
11963   return link(temp_head);
11964 }
11965
11966 @ @<Contribute a term from |p|, plus |f|...@>=
11967
11968   if ( tt==mp_dependent ) v=value(p)+mp_take_fraction(mp, f,value(q));
11969   else v=value(p)+mp_take_scaled(mp, f,value(q));
11970   value(p)=v; s=p; p=link(p);
11971   if ( abs(v)<mp_threshold ) {
11972     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
11973   } else {
11974     if ( (abs(v)>=coef_bound)  && mp->watch_coefs ) { 
11975       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
11976     }
11977     link(r)=s; r=s;
11978   };
11979   pp=info(p); q=link(q); qq=info(q);
11980 }
11981
11982 @ @<Contribute a term from |q|, multiplied by~|f|@>=
11983
11984   if ( tt==mp_dependent ) v=mp_take_fraction(mp, f,value(q));
11985   else v=mp_take_scaled(mp, f,value(q));
11986   if ( abs(v)>halfp(mp_threshold) ) { 
11987     s=mp_get_node(mp, dep_node_size); info(s)=qq; value(s)=v;
11988     if ( (abs(v)>=coef_bound) && mp->watch_coefs ) { 
11989       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
11990     }
11991     link(r)=s; r=s;
11992   }
11993   q=link(q); qq=info(q);
11994 }
11995
11996 @ It is convenient to have another subroutine for the special case
11997 of |p_plus_fq| when |f=1.0|. In this routine lists |p| and |q| are
11998 both of the same type~|t| (either |dependent| or |mp_proto_dependent|).
11999
12000 @c pointer mp_p_plus_q (MP mp,pointer p, pointer q, small_number t) {
12001   pointer pp,qq; /* |info(p)| and |info(q)|, respectively */
12002   pointer r,s; /* for list manipulation */
12003   integer mp_threshold; /* defines a neighborhood of zero */
12004   integer v; /* temporary register */
12005   if ( t==mp_dependent ) mp_threshold=fraction_threshold;
12006   else mp_threshold=scaled_threshold;
12007   r=temp_head; pp=info(p); qq=info(q);
12008   while (1) {
12009     if ( pp==qq ) {
12010       if ( pp==null ) {
12011         break;
12012       } else {
12013         @<Contribute a term from |p|, plus the
12014           corresponding term from |q|@>
12015       }
12016     } else if ( value(pp)<value(qq) ) {
12017       s=mp_get_node(mp, dep_node_size); info(s)=qq; value(s)=value(q);
12018       q=link(q); qq=info(q); link(r)=s; r=s;
12019     } else { 
12020       link(r)=p; r=p; p=link(p); pp=info(p);
12021     }
12022   }
12023   value(p)=mp_slow_add(mp, value(p),value(q));
12024   link(r)=p; mp->dep_final=p; 
12025   return link(temp_head);
12026 }
12027
12028 @ @<Contribute a term from |p|, plus the...@>=
12029
12030   v=value(p)+value(q);
12031   value(p)=v; s=p; p=link(p); pp=info(p);
12032   if ( abs(v)<mp_threshold ) {
12033     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12034   } else { 
12035     if ( (abs(v)>=coef_bound ) && mp->watch_coefs ) {
12036       type(qq)=independent_needing_fix; mp->fix_needed=true;
12037     }
12038     link(r)=s; r=s;
12039   }
12040   q=link(q); qq=info(q);
12041 }
12042
12043 @ A somewhat simpler routine will multiply a dependency list
12044 by a given constant~|v|. The constant is either a |fraction| less than
12045 |fraction_one|, or it is |scaled|. In the latter case we might be forced to
12046 convert a dependency list to a proto-dependency list.
12047 Parameters |t0| and |t1| are the list types before and after;
12048 they should agree unless |t0=mp_dependent| and |t1=mp_proto_dependent|
12049 and |v_is_scaled=true|.
12050
12051 @c pointer mp_p_times_v (MP mp,pointer p, integer v, small_number t0,
12052                          small_number t1, boolean v_is_scaled) {
12053   pointer r,s; /* for list manipulation */
12054   integer w; /* tentative coefficient */
12055   integer mp_threshold;
12056   boolean scaling_down;
12057   if ( t0!=t1 ) scaling_down=true; else scaling_down=! v_is_scaled;
12058   if ( t1==mp_dependent ) mp_threshold=half_fraction_threshold;
12059   else mp_threshold=half_scaled_threshold;
12060   r=temp_head;
12061   while ( info(p)!=null ) {    
12062     if ( scaling_down ) w=mp_take_fraction(mp, v,value(p));
12063     else w=mp_take_scaled(mp, v,value(p));
12064     if ( abs(w)<=mp_threshold ) { 
12065       s=link(p); mp_free_node(mp, p,dep_node_size); p=s;
12066     } else {
12067       if ( abs(w)>=coef_bound ) { 
12068         mp->fix_needed=true; type(info(p))=independent_needing_fix;
12069       }
12070       link(r)=p; r=p; value(p)=w; p=link(p);
12071     }
12072   }
12073   link(r)=p;
12074   if ( v_is_scaled ) value(p)=mp_take_scaled(mp, value(p),v);
12075   else value(p)=mp_take_fraction(mp, value(p),v);
12076   return link(temp_head);
12077 };
12078
12079 @ Similarly, we sometimes need to divide a dependency list
12080 by a given |scaled| constant.
12081
12082 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12083 pointer mp_p_over_v (MP mp,pointer p, scaled v, small_number 
12084   t0, small_number t1) ;
12085
12086 @ @c
12087 pointer mp_p_over_v (MP mp,pointer p, scaled v, small_number 
12088   t0, small_number t1) {
12089   pointer r,s; /* for list manipulation */
12090   integer w; /* tentative coefficient */
12091   integer mp_threshold;
12092   boolean scaling_down;
12093   if ( t0!=t1 ) scaling_down=true; else scaling_down=false;
12094   if ( t1==mp_dependent ) mp_threshold=half_fraction_threshold;
12095   else mp_threshold=half_scaled_threshold;
12096   r=temp_head;
12097   while ( info( p)!=null ) {
12098     if ( scaling_down ) {
12099       if ( abs(v)<02000000 ) w=mp_make_scaled(mp, value(p),v*010000);
12100       else w=mp_make_scaled(mp, mp_round_fraction(mp, value(p)),v);
12101     } else {
12102       w=mp_make_scaled(mp, value(p),v);
12103     }
12104     if ( abs(w)<=mp_threshold ) {
12105       s=link(p); mp_free_node(mp, p,dep_node_size); p=s;
12106     } else { 
12107       if ( abs(w)>=coef_bound ) {
12108          mp->fix_needed=true; type(info(p))=independent_needing_fix;
12109       }
12110       link(r)=p; r=p; value(p)=w; p=link(p);
12111     }
12112   }
12113   link(r)=p; value(p)=mp_make_scaled(mp, value(p),v);
12114   return link(temp_head);
12115 };
12116
12117 @ Here's another utility routine for dependency lists. When an independent
12118 variable becomes dependent, we want to remove it from all existing
12119 dependencies. The |p_with_x_becoming_q| function computes the
12120 dependency list of~|p| after variable~|x| has been replaced by~|q|.
12121
12122 This procedure has basically the same calling conventions as |p_plus_fq|:
12123 List~|q| is unchanged; list~|p| is destroyed; the constant node and the
12124 final link are inherited from~|p|; and the fourth parameter tells whether
12125 or not |p| is |mp_proto_dependent|. However, the global variable |dep_final|
12126 is not altered if |x| does not occur in list~|p|.
12127
12128 @c pointer mp_p_with_x_becoming_q (MP mp,pointer p,
12129            pointer x, pointer q, small_number t) {
12130   pointer r,s; /* for list manipulation */
12131   integer v; /* coefficient of |x| */
12132   integer sx; /* serial number of |x| */
12133   s=p; r=temp_head; sx=value(x);
12134   while ( value(info(s))>sx ) { r=s; s=link(s); };
12135   if ( info(s)!=x ) { 
12136     return p;
12137   } else { 
12138     link(temp_head)=p; link(r)=link(s); v=value(s);
12139     mp_free_node(mp, s,dep_node_size);
12140     return mp_p_plus_fq(mp, link(temp_head),v,q,t,mp_dependent);
12141   }
12142 }
12143
12144 @ Here's a simple procedure that reports an error when a variable
12145 has just received a known value that's out of the required range.
12146
12147 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12148 void mp_val_too_big (MP mp,scaled x) ;
12149
12150 @ @c void mp_val_too_big (MP mp,scaled x) { 
12151   if ( mp->internal[mp_warning_check]>0 ) { 
12152     print_err("Value is too large ("); mp_print_scaled(mp, x); mp_print_char(mp, ')');
12153 @.Value is too large@>
12154     help4("The equation I just processed has given some variable")
12155       ("a value of 4096 or more. Continue and I'll try to cope")
12156       ("with that big value; but it might be dangerous.")
12157       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
12158     mp_error(mp);
12159   }
12160 }
12161
12162 @ When a dependent variable becomes known, the following routine
12163 removes its dependency list. Here |p| points to the variable, and
12164 |q| points to the dependency list (which is one node long).
12165
12166 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12167 void mp_make_known (MP mp,pointer p, pointer q) ;
12168
12169 @ @c void mp_make_known (MP mp,pointer p, pointer q) {
12170   int t; /* the previous type */
12171   prev_dep(link(q))=prev_dep(p);
12172   link(prev_dep(p))=link(q); t=type(p);
12173   type(p)=mp_known; value(p)=value(q); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
12174   if ( abs(value(p))>=fraction_one ) mp_val_too_big(mp, value(p));
12175   if (( mp->internal[mp_tracing_equations]>0) && mp_interesting(mp, p) ) {
12176     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "#### ");
12177 @:]]]\#\#\#\#_}{\.{\#\#\#\#}@>
12178     mp_print_variable_name(mp, p); 
12179     mp_print_char(mp, '='); mp_print_scaled(mp, value(p));
12180     mp_end_diagnostic(mp, false);
12181   }
12182   if (( mp->cur_exp==p ) && mp->cur_type==t ) {
12183     mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=value(p);
12184     mp_free_node(mp, p,value_node_size);
12185   }
12186 }
12187
12188 @ The |fix_dependencies| routine is called into action when |fix_needed|
12189 has been triggered. The program keeps a list~|s| of independent variables
12190 whose coefficients must be divided by~4.
12191
12192 In unusual cases, this fixup process might reduce one or more coefficients
12193 to zero, so that a variable will become known more or less by default.
12194
12195 @<Declare basic dependency-list subroutines@>=
12196 void mp_fix_dependencies (MP mp);
12197
12198 @ @c void mp_fix_dependencies (MP mp) {
12199   pointer p,q,r,s,t; /* list manipulation registers */
12200   pointer x; /* an independent variable */
12201   r=link(dep_head); s=null;
12202   while ( r!=dep_head ){ 
12203     t=r;
12204     @<Run through the dependency list for variable |t|, fixing
12205       all nodes, and ending with final link~|q|@>;
12206     r=link(q);
12207     if ( q==dep_list(t) ) mp_make_known(mp, t,q);
12208   }
12209   while ( s!=null ) { 
12210     p=link(s); x=info(s); free_avail(s); s=p;
12211     type(x)=mp_independent; value(x)=value(x)+2;
12212   }
12213   mp->fix_needed=false;
12214 }
12215
12216 @ @d independent_being_fixed 1 /* this variable already appears in |s| */
12217
12218 @<Run through the dependency list for variable |t|...@>=
12219 r=value_loc(t); /* |link(r)=dep_list(t)| */
12220 while (1) { 
12221   q=link(r); x=info(q);
12222   if ( x==null ) break;
12223   if ( type(x)<=independent_being_fixed ) {
12224     if ( type(x)<independent_being_fixed ) {
12225       p=mp_get_avail(mp); link(p)=s; s=p;
12226       info(s)=x; type(x)=independent_being_fixed;
12227     }
12228     value(q)=value(q) / 4;
12229     if ( value(q)==0 ) {
12230       link(r)=link(q); mp_free_node(mp, q,dep_node_size); q=r;
12231     }
12232   }
12233   r=q;
12234 }
12235
12236
12237 @ The |new_dep| routine installs a dependency list~|p| into the value node~|q|,
12238 linking it into the list of all known dependencies. We assume that
12239 |dep_final| points to the final node of list~|p|.
12240
12241 @c void mp_new_dep (MP mp,pointer q, pointer p) {
12242   pointer r; /* what used to be the first dependency */
12243   dep_list(q)=p; prev_dep(q)=dep_head;
12244   r=link(dep_head); link(mp->dep_final)=r; prev_dep(r)=mp->dep_final;
12245   link(dep_head)=q;
12246 }
12247
12248 @ Here is one of the ways a dependency list gets started.
12249 The |const_dependency| routine produces a list that has nothing but
12250 a constant term.
12251
12252 @c pointer mp_const_dependency (MP mp, scaled v) {
12253   mp->dep_final=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12254   value(mp->dep_final)=v; info(mp->dep_final)=null;
12255   return mp->dep_final;
12256 }
12257
12258 @ And here's a more interesting way to start a dependency list from scratch:
12259 The parameter to |single_dependency| is the location of an
12260 independent variable~|x|, and the result is the simple dependency list
12261 `|x+0|'.
12262
12263 In the unlikely event that the given independent variable has been doubled so
12264 often that we can't refer to it with a nonzero coefficient,
12265 |single_dependency| returns the simple list `0'.  This case can be
12266 recognized by testing that the returned list pointer is equal to
12267 |dep_final|.
12268
12269 @c pointer mp_single_dependency (MP mp,pointer p) {
12270   pointer q; /* the new dependency list */
12271   integer m; /* the number of doublings */
12272   m=value(p) % s_scale;
12273   if ( m>28 ) {
12274     return mp_const_dependency(mp, 0);
12275   } else { 
12276     q=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12277     value(q)=two_to_the(28-m); info(q)=p;
12278     link(q)=mp_const_dependency(mp, 0);
12279     return q;
12280   }
12281 }
12282
12283 @ We sometimes need to make an exact copy of a dependency list.
12284
12285 @c pointer mp_copy_dep_list (MP mp,pointer p) {
12286   pointer q; /* the new dependency list */
12287   q=mp_get_node(mp, dep_node_size); mp->dep_final=q;
12288   while (1) { 
12289     info(mp->dep_final)=info(p); value(mp->dep_final)=value(p);
12290     if ( info(mp->dep_final)==null ) break;
12291     link(mp->dep_final)=mp_get_node(mp, dep_node_size);
12292     mp->dep_final=link(mp->dep_final); p=link(p);
12293   }
12294   return q;
12295 }
12296
12297 @ But how do variables normally become known? Ah, now we get to the heart of the
12298 equation-solving mechanism. The |linear_eq| procedure is given a |dependent|
12299 or |mp_proto_dependent| list,~|p|, in which at least one independent variable
12300 appears. It equates this list to zero, by choosing an independent variable
12301 with the largest coefficient and making it dependent on the others. The
12302 newly dependent variable is eliminated from all current dependencies,
12303 thereby possibly making other dependent variables known.
12304
12305 The given list |p| is, of course, totally destroyed by all this processing.
12306
12307 @c void mp_linear_eq (MP mp, pointer p, small_number t) {
12308   pointer q,r,s; /* for link manipulation */
12309   pointer x; /* the variable that loses its independence */
12310   integer n; /* the number of times |x| had been halved */
12311   integer v; /* the coefficient of |x| in list |p| */
12312   pointer prev_r; /* lags one step behind |r| */
12313   pointer final_node; /* the constant term of the new dependency list */
12314   integer w; /* a tentative coefficient */
12315    @<Find a node |q| in list |p| whose coefficient |v| is largest@>;
12316   x=info(q); n=value(x) % s_scale;
12317   @<Divide list |p| by |-v|, removing node |q|@>;
12318   if ( mp->internal[mp_tracing_equations]>0 ) {
12319     @<Display the new dependency@>;
12320   }
12321   @<Simplify all existing dependencies by substituting for |x|@>;
12322   @<Change variable |x| from |independent| to |dependent| or |known|@>;
12323   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
12324 }
12325
12326 @ @<Find a node |q| in list |p| whose coefficient |v| is largest@>=
12327 q=p; r=link(p); v=value(q);
12328 while ( info(r)!=null ) { 
12329   if ( abs(value(r))>abs(v) ) { q=r; v=value(r); };
12330   r=link(r);
12331 }
12332
12333 @ Here we want to change the coefficients from |scaled| to |fraction|,
12334 except in the constant term. In the common case of a trivial equation
12335 like `\.{x=3.14}', we will have |v=-fraction_one|, |q=p|, and |t=mp_dependent|.
12336
12337 @<Divide list |p| by |-v|, removing node |q|@>=
12338 s=temp_head; link(s)=p; r=p;
12339 do { 
12340   if ( r==q ) {
12341     link(s)=link(r); mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12342   } else  { 
12343     w=mp_make_fraction(mp, value(r),v);
12344     if ( abs(w)<=half_fraction_threshold ) {
12345       link(s)=link(r); mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12346     } else { 
12347       value(r)=-w; s=r;
12348     }
12349   }
12350   r=link(s);
12351 } while (info(r)!=null);
12352 if ( t==mp_proto_dependent ) {
12353   value(r)=-mp_make_scaled(mp, value(r),v);
12354 } else if ( v!=-fraction_one ) {
12355   value(r)=-mp_make_fraction(mp, value(r),v);
12356 }
12357 final_node=r; p=link(temp_head)
12358
12359 @ @<Display the new dependency@>=
12360 if ( mp_interesting(mp, x) ) {
12361   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "## "); 
12362   mp_print_variable_name(mp, x);
12363 @:]]]\#\#_}{\.{\#\#}@>
12364   w=n;
12365   while ( w>0 ) { mp_print(mp, "*4"); w=w-2;  };
12366   mp_print_char(mp, '='); mp_print_dependency(mp, p,mp_dependent); 
12367   mp_end_diagnostic(mp, false);
12368 }
12369
12370 @ @<Simplify all existing dependencies by substituting for |x|@>=
12371 prev_r=dep_head; r=link(dep_head);
12372 while ( r!=dep_head ) {
12373   s=dep_list(r); q=mp_p_with_x_becoming_q(mp, s,x,p,type(r));
12374   if ( info(q)==null ) {
12375     mp_make_known(mp, r,q);
12376   } else { 
12377     dep_list(r)=q;
12378     do {  q=link(q); } while (info(q)!=null);
12379     prev_r=q;
12380   }
12381   r=link(prev_r);
12382 }
12383
12384 @ @<Change variable |x| from |independent| to |dependent| or |known|@>=
12385 if ( n>0 ) @<Divide list |p| by $2^n$@>;
12386 if ( info(p)==null ) {
12387   type(x)=mp_known;
12388   value(x)=value(p);
12389   if ( abs(value(x))>=fraction_one ) mp_val_too_big(mp, value(x));
12390   mp_free_node(mp, p,dep_node_size);
12391   if ( mp->cur_exp==x ) if ( mp->cur_type==mp_independent ) {
12392     mp->cur_exp=value(x); mp->cur_type=mp_known;
12393     mp_free_node(mp, x,value_node_size);
12394   }
12395 } else { 
12396   type(x)=mp_dependent; mp->dep_final=final_node; mp_new_dep(mp, x,p);
12397   if ( mp->cur_exp==x ) if ( mp->cur_type==mp_independent ) mp->cur_type=mp_dependent;
12398 }
12399
12400 @ @<Divide list |p| by $2^n$@>=
12401
12402   s=temp_head; link(temp_head)=p; r=p;
12403   do {  
12404     if ( n>30 ) w=0;
12405     else w=value(r) / two_to_the(n);
12406     if ( (abs(w)<=half_fraction_threshold)&&(info(r)!=null) ) {
12407       link(s)=link(r);
12408       mp_free_node(mp, r,dep_node_size);
12409     } else { 
12410       value(r)=w; s=r;
12411     }
12412     r=link(s);
12413   } while (info(s)!=null);
12414   p=link(temp_head);
12415 }
12416
12417 @ The |check_mem| procedure, which is used only when \MP\ is being
12418 debugged, makes sure that the current dependency lists are well formed.
12419
12420 @<Check the list of linear dependencies@>=
12421 q=dep_head; p=link(q);
12422 while ( p!=dep_head ) {
12423   if ( prev_dep(p)!=q ) {
12424     mp_print_nl(mp, "Bad PREVDEP at "); mp_print_int(mp, p);
12425 @.Bad PREVDEP...@>
12426   }
12427   p=dep_list(p);
12428   while (1) {
12429     r=info(p); q=p; p=link(q);
12430     if ( r==null ) break;
12431     if ( value(info(p))>=value(r) ) {
12432       mp_print_nl(mp, "Out of order at "); mp_print_int(mp, p);
12433 @.Out of order...@>
12434     }
12435   }
12436 }
12437
12438 @* \[25] Dynamic nonlinear equations.
12439 Variables of numeric type are maintained by the general scheme of
12440 independent, dependent, and known values that we have just studied;
12441 and the components of pair and transform variables are handled in the
12442 same way. But \MP\ also has five other types of values: \&{boolean},
12443 \&{string}, \&{pen}, \&{path}, and \&{picture}; what about them?
12444
12445 Equations are allowed between nonlinear quantities, but only in a
12446 simple form. Two variables that haven't yet been assigned values are
12447 either equal to each other, or they're not.
12448
12449 Before a boolean variable has received a value, its type is |mp_unknown_boolean|;
12450 similarly, there are variables whose type is |mp_unknown_string|, |mp_unknown_pen|,
12451 |mp_unknown_path|, and |mp_unknown_picture|. In such cases the value is either
12452 |null| (which means that no other variables are equivalent to this one), or
12453 it points to another variable of the same undefined type. The pointers in the
12454 latter case form a cycle of nodes, which we shall call a ``ring.''
12455 Rings of undefined variables may include capsules, which arise as
12456 intermediate results within expressions or as \&{expr} parameters to macros.
12457
12458 When one member of a ring receives a value, the same value is given to
12459 all the other members. In the case of paths and pictures, this implies
12460 making separate copies of a potentially large data structure; users should
12461 restrain their enthusiasm for such generality, unless they have lots and
12462 lots of memory space.
12463
12464 @ The following procedure is called when a capsule node is being
12465 added to a ring (e.g., when an unknown variable is mentioned in an expression).
12466
12467 @c pointer mp_new_ring_entry (MP mp,pointer p) {
12468   pointer q; /* the new capsule node */
12469   q=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(q)=mp_capsule;
12470   type(q)=type(p);
12471   if ( value(p)==null ) value(q)=p; else value(q)=value(p);
12472   value(p)=q;
12473   return q;
12474 }
12475
12476 @ Conversely, we might delete a capsule or a variable before it becomes known.
12477 The following procedure simply detaches a quantity from its ring,
12478 without recycling the storage.
12479
12480 @<Declare the recycling subroutines@>=
12481 void mp_ring_delete (MP mp,pointer p) {
12482   pointer q; 
12483   q=value(p);
12484   if ( q!=null ) if ( q!=p ){ 
12485     while ( value(q)!=p ) q=value(q);
12486     value(q)=value(p);
12487   }
12488 }
12489
12490 @ Eventually there might be an equation that assigns values to all of the
12491 variables in a ring. The |nonlinear_eq| subroutine does the necessary
12492 propagation of values.
12493
12494 If the parameter |flush_p| is |true|, node |p| itself needn't receive a
12495 value, it will soon be recycled.
12496
12497 @c void mp_nonlinear_eq (MP mp,integer v, pointer p, boolean flush_p) {
12498   small_number t; /* the type of ring |p| */
12499   pointer q,r; /* link manipulation registers */
12500   t=type(p)-unknown_tag; q=value(p);
12501   if ( flush_p ) type(p)=mp_vacuous; else p=q;
12502   do {  
12503     r=value(q); type(q)=t;
12504     switch (t) {
12505     case mp_boolean_type: value(q)=v; break;
12506     case mp_string_type: value(q)=v; add_str_ref(v); break;
12507     case mp_pen_type: value(q)=copy_pen(v); break;
12508     case mp_path_type: value(q)=mp_copy_path(mp, v); break;
12509     case mp_picture_type: value(q)=v; add_edge_ref(v); break;
12510     } /* there ain't no more cases */
12511     q=r;
12512   } while (q!=p);
12513 }
12514
12515 @ If two members of rings are equated, and if they have the same type,
12516 the |ring_merge| procedure is called on to make them equivalent.
12517
12518 @c void mp_ring_merge (MP mp,pointer p, pointer q) {
12519   pointer r; /* traverses one list */
12520   r=value(p);
12521   while ( r!=p ) {
12522     if ( r==q ) {
12523       @<Exclaim about a redundant equation@>;
12524       return;
12525     };
12526     r=value(r);
12527   }
12528   r=value(p); value(p)=value(q); value(q)=r;
12529 }
12530
12531 @ @<Exclaim about a redundant equation@>=
12532
12533   print_err("Redundant equation");
12534 @.Redundant equation@>
12535   help2("I already knew that this equation was true.")
12536    ("But perhaps no harm has been done; let's continue.");
12537   mp_put_get_error(mp);
12538 }
12539
12540 @* \[26] Introduction to the syntactic routines.
12541 Let's pause a moment now and try to look at the Big Picture.
12542 The \MP\ program consists of three main parts: syntactic routines,
12543 semantic routines, and output routines. The chief purpose of the
12544 syntactic routines is to deliver the user's input to the semantic routines,
12545 while parsing expressions and locating operators and operands. The
12546 semantic routines act as an interpreter responding to these operators,
12547 which may be regarded as commands. And the output routines are
12548 periodically called on to produce compact font descriptions that can be
12549 used for typesetting or for making interim proof drawings. We have
12550 discussed the basic data structures and many of the details of semantic
12551 operations, so we are good and ready to plunge into the part of \MP\ that
12552 actually controls the activities.
12553
12554 Our current goal is to come to grips with the |get_next| procedure,
12555 which is the keystone of \MP's input mechanism. Each call of |get_next|
12556 sets the value of three variables |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|,
12557 representing the next input token.
12558 $$\vbox{\halign{#\hfil\cr
12559   \hbox{|cur_cmd| denotes a command code from the long list of codes
12560    given earlier;}\cr
12561   \hbox{|cur_mod| denotes a modifier of the command code;}\cr
12562   \hbox{|cur_sym| is the hash address of the symbolic token that was
12563    just scanned,}\cr
12564   \hbox{\qquad or zero in the case of a numeric or string
12565    or capsule token.}\cr}}$$
12566 Underlying this external behavior of |get_next| is all the machinery
12567 necessary to convert from character files to tokens. At a given time we
12568 may be only partially finished with the reading of several files (for
12569 which \&{input} was specified), and partially finished with the expansion
12570 of some user-defined macros and/or some macro parameters, and partially
12571 finished reading some text that the user has inserted online,
12572 and so on. When reading a character file, the characters must be
12573 converted to tokens; comments and blank spaces must
12574 be removed, numeric and string tokens must be evaluated.
12575
12576 To handle these situations, which might all be present simultaneously,
12577 \MP\ uses various stacks that hold information about the incomplete
12578 activities, and there is a finite state control for each level of the
12579 input mechanism. These stacks record the current state of an implicitly
12580 recursive process, but the |get_next| procedure is not recursive.
12581
12582 @<Glob...@>=
12583 eight_bits cur_cmd; /* current command set by |get_next| */
12584 integer cur_mod; /* operand of current command */
12585 halfword cur_sym; /* hash address of current symbol */
12586
12587 @ The |print_cmd_mod| routine prints a symbolic interpretation of a
12588 command code and its modifier.
12589 It consists of a rather tedious sequence of print
12590 commands, and most of it is essentially an inverse to the |primitive|
12591 routine that enters a \MP\ primitive into |hash| and |eqtb|. Therefore almost
12592 all of this procedure appears elsewhere in the program, together with the
12593 corresponding |primitive| calls.
12594
12595 @<Declare the procedure called |print_cmd_mod|@>=
12596 void mp_print_cmd_mod (MP mp,integer c, integer m) { 
12597  switch (c) {
12598   @<Cases of |print_cmd_mod| for symbolic printing of primitives@>
12599   default: mp_print(mp, "[unknown command code!]"); break;
12600   }
12601 }
12602
12603 @ Here is a procedure that displays a given command in braces, in the
12604 user's transcript file.
12605
12606 @d show_cur_cmd_mod mp_show_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod)
12607
12608 @c 
12609 void mp_show_cmd_mod (MP mp,integer c, integer m) { 
12610   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{");
12611   mp_print_cmd_mod(mp, c,m); mp_print_char(mp, '}');
12612   mp_end_diagnostic(mp, false);
12613 }
12614
12615 @* \[27] Input stacks and states.
12616 The state of \MP's input mechanism appears in the input stack, whose
12617 entries are records with five fields, called |index|, |start|, |loc|,
12618 |limit|, and |name|. The top element of this stack is maintained in a
12619 global variable for which no subscripting needs to be done; the other
12620 elements of the stack appear in an array. Hence the stack is declared thus:
12621
12622 @<Types...@>=
12623 typedef struct {
12624   quarterword index_field;
12625   halfword start_field, loc_field, limit_field, name_field;
12626 } in_state_record;
12627
12628 @ @<Glob...@>=
12629 in_state_record *input_stack;
12630 integer input_ptr; /* first unused location of |input_stack| */
12631 integer max_in_stack; /* largest value of |input_ptr| when pushing */
12632 in_state_record cur_input; /* the ``top'' input state */
12633 int stack_size; /* maximum number of simultaneous input sources */
12634
12635 @ @<Allocate or initialize ...@>=
12636 mp->stack_size = 300;
12637 mp->input_stack = xmalloc((mp->stack_size+1),sizeof(in_state_record));
12638
12639 @ @<Dealloc variables@>=
12640 xfree(mp->input_stack);
12641
12642 @ We've already defined the special variable |loc==cur_input.loc_field|
12643 in our discussion of basic input-output routines. The other components of
12644 |cur_input| are defined in the same way:
12645
12646 @d index mp->cur_input.index_field /* reference for buffer information */
12647 @d start mp->cur_input.start_field /* starting position in |buffer| */
12648 @d limit mp->cur_input.limit_field /* end of current line in |buffer| */
12649 @d name mp->cur_input.name_field /* name of the current file */
12650
12651 @ Let's look more closely now at the five control variables
12652 (|index|,~|start|,~|loc|,~|limit|,~|name|),
12653 assuming that \MP\ is reading a line of characters that have been input
12654 from some file or from the user's terminal. There is an array called
12655 |buffer| that acts as a stack of all lines of characters that are
12656 currently being read from files, including all lines on subsidiary
12657 levels of the input stack that are not yet completed. \MP\ will return to
12658 the other lines when it is finished with the present input file.
12659
12660 (Incidentally, on a machine with byte-oriented addressing, it would be
12661 appropriate to combine |buffer| with the |str_pool| array,
12662 letting the buffer entries grow downward from the top of the string pool
12663 and checking that these two tables don't bump into each other.)
12664
12665 The line we are currently working on begins in position |start| of the
12666 buffer; the next character we are about to read is |buffer[loc]|; and
12667 |limit| is the location of the last character present. We always have
12668 |loc<=limit|. For convenience, |buffer[limit]| has been set to |"%"|, so
12669 that the end of a line is easily sensed.
12670
12671 The |name| variable is a string number that designates the name of
12672 the current file, if we are reading an ordinary text file.  Special codes
12673 |is_term..max_spec_src| indicate other sources of input text.
12674
12675 @d is_term 0 /* |name| value when reading from the terminal for normal input */
12676 @d is_read 1 /* |name| value when executing a \&{readstring} or \&{readfrom} */
12677 @d is_scantok 2 /* |name| value when reading text generated by \&{scantokens} */
12678 @d max_spec_src is_scantok
12679
12680 @ Additional information about the current line is available via the
12681 |index| variable, which counts how many lines of characters are present
12682 in the buffer below the current level. We have |index=0| when reading
12683 from the terminal and prompting the user for each line; then if the user types,
12684 e.g., `\.{input figs}', we will have |index=1| while reading
12685 the file \.{figs.mp}. However, it does not follow that |index| is the
12686 same as the input stack pointer, since many of the levels on the input
12687 stack may come from token lists and some |index| values may correspond
12688 to \.{MPX} files that are not currently on the stack.
12689
12690 The global variable |in_open| is equal to the highest |index| value counting
12691 \.{MPX} files but excluding token-list input levels.  Thus, the number of
12692 partially read lines in the buffer is |in_open+1| and we have |in_open>=index|
12693 when we are not reading a token list.
12694
12695 If we are not currently reading from the terminal,
12696 we are reading from the file variable |input_file[index]|. We use
12697 the notation |terminal_input| as a convenient abbreviation for |name=is_term|,
12698 and |cur_file| as an abbreviation for |input_file[index]|.
12699
12700 When \MP\ is not reading from the terminal, the global variable |line| contains
12701 the line number in the current file, for use in error messages. More precisely,
12702 |line| is a macro for |line_stack[index]| and the |line_stack| array gives
12703 the line number for each file in the |input_file| array.
12704
12705 When an \.{MPX} file is opened the file name is stored in the |mpx_name|
12706 array so that the name doesn't get lost when the file is temporarily removed
12707 from the input stack.
12708 Thus when |input_file[k]| is an \.{MPX} file, its name is |mpx_name[k]|
12709 and it contains translated \TeX\ pictures for |input_file[k-1]|.
12710 Since this is not an \.{MPX} file, we have
12711 $$ \hbox{|mpx_name[k-1]<=absent|}. $$
12712 This |name| field is set to |finished| when |input_file[k]| is completely
12713 read.
12714
12715 If more information about the input state is needed, it can be
12716 included in small arrays like those shown here. For example,
12717 the current page or segment number in the input file might be put
12718 into a variable |page|, that is really a macro for the current entry
12719 in `\ignorespaces|page_stack:array[0..max_in_open] of integer|\unskip'
12720 by analogy with |line_stack|.
12721 @^system dependencies@>
12722
12723 @d terminal_input (name==is_term) /* are we reading from the terminal? */
12724 @d cur_file mp->input_file[index] /* the current |FILE *| variable */
12725 @d line mp->line_stack[index] /* current line number in the current source file */
12726 @d in_name mp->iname_stack[index] /* a string used to construct \.{MPX} file names */
12727 @d in_area mp->iarea_stack[index] /* another string for naming \.{MPX} files */
12728 @d absent 1 /* |name_field| value for unused |mpx_in_stack| entries */
12729 @d mpx_reading (mp->mpx_name[index]>absent)
12730   /* when reading a file, is it an \.{MPX} file? */
12731 @d finished 0
12732   /* |name_field| value when the corresponding \.{MPX} file is finished */
12733
12734 @<Glob...@>=
12735 integer in_open; /* the number of lines in the buffer, less one */
12736 unsigned int open_parens; /* the number of open text files */
12737 FILE  * *input_file ;
12738 integer *line_stack ; /* the line number for each file */
12739 char *  *iname_stack; /* used for naming \.{MPX} files */
12740 char *  *iarea_stack; /* used for naming \.{MPX} files */
12741 halfword*mpx_name  ;
12742
12743 @ @<Allocate or ...@>=
12744 mp->input_file  = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(FILE *));
12745 mp->line_stack  = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(integer));
12746 mp->iname_stack = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(char *));
12747 mp->iarea_stack = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(char *));
12748 mp->mpx_name    = xmalloc((mp->max_in_open+1),sizeof(halfword));
12749 {
12750   int k;
12751   for (k=0;k<=mp->max_in_open;k++) {
12752     mp->iname_stack[k] =NULL;
12753     mp->iarea_stack[k] =NULL;
12754   }
12755 }
12756
12757 @ @<Dealloc variables@>=
12758 {
12759   int l;
12760   for (l=0;l<=mp->max_in_open;l++) {
12761     xfree(mp->iname_stack[l]);
12762     xfree(mp->iarea_stack[l]);
12763   }
12764 }
12765 xfree(mp->input_file);
12766 xfree(mp->line_stack);
12767 xfree(mp->iname_stack);
12768 xfree(mp->iarea_stack);
12769 xfree(mp->mpx_name);
12770
12771
12772 @ However, all this discussion about input state really applies only to the
12773 case that we are inputting from a file. There is another important case,
12774 namely when we are currently getting input from a token list. In this case
12775 |index>max_in_open|, and the conventions about the other state variables
12776 are different:
12777
12778 \yskip\hang|loc| is a pointer to the current node in the token list, i.e.,
12779 the node that will be read next. If |loc=null|, the token list has been
12780 fully read.
12781
12782 \yskip\hang|start| points to the first node of the token list; this node
12783 may or may not contain a reference count, depending on the type of token
12784 list involved.
12785
12786 \yskip\hang|token_type|, which takes the place of |index| in the
12787 discussion above, is a code number that explains what kind of token list
12788 is being scanned.
12789
12790 \yskip\hang|name| points to the |eqtb| address of the control sequence
12791 being expanded, if the current token list is a macro not defined by
12792 \&{vardef}. Macros defined by \&{vardef} have |name=null|; their name
12793 can be deduced by looking at their first two parameters.
12794
12795 \yskip\hang|param_start|, which takes the place of |limit|, tells where
12796 the parameters of the current macro or loop text begin in the |param_stack|.
12797
12798 \yskip\noindent The |token_type| can take several values, depending on
12799 where the current token list came from:
12800
12801 \yskip
12802 \indent|forever_text|, if the token list being scanned is the body of
12803 a \&{forever} loop;
12804
12805 \indent|loop_text|, if the token list being scanned is the body of
12806 a \&{for} or \&{forsuffixes} loop;
12807
12808 \indent|parameter|, if a \&{text} or \&{suffix} parameter is being scanned;
12809
12810 \indent|backed_up|, if the token list being scanned has been inserted as
12811 `to be read again'.
12812
12813 \indent|inserted|, if the token list being scanned has been inserted as
12814 part of error recovery;
12815
12816 \indent|macro|, if the expansion of a user-defined symbolic token is being
12817 scanned.
12818
12819 \yskip\noindent
12820 The token list begins with a reference count if and only if |token_type=
12821 macro|.
12822 @^reference counts@>
12823
12824 @d token_type index /* type of current token list */
12825 @d token_state (index>(int)mp->max_in_open) /* are we scanning a token list? */
12826 @d file_state (index<=(int)mp->max_in_open) /* are we scanning a file line? */
12827 @d param_start limit /* base of macro parameters in |param_stack| */
12828 @d forever_text (mp->max_in_open+1) /* |token_type| code for loop texts */
12829 @d loop_text (mp->max_in_open+2) /* |token_type| code for loop texts */
12830 @d parameter (mp->max_in_open+3) /* |token_type| code for parameter texts */
12831 @d backed_up (mp->max_in_open+4) /* |token_type| code for texts to be reread */
12832 @d inserted (mp->max_in_open+5) /* |token_type| code for inserted texts */
12833 @d macro (mp->max_in_open+6) /* |token_type| code for macro replacement texts */
12834
12835 @ The |param_stack| is an auxiliary array used to hold pointers to the token
12836 lists for parameters at the current level and subsidiary levels of input.
12837 This stack grows at a different rate from the others.
12838
12839 @<Glob...@>=
12840 pointer *param_stack;  /* token list pointers for parameters */
12841 integer param_ptr; /* first unused entry in |param_stack| */
12842 integer max_param_stack;  /* largest value of |param_ptr| */
12843
12844 @ @<Allocate or initialize ...@>=
12845 mp->param_stack = xmalloc((mp->param_size+1),sizeof(pointer));
12846
12847 @ @<Dealloc variables@>=
12848 xfree(mp->param_stack);
12849
12850 @ Notice that the |line| isn't valid when |token_state| is true because it
12851 depends on |index|.  If we really need to know the line number for the
12852 topmost file in the index stack we use the following function.  If a page
12853 number or other information is needed, this routine should be modified to
12854 compute it as well.
12855 @^system dependencies@>
12856
12857 @<Declare a function called |true_line|@>=
12858 integer mp_true_line (MP mp) {
12859   int k; /* an index into the input stack */
12860   if ( file_state && (name>max_spec_src) ) {
12861      return line;
12862   } else { 
12863     k=mp->input_ptr;
12864     while ((k>0) &&
12865            ((mp->input_stack[(k-1)].index_field>mp->max_in_open)||
12866             (mp->input_stack[(k-1)].name_field<=max_spec_src))) {
12867       decr(k);
12868     }
12869     return mp->line_stack[(k-1)];
12870   }
12871   return 0; 
12872 }
12873
12874 @ Thus, the ``current input state'' can be very complicated indeed; there
12875 can be many levels and each level can arise in a variety of ways. The
12876 |show_context| procedure, which is used by \MP's error-reporting routine to
12877 print out the current input state on all levels down to the most recent
12878 line of characters from an input file, illustrates most of these conventions.
12879 The global variable |file_ptr| contains the lowest level that was
12880 displayed by this procedure.
12881
12882 @<Glob...@>=
12883 integer file_ptr; /* shallowest level shown by |show_context| */
12884
12885 @ The status at each level is indicated by printing two lines, where the first
12886 line indicates what was read so far and the second line shows what remains
12887 to be read. The context is cropped, if necessary, so that the first line
12888 contains at most |half_error_line| characters, and the second contains
12889 at most |error_line|. Non-current input levels whose |token_type| is
12890 `|backed_up|' are shown only if they have not been fully read.
12891
12892 @c void mp_show_context (MP mp) { /* prints where the scanner is */
12893   int old_setting; /* saved |selector| setting */
12894   @<Local variables for formatting calculations@>
12895   mp->file_ptr=mp->input_ptr; mp->input_stack[mp->file_ptr]=mp->cur_input;
12896   /* store current state */
12897   while (1) { 
12898     mp->cur_input=mp->input_stack[mp->file_ptr]; /* enter into the context */
12899     @<Display the current context@>;
12900     if ( file_state )
12901       if ( (name>max_spec_src) || (mp->file_ptr==0) ) break;
12902     decr(mp->file_ptr);
12903   }
12904   mp->cur_input=mp->input_stack[mp->input_ptr]; /* restore original state */
12905 }
12906
12907 @ @<Display the current context@>=
12908 if ( (mp->file_ptr==mp->input_ptr) || file_state ||
12909    (token_type!=backed_up) || (loc!=null) ) {
12910     /* we omit backed-up token lists that have already been read */
12911   mp->tally=0; /* get ready to count characters */
12912   old_setting=mp->selector;
12913   if ( file_state ) {
12914     @<Print location of current line@>;
12915     @<Pseudoprint the line@>;
12916   } else { 
12917     @<Print type of token list@>;
12918     @<Pseudoprint the token list@>;
12919   }
12920   mp->selector=old_setting; /* stop pseudoprinting */
12921   @<Print two lines using the tricky pseudoprinted information@>;
12922 }
12923
12924 @ This routine should be changed, if necessary, to give the best possible
12925 indication of where the current line resides in the input file.
12926 For example, on some systems it is best to print both a page and line number.
12927 @^system dependencies@>
12928
12929 @<Print location of current line@>=
12930 if ( name>max_spec_src ) {
12931   mp_print_nl(mp, "l."); mp_print_int(mp, mp_true_line(mp));
12932 } else if ( terminal_input ) {
12933   if ( mp->file_ptr==0 ) mp_print_nl(mp, "<*>");
12934   else mp_print_nl(mp, "<insert>");
12935 } else if ( name==is_scantok ) {
12936   mp_print_nl(mp, "<scantokens>");
12937 } else {
12938   mp_print_nl(mp, "<read>");
12939 }
12940 mp_print_char(mp, ' ')
12941
12942 @ Can't use case statement here because the |token_type| is not
12943 a constant expression.
12944
12945 @<Print type of token list@>=
12946 {
12947   if(token_type==forever_text) {
12948     mp_print_nl(mp, "<forever> ");
12949   } else if (token_type==loop_text) {
12950     @<Print the current loop value@>;
12951   } else if (token_type==parameter) {
12952     mp_print_nl(mp, "<argument> "); 
12953   } else if (token_type==backed_up) { 
12954     if ( loc==null ) mp_print_nl(mp, "<recently read> ");
12955     else mp_print_nl(mp, "<to be read again> ");
12956   } else if (token_type==inserted) {
12957     mp_print_nl(mp, "<inserted text> ");
12958   } else if (token_type==macro) {
12959     mp_print_ln(mp);
12960     if ( name!=null ) mp_print_text(name);
12961     else @<Print the name of a \&{vardef}'d macro@>;
12962     mp_print(mp, "->");
12963   } else {
12964     mp_print_nl(mp, "?");/* this should never happen */
12965 @.?\relax@>
12966   }
12967 }
12968
12969 @ The parameter that corresponds to a loop text is either a token list
12970 (in the case of \&{forsuffixes}) or a ``capsule'' (in the case of \&{for}).
12971 We'll discuss capsules later; for now, all we need to know is that
12972 the |link| field in a capsule parameter is |void| and that
12973 |print_exp(p,0)| displays the value of capsule~|p| in abbreviated form.
12974
12975 @d mp_void (null+1) /* a null pointer different from |null| */
12976
12977 @<Print the current loop value@>=
12978 { mp_print_nl(mp, "<for("); p=mp->param_stack[param_start];
12979   if ( p!=null ) {
12980     if ( link(p)==mp_void ) mp_print_exp(mp, p,0); /* we're in a \&{for} loop */
12981     else mp_show_token_list(mp, p,null,20,mp->tally);
12982   }
12983   mp_print(mp, ")> ");
12984 }
12985
12986 @ The first two parameters of a macro defined by \&{vardef} will be token
12987 lists representing the macro's prefix and ``at point.'' By putting these
12988 together, we get the macro's full name.
12989
12990 @<Print the name of a \&{vardef}'d macro@>=
12991 { p=mp->param_stack[param_start];
12992   if ( p==null ) {
12993     mp_show_token_list(mp, mp->param_stack[param_start+1],null,20,mp->tally);
12994   } else { 
12995     q=p;
12996     while ( link(q)!=null ) q=link(q);
12997     link(q)=mp->param_stack[param_start+1];
12998     mp_show_token_list(mp, p,null,20,mp->tally);
12999     link(q)=null;
13000   }
13001 }
13002
13003 @ Now it is necessary to explain a little trick. We don't want to store a long
13004 string that corresponds to a token list, because that string might take up
13005 lots of memory; and we are printing during a time when an error message is
13006 being given, so we dare not do anything that might overflow one of \MP's
13007 tables. So `pseudoprinting' is the answer: We enter a mode of printing
13008 that stores characters into a buffer of length |error_line|, where character
13009 $k+1$ is placed into \hbox{|trick_buf[k mod error_line]|} if
13010 |k<trick_count|, otherwise character |k| is dropped. Initially we set
13011 |tally:=0| and |trick_count:=1000000|; then when we reach the
13012 point where transition from line 1 to line 2 should occur, we
13013 set |first_count:=tally| and |trick_count:=@tmax@>(error_line,
13014 tally+1+error_line-half_error_line)|. At the end of the
13015 pseudoprinting, the values of |first_count|, |tally|, and
13016 |trick_count| give us all the information we need to print the two lines,
13017 and all of the necessary text is in |trick_buf|.
13018
13019 Namely, let |l| be the length of the descriptive information that appears
13020 on the first line. The length of the context information gathered for that
13021 line is |k=first_count|, and the length of the context information
13022 gathered for line~2 is $m=\min(|tally|, |trick_count|)-k$. If |l+k<=h|,
13023 where |h=half_error_line|, we print |trick_buf[0..k-1]| after the
13024 descriptive information on line~1, and set |n:=l+k|; here |n| is the
13025 length of line~1. If $l+k>h$, some cropping is necessary, so we set |n:=h|
13026 and print `\.{...}' followed by
13027 $$\hbox{|trick_buf[(l+k-h+3)..k-1]|,}$$
13028 where subscripts of |trick_buf| are circular modulo |error_line|. The
13029 second line consists of |n|~spaces followed by |trick_buf[k..(k+m-1)]|,
13030 unless |n+m>error_line|; in the latter case, further cropping is done.
13031 This is easier to program than to explain.
13032
13033 @<Local variables for formatting...@>=
13034 int i; /* index into |buffer| */
13035 integer l; /* length of descriptive information on line 1 */
13036 integer m; /* context information gathered for line 2 */
13037 int n; /* length of line 1 */
13038 integer p; /* starting or ending place in |trick_buf| */
13039 integer q; /* temporary index */
13040
13041 @ The following code tells the print routines to gather
13042 the desired information.
13043
13044 @d begin_pseudoprint { 
13045   l=mp->tally; mp->tally=0; mp->selector=pseudo;
13046   mp->trick_count=1000000;
13047 }
13048 @d set_trick_count {
13049   mp->first_count=mp->tally;
13050   mp->trick_count=mp->tally+1+mp->error_line-mp->half_error_line;
13051   if ( mp->trick_count<mp->error_line ) mp->trick_count=mp->error_line;
13052 }
13053
13054 @ And the following code uses the information after it has been gathered.
13055
13056 @<Print two lines using the tricky pseudoprinted information@>=
13057 if ( mp->trick_count==1000000 ) set_trick_count;
13058   /* |set_trick_count| must be performed */
13059 if ( mp->tally<mp->trick_count ) m=mp->tally-mp->first_count;
13060 else m=mp->trick_count-mp->first_count; /* context on line 2 */
13061 if ( l+mp->first_count<=mp->half_error_line ) {
13062   p=0; n=l+mp->first_count;
13063 } else  { 
13064   mp_print(mp, "..."); p=l+mp->first_count-mp->half_error_line+3;
13065   n=mp->half_error_line;
13066 }
13067 for (q=p;q<=mp->first_count-1;q++) {
13068   mp_print_char(mp, mp->trick_buf[q % mp->error_line]);
13069 }
13070 mp_print_ln(mp);
13071 for (q=1;q<=n;q++) {
13072   mp_print_char(mp, ' '); /* print |n| spaces to begin line~2 */
13073 }
13074 if ( m+n<=mp->error_line ) p=mp->first_count+m; 
13075 else p=mp->first_count+(mp->error_line-n-3);
13076 for (q=mp->first_count;q<=p-1;q++) {
13077   mp_print_char(mp, mp->trick_buf[q % mp->error_line]);
13078 }
13079 if ( m+n>mp->error_line ) mp_print(mp, "...")
13080
13081 @ But the trick is distracting us from our current goal, which is to
13082 understand the input state. So let's concentrate on the data structures that
13083 are being pseudoprinted as we finish up the |show_context| procedure.
13084
13085 @<Pseudoprint the line@>=
13086 begin_pseudoprint;
13087 if ( limit>0 ) {
13088   for (i=start;i<=limit-1;i++) {
13089     if ( i==loc ) set_trick_count;
13090     mp_print_str(mp, mp->buffer[i]);
13091   }
13092 }
13093
13094 @ @<Pseudoprint the token list@>=
13095 begin_pseudoprint;
13096 if ( token_type!=macro ) mp_show_token_list(mp, start,loc,100000,0);
13097 else mp_show_macro(mp, start,loc,100000)
13098
13099 @ Here is the missing piece of |show_token_list| that is activated when the
13100 token beginning line~2 is about to be shown:
13101
13102 @<Do magic computation@>=set_trick_count
13103
13104 @* \[28] Maintaining the input stacks.
13105 The following subroutines change the input status in commonly needed ways.
13106
13107 First comes |push_input|, which stores the current state and creates a
13108 new level (having, initially, the same properties as the old).
13109
13110 @d push_input  { /* enter a new input level, save the old */
13111   if ( mp->input_ptr>mp->max_in_stack ) {
13112     mp->max_in_stack=mp->input_ptr;
13113     if ( mp->input_ptr==mp->stack_size ) {
13114       int l = (mp->stack_size+(mp->stack_size>>2));
13115       XREALLOC(mp->input_stack, l, in_state_record);
13116       mp->stack_size = l;
13117     }         
13118   }
13119   mp->input_stack[mp->input_ptr]=mp->cur_input; /* stack the record */
13120   incr(mp->input_ptr);
13121 }
13122
13123 @ And of course what goes up must come down.
13124
13125 @d pop_input { /* leave an input level, re-enter the old */
13126     decr(mp->input_ptr); mp->cur_input=mp->input_stack[mp->input_ptr];
13127   }
13128
13129 @ Here is a procedure that starts a new level of token-list input, given
13130 a token list |p| and its type |t|. If |t=macro|, the calling routine should
13131 set |name|, reset~|loc|, and increase the macro's reference count.
13132
13133 @d back_list(A) mp_begin_token_list(mp, (A),backed_up) /* backs up a simple token list */
13134
13135 @c void mp_begin_token_list (MP mp,pointer p, quarterword t)  { 
13136   push_input; start=p; token_type=t;
13137   param_start=mp->param_ptr; loc=p;
13138 }
13139
13140 @ When a token list has been fully scanned, the following computations
13141 should be done as we leave that level of input.
13142 @^inner loop@>
13143
13144 @c void mp_end_token_list (MP mp) { /* leave a token-list input level */
13145   pointer p; /* temporary register */
13146   if ( token_type>=backed_up ) { /* token list to be deleted */
13147     if ( token_type<=inserted ) { 
13148       mp_flush_token_list(mp, start); goto DONE;
13149     } else {
13150       mp_delete_mac_ref(mp, start); /* update reference count */
13151     }
13152   }
13153   while ( mp->param_ptr>param_start ) { /* parameters must be flushed */
13154     decr(mp->param_ptr);
13155     p=mp->param_stack[mp->param_ptr];
13156     if ( p!=null ) {
13157       if ( link(p)==mp_void ) { /* it's an \&{expr} parameter */
13158         mp_recycle_value(mp, p); mp_free_node(mp, p,value_node_size);
13159       } else {
13160         mp_flush_token_list(mp, p); /* it's a \&{suffix} or \&{text} parameter */
13161       }
13162     }
13163   }
13164 DONE: 
13165   pop_input; check_interrupt;
13166 }
13167
13168 @ The contents of |cur_cmd,cur_mod,cur_sym| are placed into an equivalent
13169 token by the |cur_tok| routine.
13170 @^inner loop@>
13171
13172 @c @<Declare the procedure called |make_exp_copy|@>;
13173 pointer mp_cur_tok (MP mp) {
13174   pointer p; /* a new token node */
13175   small_number save_type; /* |cur_type| to be restored */
13176   integer save_exp; /* |cur_exp| to be restored */
13177   if ( mp->cur_sym==0 ) {
13178     if ( mp->cur_cmd==capsule_token ) {
13179       save_type=mp->cur_type; save_exp=mp->cur_exp;
13180       mp_make_exp_copy(mp, mp->cur_mod); p=mp_stash_cur_exp(mp); link(p)=null;
13181       mp->cur_type=save_type; mp->cur_exp=save_exp;
13182     } else { 
13183       p=mp_get_node(mp, token_node_size);
13184       value(p)=mp->cur_mod; name_type(p)=mp_token;
13185       if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) type(p)=mp_known;
13186       else type(p)=mp_string_type;
13187     }
13188   } else { 
13189     fast_get_avail(p); info(p)=mp->cur_sym;
13190   }
13191   return p;
13192 }
13193
13194 @ Sometimes \MP\ has read too far and wants to ``unscan'' what it has
13195 seen. The |back_input| procedure takes care of this by putting the token
13196 just scanned back into the input stream, ready to be read again.
13197 If |cur_sym<>0|, the values of |cur_cmd| and |cur_mod| are irrelevant.
13198
13199 @<Declarations@>= 
13200 void mp_back_input (MP mp);
13201
13202 @ @c void mp_back_input (MP mp) {/* undoes one token of input */
13203   pointer p; /* a token list of length one */
13204   p=mp_cur_tok(mp);
13205   while ( token_state &&(loc==null) ) 
13206     mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
13207   back_list(p);
13208 }
13209
13210 @ The |back_error| routine is used when we want to restore or replace an
13211 offending token just before issuing an error message.  We disable interrupts
13212 during the call of |back_input| so that the help message won't be lost.
13213
13214 @<Declarations@>=
13215 void mp_error (MP mp);
13216 void mp_back_error (MP mp);
13217
13218 @ @c void mp_back_error (MP mp) { /* back up one token and call |error| */
13219   mp->OK_to_interrupt=false; 
13220   mp_back_input(mp); 
13221   mp->OK_to_interrupt=true; mp_error(mp);
13222 }
13223 void mp_ins_error (MP mp) { /* back up one inserted token and call |error| */
13224   mp->OK_to_interrupt=false; 
13225   mp_back_input(mp); token_type=inserted;
13226   mp->OK_to_interrupt=true; mp_error(mp);
13227 }
13228
13229 @ The |begin_file_reading| procedure starts a new level of input for lines
13230 of characters to be read from a file, or as an insertion from the
13231 terminal. It does not take care of opening the file, nor does it set |loc|
13232 or |limit| or |line|.
13233 @^system dependencies@>
13234
13235 @c void mp_begin_file_reading (MP mp) { 
13236   if ( mp->in_open==mp->max_in_open ) 
13237     mp_overflow(mp, "text input levels",mp->max_in_open);
13238 @:MetaPost capacity exceeded text input levels}{\quad text input levels@>
13239   if ( mp->first==mp->buf_size ) 
13240     mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
13241   incr(mp->in_open); push_input; index=mp->in_open;
13242   mp->mpx_name[index]=absent;
13243   start=mp->first;
13244   name=is_term; /* |terminal_input| is now |true| */
13245 }
13246
13247 @ Conversely, the variables must be downdated when such a level of input
13248 is finished.  Any associated \.{MPX} file must also be closed and popped
13249 off the file stack.
13250
13251 @c void mp_end_file_reading (MP mp) { 
13252   if ( mp->in_open>index ) {
13253     if ( (mp->mpx_name[mp->in_open]==absent)||(name<=max_spec_src) ) {
13254       mp_confusion(mp, "endinput");
13255 @:this can't happen endinput}{\quad endinput@>
13256     } else { 
13257       fclose(mp->input_file[mp->in_open]); /* close an \.{MPX} file */
13258       delete_str_ref(mp->mpx_name[mp->in_open]);
13259       decr(mp->in_open);
13260     }
13261   }
13262   mp->first=start;
13263   if ( index!=mp->in_open ) mp_confusion(mp, "endinput");
13264   if ( name>max_spec_src ) {
13265     fclose(cur_file);
13266     delete_str_ref(name);
13267     xfree(in_name); 
13268     xfree(in_area);
13269   }
13270   pop_input; decr(mp->in_open);
13271 }
13272
13273 @ Here is a function that tries to resume input from an \.{MPX} file already
13274 associated with the current input file.  It returns |false| if this doesn't
13275 work.
13276
13277 @c boolean mp_begin_mpx_reading (MP mp) { 
13278   if ( mp->in_open!=index+1 ) {
13279      return false;
13280   } else { 
13281     if ( mp->mpx_name[mp->in_open]<=absent ) mp_confusion(mp, "mpx");
13282 @:this can't happen mpx}{\quad mpx@>
13283     if ( mp->first==mp->buf_size ) 
13284       mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
13285     push_input; index=mp->in_open;
13286     start=mp->first;
13287     name=mp->mpx_name[mp->in_open]; add_str_ref(name);
13288     @<Put an empty line in the input buffer@>;
13289     return true;
13290   }
13291 }
13292
13293 @ This procedure temporarily stops reading an \.{MPX} file.
13294
13295 @c void mp_end_mpx_reading (MP mp) { 
13296   if ( mp->in_open!=index ) mp_confusion(mp, "mpx");
13297 @:this can't happen mpx}{\quad mpx@>
13298   if ( loc<limit ) {
13299     @<Complain that we are not at the end of a line in the \.{MPX} file@>;
13300   }
13301   mp->first=start;
13302   pop_input;
13303 }
13304
13305 @ Here we enforce a restriction that simplifies the input stacks considerably.
13306 This should not inconvenience the user because \.{MPX} files are generated
13307 by an auxiliary program called \.{DVItoMP}.
13308
13309 @ @<Complain that we are not at the end of a line in the \.{MPX} file@>=
13310
13311 print_err("`mpxbreak' must be at the end of a line");
13312 help4("This file contains picture expressions for btex...etex")
13313   ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
13314   ("but this one seems to be messed up.  I'm going to ignore")
13315   ("the rest of this line.");
13316 mp_error(mp);
13317 }
13318
13319 @ In order to keep the stack from overflowing during a long sequence of
13320 inserted `\.{show}' commands, the following routine removes completed
13321 error-inserted lines from memory.
13322
13323 @c void mp_clear_for_error_prompt (MP mp) { 
13324   while ( file_state && terminal_input &&
13325     (mp->input_ptr>0)&&(loc==limit) ) mp_end_file_reading(mp);
13326   mp_print_ln(mp); clear_terminal;
13327 }
13328
13329 @ To get \MP's whole input mechanism going, we perform the following
13330 actions.
13331
13332 @<Initialize the input routines@>=
13333 { mp->input_ptr=0; mp->max_in_stack=0;
13334   mp->in_open=0; mp->open_parens=0; mp->max_buf_stack=0;
13335   mp->param_ptr=0; mp->max_param_stack=0;
13336   mp->first=1;
13337   start=1; index=0; line=0; name=is_term;
13338   mp->mpx_name[0]=absent;
13339   mp->force_eof=false;
13340   if ( ! mp_init_terminal(mp) ) mp_jump_out(mp);
13341   limit=mp->last; mp->first=mp->last+1; 
13342   /* |init_terminal| has set |loc| and |last| */
13343 }
13344
13345 @* \[29] Getting the next token.
13346 The heart of \MP's input mechanism is the |get_next| procedure, which
13347 we shall develop in the next few sections of the program. Perhaps we
13348 shouldn't actually call it the ``heart,'' however; it really acts as \MP's
13349 eyes and mouth, reading the source files and gobbling them up. And it also
13350 helps \MP\ to regurgitate stored token lists that are to be processed again.
13351
13352 The main duty of |get_next| is to input one token and to set |cur_cmd|
13353 and |cur_mod| to that token's command code and modifier. Furthermore, if
13354 the input token is a symbolic token, that token's |hash| address
13355 is stored in |cur_sym|; otherwise |cur_sym| is set to zero.
13356
13357 Underlying this simple description is a certain amount of complexity
13358 because of all the cases that need to be handled.
13359 However, the inner loop of |get_next| is reasonably short and fast.
13360
13361 @ Before getting into |get_next|, we need to consider a mechanism by which
13362 \MP\ helps keep errors from propagating too far. Whenever the program goes
13363 into a mode where it keeps calling |get_next| repeatedly until a certain
13364 condition is met, it sets |scanner_status| to some value other than |normal|.
13365 Then if an input file ends, or if an `\&{outer}' symbol appears,
13366 an appropriate error recovery will be possible.
13367
13368 The global variable |warning_info| helps in this error recovery by providing
13369 additional information. For example, |warning_info| might indicate the
13370 name of a macro whose replacement text is being scanned.
13371
13372 @d normal 0 /* |scanner_status| at ``quiet times'' */
13373 @d skipping 1 /* |scanner_status| when false conditional text is being skipped */
13374 @d flushing 2 /* |scanner_status| when junk after a statement is being ignored */
13375 @d absorbing 3 /* |scanner_status| when a \&{text} parameter is being scanned */
13376 @d var_defining 4 /* |scanner_status| when a \&{vardef} is being scanned */
13377 @d op_defining 5 /* |scanner_status| when a macro \&{def} is being scanned */
13378 @d loop_defining 6 /* |scanner_status| when a \&{for} loop is being scanned */
13379 @d tex_flushing 7 /* |scanner_status| when skipping \TeX\ material */
13380
13381 @<Glob...@>=
13382 integer scanner_status; /* are we scanning at high speed? */
13383 integer warning_info; /* if so, what else do we need to know,
13384     in case an error occurs? */
13385
13386 @ @<Initialize the input routines@>=
13387 mp->scanner_status=normal;
13388
13389 @ The following subroutine
13390 is called when an `\&{outer}' symbolic token has been scanned or
13391 when the end of a file has been reached. These two cases are distinguished
13392 by |cur_sym|, which is zero at the end of a file.
13393
13394 @c boolean mp_check_outer_validity (MP mp) {
13395   pointer p; /* points to inserted token list */
13396   if ( mp->scanner_status==normal ) {
13397     return true;
13398   } else if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) {
13399     @<Check if the file has ended while flushing \TeX\ material and set the
13400       result value for |check_outer_validity|@>;
13401   } else { 
13402     mp->deletions_allowed=false;
13403     @<Back up an outer symbolic token so that it can be reread@>;
13404     if ( mp->scanner_status>skipping ) {
13405       @<Tell the user what has run away and try to recover@>;
13406     } else { 
13407       print_err("Incomplete if; all text was ignored after line ");
13408 @.Incomplete if...@>
13409       mp_print_int(mp, mp->warning_info);
13410       help3("A forbidden `outer' token occurred in skipped text.")
13411         ("This kind of error happens when you say `if...' and forget")
13412         ("the matching `fi'. I've inserted a `fi'; this might work.");
13413       if ( mp->cur_sym==0 ) 
13414         mp->help_line[2]="The file ended while I was skipping conditional text.";
13415       mp->cur_sym=frozen_fi; mp_ins_error(mp);
13416     }
13417     mp->deletions_allowed=true; 
13418         return false;
13419   }
13420 }
13421
13422 @ @<Check if the file has ended while flushing \TeX\ material and set...@>=
13423 if ( mp->cur_sym!=0 ) { 
13424    return true;
13425 } else { 
13426   mp->deletions_allowed=false;
13427   print_err("TeX mode didn't end; all text was ignored after line ");
13428   mp_print_int(mp, mp->warning_info);
13429   help2("The file ended while I was looking for the `etex' to")
13430     ("finish this TeX material.  I've inserted `etex' now.");
13431   mp->cur_sym = frozen_etex;
13432   mp_ins_error(mp);
13433   mp->deletions_allowed=true;
13434   return false;
13435 }
13436
13437 @ @<Back up an outer symbolic token so that it can be reread@>=
13438 if ( mp->cur_sym!=0 ) {
13439   p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->cur_sym;
13440   back_list(p); /* prepare to read the symbolic token again */
13441 }
13442
13443 @ @<Tell the user what has run away...@>=
13444
13445   mp_runaway(mp); /* print the definition-so-far */
13446   if ( mp->cur_sym==0 ) {
13447     print_err("File ended");
13448 @.File ended while scanning...@>
13449   } else { 
13450     print_err("Forbidden token found");
13451 @.Forbidden token found...@>
13452   }
13453   mp_print(mp, " while scanning ");
13454   help4("I suspect you have forgotten an `enddef',")
13455     ("causing me to read past where you wanted me to stop.")
13456     ("I'll try to recover; but if the error is serious,")
13457     ("you'd better type `E' or `X' now and fix your file.");
13458   switch (mp->scanner_status) {
13459     @<Complete the error message,
13460       and set |cur_sym| to a token that might help recover from the error@>
13461   } /* there are no other cases */
13462   mp_ins_error(mp);
13463 }
13464
13465 @ As we consider various kinds of errors, it is also appropriate to
13466 change the first line of the help message just given; |help_line[3]|
13467 points to the string that might be changed.
13468
13469 @<Complete the error message,...@>=
13470 case flushing: 
13471   mp_print(mp, "to the end of the statement");
13472   mp->help_line[3]="A previous error seems to have propagated,";
13473   mp->cur_sym=frozen_semicolon;
13474   break;
13475 case absorbing: 
13476   mp_print(mp, "a text argument");
13477   mp->help_line[3]="It seems that a right delimiter was left out,";
13478   if ( mp->warning_info==0 ) {
13479     mp->cur_sym=frozen_end_group;
13480   } else { 
13481     mp->cur_sym=frozen_right_delimiter;
13482     equiv(frozen_right_delimiter)=mp->warning_info;
13483   }
13484   break;
13485 case var_defining:
13486 case op_defining: 
13487   mp_print(mp, "the definition of ");
13488   if ( mp->scanner_status==op_defining ) 
13489      mp_print_text(mp->warning_info);
13490   else 
13491      mp_print_variable_name(mp, mp->warning_info);
13492   mp->cur_sym=frozen_end_def;
13493   break;
13494 case loop_defining: 
13495   mp_print(mp, "the text of a "); 
13496   mp_print_text(mp->warning_info);
13497   mp_print(mp, " loop");
13498   mp->help_line[3]="I suspect you have forgotten an `endfor',";
13499   mp->cur_sym=frozen_end_for;
13500   break;
13501
13502 @ The |runaway| procedure displays the first part of the text that occurred
13503 when \MP\ began its special |scanner_status|, if that text has been saved.
13504
13505 @<Declare the procedure called |runaway|@>=
13506 void mp_runaway (MP mp) { 
13507   if ( mp->scanner_status>flushing ) { 
13508      mp_print_nl(mp, "Runaway ");
13509          switch (mp->scanner_status) { 
13510          case absorbing: mp_print(mp, "text?"); break;
13511          case var_defining: 
13512      case op_defining: mp_print(mp,"definition?"); break;
13513      case loop_defining: mp_print(mp, "loop?"); break;
13514      } /* there are no other cases */
13515      mp_print_ln(mp); 
13516      mp_show_token_list(mp, link(hold_head),null,mp->error_line-10,0);
13517   }
13518 }
13519
13520 @ We need to mention a procedure that may be called by |get_next|.
13521
13522 @<Declarations@>= 
13523 void mp_firm_up_the_line (MP mp);
13524
13525 @ And now we're ready to take the plunge into |get_next| itself.
13526 Note that the behavior depends on the |scanner_status| because percent signs
13527 and double quotes need to be passed over when skipping TeX material.
13528
13529 @c 
13530 void mp_get_next (MP mp) {
13531   /* sets |cur_cmd|, |cur_mod|, |cur_sym| to next token */
13532 @^inner loop@>
13533   /*restart*/ /* go here to get the next input token */
13534   /*exit*/ /* go here when the next input token has been got */
13535   /*|common_ending|*/ /* go here to finish getting a symbolic token */
13536   /*found*/ /* go here when the end of a symbolic token has been found */
13537   /*switch*/ /* go here to branch on the class of an input character */
13538   /*|start_numeric_token|,|start_decimal_token|,|fin_numeric_token|,|done|*/
13539     /* go here at crucial stages when scanning a number */
13540   int k; /* an index into |buffer| */
13541   ASCII_code c; /* the current character in the buffer */
13542   ASCII_code class; /* its class number */
13543   integer n,f; /* registers for decimal-to-binary conversion */
13544 RESTART: 
13545   mp->cur_sym=0;
13546   if ( file_state ) {
13547     @<Input from external file; |goto restart| if no input found,
13548     or |return| if a non-symbolic token is found@>;
13549   } else {
13550     @<Input from token list; |goto restart| if end of list or
13551       if a parameter needs to be expanded,
13552       or |return| if a non-symbolic token is found@>;
13553   }
13554 COMMON_ENDING: 
13555   @<Finish getting the symbolic token in |cur_sym|;
13556    |goto restart| if it is illegal@>;
13557 }
13558
13559 @ When a symbolic token is declared to be `\&{outer}', its command code
13560 is increased by |outer_tag|.
13561 @^inner loop@>
13562
13563 @<Finish getting the symbolic token in |cur_sym|...@>=
13564 mp->cur_cmd=eq_type(mp->cur_sym); mp->cur_mod=equiv(mp->cur_sym);
13565 if ( mp->cur_cmd>=outer_tag ) {
13566   if ( mp_check_outer_validity(mp) ) 
13567     mp->cur_cmd=mp->cur_cmd-outer_tag;
13568   else 
13569     goto RESTART;
13570 }
13571
13572 @ A percent sign appears in |buffer[limit]|; this makes it unnecessary
13573 to have a special test for end-of-line.
13574 @^inner loop@>
13575
13576 @<Input from external file;...@>=
13577
13578 SWITCH: 
13579   c=mp->buffer[loc]; incr(loc); class=mp->char_class[c];
13580   switch (class) {
13581   case digit_class: goto START_NUMERIC_TOKEN; break;
13582   case period_class: 
13583     class=mp->char_class[mp->buffer[loc]];
13584     if ( class>period_class ) {
13585       goto SWITCH;
13586     } else if ( class<period_class ) { /* |class=digit_class| */
13587       n=0; goto START_DECIMAL_TOKEN;
13588     }
13589 @:. }{\..\ token@>
13590     break;
13591   case space_class: goto SWITCH; break;
13592   case percent_class: 
13593     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) {
13594       if ( loc<limit ) goto SWITCH;
13595     }
13596     @<Move to next line of file, or |goto restart| if there is no next line@>;
13597     check_interrupt;
13598     goto SWITCH;
13599     break;
13600   case string_class: 
13601     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) goto SWITCH;
13602     else @<Get a string token and |return|@>;
13603     break;
13604   case isolated_classes: 
13605     k=loc-1; goto FOUND; break;
13606   case invalid_class: 
13607     if ( mp->scanner_status==tex_flushing ) goto SWITCH;
13608     else @<Decry the invalid character and |goto restart|@>;
13609     break;
13610   default: break; /* letters, etc. */
13611   }
13612   k=loc-1;
13613   while ( mp->char_class[mp->buffer[loc]]==class ) incr(loc);
13614   goto FOUND;
13615 START_NUMERIC_TOKEN:
13616   @<Get the integer part |n| of a numeric token;
13617     set |f:=0| and |goto fin_numeric_token| if there is no decimal point@>;
13618 START_DECIMAL_TOKEN:
13619   @<Get the fraction part |f| of a numeric token@>;
13620 FIN_NUMERIC_TOKEN:
13621   @<Pack the numeric and fraction parts of a numeric token
13622     and |return|@>;
13623 FOUND: 
13624   mp->cur_sym=mp_id_lookup(mp, k,loc-k);
13625 }
13626
13627 @ We go to |restart| instead of to |SWITCH|, because |state| might equal
13628 |token_list| after the error has been dealt with
13629 (cf.\ |clear_for_error_prompt|).
13630
13631 @<Decry the invalid...@>=
13632
13633   print_err("Text line contains an invalid character");
13634 @.Text line contains...@>
13635   help2("A funny symbol that I can\'t read has just been input.")
13636     ("Continue, and I'll forget that it ever happened.");
13637   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13638   goto RESTART;
13639 }
13640
13641 @ @<Get a string token and |return|@>=
13642
13643   if ( mp->buffer[loc]=='"' ) {
13644     mp->cur_mod=rts("");
13645   } else { 
13646     k=loc; mp->buffer[limit+1]='"';
13647     do {  
13648      incr(loc);
13649     } while (mp->buffer[loc]!='"');
13650     if ( loc>limit ) {
13651       @<Decry the missing string delimiter and |goto restart|@>;
13652     }
13653     if ( loc==k+1 ) {
13654       mp->cur_mod=mp->buffer[k];
13655     } else { 
13656       str_room(loc-k);
13657       do {  
13658         append_char(mp->buffer[k]); incr(k);
13659       } while (k!=loc);
13660       mp->cur_mod=mp_make_string(mp);
13661     }
13662   }
13663   incr(loc); mp->cur_cmd=string_token; 
13664   return;
13665 }
13666
13667 @ We go to |restart| after this error message, not to |SWITCH|,
13668 because the |clear_for_error_prompt| routine might have reinstated
13669 |token_state| after |error| has finished.
13670
13671 @<Decry the missing string delimiter and |goto restart|@>=
13672
13673   loc=limit; /* the next character to be read on this line will be |"%"| */
13674   print_err("Incomplete string token has been flushed");
13675 @.Incomplete string token...@>
13676   help3("Strings should finish on the same line as they began.")
13677     ("I've deleted the partial string; you might want to")
13678     ("insert another by typing, e.g., `I\"new string\"'.");
13679   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp);
13680   mp->deletions_allowed=true; 
13681   goto RESTART;
13682 }
13683
13684 @ @<Get the integer part |n| of a numeric token...@>=
13685 n=c-'0';
13686 while ( mp->char_class[mp->buffer[loc]]==digit_class ) {
13687   if ( n<32768 ) n=10*n+mp->buffer[loc]-'0';
13688   incr(loc);
13689 }
13690 if ( mp->buffer[loc]=='.' ) 
13691   if ( mp->char_class[mp->buffer[loc+1]]==digit_class ) 
13692     goto DONE;
13693 f=0; 
13694 goto FIN_NUMERIC_TOKEN;
13695 DONE: incr(loc)
13696
13697 @ @<Get the fraction part |f| of a numeric token@>=
13698 k=0;
13699 do { 
13700   if ( k<17 ) { /* digits for |k>=17| cannot affect the result */
13701     mp->dig[k]=mp->buffer[loc]-'0'; incr(k);
13702   }
13703   incr(loc);
13704 } while (mp->char_class[mp->buffer[loc]]==digit_class);
13705 f=mp_round_decimals(mp, k);
13706 if ( f==unity ) {
13707   incr(n); f=0;
13708 }
13709
13710 @ @<Pack the numeric and fraction parts of a numeric token and |return|@>=
13711 if ( n<32768 ) {
13712   @<Set |cur_mod:=n*unity+f| and check if it is uncomfortably large@>;
13713 } else if ( mp->scanner_status!=tex_flushing ) {
13714   print_err("Enormous number has been reduced");
13715 @.Enormous number...@>
13716   help2("I can\'t handle numbers bigger than 32767.99998;")
13717     ("so I've changed your constant to that maximum amount.");
13718   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13719   mp->cur_mod=el_gordo;
13720 }
13721 mp->cur_cmd=numeric_token; return
13722
13723 @ @<Set |cur_mod:=n*unity+f| and check if it is uncomfortably large@>=
13724
13725   mp->cur_mod=n*unity+f;
13726   if ( mp->cur_mod>=fraction_one ) {
13727     if ( (mp->internal[mp_warning_check]>0) &&
13728          (mp->scanner_status!=tex_flushing) ) {
13729       print_err("Number is too large (");
13730       mp_print_scaled(mp, mp->cur_mod);
13731       mp_print_char(mp, ')');
13732       help3("It is at least 4096. Continue and I'll try to cope")
13733       ("with that big value; but it might be dangerous.")
13734       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
13735       mp_error(mp);
13736     }
13737   }
13738 }
13739
13740 @ Let's consider now what happens when |get_next| is looking at a token list.
13741 @^inner loop@>
13742
13743 @<Input from token list;...@>=
13744 if ( loc>=mp->hi_mem_min ) { /* one-word token */
13745   mp->cur_sym=info(loc); loc=link(loc); /* move to next */
13746   if ( mp->cur_sym>=expr_base ) {
13747     if ( mp->cur_sym>=suffix_base ) {
13748       @<Insert a suffix or text parameter and |goto restart|@>;
13749     } else { 
13750       mp->cur_cmd=capsule_token;
13751       mp->cur_mod=mp->param_stack[param_start+mp->cur_sym-(expr_base)];
13752       mp->cur_sym=0; return;
13753     }
13754   }
13755 } else if ( loc>null ) {
13756   @<Get a stored numeric or string or capsule token and |return|@>
13757 } else { /* we are done with this token list */
13758   mp_end_token_list(mp); goto RESTART; /* resume previous level */
13759 }
13760
13761 @ @<Insert a suffix or text parameter...@>=
13762
13763   if ( mp->cur_sym>=text_base ) mp->cur_sym=mp->cur_sym-mp->param_size;
13764   /* |param_size=text_base-suffix_base| */
13765   mp_begin_token_list(mp,
13766                       mp->param_stack[param_start+mp->cur_sym-(suffix_base)],
13767                       parameter);
13768   goto RESTART;
13769 }
13770
13771 @ @<Get a stored numeric or string or capsule token...@>=
13772
13773   if ( name_type(loc)==mp_token ) {
13774     mp->cur_mod=value(loc);
13775     if ( type(loc)==mp_known ) {
13776       mp->cur_cmd=numeric_token;
13777     } else { 
13778       mp->cur_cmd=string_token; add_str_ref(mp->cur_mod);
13779     }
13780   } else { 
13781     mp->cur_mod=loc; mp->cur_cmd=capsule_token;
13782   };
13783   loc=link(loc); return;
13784 }
13785
13786 @ All of the easy branches of |get_next| have now been taken care of.
13787 There is one more branch.
13788
13789 @<Move to next line of file, or |goto restart|...@>=
13790 if ( name>max_spec_src ) {
13791   @<Read next line of file into |buffer|, or
13792     |goto restart| if the file has ended@>;
13793 } else { 
13794   if ( mp->input_ptr>0 ) {
13795      /* text was inserted during error recovery or by \&{scantokens} */
13796     mp_end_file_reading(mp); goto RESTART; /* resume previous level */
13797   }
13798   if ( mp->selector<log_only || mp->selector>=write_file) mp_open_log_file(mp);
13799   if ( mp->interaction>mp_nonstop_mode ) {
13800     if ( limit==start ) /* previous line was empty */
13801       mp_print_nl(mp, "(Please type a command or say `end')");
13802 @.Please type...@>
13803     mp_print_ln(mp); mp->first=start;
13804     prompt_input("*"); /* input on-line into |buffer| */
13805 @.*\relax@>
13806     limit=mp->last; mp->buffer[limit]='%';
13807     mp->first=limit+1; loc=start;
13808   } else {
13809     mp_fatal_error(mp, "*** (job aborted, no legal end found)");
13810 @.job aborted@>
13811     /* nonstop mode, which is intended for overnight batch processing,
13812     never waits for on-line input */
13813   }
13814 }
13815
13816 @ The global variable |force_eof| is normally |false|; it is set |true|
13817 by an \&{endinput} command.
13818
13819 @<Glob...@>=
13820 boolean force_eof; /* should the next \&{input} be aborted early? */
13821
13822 @ We must decrement |loc| in order to leave the buffer in a valid state
13823 when an error condition causes us to |goto restart| without calling
13824 |end_file_reading|.
13825
13826 @<Read next line of file into |buffer|, or
13827   |goto restart| if the file has ended@>=
13828
13829   incr(line); mp->first=start;
13830   if ( ! mp->force_eof ) {
13831     if ( mp_input_ln(mp, cur_file,true) ) /* not end of file */
13832       mp_firm_up_the_line(mp); /* this sets |limit| */
13833     else 
13834       mp->force_eof=true;
13835   };
13836   if ( mp->force_eof ) {
13837     mp->force_eof=false;
13838     decr(loc);
13839     if ( mpx_reading ) {
13840       @<Complain that the \.{MPX} file ended unexpectly; then set
13841         |cur_sym:=frozen_mpx_break| and |goto comon_ending|@>;
13842     } else { 
13843       mp_print_char(mp, ')'); decr(mp->open_parens);
13844       update_terminal; /* show user that file has been read */
13845       mp_end_file_reading(mp); /* resume previous level */
13846       if ( mp_check_outer_validity(mp) ) goto  RESTART;  
13847       else goto RESTART;
13848     }
13849   }
13850   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start; /* ready to read */
13851 }
13852
13853 @ We should never actually come to the end of an \.{MPX} file because such
13854 files should have an \&{mpxbreak} after the translation of the last
13855 \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} block.
13856
13857 @<Complain that the \.{MPX} file ended unexpectly; then set...@>=
13858
13859   mp->mpx_name[index]=finished;
13860   print_err("mpx file ended unexpectedly");
13861   help4("The file had too few picture expressions for btex...etex")
13862     ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
13863     ("but this one got messed up.  You might want to insert a")
13864     ("picture expression now.");
13865   mp->deletions_allowed=false; mp_error(mp); mp->deletions_allowed=true;
13866   mp->cur_sym=frozen_mpx_break; goto COMMON_ENDING;
13867 }
13868
13869 @ Sometimes we want to make it look as though we have just read a blank line
13870 without really doing so.
13871
13872 @<Put an empty line in the input buffer@>=
13873 mp->last=mp->first; limit=mp->last; /* simulate |input_ln| and |firm_up_the_line| */
13874 mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start
13875
13876 @ If the user has set the |mp_pausing| parameter to some positive value,
13877 and if nonstop mode has not been selected, each line of input is displayed
13878 on the terminal and the transcript file, followed by `\.{=>}'.
13879 \MP\ waits for a response. If the response is null (i.e., if nothing is
13880 typed except perhaps a few blank spaces), the original
13881 line is accepted as it stands; otherwise the line typed is
13882 used instead of the line in the file.
13883
13884 @c void mp_firm_up_the_line (MP mp) {
13885   size_t k; /* an index into |buffer| */
13886   limit=mp->last;
13887   if ( mp->internal[mp_pausing]>0 ) if ( mp->interaction>mp_nonstop_mode ) {
13888     wake_up_terminal; mp_print_ln(mp);
13889     if ( start<limit ) {
13890       for (k=(size_t)start;k<=(size_t)(limit-1);k++) {
13891         mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
13892       } 
13893     }
13894     mp->first=limit; prompt_input("=>"); /* wait for user response */
13895 @.=>@>
13896     if ( mp->last>mp->first ) {
13897       for (k=mp->first;k<=mp->last-1;k++) { /* move line down in buffer */
13898         mp->buffer[k+start-mp->first]=mp->buffer[k];
13899       }
13900       limit=start+mp->last-mp->first;
13901     }
13902   }
13903 }
13904
13905 @* \[30] Dealing with \TeX\ material.
13906 The \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} and \&{verbatimtex}$\,\ldots\,$\&{etex}
13907 features need to be implemented at a low level in the scanning process
13908 so that \MP\ can stay in synch with the a preprocessor that treats
13909 blocks of \TeX\ material as they occur in the input file without trying
13910 to expand \MP\ macros.  Thus we need a special version of |get_next|
13911 that does not expand macros and such but does handle \&{btex},
13912 \&{verbatimtex}, etc.
13913
13914 The special version of |get_next| is called |get_t_next|.  It works by flushing
13915 \&{btex}$\,\ldots\,$\&{etex} and \&{verbatimtex}\allowbreak
13916 $\,\ldots\,$\&{etex} blocks, switching to the \.{MPX} file when it sees
13917 \&{btex}, and switching back when it sees \&{mpxbreak}.
13918
13919 @d btex_code 0
13920 @d verbatim_code 1
13921
13922 @ @<Put each...@>=
13923 mp_primitive(mp, "btex",start_tex,btex_code);
13924 @:btex_}{\&{btex} primitive@>
13925 mp_primitive(mp, "verbatimtex",start_tex,verbatim_code);
13926 @:verbatimtex_}{\&{verbatimtex} primitive@>
13927 mp_primitive(mp, "etex",etex_marker,0); mp->eqtb[frozen_etex]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
13928 @:etex_}{\&{etex} primitive@>
13929 mp_primitive(mp, "mpxbreak",mpx_break,0); mp->eqtb[frozen_mpx_break]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
13930 @:mpx_break_}{\&{mpxbreak} primitive@>
13931
13932 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
13933 case start_tex: if ( m==btex_code ) mp_print(mp, "btex");
13934   else mp_print(mp, "verbatimtex"); break;
13935 case etex_marker: mp_print(mp, "etex"); break;
13936 case mpx_break: mp_print(mp, "mpxbreak"); break;
13937
13938 @ Actually, |get_t_next| is a macro that avoids procedure overhead except
13939 in the unusual case where \&{btex}, \&{verbatimtex}, \&{etex}, or \&{mpxbreak}
13940 is encountered.
13941
13942 @d get_t_next {mp_get_next(mp); if ( mp->cur_cmd<=max_pre_command ) mp_t_next(mp); }
13943
13944 @<Declarations@>=
13945 void mp_start_mpx_input (MP mp);
13946
13947 @ @c 
13948 void mp_t_next (MP mp) {
13949   int old_status; /* saves the |scanner_status| */
13950   integer old_info; /* saves the |warning_info| */
13951   while ( mp->cur_cmd<=max_pre_command ) {
13952     if ( mp->cur_cmd==mpx_break ) {
13953       if ( ! file_state || (mp->mpx_name[index]==absent) ) {
13954         @<Complain about a misplaced \&{mpxbreak}@>;
13955       } else { 
13956         mp_end_mpx_reading(mp); 
13957         goto TEX_FLUSH;
13958       }
13959     } else if ( mp->cur_cmd==start_tex ) {
13960       if ( token_state || (name<=max_spec_src) ) {
13961         @<Complain that we are not reading a file@>;
13962       } else if ( mpx_reading ) {
13963         @<Complain that \.{MPX} files cannot contain \TeX\ material@>;
13964       } else if ( (mp->cur_mod!=verbatim_code)&&
13965                   (mp->mpx_name[index]!=finished) ) {
13966         if ( ! mp_begin_mpx_reading(mp) ) mp_start_mpx_input(mp);
13967       } else {
13968         goto TEX_FLUSH;
13969       }
13970     } else {
13971        @<Complain about a misplaced \&{etex}@>;
13972     }
13973     goto COMMON_ENDING;
13974   TEX_FLUSH: 
13975     @<Flush the \TeX\ material@>;
13976   COMMON_ENDING: 
13977     mp_get_next(mp);
13978   }
13979 }
13980
13981 @ We could be in the middle of an operation such as skipping false conditional
13982 text when \TeX\ material is encountered, so we must be careful to save the
13983 |scanner_status|.
13984
13985 @<Flush the \TeX\ material@>=
13986 old_status=mp->scanner_status;
13987 old_info=mp->warning_info;
13988 mp->scanner_status=tex_flushing;
13989 mp->warning_info=line;
13990 do {  mp_get_next(mp); } while (mp->cur_cmd!=etex_marker);
13991 mp->scanner_status=old_status;
13992 mp->warning_info=old_info
13993
13994 @ @<Complain that \.{MPX} files cannot contain \TeX\ material@>=
13995 { print_err("An mpx file cannot contain btex or verbatimtex blocks");
13996 help4("This file contains picture expressions for btex...etex")
13997   ("blocks.  Such files are normally generated automatically")
13998   ("but this one seems to be messed up.  I'll just keep going")
13999   ("and hope for the best.");
14000 mp_error(mp);
14001 }
14002
14003 @ @<Complain that we are not reading a file@>=
14004 { print_err("You can only use `btex' or `verbatimtex' in a file");
14005 help3("I'll have to ignore this preprocessor command because it")
14006   ("only works when there is a file to preprocess.  You might")
14007   ("want to delete everything up to the next `etex`.");
14008 mp_error(mp);
14009 }
14010
14011 @ @<Complain about a misplaced \&{mpxbreak}@>=
14012 { print_err("Misplaced mpxbreak");
14013 help2("I'll ignore this preprocessor command because it")
14014   ("doesn't belong here");
14015 mp_error(mp);
14016 }
14017
14018 @ @<Complain about a misplaced \&{etex}@>=
14019 { print_err("Extra etex will be ignored");
14020 help1("There is no btex or verbatimtex for this to match");
14021 mp_error(mp);
14022 }
14023
14024 @* \[31] Scanning macro definitions.
14025 \MP\ has a variety of ways to tuck tokens away into token lists for later
14026 use: Macros can be defined with \&{def}, \&{vardef}, \&{primarydef}, etc.;
14027 repeatable code can be defined with \&{for}, \&{forever}, \&{forsuffixes}.
14028 All such operations are handled by the routines in this part of the program.
14029
14030 The modifier part of each command code is zero for the ``ending delimiters''
14031 like \&{enddef} and \&{endfor}.
14032
14033 @d start_def 1 /* command modifier for \&{def} */
14034 @d var_def 2 /* command modifier for \&{vardef} */
14035 @d end_def 0 /* command modifier for \&{enddef} */
14036 @d start_forever 1 /* command modifier for \&{forever} */
14037 @d end_for 0 /* command modifier for \&{endfor} */
14038
14039 @<Put each...@>=
14040 mp_primitive(mp, "def",macro_def,start_def);
14041 @:def_}{\&{def} primitive@>
14042 mp_primitive(mp, "vardef",macro_def,var_def);
14043 @:var_def_}{\&{vardef} primitive@>
14044 mp_primitive(mp, "primarydef",macro_def,secondary_primary_macro);
14045 @:primary_def_}{\&{primarydef} primitive@>
14046 mp_primitive(mp, "secondarydef",macro_def,tertiary_secondary_macro);
14047 @:secondary_def_}{\&{secondarydef} primitive@>
14048 mp_primitive(mp, "tertiarydef",macro_def,expression_tertiary_macro);
14049 @:tertiary_def_}{\&{tertiarydef} primitive@>
14050 mp_primitive(mp, "enddef",macro_def,end_def); mp->eqtb[frozen_end_def]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14051 @:end_def_}{\&{enddef} primitive@>
14052 @#
14053 mp_primitive(mp, "for",iteration,expr_base);
14054 @:for_}{\&{for} primitive@>
14055 mp_primitive(mp, "forsuffixes",iteration,suffix_base);
14056 @:for_suffixes_}{\&{forsuffixes} primitive@>
14057 mp_primitive(mp, "forever",iteration,start_forever);
14058 @:forever_}{\&{forever} primitive@>
14059 mp_primitive(mp, "endfor",iteration,end_for); mp->eqtb[frozen_end_for]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
14060 @:end_for_}{\&{endfor} primitive@>
14061
14062 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14063 case macro_def:
14064   if ( m<=var_def ) {
14065     if ( m==start_def ) mp_print(mp, "def");
14066     else if ( m<start_def ) mp_print(mp, "enddef");
14067     else mp_print(mp, "vardef");
14068   } else if ( m==secondary_primary_macro ) { 
14069     mp_print(mp, "primarydef");
14070   } else if ( m==tertiary_secondary_macro ) { 
14071     mp_print(mp, "secondarydef");
14072   } else { 
14073     mp_print(mp, "tertiarydef");
14074   }
14075   break;
14076 case iteration: 
14077   if ( m<=start_forever ) {
14078     if ( m==start_forever ) mp_print(mp, "forever"); 
14079     else mp_print(mp, "endfor");
14080   } else if ( m==expr_base ) {
14081     mp_print(mp, "for"); 
14082   } else { 
14083     mp_print(mp, "forsuffixes");
14084   }
14085   break;
14086
14087 @ Different macro-absorbing operations have different syntaxes, but they
14088 also have a lot in common. There is a list of special symbols that are to
14089 be replaced by parameter tokens; there is a special command code that
14090 ends the definition; the quotation conventions are identical.  Therefore
14091 it makes sense to have most of the work done by a single subroutine. That
14092 subroutine is called |scan_toks|.
14093
14094 The first parameter to |scan_toks| is the command code that will
14095 terminate scanning (either |macro_def|, |loop_repeat|, or |iteration|).
14096
14097 The second parameter, |subst_list|, points to a (possibly empty) list
14098 of two-word nodes whose |info| and |value| fields specify symbol tokens
14099 before and after replacement. The list will be returned to free storage
14100 by |scan_toks|.
14101
14102 The third parameter is simply appended to the token list that is built.
14103 And the final parameter tells how many of the special operations
14104 \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, and \.{\AT!\#} are to be replaced by suffix parameters.
14105 When such parameters are present, they are called \.{(SUFFIX0)},
14106 \.{(SUFFIX1)}, and \.{(SUFFIX2)}.
14107
14108 @c pointer mp_scan_toks (MP mp,command_code terminator, pointer 
14109   subst_list, pointer tail_end, small_number suffix_count) {
14110   pointer p; /* tail of the token list being built */
14111   pointer q; /* temporary for link management */
14112   integer balance; /* left delimiters minus right delimiters */
14113   p=hold_head; balance=1; link(hold_head)=null;
14114   while (1) { 
14115     get_t_next;
14116     if ( mp->cur_sym>0 ) {
14117       @<Substitute for |cur_sym|, if it's on the |subst_list|@>;
14118       if ( mp->cur_cmd==terminator ) {
14119         @<Adjust the balance; |break| if it's zero@>;
14120       } else if ( mp->cur_cmd==macro_special ) {
14121         @<Handle quoted symbols, \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, or \.{\AT!\#}@>;
14122       }
14123     }
14124     link(p)=mp_cur_tok(mp); p=link(p);
14125   }
14126   link(p)=tail_end; mp_flush_node_list(mp, subst_list);
14127   return link(hold_head);
14128 }
14129
14130 @ @<Substitute for |cur_sym|...@>=
14131
14132   q=subst_list;
14133   while ( q!=null ) {
14134     if ( info(q)==mp->cur_sym ) {
14135       mp->cur_sym=value(q); mp->cur_cmd=relax; break;
14136     }
14137     q=link(q);
14138   }
14139 }
14140
14141 @ @<Adjust the balance; |break| if it's zero@>=
14142 if ( mp->cur_mod>0 ) {
14143   incr(balance);
14144 } else { 
14145   decr(balance);
14146   if ( balance==0 )
14147     break;
14148 }
14149
14150 @ Four commands are intended to be used only within macro texts: \&{quote},
14151 \.{\#\AT!}, \.{\AT!}, and \.{\AT!\#}. They are variants of a single command
14152 code called |macro_special|.
14153
14154 @d quote 0 /* |macro_special| modifier for \&{quote} */
14155 @d macro_prefix 1 /* |macro_special| modifier for \.{\#\AT!} */
14156 @d macro_at 2 /* |macro_special| modifier for \.{\AT!} */
14157 @d macro_suffix 3 /* |macro_special| modifier for \.{\AT!\#} */
14158
14159 @<Put each...@>=
14160 mp_primitive(mp, "quote",macro_special,quote);
14161 @:quote_}{\&{quote} primitive@>
14162 mp_primitive(mp, "#@@",macro_special,macro_prefix);
14163 @:]]]\#\AT!_}{\.{\#\AT!} primitive@>
14164 mp_primitive(mp, "@@",macro_special,macro_at);
14165 @:]]]\AT!_}{\.{\AT!} primitive@>
14166 mp_primitive(mp, "@@#",macro_special,macro_suffix);
14167 @:]]]\AT!\#_}{\.{\AT!\#} primitive@>
14168
14169 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14170 case macro_special: 
14171   switch (m) {
14172   case macro_prefix: mp_print(mp, "#@@"); break;
14173   case macro_at: mp_print_char(mp, '@@'); break;
14174   case macro_suffix: mp_print(mp, "@@#"); break;
14175   default: mp_print(mp, "quote"); break;
14176   }
14177   break;
14178
14179 @ @<Handle quoted...@>=
14180
14181   if ( mp->cur_mod==quote ) { get_t_next; } 
14182   else if ( mp->cur_mod<=suffix_count ) 
14183     mp->cur_sym=suffix_base-1+mp->cur_mod;
14184 }
14185
14186 @ Here is a routine that's used whenever a token will be redefined. If
14187 the user's token is unredefinable, the `|frozen_inaccessible|' token is
14188 substituted; the latter is redefinable but essentially impossible to use,
14189 hence \MP's tables won't get fouled up.
14190
14191 @c void mp_get_symbol (MP mp) { /* sets |cur_sym| to a safe symbol */
14192 RESTART: 
14193   get_t_next;
14194   if ( (mp->cur_sym==0)||(mp->cur_sym>frozen_inaccessible) ) {
14195     print_err("Missing symbolic token inserted");
14196 @.Missing symbolic token...@>
14197     help3("Sorry: You can\'t redefine a number, string, or expr.")
14198       ("I've inserted an inaccessible symbol so that your")
14199       ("definition will be completed without mixing me up too badly.");
14200     if ( mp->cur_sym>0 )
14201       mp->help_line[2]="Sorry: You can\'t redefine my error-recovery tokens.";
14202     else if ( mp->cur_cmd==string_token ) 
14203       delete_str_ref(mp->cur_mod);
14204     mp->cur_sym=frozen_inaccessible; mp_ins_error(mp); goto RESTART;
14205   }
14206 }
14207
14208 @ Before we actually redefine a symbolic token, we need to clear away its
14209 former value, if it was a variable. The following stronger version of
14210 |get_symbol| does that.
14211
14212 @c void mp_get_clear_symbol (MP mp) { 
14213   mp_get_symbol(mp); mp_clear_symbol(mp, mp->cur_sym,false);
14214 }
14215
14216 @ Here's another little subroutine; it checks that an equals sign
14217 or assignment sign comes along at the proper place in a macro definition.
14218
14219 @c void mp_check_equals (MP mp) { 
14220   if ( mp->cur_cmd!=equals ) if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
14221      mp_missing_err(mp, "=");
14222 @.Missing `='@>
14223     help5("The next thing in this `def' should have been `=',")
14224       ("because I've already looked at the definition heading.")
14225       ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
14226       ("was present. Everything from here to `enddef'")
14227       ("will be the replacement text of this macro.");
14228     mp_back_error(mp);
14229   }
14230 }
14231
14232 @ A \&{primarydef}, \&{secondarydef}, or \&{tertiarydef} is rather easily
14233 handled now that we have |scan_toks|.  In this case there are
14234 two parameters, which will be \.{EXPR0} and \.{EXPR1} (i.e.,
14235 |expr_base| and |expr_base+1|).
14236
14237 @c void mp_make_op_def (MP mp) {
14238   command_code m; /* the type of definition */
14239   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
14240   m=mp->cur_mod;
14241   mp_get_symbol(mp); q=mp_get_node(mp, token_node_size);
14242   info(q)=mp->cur_sym; value(q)=expr_base;
14243   mp_get_clear_symbol(mp); mp->warning_info=mp->cur_sym;
14244   mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14245   info(p)=mp->cur_sym; value(p)=expr_base+1; link(p)=q;
14246   get_t_next; mp_check_equals(mp);
14247   mp->scanner_status=op_defining; q=mp_get_avail(mp); ref_count(q)=null;
14248   r=mp_get_avail(mp); link(q)=r; info(r)=general_macro;
14249   link(r)=mp_scan_toks(mp, macro_def,p,null,0);
14250   mp->scanner_status=normal; eq_type(mp->warning_info)=m;
14251   equiv(mp->warning_info)=q; mp_get_x_next(mp);
14252 }
14253
14254 @ Parameters to macros are introduced by the keywords \&{expr},
14255 \&{suffix}, \&{text}, \&{primary}, \&{secondary}, and \&{tertiary}.
14256
14257 @<Put each...@>=
14258 mp_primitive(mp, "expr",param_type,expr_base);
14259 @:expr_}{\&{expr} primitive@>
14260 mp_primitive(mp, "suffix",param_type,suffix_base);
14261 @:suffix_}{\&{suffix} primitive@>
14262 mp_primitive(mp, "text",param_type,text_base);
14263 @:text_}{\&{text} primitive@>
14264 mp_primitive(mp, "primary",param_type,primary_macro);
14265 @:primary_}{\&{primary} primitive@>
14266 mp_primitive(mp, "secondary",param_type,secondary_macro);
14267 @:secondary_}{\&{secondary} primitive@>
14268 mp_primitive(mp, "tertiary",param_type,tertiary_macro);
14269 @:tertiary_}{\&{tertiary} primitive@>
14270
14271 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
14272 case param_type:
14273   if ( m>=expr_base ) {
14274     if ( m==expr_base ) mp_print(mp, "expr");
14275     else if ( m==suffix_base ) mp_print(mp, "suffix");
14276     else mp_print(mp, "text");
14277   } else if ( m<secondary_macro ) {
14278     mp_print(mp, "primary");
14279   } else if ( m==secondary_macro ) {
14280     mp_print(mp, "secondary");
14281   } else {
14282     mp_print(mp, "tertiary");
14283   }
14284   break;
14285
14286 @ Let's turn next to the more complex processing associated with \&{def}
14287 and \&{vardef}. When the following procedure is called, |cur_mod|
14288 should be either |start_def| or |var_def|.
14289
14290 @c @<Declare the procedure called |check_delimiter|@>;
14291 @<Declare the function called |scan_declared_variable|@>;
14292 void mp_scan_def (MP mp) {
14293   int m; /* the type of definition */
14294   int n; /* the number of special suffix parameters */
14295   int k; /* the total number of parameters */
14296   int c; /* the kind of macro we're defining */
14297   pointer r; /* parameter-substitution list */
14298   pointer q; /* tail of the macro token list */
14299   pointer p; /* temporary storage */
14300   halfword base; /* |expr_base|, |suffix_base|, or |text_base| */
14301   pointer l_delim,r_delim; /* matching delimiters */
14302   m=mp->cur_mod; c=general_macro; link(hold_head)=null;
14303   q=mp_get_avail(mp); ref_count(q)=null; r=null;
14304   @<Scan the token or variable to be defined;
14305     set |n|, |scanner_status|, and |warning_info|@>;
14306   k=n;
14307   if ( mp->cur_cmd==left_delimiter ) {
14308     @<Absorb delimited parameters, putting them into lists |q| and |r|@>;
14309   }
14310   if ( mp->cur_cmd==param_type ) {
14311     @<Absorb undelimited parameters, putting them into list |r|@>;
14312   }
14313   mp_check_equals(mp);
14314   p=mp_get_avail(mp); info(p)=c; link(q)=p;
14315   @<Attach the replacement text to the tail of node |p|@>;
14316   mp->scanner_status=normal; mp_get_x_next(mp);
14317 }
14318
14319 @ We don't put `|frozen_end_group|' into the replacement text of
14320 a \&{vardef}, because the user may want to redefine `\.{endgroup}'.
14321
14322 @<Attach the replacement text to the tail of node |p|@>=
14323 if ( m==start_def ) {
14324   link(p)=mp_scan_toks(mp, macro_def,r,null,n);
14325 } else { 
14326   q=mp_get_avail(mp); info(q)=mp->bg_loc; link(p)=q;
14327   p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->eg_loc;
14328   link(q)=mp_scan_toks(mp, macro_def,r,p,n);
14329 }
14330 if ( mp->warning_info==bad_vardef ) 
14331   mp_flush_token_list(mp, value(bad_vardef))
14332
14333 @ @<Glob...@>=
14334 int bg_loc;
14335 int eg_loc; /* hash addresses of `\.{begingroup}' and `\.{endgroup}' */
14336
14337 @ @<Scan the token or variable to be defined;...@>=
14338 if ( m==start_def ) {
14339   mp_get_clear_symbol(mp); mp->warning_info=mp->cur_sym; get_t_next;
14340   mp->scanner_status=op_defining; n=0;
14341   eq_type(mp->warning_info)=defined_macro; equiv(mp->warning_info)=q;
14342 } else { 
14343   p=mp_scan_declared_variable(mp);
14344   mp_flush_variable(mp, equiv(info(p)),link(p),true);
14345   mp->warning_info=mp_find_variable(mp, p); mp_flush_list(mp, p);
14346   if ( mp->warning_info==null ) @<Change to `\.{a bad variable}'@>;
14347   mp->scanner_status=var_defining; n=2;
14348   if ( mp->cur_cmd==macro_special ) if ( mp->cur_mod==macro_suffix ) {/* \.{\AT!\#} */
14349     n=3; get_t_next;
14350   }
14351   type(mp->warning_info)=mp_unsuffixed_macro-2+n; value(mp->warning_info)=q;
14352 } /* |mp_suffixed_macro=mp_unsuffixed_macro+1| */
14353
14354 @ @<Change to `\.{a bad variable}'@>=
14355
14356   print_err("This variable already starts with a macro");
14357 @.This variable already...@>
14358   help2("After `vardef a' you can\'t say `vardef a.b'.")
14359     ("So I'll have to discard this definition.");
14360   mp_error(mp); mp->warning_info=bad_vardef;
14361 }
14362
14363 @ @<Initialize table entries...@>=
14364 name_type(bad_vardef)=mp_root; link(bad_vardef)=frozen_bad_vardef;
14365 equiv(frozen_bad_vardef)=bad_vardef; eq_type(frozen_bad_vardef)=tag_token;
14366
14367 @ @<Absorb delimited parameters, putting them into lists |q| and |r|@>=
14368 do {  
14369   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; get_t_next;
14370   if ( (mp->cur_cmd==param_type)&&(mp->cur_mod>=expr_base) ) {
14371    base=mp->cur_mod;
14372   } else { 
14373     print_err("Missing parameter type; `expr' will be assumed");
14374 @.Missing parameter type@>
14375     help1("You should've had `expr' or `suffix' or `text' here.");
14376     mp_back_error(mp); base=expr_base;
14377   }
14378   @<Absorb parameter tokens for type |base|@>;
14379   mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
14380   get_t_next;
14381 } while (mp->cur_cmd==left_delimiter)
14382
14383 @ @<Absorb parameter tokens for type |base|@>=
14384 do { 
14385   link(q)=mp_get_avail(mp); q=link(q); info(q)=base+k;
14386   mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size); 
14387   value(p)=base+k; info(p)=mp->cur_sym;
14388   if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14389 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
14390   incr(k); link(p)=r; r=p; get_t_next;
14391 } while (mp->cur_cmd==comma)
14392
14393 @ @<Absorb undelimited parameters, putting them into list |r|@>=
14394
14395   p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14396   if ( mp->cur_mod<expr_base ) {
14397     c=mp->cur_mod; value(p)=expr_base+k;
14398   } else { 
14399     value(p)=mp->cur_mod+k;
14400     if ( mp->cur_mod==expr_base ) c=expr_macro;
14401     else if ( mp->cur_mod==suffix_base ) c=suffix_macro;
14402     else c=text_macro;
14403   }
14404   if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14405   incr(k); mp_get_symbol(mp); info(p)=mp->cur_sym; link(p)=r; r=p; get_t_next;
14406   if ( c==expr_macro ) if ( mp->cur_cmd==of_token ) {
14407     c=of_macro; p=mp_get_node(mp, token_node_size);
14408     if ( k==mp->param_size ) mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14409     value(p)=expr_base+k; mp_get_symbol(mp); info(p)=mp->cur_sym;
14410     link(p)=r; r=p; get_t_next;
14411   }
14412 }
14413
14414 @* \[32] Expanding the next token.
14415 Only a few command codes |<min_command| can possibly be returned by
14416 |get_t_next|; in increasing order, they are
14417 |if_test|, |fi_or_else|, |input|, |iteration|, |repeat_loop|,
14418 |exit_test|, |relax|, |scan_tokens|, |expand_after|, and |defined_macro|.
14419
14420 \MP\ usually gets the next token of input by saying |get_x_next|. This is
14421 like |get_t_next| except that it keeps getting more tokens until
14422 finding |cur_cmd>=min_command|. In other words, |get_x_next| expands
14423 macros and removes conditionals or iterations or input instructions that
14424 might be present.
14425
14426 It follows that |get_x_next| might invoke itself recursively. In fact,
14427 there is massive recursion, since macro expansion can involve the
14428 scanning of arbitrarily complex expressions, which in turn involve
14429 macro expansion and conditionals, etc.
14430 @^recursion@>
14431
14432 Therefore it's necessary to declare a whole bunch of |forward|
14433 procedures at this point, and to insert some other procedures
14434 that will be invoked by |get_x_next|.
14435
14436 @<Declarations@>= 
14437 void mp_scan_primary (MP mp);
14438 void mp_scan_secondary (MP mp);
14439 void mp_scan_tertiary (MP mp);
14440 void mp_scan_expression (MP mp);
14441 void mp_scan_suffix (MP mp);
14442 @<Declare the procedure called |macro_call|@>;
14443 void mp_get_boolean (MP mp);
14444 void mp_pass_text (MP mp);
14445 void mp_conditional (MP mp);
14446 void mp_start_input (MP mp);
14447 void mp_begin_iteration (MP mp);
14448 void mp_resume_iteration (MP mp);
14449 void mp_stop_iteration (MP mp);
14450
14451 @ An auxiliary subroutine called |expand| is used by |get_x_next|
14452 when it has to do exotic expansion commands.
14453
14454 @c void mp_expand (MP mp) {
14455   pointer p; /* for list manipulation */
14456   size_t k; /* something that we hope is |<=buf_size| */
14457   pool_pointer j; /* index into |str_pool| */
14458   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) 
14459     if ( mp->cur_cmd!=defined_macro )
14460       show_cur_cmd_mod;
14461   switch (mp->cur_cmd)  {
14462   case if_test:
14463     mp_conditional(mp); /* this procedure is discussed in Part 36 below */
14464     break;
14465   case fi_or_else:
14466     @<Terminate the current conditional and skip to \&{fi}@>;
14467     break;
14468   case input:
14469     @<Initiate or terminate input from a file@>;
14470     break;
14471   case iteration:
14472     if ( mp->cur_mod==end_for ) {
14473       @<Scold the user for having an extra \&{endfor}@>;
14474     } else {
14475       mp_begin_iteration(mp); /* this procedure is discussed in Part 37 below */
14476     }
14477     break;
14478   case repeat_loop: 
14479     @<Repeat a loop@>;
14480     break;
14481   case exit_test: 
14482     @<Exit a loop if the proper time has come@>;
14483     break;
14484   case relax: 
14485     break;
14486   case expand_after: 
14487     @<Expand the token after the next token@>;
14488     break;
14489   case scan_tokens: 
14490     @<Put a string into the input buffer@>;
14491     break;
14492   case defined_macro:
14493    mp_macro_call(mp, mp->cur_mod,null,mp->cur_sym);
14494    break;
14495   }; /* there are no other cases */
14496 };
14497
14498 @ @<Scold the user...@>=
14499
14500   print_err("Extra `endfor'");
14501 @.Extra `endfor'@>
14502   help2("I'm not currently working on a for loop,")
14503     ("so I had better not try to end anything.");
14504   mp_error(mp);
14505 }
14506
14507 @ The processing of \&{input} involves the |start_input| subroutine,
14508 which will be declared later; the processing of \&{endinput} is trivial.
14509
14510 @<Put each...@>=
14511 mp_primitive(mp, "input",input,0);
14512 @:input_}{\&{input} primitive@>
14513 mp_primitive(mp, "endinput",input,1);
14514 @:end_input_}{\&{endinput} primitive@>
14515
14516 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
14517 case input: 
14518   if ( m==0 ) mp_print(mp, "input");
14519   else mp_print(mp, "endinput");
14520   break;
14521
14522 @ @<Initiate or terminate input...@>=
14523 if ( mp->cur_mod>0 ) mp->force_eof=true;
14524 else mp_start_input(mp)
14525
14526 @ We'll discuss the complicated parts of loop operations later. For now
14527 it suffices to know that there's a global variable called |loop_ptr|
14528 that will be |null| if no loop is in progress.
14529
14530 @<Repeat a loop@>=
14531 { while ( token_state &&(loc==null) ) 
14532     mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
14533   if ( mp->loop_ptr==null ) {
14534     print_err("Lost loop");
14535 @.Lost loop@>
14536     help2("I'm confused; after exiting from a loop, I still seem")
14537       ("to want to repeat it. I'll try to forget the problem.");
14538     mp_error(mp);
14539   } else {
14540     mp_resume_iteration(mp); /* this procedure is in Part 37 below */
14541   }
14542 }
14543
14544 @ @<Exit a loop if the proper time has come@>=
14545 { mp_get_boolean(mp);
14546   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) 
14547     mp_show_cmd_mod(mp, nullary,mp->cur_exp);
14548   if ( mp->cur_exp==true_code ) {
14549     if ( mp->loop_ptr==null ) {
14550       print_err("No loop is in progress");
14551 @.No loop is in progress@>
14552       help1("Why say `exitif' when there's nothing to exit from?");
14553       if ( mp->cur_cmd==semicolon ) mp_error(mp); else mp_back_error(mp);
14554     } else {
14555      @<Exit prematurely from an iteration@>;
14556     }
14557   } else if ( mp->cur_cmd!=semicolon ) {
14558     mp_missing_err(mp, ";");
14559 @.Missing `;'@>
14560     help2("After `exitif <boolean exp>' I expect to see a semicolon.")
14561     ("I shall pretend that one was there."); mp_back_error(mp);
14562   }
14563 }
14564
14565 @ Here we use the fact that |forever_text| is the only |token_type| that
14566 is less than |loop_text|.
14567
14568 @<Exit prematurely...@>=
14569 { p=null;
14570   do {  
14571     if ( file_state ) {
14572       mp_end_file_reading(mp);
14573     } else { 
14574       if ( token_type<=loop_text ) p=start;
14575       mp_end_token_list(mp);
14576     }
14577   } while (p==null);
14578   if ( p!=info(mp->loop_ptr) ) mp_fatal_error(mp, "*** (loop confusion)");
14579 @.loop confusion@>
14580   mp_stop_iteration(mp); /* this procedure is in Part 34 below */
14581 }
14582
14583 @ @<Expand the token after the next token@>=
14584 { get_t_next;
14585   p=mp_cur_tok(mp); get_t_next;
14586   if ( mp->cur_cmd<min_command ) mp_expand(mp); 
14587   else mp_back_input(mp);
14588   back_list(p);
14589 }
14590
14591 @ @<Put a string into the input buffer@>=
14592 { mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
14593   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
14594     mp_disp_err(mp, null,"Not a string");
14595 @.Not a string@>
14596     help2("I'm going to flush this expression, since")
14597        ("scantokens should be followed by a known string.");
14598     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
14599   } else { 
14600     mp_back_input(mp);
14601     if ( length(mp->cur_exp)>0 )
14602        @<Pretend we're reading a new one-line file@>;
14603   }
14604 }
14605
14606 @ @<Pretend we're reading a new one-line file@>=
14607 { mp_begin_file_reading(mp); name=is_scantok;
14608   k=mp->first+length(mp->cur_exp);
14609   if ( k>=mp->max_buf_stack ) {
14610     while ( k>=mp->buf_size ) {
14611       mp_reallocate_buffer(mp,(mp->buf_size+(mp->buf_size>>2)));
14612     }
14613     mp->max_buf_stack=k+1;
14614   }
14615   j=mp->str_start[mp->cur_exp]; limit=k;
14616   while ( mp->first<(size_t)limit ) {
14617     mp->buffer[mp->first]=mp->str_pool[j]; incr(j); incr(mp->first);
14618   }
14619   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start; 
14620   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
14621 }
14622
14623 @ Here finally is |get_x_next|.
14624
14625 The expression scanning routines to be considered later
14626 communicate via the global quantities |cur_type| and |cur_exp|;
14627 we must be very careful to save and restore these quantities while
14628 macros are being expanded.
14629 @^inner loop@>
14630
14631 @<Declarations@>=
14632 void mp_get_x_next (MP mp);
14633
14634 @ @c void mp_get_x_next (MP mp) {
14635   pointer save_exp; /* a capsule to save |cur_type| and |cur_exp| */
14636   get_t_next;
14637   if ( mp->cur_cmd<min_command ) {
14638     save_exp=mp_stash_cur_exp(mp);
14639     do {  
14640       if ( mp->cur_cmd==defined_macro ) 
14641         mp_macro_call(mp, mp->cur_mod,null,mp->cur_sym);
14642       else 
14643         mp_expand(mp);
14644       get_t_next;
14645      } while (mp->cur_cmd<min_command);
14646      mp_unstash_cur_exp(mp, save_exp); /* that restores |cur_type| and |cur_exp| */
14647   }
14648 }
14649
14650 @ Now let's consider the |macro_call| procedure, which is used to start up
14651 all user-defined macros. Since the arguments to a macro might be expressions,
14652 |macro_call| is recursive.
14653 @^recursion@>
14654
14655 The first parameter to |macro_call| points to the reference count of the
14656 token list that defines the macro. The second parameter contains any
14657 arguments that have already been parsed (see below).  The third parameter
14658 points to the symbolic token that names the macro. If the third parameter
14659 is |null|, the macro was defined by \&{vardef}, so its name can be
14660 reconstructed from the prefix and ``at'' arguments found within the
14661 second parameter.
14662
14663 What is this second parameter? It's simply a linked list of one-word items,
14664 whose |info| fields point to the arguments. In other words, if |arg_list=null|,
14665 no arguments have been scanned yet; otherwise |info(arg_list)| points to
14666 the first scanned argument, and |link(arg_list)| points to the list of
14667 further arguments (if any).
14668
14669 Arguments of type \&{expr} are so-called capsules, which we will
14670 discuss later when we concentrate on expressions; they can be
14671 recognized easily because their |link| field is |void|. Arguments of type
14672 \&{suffix} and \&{text} are token lists without reference counts.
14673
14674 @ After argument scanning is complete, the arguments are moved to the
14675 |param_stack|. (They can't be put on that stack any sooner, because
14676 the stack is growing and shrinking in unpredictable ways as more arguments
14677 are being acquired.)  Then the macro body is fed to the scanner; i.e.,
14678 the replacement text of the macro is placed at the top of the \MP's
14679 input stack, so that |get_t_next| will proceed to read it next.
14680
14681 @<Declare the procedure called |macro_call|@>=
14682 @<Declare the procedure called |print_macro_name|@>;
14683 @<Declare the procedure called |print_arg|@>;
14684 @<Declare the procedure called |scan_text_arg|@>;
14685 void mp_macro_call (MP mp,pointer def_ref, pointer arg_list, 
14686                     pointer macro_name) ;
14687
14688 @ @c
14689 void mp_macro_call (MP mp,pointer def_ref, pointer arg_list, 
14690                     pointer macro_name) {
14691   /* invokes a user-defined control sequence */
14692   pointer r; /* current node in the macro's token list */
14693   pointer p,q; /* for list manipulation */
14694   integer n; /* the number of arguments */
14695   pointer tail = 0; /* tail of the argument list */
14696   pointer l_delim=0,r_delim=0; /* a delimiter pair */
14697   r=link(def_ref); add_mac_ref(def_ref);
14698   if ( arg_list==null ) {
14699     n=0;
14700   } else {
14701    @<Determine the number |n| of arguments already supplied,
14702     and set |tail| to the tail of |arg_list|@>;
14703   }
14704   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) {
14705     @<Show the text of the macro being expanded, and the existing arguments@>;
14706   }
14707   @<Scan the remaining arguments, if any; set |r| to the first token
14708     of the replacement text@>;
14709   @<Feed the arguments and replacement text to the scanner@>;
14710 }
14711
14712 @ @<Show the text of the macro...@>=
14713 mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_ln(mp); 
14714 mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14715 if ( n==3 ) mp_print(mp, "@@#"); /* indicate a suffixed macro */
14716 mp_show_macro(mp, def_ref,null,100000);
14717 if ( arg_list!=null ) {
14718   n=0; p=arg_list;
14719   do {  
14720     q=info(p);
14721     mp_print_arg(mp, q,n,0);
14722     incr(n); p=link(p);
14723   } while (p!=null);
14724 }
14725 mp_end_diagnostic(mp, false)
14726
14727
14728 @ @<Declare the procedure called |print_macro_name|@>=
14729 void mp_print_macro_name (MP mp,pointer a, pointer n);
14730
14731 @ @c
14732 void mp_print_macro_name (MP mp,pointer a, pointer n) {
14733   pointer p,q; /* they traverse the first part of |a| */
14734   if ( n!=null ) {
14735     mp_print_text(n);
14736   } else  { 
14737     p=info(a);
14738     if ( p==null ) {
14739       mp_print_text(info(info(link(a))));
14740     } else { 
14741       q=p;
14742       while ( link(q)!=null ) q=link(q);
14743       link(q)=info(link(a));
14744       mp_show_token_list(mp, p,null,1000,0);
14745       link(q)=null;
14746     }
14747   }
14748 }
14749
14750 @ @<Declare the procedure called |print_arg|@>=
14751 void mp_print_arg (MP mp,pointer q, integer n, pointer b) ;
14752
14753 @ @c
14754 void mp_print_arg (MP mp,pointer q, integer n, pointer b) {
14755   if ( link(q)==mp_void ) mp_print_nl(mp, "(EXPR");
14756   else if ( (b<text_base)&&(b!=text_macro) ) mp_print_nl(mp, "(SUFFIX");
14757   else mp_print_nl(mp, "(TEXT");
14758   mp_print_int(mp, n); mp_print(mp, ")<-");
14759   if ( link(q)==mp_void ) mp_print_exp(mp, q,1);
14760   else mp_show_token_list(mp, q,null,1000,0);
14761 }
14762
14763 @ @<Determine the number |n| of arguments already supplied...@>=
14764 {  
14765   n=1; tail=arg_list;
14766   while ( link(tail)!=null ) { 
14767     incr(n); tail=link(tail);
14768   }
14769 }
14770
14771 @ @<Scan the remaining arguments, if any; set |r|...@>=
14772 mp->cur_cmd=comma+1; /* anything |<>comma| will do */
14773 while ( info(r)>=expr_base ) { 
14774   @<Scan the delimited argument represented by |info(r)|@>;
14775   r=link(r);
14776 };
14777 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
14778   print_err("Too many arguments to ");
14779 @.Too many arguments...@>
14780   mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name); mp_print_char(mp, ';');
14781   mp_print_nl(mp, "  Missing `"); mp_print_text(r_delim);
14782 @.Missing `)'...@>
14783   mp_print(mp, "' has been inserted");
14784   help3("I'm going to assume that the comma I just read was a")
14785    ("right delimiter, and then I'll begin expanding the macro.")
14786    ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14787   mp_error(mp);
14788 }
14789 if ( info(r)!=general_macro ) {
14790   @<Scan undelimited argument(s)@>;
14791 }
14792 r=link(r)
14793
14794 @ At this point, the reader will find it advisable to review the explanation
14795 of token list format that was presented earlier, paying special attention to
14796 the conventions that apply only at the beginning of a macro's token list.
14797
14798 On the other hand, the reader will have to take the expression-parsing
14799 aspects of the following program on faith; we will explain |cur_type|
14800 and |cur_exp| later. (Several things in this program depend on each other,
14801 and it's necessary to jump into the circle somewhere.)
14802
14803 @<Scan the delimited argument represented by |info(r)|@>=
14804 if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
14805   mp_get_x_next(mp);
14806   if ( mp->cur_cmd!=left_delimiter ) {
14807     print_err("Missing argument to ");
14808 @.Missing argument...@>
14809     mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14810     help3("That macro has more parameters than you thought.")
14811      ("I'll continue by pretending that each missing argument")
14812      ("is either zero or null.");
14813     if ( info(r)>=suffix_base ) {
14814       mp->cur_exp=null; mp->cur_type=mp_token_list;
14815     } else { 
14816       mp->cur_exp=0; mp->cur_type=mp_known;
14817     }
14818     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=right_delimiter; 
14819     goto FOUND;
14820   }
14821   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod;
14822 }
14823 @<Scan the argument represented by |info(r)|@>;
14824 if ( mp->cur_cmd!=comma ) 
14825   @<Check that the proper right delimiter was present@>;
14826 FOUND:  
14827 @<Append the current expression to |arg_list|@>
14828
14829 @ @<Check that the proper right delim...@>=
14830 if ( (mp->cur_cmd!=right_delimiter)||(mp->cur_mod!=l_delim) ) {
14831   if ( info(link(r))>=expr_base ) {
14832     mp_missing_err(mp, ",");
14833 @.Missing `,'@>
14834     help3("I've finished reading a macro argument and am about to")
14835       ("read another; the arguments weren't delimited correctly.")
14836        ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14837     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=comma;
14838   } else { 
14839     mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
14840 @.Missing `)'@>
14841     help2("I've gotten to the end of the macro parameter list.")
14842        ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14843     mp_back_error(mp);
14844   }
14845 }
14846
14847 @ A \&{suffix} or \&{text} parameter will be have been scanned as
14848 a token list pointed to by |cur_exp|, in which case we will have
14849 |cur_type=token_list|.
14850
14851 @<Append the current expression to |arg_list|@>=
14852
14853   p=mp_get_avail(mp);
14854   if ( mp->cur_type==mp_token_list ) info(p)=mp->cur_exp;
14855   else info(p)=mp_stash_cur_exp(mp);
14856   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) {
14857     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_arg(mp, info(p),n,info(r)); 
14858     mp_end_diagnostic(mp, false);
14859   }
14860   if ( arg_list==null ) arg_list=p;
14861   else link(tail)=p;
14862   tail=p; incr(n);
14863 }
14864
14865 @ @<Scan the argument represented by |info(r)|@>=
14866 if ( info(r)>=text_base ) {
14867   mp_scan_text_arg(mp, l_delim,r_delim);
14868 } else { 
14869   mp_get_x_next(mp);
14870   if ( info(r)>=suffix_base ) mp_scan_suffix(mp);
14871   else mp_scan_expression(mp);
14872 }
14873
14874 @ The parameters to |scan_text_arg| are either a pair of delimiters
14875 or zero; the latter case is for undelimited text arguments, which
14876 end with the first semicolon or \&{endgroup} or \&{end} that is not
14877 contained in a group.
14878
14879 @<Declare the procedure called |scan_text_arg|@>=
14880 void mp_scan_text_arg (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) ;
14881
14882 @ @c
14883 void mp_scan_text_arg (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) {
14884   integer balance; /* excess of |l_delim| over |r_delim| */
14885   pointer p; /* list tail */
14886   mp->warning_info=l_delim; mp->scanner_status=absorbing;
14887   p=hold_head; balance=1; link(hold_head)=null;
14888   while (1)  { 
14889     get_t_next;
14890     if ( l_delim==0 ) {
14891       @<Adjust the balance for an undelimited argument; |break| if done@>;
14892     } else {
14893           @<Adjust the balance for a delimited argument; |break| if done@>;
14894     }
14895     link(p)=mp_cur_tok(mp); p=link(p);
14896   }
14897   mp->cur_exp=link(hold_head); mp->cur_type=mp_token_list;
14898   mp->scanner_status=normal;
14899 };
14900
14901 @ @<Adjust the balance for a delimited argument...@>=
14902 if ( mp->cur_cmd==right_delimiter ) { 
14903   if ( mp->cur_mod==l_delim ) { 
14904     decr(balance);
14905     if ( balance==0 ) break;
14906   }
14907 } else if ( mp->cur_cmd==left_delimiter ) {
14908   if ( mp->cur_mod==r_delim ) incr(balance);
14909 }
14910
14911 @ @<Adjust the balance for an undelimited...@>=
14912 if ( end_of_statement ) { /* |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop| */
14913   if ( balance==1 ) { break; }
14914   else  { if ( mp->cur_cmd==end_group ) decr(balance); }
14915 } else if ( mp->cur_cmd==begin_group ) { 
14916   incr(balance); 
14917 }
14918
14919 @ @<Scan undelimited argument(s)@>=
14920
14921   if ( info(r)<text_macro ) {
14922     mp_get_x_next(mp);
14923     if ( info(r)!=suffix_macro ) {
14924       if ( (mp->cur_cmd==equals)||(mp->cur_cmd==assignment) ) mp_get_x_next(mp);
14925     }
14926   }
14927   switch (info(r)) {
14928   case primary_macro:mp_scan_primary(mp); break;
14929   case secondary_macro:mp_scan_secondary(mp); break;
14930   case tertiary_macro:mp_scan_tertiary(mp); break;
14931   case expr_macro:mp_scan_expression(mp); break;
14932   case of_macro:
14933     @<Scan an expression followed by `\&{of} $\langle$primary$\rangle$'@>;
14934     break;
14935   case suffix_macro:
14936     @<Scan a suffix with optional delimiters@>;
14937     break;
14938   case text_macro:mp_scan_text_arg(mp, 0,0); break;
14939   } /* there are no other cases */
14940   mp_back_input(mp); 
14941   @<Append the current expression to |arg_list|@>;
14942 }
14943
14944 @ @<Scan an expression followed by `\&{of} $\langle$primary$\rangle$'@>=
14945
14946   mp_scan_expression(mp); p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp_stash_cur_exp(mp);
14947   if ( mp->internal[mp_tracing_macros]>0 ) { 
14948     mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_arg(mp, info(p),n,0); 
14949     mp_end_diagnostic(mp, false);
14950   }
14951   if ( arg_list==null ) arg_list=p; else link(tail)=p;
14952   tail=p;incr(n);
14953   if ( mp->cur_cmd!=of_token ) {
14954     mp_missing_err(mp, "of"); mp_print(mp, " for ");
14955 @.Missing `of'@>
14956     mp_print_macro_name(mp, arg_list,macro_name);
14957     help1("I've got the first argument; will look now for the other.");
14958     mp_back_error(mp);
14959   }
14960   mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
14961 }
14962
14963 @ @<Scan a suffix with optional delimiters@>=
14964
14965   if ( mp->cur_cmd!=left_delimiter ) {
14966     l_delim=null;
14967   } else { 
14968     l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp);
14969   };
14970   mp_scan_suffix(mp);
14971   if ( l_delim!=null ) {
14972     if ((mp->cur_cmd!=right_delimiter)||(mp->cur_mod!=l_delim) ) {
14973       mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
14974 @.Missing `)'@>
14975       help2("I've gotten to the end of the macro parameter list.")
14976          ("You might want to delete some tokens before continuing.");
14977       mp_back_error(mp);
14978     }
14979     mp_get_x_next(mp);
14980   }
14981 }
14982
14983 @ Before we put a new token list on the input stack, it is wise to clean off
14984 all token lists that have recently been depleted. Then a user macro that ends
14985 with a call to itself will not require unbounded stack space.
14986
14987 @<Feed the arguments and replacement text to the scanner@>=
14988 while ( token_state &&(loc==null) ) mp_end_token_list(mp); /* conserve stack space */
14989 if ( mp->param_ptr+n>mp->max_param_stack ) {
14990   mp->max_param_stack=mp->param_ptr+n;
14991   if ( mp->max_param_stack>mp->param_size )
14992     mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
14993 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
14994 }
14995 mp_begin_token_list(mp, def_ref,macro); name=macro_name; loc=r;
14996 if ( n>0 ) {
14997   p=arg_list;
14998   do {  
14999    mp->param_stack[mp->param_ptr]=info(p); incr(mp->param_ptr); p=link(p);
15000   } while (p!=null);
15001   mp_flush_list(mp, arg_list);
15002 }
15003
15004 @ It's sometimes necessary to put a single argument onto |param_stack|.
15005 The |stack_argument| subroutine does this.
15006
15007 @c void mp_stack_argument (MP mp,pointer p) { 
15008   if ( mp->param_ptr==mp->max_param_stack ) {
15009     incr(mp->max_param_stack);
15010     if ( mp->max_param_stack>mp->param_size )
15011       mp_overflow(mp, "parameter stack size",mp->param_size);
15012 @:MetaPost capacity exceeded parameter stack size}{\quad parameter stack size@>
15013   }
15014   mp->param_stack[mp->param_ptr]=p; incr(mp->param_ptr);
15015 }
15016
15017 @* \[33] Conditional processing.
15018 Let's consider now the way \&{if} commands are handled.
15019
15020 Conditions can be inside conditions, and this nesting has a stack
15021 that is independent of other stacks.
15022 Four global variables represent the top of the condition stack:
15023 |cond_ptr| points to pushed-down entries, if~any; |cur_if| tells whether
15024 we are processing \&{if} or \&{elseif}; |if_limit| specifies
15025 the largest code of a |fi_or_else| command that is syntactically legal;
15026 and |if_line| is the line number at which the current conditional began.
15027
15028 If no conditions are currently in progress, the condition stack has the
15029 special state |cond_ptr=null|, |if_limit=normal|, |cur_if=0|, |if_line=0|.
15030 Otherwise |cond_ptr| points to a two-word node; the |type|, |name_type|, and
15031 |link| fields of the first word contain |if_limit|, |cur_if|, and
15032 |cond_ptr| at the next level, and the second word contains the
15033 corresponding |if_line|.
15034
15035 @d if_node_size 2 /* number of words in stack entry for conditionals */
15036 @d if_line_field(A) mp->mem[(A)+1].cint
15037 @d if_code 1 /* code for \&{if} being evaluated */
15038 @d fi_code 2 /* code for \&{fi} */
15039 @d else_code 3 /* code for \&{else} */
15040 @d else_if_code 4 /* code for \&{elseif} */
15041
15042 @<Glob...@>=
15043 pointer cond_ptr; /* top of the condition stack */
15044 integer if_limit; /* upper bound on |fi_or_else| codes */
15045 small_number cur_if; /* type of conditional being worked on */
15046 integer if_line; /* line where that conditional began */
15047
15048 @ @<Set init...@>=
15049 mp->cond_ptr=null; mp->if_limit=normal; mp->cur_if=0; mp->if_line=0;
15050
15051 @ @<Put each...@>=
15052 mp_primitive(mp, "if",if_test,if_code);
15053 @:if_}{\&{if} primitive@>
15054 mp_primitive(mp, "fi",fi_or_else,fi_code); mp->eqtb[frozen_fi]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
15055 @:fi_}{\&{fi} primitive@>
15056 mp_primitive(mp, "else",fi_or_else,else_code);
15057 @:else_}{\&{else} primitive@>
15058 mp_primitive(mp, "elseif",fi_or_else,else_if_code);
15059 @:else_if_}{\&{elseif} primitive@>
15060
15061 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
15062 case if_test:
15063 case fi_or_else: 
15064   switch (m) {
15065   case if_code:mp_print(mp, "if"); break;
15066   case fi_code:mp_print(mp, "fi");  break;
15067   case else_code:mp_print(mp, "else"); break;
15068   default: mp_print(mp, "elseif"); break;
15069   }
15070   break;
15071
15072 @ Here is a procedure that ignores text until coming to an \&{elseif},
15073 \&{else}, or \&{fi} at level zero of $\&{if}\ldots\&{fi}$
15074 nesting. After it has acted, |cur_mod| will indicate the token that
15075 was found.
15076
15077 \MP's smallest two command codes are |if_test| and |fi_or_else|; this
15078 makes the skipping process a bit simpler.
15079
15080 @c 
15081 void mp_pass_text (MP mp) {
15082   integer l = 0;
15083   mp->scanner_status=skipping;
15084   mp->warning_info=mp_true_line(mp);
15085   while (1)  { 
15086     get_t_next;
15087     if ( mp->cur_cmd<=fi_or_else ) {
15088       if ( mp->cur_cmd<fi_or_else ) {
15089         incr(l);
15090       } else { 
15091         if ( l==0 ) break;
15092         if ( mp->cur_mod==fi_code ) decr(l);
15093       }
15094     } else {
15095       @<Decrease the string reference count,
15096        if the current token is a string@>;
15097     }
15098   }
15099   mp->scanner_status=normal;
15100 }
15101
15102 @ @<Decrease the string reference count...@>=
15103 if ( mp->cur_cmd==string_token ) { delete_str_ref(mp->cur_mod); }
15104
15105 @ When we begin to process a new \&{if}, we set |if_limit:=if_code|; then
15106 if \&{elseif} or \&{else} or \&{fi} occurs before the current \&{if}
15107 condition has been evaluated, a colon will be inserted.
15108 A construction like `\.{if fi}' would otherwise get \MP\ confused.
15109
15110 @<Push the condition stack@>=
15111 { p=mp_get_node(mp, if_node_size); link(p)=mp->cond_ptr; type(p)=mp->if_limit;
15112   name_type(p)=mp->cur_if; if_line_field(p)=mp->if_line;
15113   mp->cond_ptr=p; mp->if_limit=if_code; mp->if_line=mp_true_line(mp); 
15114   mp->cur_if=if_code;
15115 }
15116
15117 @ @<Pop the condition stack@>=
15118 { p=mp->cond_ptr; mp->if_line=if_line_field(p);
15119   mp->cur_if=name_type(p); mp->if_limit=type(p); mp->cond_ptr=link(p);
15120   mp_free_node(mp, p,if_node_size);
15121 }
15122
15123 @ Here's a procedure that changes the |if_limit| code corresponding to
15124 a given value of |cond_ptr|.
15125
15126 @c void mp_change_if_limit (MP mp,small_number l, pointer p) {
15127   pointer q;
15128   if ( p==mp->cond_ptr ) {
15129     mp->if_limit=l; /* that's the easy case */
15130   } else  { 
15131     q=mp->cond_ptr;
15132     while (1) { 
15133       if ( q==null ) mp_confusion(mp, "if");
15134 @:this can't happen if}{\quad if@>
15135       if ( link(q)==p ) { 
15136         type(q)=l; return;
15137       }
15138       q=link(q);
15139     }
15140   }
15141 }
15142
15143 @ The user is supposed to put colons into the proper parts of conditional
15144 statements. Therefore, \MP\ has to check for their presence.
15145
15146 @c 
15147 void mp_check_colon (MP mp) { 
15148   if ( mp->cur_cmd!=colon ) { 
15149     mp_missing_err(mp, ":");
15150 @.Missing `:'@>
15151     help2("There should've been a colon after the condition.")
15152          ("I shall pretend that one was there.");;
15153     mp_back_error(mp);
15154   }
15155 }
15156
15157 @ A condition is started when the |get_x_next| procedure encounters
15158 an |if_test| command; in that case |get_x_next| calls |conditional|,
15159 which is a recursive procedure.
15160 @^recursion@>
15161
15162 @c void mp_conditional (MP mp) {
15163   pointer save_cond_ptr; /* |cond_ptr| corresponding to this conditional */
15164   int new_if_limit; /* future value of |if_limit| */
15165   pointer p; /* temporary register */
15166   @<Push the condition stack@>; 
15167   save_cond_ptr=mp->cond_ptr;
15168 RESWITCH: 
15169   mp_get_boolean(mp); new_if_limit=else_if_code;
15170   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
15171     @<Display the boolean value of |cur_exp|@>;
15172   }
15173 FOUND: 
15174   mp_check_colon(mp);
15175   if ( mp->cur_exp==true_code ) {
15176     mp_change_if_limit(mp, new_if_limit,save_cond_ptr);
15177     return; /* wait for \&{elseif}, \&{else}, or \&{fi} */
15178   };
15179   @<Skip to \&{elseif} or \&{else} or \&{fi}, then |goto done|@>;
15180 DONE: 
15181   mp->cur_if=mp->cur_mod; mp->if_line=mp_true_line(mp);
15182   if ( mp->cur_mod==fi_code ) {
15183     @<Pop the condition stack@>
15184   } else if ( mp->cur_mod==else_if_code ) {
15185     goto RESWITCH;
15186   } else  { 
15187     mp->cur_exp=true_code; new_if_limit=fi_code; mp_get_x_next(mp); 
15188     goto FOUND;
15189   }
15190 }
15191
15192 @ In a construction like `\&{if} \&{if} \&{true}: $0=1$: \\{foo}
15193 \&{else}: \\{bar} \&{fi}', the first \&{else}
15194 that we come to after learning that the \&{if} is false is not the
15195 \&{else} we're looking for. Hence the following curious logic is needed.
15196
15197 @<Skip to \&{elseif}...@>=
15198 while (1) { 
15199   mp_pass_text(mp);
15200   if ( mp->cond_ptr==save_cond_ptr ) goto DONE;
15201   else if ( mp->cur_mod==fi_code ) @<Pop the condition stack@>;
15202 }
15203
15204
15205 @ @<Display the boolean value...@>=
15206 { mp_begin_diagnostic(mp);
15207   if ( mp->cur_exp==true_code ) mp_print(mp, "{true}");
15208   else mp_print(mp, "{false}");
15209   mp_end_diagnostic(mp, false);
15210 }
15211
15212 @ The processing of conditionals is complete except for the following
15213 code, which is actually part of |get_x_next|. It comes into play when
15214 \&{elseif}, \&{else}, or \&{fi} is scanned.
15215
15216 @<Terminate the current conditional and skip to \&{fi}@>=
15217 if ( mp->cur_mod>mp->if_limit ) {
15218   if ( mp->if_limit==if_code ) { /* condition not yet evaluated */
15219     mp_missing_err(mp, ":");
15220 @.Missing `:'@>
15221     mp_back_input(mp); mp->cur_sym=frozen_colon; mp_ins_error(mp);
15222   } else  { 
15223     print_err("Extra "); mp_print_cmd_mod(mp, fi_or_else,mp->cur_mod);
15224 @.Extra else@>
15225 @.Extra elseif@>
15226 @.Extra fi@>
15227     help1("I'm ignoring this; it doesn't match any if.");
15228     mp_error(mp);
15229   }
15230 } else  { 
15231   while ( mp->cur_mod!=fi_code ) mp_pass_text(mp); /* skip to \&{fi} */
15232   @<Pop the condition stack@>;
15233 }
15234
15235 @* \[34] Iterations.
15236 To bring our treatment of |get_x_next| to a close, we need to consider what
15237 \MP\ does when it sees \&{for}, \&{forsuffixes}, and \&{forever}.
15238
15239 There's a global variable |loop_ptr| that keeps track of the \&{for} loops
15240 that are currently active. If |loop_ptr=null|, no loops are in progress;
15241 otherwise |info(loop_ptr)| points to the iterative text of the current
15242 (innermost) loop, and |link(loop_ptr)| points to the data for any other
15243 loops that enclose the current one.
15244
15245 A loop-control node also has two other fields, called |loop_type| and
15246 |loop_list|, whose contents depend on the type of loop:
15247
15248 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=null| means that |loop_list(loop_ptr)|
15249 points to a list of one-word nodes whose |info| fields point to the
15250 remaining argument values of a suffix list and expression list.
15251
15252 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=mp_void| means that the current loop is
15253 `\&{forever}'.
15254
15255 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=progression_flag| means that
15256 |p=loop_list(loop_ptr)| points to a ``progression node'' and |value(p)|,
15257 |step_size(p)|, and |final_value(p)| contain the data for an arithmetic
15258 progression.
15259
15260 \yskip\indent|loop_type(loop_ptr)=p>mp_void| means that |p| points to an edge
15261 header and |loop_list(loop_ptr)| points into the graphical object list for
15262 that edge header.
15263
15264 \yskip\noindent In the case of a progression node, the first word is not used
15265 because the link field of words in the dynamic memory area cannot be arbitrary.
15266
15267 @d loop_list_loc(A) ((A)+1) /* where the |loop_list| field resides */
15268 @d loop_type(A) info(loop_list_loc((A))) /* the type of \&{for} loop */
15269 @d loop_list(A) link(loop_list_loc((A))) /* the remaining list elements */
15270 @d loop_node_size 2 /* the number of words in a loop control node */
15271 @d progression_node_size 4 /* the number of words in a progression node */
15272 @d step_size(A) mp->mem[(A)+2].sc /* the step size in an arithmetic progression */
15273 @d final_value(A) mp->mem[(A)+3].sc /* the final value in an arithmetic progression */
15274 @d progression_flag (null+2)
15275   /* |loop_type| value when |loop_list| points to a progression node */
15276
15277 @<Glob...@>=
15278 pointer loop_ptr; /* top of the loop-control-node stack */
15279
15280 @ @<Set init...@>=
15281 mp->loop_ptr=null;
15282
15283 @ If the expressions that define an arithmetic progression in
15284 a \&{for} loop don't have known numeric values, the |bad_for|
15285 subroutine screams at the user.
15286
15287 @c void mp_bad_for (MP mp, char * s) {
15288   mp_disp_err(mp, null,"Improper "); /* show the bad expression above the message */
15289 @.Improper...replaced by 0@>
15290   mp_print(mp, s); mp_print(mp, " has been replaced by 0");
15291   help4("When you say `for x=a step b until c',")
15292     ("the initial value `a' and the step size `b'")
15293     ("and the final value `c' must have known numeric values.")
15294     ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
15295   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
15296 };
15297
15298 @ Here's what \MP\ does when \&{for}, \&{forsuffixes}, or \&{forever}
15299 has just been scanned. (This code requires slight familiarity with
15300 expression-parsing routines that we have not yet discussed; but it seems
15301 to belong in the present part of the program, even though the original author
15302 didn't write it until later. The reader may wish to come back to it.)
15303
15304 @c void mp_begin_iteration (MP mp) {
15305   halfword m; /* |expr_base| (\&{for}) or |suffix_base| (\&{forsuffixes}) */
15306   halfword n; /* hash address of the current symbol */
15307   pointer s; /* the new loop-control node */
15308   pointer p; /* substitution list for |scan_toks| */
15309   pointer q;  /* link manipulation register */
15310   pointer pp; /* a new progression node */
15311   m=mp->cur_mod; n=mp->cur_sym; s=mp_get_node(mp, loop_node_size);
15312   if ( m==start_forever ){ 
15313     loop_type(s)=mp_void; p=null; mp_get_x_next(mp);
15314   } else { 
15315     mp_get_symbol(mp); p=mp_get_node(mp, token_node_size);
15316     info(p)=mp->cur_sym; value(p)=m;
15317     mp_get_x_next(mp);
15318     if ( mp->cur_cmd==within_token ) {
15319       @<Set up a picture iteration@>;
15320     } else { 
15321       @<Check for the |"="| or |":="| in a loop header@>;
15322       @<Scan the values to be used in the loop@>;
15323     }
15324   }
15325   @<Check for the presence of a colon@>;
15326   @<Scan the loop text and put it on the loop control stack@>;
15327   mp_resume_iteration(mp);
15328 }
15329
15330 @ @<Check for the |"="| or |":="| in a loop header@>=
15331 if ( (mp->cur_cmd!=equals)&&(mp->cur_cmd!=assignment) ) { 
15332   mp_missing_err(mp, "=");
15333 @.Missing `='@>
15334   help3("The next thing in this loop should have been `=' or `:='.")
15335     ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
15336     ("was present, and I'll look for the values next.");
15337   mp_back_error(mp);
15338 }
15339
15340 @ @<Check for the presence of a colon@>=
15341 if ( mp->cur_cmd!=colon ) { 
15342   mp_missing_err(mp, ":");
15343 @.Missing `:'@>
15344   help3("The next thing in this loop should have been a `:'.")
15345     ("So I'll pretend that a colon was present;")
15346     ("everything from here to `endfor' will be iterated.");
15347   mp_back_error(mp);
15348 }
15349
15350 @ We append a special |frozen_repeat_loop| token in place of the
15351 `\&{endfor}' at the end of the loop. This will come through \MP's scanner
15352 at the proper time to cause the loop to be repeated.
15353
15354 (If the user tries some shenanigan like `\&{for} $\ldots$ \&{let} \&{endfor}',
15355 he will be foiled by the |get_symbol| routine, which keeps frozen
15356 tokens unchanged. Furthermore the |frozen_repeat_loop| is an \&{outer}
15357 token, so it won't be lost accidentally.)
15358
15359 @ @<Scan the loop text...@>=
15360 q=mp_get_avail(mp); info(q)=frozen_repeat_loop;
15361 mp->scanner_status=loop_defining; mp->warning_info=n;
15362 info(s)=mp_scan_toks(mp, iteration,p,q,0); mp->scanner_status=normal;
15363 link(s)=mp->loop_ptr; mp->loop_ptr=s
15364
15365 @ @<Initialize table...@>=
15366 eq_type(frozen_repeat_loop)=repeat_loop+outer_tag;
15367 text(frozen_repeat_loop)=intern(" ENDFOR");
15368
15369 @ The loop text is inserted into \MP's scanning apparatus by the
15370 |resume_iteration| routine.
15371
15372 @c void mp_resume_iteration (MP mp) {
15373   pointer p,q; /* link registers */
15374   p=loop_type(mp->loop_ptr);
15375   if ( p==progression_flag ) { 
15376     p=loop_list(mp->loop_ptr); /* now |p| points to a progression node */
15377     mp->cur_exp=value(p);
15378     if ( @<The arithmetic progression has ended@> ) {
15379       mp_stop_iteration(mp);
15380       return;
15381     }
15382     mp->cur_type=mp_known; q=mp_stash_cur_exp(mp); /* make |q| an \&{expr} argument */
15383     value(p)=mp->cur_exp+step_size(p); /* set |value(p)| for the next iteration */
15384   } else if ( p==null ) { 
15385     p=loop_list(mp->loop_ptr);
15386     if ( p==null ) {
15387       mp_stop_iteration(mp);
15388       return;
15389     }
15390     loop_list(mp->loop_ptr)=link(p); q=info(p); free_avail(p);
15391   } else if ( p==mp_void ) { 
15392     mp_begin_token_list(mp, info(mp->loop_ptr),forever_text); return;
15393   } else {
15394     @<Make |q| a capsule containing the next picture component from
15395       |loop_list(loop_ptr)| or |goto not_found|@>;
15396   }
15397   mp_begin_token_list(mp, info(mp->loop_ptr),loop_text);
15398   mp_stack_argument(mp, q);
15399   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
15400      @<Trace the start of a loop@>;
15401   }
15402   return;
15403 NOT_FOUND:
15404   mp_stop_iteration(mp);
15405 }
15406
15407 @ @<The arithmetic progression has ended@>=
15408 ((step_size(p)>0)&&(mp->cur_exp>final_value(p)))||
15409  ((step_size(p)<0)&&(mp->cur_exp<final_value(p)))
15410
15411 @ @<Trace the start of a loop@>=
15412
15413   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{loop value=");
15414 @.loop value=n@>
15415   if ( (q!=null)&&(link(q)==mp_void) ) mp_print_exp(mp, q,1);
15416   else mp_show_token_list(mp, q,null,50,0);
15417   mp_print_char(mp, '}'); mp_end_diagnostic(mp, false);
15418 }
15419
15420 @ @<Make |q| a capsule containing the next picture component from...@>=
15421 { q=loop_list(mp->loop_ptr);
15422   if ( q==null ) goto NOT_FOUND;
15423   skip_component(q) goto NOT_FOUND;
15424   mp->cur_exp=mp_copy_objects(mp, loop_list(mp->loop_ptr),q);
15425   mp_init_bbox(mp, mp->cur_exp);
15426   mp->cur_type=mp_picture_type;
15427   loop_list(mp->loop_ptr)=q;
15428   q=mp_stash_cur_exp(mp);
15429 }
15430
15431 @ A level of loop control disappears when |resume_iteration| has decided
15432 not to resume, or when an \&{exitif} construction has removed the loop text
15433 from the input stack.
15434
15435 @c void mp_stop_iteration (MP mp) {
15436   pointer p,q; /* the usual */
15437   p=loop_type(mp->loop_ptr);
15438   if ( p==progression_flag )  {
15439     mp_free_node(mp, loop_list(mp->loop_ptr),progression_node_size);
15440   } else if ( p==null ){ 
15441     q=loop_list(mp->loop_ptr);
15442     while ( q!=null ) {
15443       p=info(q);
15444       if ( p!=null ) {
15445         if ( link(p)==mp_void ) { /* it's an \&{expr} parameter */
15446           mp_recycle_value(mp, p); mp_free_node(mp, p,value_node_size);
15447         } else {
15448           mp_flush_token_list(mp, p); /* it's a \&{suffix} or \&{text} parameter */
15449         }
15450       }
15451       p=q; q=link(q); free_avail(p);
15452     }
15453   } else if ( p>progression_flag ) {
15454     delete_edge_ref(p);
15455   }
15456   p=mp->loop_ptr; mp->loop_ptr=link(p); mp_flush_token_list(mp, info(p));
15457   mp_free_node(mp, p,loop_node_size);
15458 }
15459
15460 @ Now that we know all about loop control, we can finish up
15461 the missing portion of |begin_iteration| and we'll be done.
15462
15463 The following code is performed after the `\.=' has been scanned in
15464 a \&{for} construction (if |m=expr_base|) or a \&{forsuffixes} construction
15465 (if |m=suffix_base|).
15466
15467 @<Scan the values to be used in the loop@>=
15468 loop_type(s)=null; q=loop_list_loc(s); link(q)=null; /* |link(q)=loop_list(s)| */
15469 do {  
15470   mp_get_x_next(mp);
15471   if ( m!=expr_base ) {
15472     mp_scan_suffix(mp);
15473   } else { 
15474     if ( mp->cur_cmd>=colon ) if ( mp->cur_cmd<=comma ) 
15475           goto CONTINUE;
15476     mp_scan_expression(mp);
15477     if ( mp->cur_cmd==step_token ) if ( q==loop_list_loc(s) ) {
15478       @<Prepare for step-until construction and |break|@>;
15479     }
15480     mp->cur_exp=mp_stash_cur_exp(mp);
15481   }
15482   link(q)=mp_get_avail(mp); q=link(q); 
15483   info(q)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
15484 CONTINUE:
15485   ;
15486 } while (mp->cur_cmd==comma)
15487
15488 @ @<Prepare for step-until construction and |break|@>=
15489
15490   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "initial value");
15491   pp=mp_get_node(mp, progression_node_size); value(pp)=mp->cur_exp;
15492   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
15493   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "step size");
15494   step_size(pp)=mp->cur_exp;
15495   if ( mp->cur_cmd!=until_token ) { 
15496     mp_missing_err(mp, "until");
15497 @.Missing `until'@>
15498     help2("I assume you meant to say `until' after `step'.")
15499       ("So I'll look for the final value and colon next.");
15500     mp_back_error(mp);
15501   }
15502   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
15503   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_for(mp, "final value");
15504   final_value(pp)=mp->cur_exp; loop_list(s)=pp;
15505   loop_type(s)=progression_flag; 
15506   break;
15507 }
15508
15509 @ The last case is when we have just seen ``\&{within}'', and we need to
15510 parse a picture expression and prepare to iterate over it.
15511
15512 @<Set up a picture iteration@>=
15513 { mp_get_x_next(mp);
15514   mp_scan_expression(mp);
15515   @<Make sure the current expression is a known picture@>;
15516   loop_type(s)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
15517   q=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
15518   if ( q!= null ) 
15519     if ( is_start_or_stop(q) )
15520       if ( mp_skip_1component(mp, q)==null ) q=link(q);
15521   loop_list(s)=q;
15522 }
15523
15524 @ @<Make sure the current expression is a known picture@>=
15525 if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
15526   mp_disp_err(mp, null,"Improper iteration spec has been replaced by nullpicture");
15527   help1("When you say `for x in p', p must be a known picture.");
15528   mp_put_get_flush_error(mp, mp_get_node(mp, edge_header_size));
15529   mp_init_edges(mp, mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_picture_type;
15530 }
15531
15532 @* \[35] File names.
15533 It's time now to fret about file names.  Besides the fact that different
15534 operating systems treat files in different ways, we must cope with the
15535 fact that completely different naming conventions are used by different
15536 groups of people. The following programs show what is required for one
15537 particular operating system; similar routines for other systems are not
15538 difficult to devise.
15539 @^system dependencies@>
15540
15541 \MP\ assumes that a file name has three parts: the name proper; its
15542 ``extension''; and a ``file area'' where it is found in an external file
15543 system.  The extension of an input file is assumed to be
15544 `\.{.mp}' unless otherwise specified; it is `\.{.log}' on the
15545 transcript file that records each run of \MP; it is `\.{.tfm}' on the font
15546 metric files that describe characters in any fonts created by \MP; it is
15547 `\.{.ps}' or `.{\it nnn}' for some number {\it nnn} on the \ps\ output files;
15548 and it is `\.{.mem}' on the mem files written by \.{INIMP} to initialize \MP.
15549 The file area can be arbitrary on input files, but files are usually
15550 output to the user's current area.  If an input file cannot be
15551 found on the specified area, \MP\ will look for it on a special system
15552 area; this special area is intended for commonly used input files.
15553
15554 Simple uses of \MP\ refer only to file names that have no explicit
15555 extension or area. For example, a person usually says `\.{input} \.{cmr10}'
15556 instead of `\.{input} \.{cmr10.new}'. Simple file
15557 names are best, because they make the \MP\ source files portable;
15558 whenever a file name consists entirely of letters and digits, it should be
15559 treated in the same way by all implementations of \MP. However, users
15560 need the ability to refer to other files in their environment, especially
15561 when responding to error messages concerning unopenable files; therefore
15562 we want to let them use the syntax that appears in their favorite
15563 operating system.
15564
15565 @ \MP\ uses the same conventions that have proved to be satisfactory for
15566 \TeX\ and \MF. In order to isolate the system-dependent aspects of file names,
15567 @^system dependencies@>
15568 the system-independent parts of \MP\ are expressed in terms
15569 of three system-dependent
15570 procedures called |begin_name|, |more_name|, and |end_name|. In
15571 essence, if the user-specified characters of the file name are $c_1\ldots c_n$,
15572 the system-independent driver program does the operations
15573 $$|begin_name|;\,|more_name|(c_1);\,\ldots\,;|more_name|(c_n);
15574 \,|end_name|.$$
15575 These three procedures communicate with each other via global variables.
15576 Afterwards the file name will appear in the string pool as three strings
15577 called |cur_name|\penalty10000\hskip-.05em,
15578 |cur_area|, and |cur_ext|; the latter two are null (i.e.,
15579 |""|), unless they were explicitly specified by the user.
15580
15581 Actually the situation is slightly more complicated, because \MP\ needs
15582 to know when the file name ends. The |more_name| routine is a function
15583 (with side effects) that returns |true| on the calls |more_name|$(c_1)$,
15584 \dots, |more_name|$(c_{n-1})$. The final call |more_name|$(c_n)$
15585 returns |false|; or, it returns |true| and $c_n$ is the last character
15586 on the current input line. In other words,
15587 |more_name| is supposed to return |true| unless it is sure that the
15588 file name has been completely scanned; and |end_name| is supposed to be able
15589 to finish the assembly of |cur_name|, |cur_area|, and |cur_ext| regardless of
15590 whether $|more_name|(c_n)$ returned |true| or |false|.
15591
15592 @<Glob...@>=
15593 char * cur_name; /* name of file just scanned */
15594 char * cur_area; /* file area just scanned, or \.{""} */
15595 char * cur_ext; /* file extension just scanned, or \.{""} */
15596
15597 @ It is easier to maintain reference counts if we assign initial values.
15598
15599 @<Set init...@>=
15600 mp->cur_name=xstrdup(""); 
15601 mp->cur_area=xstrdup(""); 
15602 mp->cur_ext=xstrdup("");
15603
15604 @ @<Dealloc variables@>=
15605 xfree(mp->cur_area);
15606 xfree(mp->cur_name);
15607 xfree(mp->cur_ext);
15608
15609 @ The file names we shall deal with for illustrative purposes have the
15610 following structure:  If the name contains `\.>' or `\.:', the file area
15611 consists of all characters up to and including the final such character;
15612 otherwise the file area is null.  If the remaining file name contains
15613 `\..', the file extension consists of all such characters from the first
15614 remaining `\..' to the end, otherwise the file extension is null.
15615 @^system dependencies@>
15616
15617 We can scan such file names easily by using two global variables that keep track
15618 of the occurrences of area and extension delimiters.  Note that these variables
15619 cannot be of type |pool_pointer| because a string pool compaction could occur
15620 while scanning a file name.
15621
15622 @<Glob...@>=
15623 integer area_delimiter;
15624   /* most recent `\.>' or `\.:' relative to |str_start[str_ptr]| */
15625 integer ext_delimiter; /* the relevant `\..', if any */
15626
15627 @ Input files that can't be found in the user's area may appear in standard
15628 system areas called |MP_area| and |MF_area|.  (The latter is used when the file
15629 extension is |".mf"|.)  The standard system area for font metric files
15630 to be read is |MP_font_area|.
15631 This system area name will, of course, vary from place to place.
15632 @^system dependencies@>
15633
15634 @d MP_area "MPinputs:"
15635 @.MPinputs@>
15636 @d MF_area "MFinputs:"
15637 @.MFinputs@>
15638 @d MP_font_area ""
15639 @.TeXfonts@>
15640
15641 @ Here now is the first of the system-dependent routines for file name scanning.
15642 @^system dependencies@>
15643
15644 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15645 void mp_begin_name (MP mp) { 
15646   xfree(mp->cur_name); 
15647   xfree(mp->cur_area); 
15648   xfree(mp->cur_ext);
15649   mp->area_delimiter=-1; 
15650   mp->ext_delimiter=-1;
15651 }
15652
15653 @ And here's the second.
15654 @^system dependencies@>
15655
15656 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15657 boolean mp_more_name (MP mp, ASCII_code c) { 
15658   if (c==' ') {
15659     return false;
15660   } else { 
15661     if ( (c=='>')||(c==':') ) { 
15662       mp->area_delimiter=mp->pool_ptr; 
15663       mp->ext_delimiter=-1;
15664     } else if ( (c=='.')&&(mp->ext_delimiter<0) ) {
15665       mp->ext_delimiter=mp->pool_ptr;
15666     }
15667     str_room(1); append_char(c); /* contribute |c| to the current string */
15668     return true;
15669   }
15670 }
15671
15672 @ The third.
15673 @^system dependencies@>
15674
15675 @d copy_pool_segment(A,B,C) { 
15676       A = xmalloc(C+1,sizeof(char)); 
15677       strncpy(A,(char *)(mp->str_pool+B),C);  
15678       A[C] = 0;}
15679
15680 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15681 void mp_end_name (MP mp) {
15682   pool_pointer s; /* length of area, name, and extension */
15683   unsigned int len;
15684   /* "my/w.mp" */
15685   s = mp->str_start[mp->str_ptr];
15686   if ( mp->area_delimiter<0 ) {    
15687     mp->cur_area=xstrdup("");
15688   } else {
15689     len = mp->area_delimiter-s; 
15690     copy_pool_segment(mp->cur_area,s,len);
15691     s += len+1;
15692   }
15693   if ( mp->ext_delimiter<0 ) {
15694     mp->cur_ext=xstrdup("");
15695     len = mp->pool_ptr-s; 
15696   } else {
15697     copy_pool_segment(mp->cur_ext,mp->ext_delimiter,(mp->pool_ptr-mp->ext_delimiter));
15698     len = mp->ext_delimiter-s;
15699   }
15700   copy_pool_segment(mp->cur_name,s,len);
15701   mp->pool_ptr=s; /* don't need this partial string */
15702 }
15703
15704 @ Conversely, here is a routine that takes three strings and prints a file
15705 name that might have produced them. (The routine is system dependent, because
15706 some operating systems put the file area last instead of first.)
15707 @^system dependencies@>
15708
15709 @<Basic printing...@>=
15710 void mp_print_file_name (MP mp, char * n, char * a, char * e) { 
15711   mp_print(mp, a); mp_print(mp, n); mp_print(mp, e);
15712 };
15713
15714 @ Another system-dependent routine is needed to convert three internal
15715 \MP\ strings
15716 to the |name_of_file| value that is used to open files. The present code
15717 allows both lowercase and uppercase letters in the file name.
15718 @^system dependencies@>
15719
15720 @d append_to_name(A) { c=(A); 
15721   if ( k<file_name_size ) {
15722     mp->name_of_file[k]=xchr(c);
15723     incr(k);
15724   }
15725 }
15726
15727 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15728 void mp_pack_file_name (MP mp, char *n, char *a, char *e) {
15729   integer k; /* number of positions filled in |name_of_file| */
15730   ASCII_code c; /* character being packed */
15731   char *j; /* a character  index */
15732   k=0;
15733   assert(n);
15734   if (a!=NULL) {
15735     for (j=a;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15736   }
15737   for (j=n;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15738   if (e!=NULL) {
15739     for (j=e;*j;j++) { append_to_name(*j); }
15740   }
15741   mp->name_of_file[k]=0;
15742   mp->name_length=k; 
15743 }
15744
15745 @ @<Internal library declarations@>=
15746 void mp_pack_file_name (MP mp, char *n, char *a, char *e) ;
15747
15748 @ A messier routine is also needed, since mem file names must be scanned
15749 before \MP's string mechanism has been initialized. We shall use the
15750 global variable |MP_mem_default| to supply the text for default system areas
15751 and extensions related to mem files.
15752 @^system dependencies@>
15753
15754 @d mem_default_length 9 /* length of the |MP_mem_default| string */
15755 @d mem_ext_length 4 /* length of its `\.{.mem}' part */
15756 @d mem_extension ".mem" /* the extension, as a \.{WEB} constant */
15757
15758 @<Glob...@>=
15759 char *MP_mem_default;
15760 char *mem_name; /* for commandline */
15761
15762 @ @<Option variables@>=
15763 char *mem_name; /* for commandline */
15764
15765 @ @<Allocate or initialize ...@>=
15766 mp->MP_mem_default = xstrdup("plain.mem");
15767 mp->mem_name = xstrdup(opt->mem_name);
15768 @.plain@>
15769 @^system dependencies@>
15770
15771 @ @<Dealloc variables@>=
15772 xfree(mp->MP_mem_default);
15773 xfree(mp->mem_name);
15774
15775 @ @<Check the ``constant'' values for consistency@>=
15776 if ( mem_default_length>file_name_size ) mp->bad=20;
15777
15778 @ Here is the messy routine that was just mentioned. It sets |name_of_file|
15779 from the first |n| characters of |MP_mem_default|, followed by
15780 |buffer[a..b]|, followed by the last |mem_ext_length| characters of
15781 |MP_mem_default|.
15782
15783 We dare not give error messages here, since \MP\ calls this routine before
15784 the |error| routine is ready to roll. Instead, we simply drop excess characters,
15785 since the error will be detected in another way when a strange file name
15786 isn't found.
15787 @^system dependencies@>
15788
15789 @c void mp_pack_buffered_name (MP mp,small_number n, integer a,
15790                                integer b) {
15791   integer k; /* number of positions filled in |name_of_file| */
15792   ASCII_code c; /* character being packed */
15793   integer j; /* index into |buffer| or |MP_mem_default| */
15794   if ( n+b-a+1+mem_ext_length>file_name_size )
15795     b=a+file_name_size-n-1-mem_ext_length;
15796   k=0;
15797   for (j=0;j<n;j++) {
15798     append_to_name(xord((int)mp->MP_mem_default[j]));
15799   }
15800   for (j=a;j<=b;j++) {
15801     append_to_name(mp->buffer[j]);
15802   }
15803   for (j=mem_default_length-mem_ext_length;
15804       j<mem_default_length;j++) {
15805     append_to_name(xord((int)mp->MP_mem_default[j]));
15806   } 
15807   mp->name_of_file[k]=0;
15808   mp->name_length=k; 
15809 }
15810
15811 @ Here is the only place we use |pack_buffered_name|. This part of the program
15812 becomes active when a ``virgin'' \MP\ is trying to get going, just after
15813 the preliminary initialization, or when the user is substituting another
15814 mem file by typing `\.\&' after the initial `\.{**}' prompt.  The buffer
15815 contains the first line of input in |buffer[loc..(last-1)]|, where
15816 |loc<last| and |buffer[loc]<>" "|.
15817
15818 @<Declarations@>=
15819 boolean mp_open_mem_file (MP mp) ;
15820
15821 @ @c
15822 boolean mp_open_mem_file (MP mp) {
15823   int j; /* the first space after the file name */
15824   if (mp->mem_name!=NULL) {
15825     mp->mem_file = mp_open_file(mp, mp->mem_name, "rb", mp_filetype_memfile);
15826     if ( mp->mem_file ) return true;
15827   }
15828   j=loc;
15829   if ( mp->buffer[loc]=='&' ) {
15830     incr(loc); j=loc; mp->buffer[mp->last]=' ';
15831     while ( mp->buffer[j]!=' ' ) incr(j);
15832     mp_pack_buffered_name(mp, 0,loc,j-1); /* try first without the system file area */
15833     if ( mp_w_open_in(mp, &mp->mem_file) ) goto FOUND;
15834     wake_up_terminal;
15835     wterm_ln("Sorry, I can\'t find that mem file; will try PLAIN.");
15836 @.Sorry, I can't find...@>
15837     update_terminal;
15838   }
15839   /* now pull out all the stops: try for the system \.{plain} file */
15840   mp_pack_buffered_name(mp, mem_default_length-mem_ext_length,0,0);
15841   if ( ! mp_w_open_in(mp, &mp->mem_file) ) {
15842     wake_up_terminal;
15843     wterm_ln("I can\'t find the PLAIN mem file!\n");
15844 @.I can't find PLAIN...@>
15845 @.plain@>
15846     return false;
15847   }
15848 FOUND:
15849   loc=j; return true;
15850 }
15851
15852 @ Operating systems often make it possible to determine the exact name (and
15853 possible version number) of a file that has been opened. The following routine,
15854 which simply makes a \MP\ string from the value of |name_of_file|, should
15855 ideally be changed to deduce the full name of file~|f|, which is the file
15856 most recently opened, if it is possible to do this in a \PASCAL\ program.
15857 @^system dependencies@>
15858
15859 @<Declarations@>=
15860 #define mp_a_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
15861 #define mp_b_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
15862 #define mp_w_make_name_string(A,B)  mp_make_name_string(A)
15863
15864 @ @c 
15865 str_number mp_make_name_string (MP mp) {
15866   int k; /* index into |name_of_file| */
15867   str_room(mp->name_length);
15868   for (k=0;k<mp->name_length;k++) {
15869     append_char(xord((int)mp->name_of_file[k]));
15870   }
15871   return mp_make_string(mp);
15872 }
15873
15874 @ Now let's consider the ``driver''
15875 routines by which \MP\ deals with file names
15876 in a system-independent manner.  First comes a procedure that looks for a
15877 file name in the input by taking the information from the input buffer.
15878 (We can't use |get_next|, because the conversion to tokens would
15879 destroy necessary information.)
15880
15881 This procedure doesn't allow semicolons or percent signs to be part of
15882 file names, because of other conventions of \MP.
15883 {\sl The {\logos METAFONT\/}book} doesn't
15884 use semicolons or percents immediately after file names, but some users
15885 no doubt will find it natural to do so; therefore system-dependent
15886 changes to allow such characters in file names should probably
15887 be made with reluctance, and only when an entire file name that
15888 includes special characters is ``quoted'' somehow.
15889 @^system dependencies@>
15890
15891 @c void mp_scan_file_name (MP mp) { 
15892   mp_begin_name(mp);
15893   while ( mp->buffer[loc]==' ' ) incr(loc);
15894   while (1) { 
15895     if ( (mp->buffer[loc]==';')||(mp->buffer[loc]=='%') ) break;
15896     if ( ! mp_more_name(mp, mp->buffer[loc]) ) break;
15897     incr(loc);
15898   }
15899   mp_end_name(mp);
15900 }
15901
15902 @ Here is another version that takes its input from a string.
15903
15904 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15905 void mp_str_scan_file (MP mp,  str_number s) {
15906   pool_pointer p,q; /* current position and stopping point */
15907   mp_begin_name(mp);
15908   p=mp->str_start[s]; q=str_stop(s);
15909   while ( p<q ){ 
15910     if ( ! mp_more_name(mp, mp->str_pool[p]) ) break;
15911     incr(p);
15912   }
15913   mp_end_name(mp);
15914 }
15915
15916 @ And one that reads from a |char*|.
15917
15918 @<Declare subroutines for parsing file names@>=
15919 void mp_ptr_scan_file (MP mp,  char *s) {
15920   char *p, *q; /* current position and stopping point */
15921   mp_begin_name(mp);
15922   p=s; q=p+strlen(s);
15923   while ( p<q ){ 
15924     if ( ! mp_more_name(mp, *p)) break;
15925     p++;
15926   }
15927   mp_end_name(mp);
15928 }
15929
15930
15931 @ The global variable |job_name| contains the file name that was first
15932 \&{input} by the user. This name is extended by `\.{.log}' and `\.{ps}' and
15933 `\.{.mem}' and `\.{.tfm}' in order to make the names of \MP's output files.
15934
15935 @<Glob...@>=
15936 char *job_name; /* principal file name */
15937 boolean log_opened; /* has the transcript file been opened? */
15938 char *log_name; /* full name of the log file */
15939
15940 @ @<Option variables@>=
15941 char *job_name; /* principal file name */
15942
15943 @ Initially |job_name=NULL|; it becomes nonzero as soon as the true name is known.
15944 We have |job_name=NULL| if and only if the `\.{log}' file has not been opened,
15945 except of course for a short time just after |job_name| has become nonzero.
15946
15947 @<Allocate or ...@>=
15948 mp->job_name=opt->job_name; 
15949 mp->log_opened=false;
15950
15951 @ @<Dealloc variables@>=
15952 xfree(mp->job_name);
15953
15954 @ Here is a routine that manufactures the output file names, assuming that
15955 |job_name<>0|. It ignores and changes the current settings of |cur_area|
15956 and |cur_ext|.
15957
15958 @d pack_cur_name mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area,mp->cur_ext)
15959
15960 @<Declarations@>=
15961 void mp_pack_job_name (MP mp, char *s) ;
15962
15963 @ @c void mp_pack_job_name (MP mp, char  *s) { /* |s = ".log"|, |".mem"|, |".ps"|, or .\\{nnn} */
15964   xfree(mp->cur_name); mp->cur_name=xstrdup(mp->job_name);
15965   xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(""); 
15966   xfree(mp->cur_ext);  mp->cur_ext=xstrdup(s);
15967   pack_cur_name;
15968 }
15969
15970 @ If some trouble arises when \MP\ tries to open a file, the following
15971 routine calls upon the user to supply another file name. Parameter~|s|
15972 is used in the error message to identify the type of file; parameter~|e|
15973 is the default extension if none is given. Upon exit from the routine,
15974 variables |cur_name|, |cur_area|, |cur_ext|, and |name_of_file| are
15975 ready for another attempt at file opening.
15976
15977 @<Declarations@>=
15978 void mp_prompt_file_name (MP mp,char * s, char * e) ;
15979
15980 @ @c void mp_prompt_file_name (MP mp,char * s, char * e) {
15981   size_t k; /* index into |buffer| */
15982   char * saved_cur_name;
15983   if ( mp->interaction==mp_scroll_mode ) 
15984         wake_up_terminal;
15985   if (strcmp(s,"input file name")==0) {
15986         print_err("I can\'t find file `");
15987 @.I can't find file x@>
15988   } else {
15989         print_err("I can\'t write on file `");
15990   }
15991 @.I can't write on file x@>
15992   mp_print_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area,mp->cur_ext); 
15993   mp_print(mp, "'.");
15994   if (strcmp(e,"")==0) 
15995         mp_show_context(mp);
15996   mp_print_nl(mp, "Please type another "); mp_print(mp, s);
15997 @.Please type...@>
15998   if ( mp->interaction<mp_scroll_mode )
15999     mp_fatal_error(mp, "*** (job aborted, file error in nonstop mode)");
16000 @.job aborted, file error...@>
16001   saved_cur_name = xstrdup(mp->cur_name);
16002   clear_terminal; prompt_input(": "); @<Scan file name in the buffer@>;
16003   if (strcmp(mp->cur_ext,"")==0) 
16004         mp->cur_ext=e;
16005   if (strlen(mp->cur_name)==0) {
16006     mp->cur_name=saved_cur_name;
16007   } else {
16008     xfree(saved_cur_name);
16009   }
16010   pack_cur_name;
16011 }
16012
16013 @ @<Scan file name in the buffer@>=
16014
16015   mp_begin_name(mp); k=mp->first;
16016   while ( (mp->buffer[k]==' ')&&(k<mp->last) ) incr(k);
16017   while (1) { 
16018     if ( k==mp->last ) break;
16019     if ( ! mp_more_name(mp, mp->buffer[k]) ) break;
16020     incr(k);
16021   }
16022   mp_end_name(mp);
16023 }
16024
16025 @ The |open_log_file| routine is used to open the transcript file and to help
16026 it catch up to what has previously been printed on the terminal.
16027
16028 @c void mp_open_log_file (MP mp) {
16029   int old_setting; /* previous |selector| setting */
16030   int k; /* index into |months| and |buffer| */
16031   int l; /* end of first input line */
16032   integer m; /* the current month */
16033   char *months="JANFEBMARAPRMAYJUNJULAUGSEPOCTNOVDEC"; 
16034     /* abbreviations of month names */
16035   old_setting=mp->selector;
16036   if ( mp->job_name==NULL ) {
16037      mp->job_name=xstrdup("mpout");
16038   }
16039   mp_pack_job_name(mp,".log");
16040   while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->log_file, mp_filetype_log) ) {
16041     @<Try to get a different log file name@>;
16042   }
16043   mp->log_name=xstrdup(mp->name_of_file);
16044   mp->selector=log_only; mp->log_opened=true;
16045   @<Print the banner line, including the date and time@>;
16046   mp->input_stack[mp->input_ptr]=mp->cur_input; 
16047     /* make sure bottom level is in memory */
16048   mp_print_nl(mp, "**");
16049 @.**@>
16050   l=mp->input_stack[0].limit_field-1; /* last position of first line */
16051   for (k=0;k<=l;k++) mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
16052   mp_print_ln(mp); /* now the transcript file contains the first line of input */
16053   mp->selector=old_setting+2; /* |log_only| or |term_and_log| */
16054 }
16055
16056 @ @<Dealloc variables@>=
16057 xfree(mp->log_name);
16058
16059 @ Sometimes |open_log_file| is called at awkward moments when \MP\ is
16060 unable to print error messages or even to |show_context|.
16061 The |prompt_file_name| routine can result in a |fatal_error|, but the |error|
16062 routine will not be invoked because |log_opened| will be false.
16063
16064 The normal idea of |mp_batch_mode| is that nothing at all should be written
16065 on the terminal. However, in the unusual case that
16066 no log file could be opened, we make an exception and allow
16067 an explanatory message to be seen.
16068
16069 Incidentally, the program always refers to the log file as a `\.{transcript
16070 file}', because some systems cannot use the extension `\.{.log}' for
16071 this file.
16072
16073 @<Try to get a different log file name@>=
16074 {  
16075   mp->selector=term_only;
16076   mp_prompt_file_name(mp, "transcript file name",".log");
16077 }
16078
16079 @ @<Print the banner...@>=
16080
16081   wlog(banner);
16082   mp_print(mp, mp->mem_ident); mp_print(mp, "  ");
16083   mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day])); 
16084   mp_print_char(mp, ' ');
16085   m=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]);
16086   for (k=3*m-3;k<3*m;k++) { wlog_chr(months[k]); }
16087   mp_print_char(mp, ' '); 
16088   mp_print_int(mp, mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year])); 
16089   mp_print_char(mp, ' ');
16090   m=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]);
16091   mp_print_dd(mp, m / 60); mp_print_char(mp, ':'); mp_print_dd(mp, m % 60);
16092 }
16093
16094 @ The |try_extension| function tries to open an input file determined by
16095 |cur_name|, |cur_area|, and the argument |ext|.  It returns |false| if it
16096 can't find the file in |cur_area| or the appropriate system area.
16097
16098 @c boolean mp_try_extension (MP mp,char *ext) { 
16099   mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,mp->cur_area, ext);
16100   in_name=xstrdup(mp->cur_name); 
16101   in_area=xstrdup(mp->cur_area);
16102   if ( mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program) ) {
16103     return true;
16104   } else { 
16105     if (strcmp(ext,".mf")==0 ) in_area=xstrdup(MF_area);
16106     else in_area=xstrdup(MP_area);
16107     mp_pack_file_name(mp, mp->cur_name,in_area,ext);
16108     return mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program);
16109   }
16110   return false;
16111 }
16112
16113 @ Let's turn now to the procedure that is used to initiate file reading
16114 when an `\.{input}' command is being processed.
16115
16116 @c void mp_start_input (MP mp) { /* \MP\ will \.{input} something */
16117   char *fname = NULL;
16118   @<Put the desired file name in |(cur_name,cur_ext,cur_area)|@>;
16119   while (1) { 
16120     mp_begin_file_reading(mp); /* set up |cur_file| and new level of input */
16121     if ( strlen(mp->cur_ext)==0 ) {
16122       if ( mp_try_extension(mp, ".mp") ) break;
16123       else if ( mp_try_extension(mp, "") ) break;
16124       else if ( mp_try_extension(mp, ".mf") ) break;
16125       /* |else do_nothing; | */
16126     } else if ( mp_try_extension(mp, mp->cur_ext) ) {
16127       break;
16128     }
16129     mp_end_file_reading(mp); /* remove the level that didn't work */
16130     mp_prompt_file_name(mp, "input file name","");
16131   }
16132   name=mp_a_make_name_string(mp, cur_file);
16133   fname = xstrdup(mp->name_of_file);
16134   if ( mp->job_name==NULL ) {
16135     mp->job_name=xstrdup(mp->cur_name); 
16136     mp_open_log_file(mp);
16137   } /* |open_log_file| doesn't |show_context|, so |limit|
16138         and |loc| needn't be set to meaningful values yet */
16139   if ( ((int)mp->term_offset+(int)strlen(fname)) > (mp->max_print_line-2)) mp_print_ln(mp);
16140   else if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_char(mp, ' ');
16141   mp_print_char(mp, '('); incr(mp->open_parens); mp_print(mp, fname); 
16142   xfree(fname);
16143   update_terminal;
16144   @<Flush |name| and replace it with |cur_name| if it won't be needed@>;
16145   @<Read the first line of the new file@>;
16146 }
16147
16148 @ This code should be omitted if |a_make_name_string| returns something other
16149 than just a copy of its argument and the full file name is needed for opening
16150 \.{MPX} files or implementing the switch-to-editor option.
16151 @^system dependencies@>
16152
16153 @<Flush |name| and replace it with |cur_name| if it won't be needed@>=
16154 mp_flush_string(mp, name); name=rts(mp->cur_name); xfree(mp->cur_name)
16155
16156 @ Here we have to remember to tell the |input_ln| routine not to
16157 start with a |get|. If the file is empty, it is considered to
16158 contain a single blank line.
16159 @^system dependencies@>
16160
16161 @<Read the first line...@>=
16162
16163   line=1;
16164   (void)mp_input_ln(mp, cur_file,false); 
16165   mp_firm_up_the_line(mp);
16166   mp->buffer[limit]='%'; mp->first=limit+1; loc=start;
16167 }
16168
16169 @ @<Put the desired file name in |(cur_name,cur_ext,cur_area)|@>=
16170 while ( token_state &&(loc==null) ) mp_end_token_list(mp);
16171 if ( token_state ) { 
16172   print_err("File names can't appear within macros");
16173 @.File names can't...@>
16174   help3("Sorry...I've converted what follows to tokens,")
16175     ("possibly garbaging the name you gave.")
16176     ("Please delete the tokens and insert the name again.");
16177   mp_error(mp);
16178 }
16179 if ( file_state ) {
16180   mp_scan_file_name(mp);
16181 } else { 
16182    xfree(mp->cur_name); mp->cur_name=xstrdup(""); 
16183    xfree(mp->cur_ext);  mp->cur_ext =xstrdup(""); 
16184    xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(""); 
16185 }
16186
16187 @ Sometimes we need to deal with two file names at once.  This procedure
16188 copies the given string into a special array for an old file name.
16189
16190 @c void mp_copy_old_name (MP mp,str_number s) {
16191   integer k; /* number of positions filled in |old_file_name| */
16192   pool_pointer j; /* index into |str_pool| */
16193   k=0;
16194   for (j=mp->str_start[s];j<=str_stop(s)-1;j++) { 
16195     incr(k);
16196     if ( k<=file_name_size ) 
16197       mp->old_file_name[k]=xchr(mp->str_pool[j]);
16198   }
16199   mp->old_file_name[++k] = 0;
16200 }
16201
16202 @ @<Glob...@>=
16203 char old_file_name[file_name_size+1];  /* analogous to |name_of_file| */
16204
16205 @ The following simple routine starts reading the \.{MPX} file associated
16206 with the current input file.
16207
16208 @c void mp_start_mpx_input (MP mp) {
16209   mp_pack_file_name(mp, in_name, in_area, ".mpx");
16210   @<Try to make sure |name_of_file| refers to a valid \.{MPX} file and
16211     |goto not_found| if there is a problem@>;
16212   mp_begin_file_reading(mp);
16213   if ( ! mp_a_open_in(mp, &cur_file, mp_filetype_program) ) {
16214     mp_end_file_reading(mp);
16215     goto NOT_FOUND;
16216   }
16217   name=mp_a_make_name_string(mp, cur_file);
16218   mp->mpx_name[index]=name; add_str_ref(name);
16219   @<Read the first line of the new file@>;
16220   return;
16221 NOT_FOUND: 
16222     @<Explain that the \.{MPX} file can't be read and |succumb|@>;
16223 }
16224
16225 @ This should ideally be changed to do whatever is necessary to create the
16226 \.{MPX} file given by |name_of_file| if it does not exist or if it is out
16227 of date.  This requires invoking \.{MPtoTeX} on the |old_file_name| and passing
16228 the results through \TeX\ and \.{DVItoMP}.  (It is possible to use a
16229 completely different typesetting program if suitable postprocessor is
16230 available to perform the function of \.{DVItoMP}.)
16231 @^system dependencies@>
16232
16233 @ @<Exported types@>=
16234 typedef int (*mp_run_make_mpx_command)(MP mp, char *origname, char *mtxname);
16235
16236 @ @<Glob...@>=
16237 mp_run_make_mpx_command run_make_mpx;
16238
16239 @ @<Option variables@>=
16240 mp_run_make_mpx_command run_make_mpx;
16241
16242 @ @<Allocate or initialize ...@>=
16243 set_callback_option(run_make_mpx);
16244
16245 @ @<Internal library declarations@>=
16246 int mp_run_make_mpx (MP mp, char *origname, char *mtxname);
16247
16248 @ The default does nothing.
16249 @c 
16250 int mp_run_make_mpx (MP mp, char *origname, char *mtxname) {
16251   if (mp && origname && mtxname) /* for -W */
16252     return false;
16253   return false;
16254 }
16255
16256
16257
16258 @ @<Try to make sure |name_of_file| refers to a valid \.{MPX} file and
16259   |goto not_found| if there is a problem@>=
16260 mp_copy_old_name(mp, name);
16261 if (!(mp->run_make_mpx)(mp, mp->old_file_name, mp->name_of_file))
16262    goto NOT_FOUND
16263
16264 @ @<Explain that the \.{MPX} file can't be read and |succumb|@>=
16265 if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
16266 mp_print_nl(mp, ">> ");
16267 mp_print(mp, mp->old_file_name);
16268 mp_print_nl(mp, ">> ");
16269 mp_print(mp, mp->name_of_file);
16270 mp_print_nl(mp, "! Unable to make mpx file");
16271 help4("The two files given above are one of your source files")
16272   ("and an auxiliary file I need to read to find out what your")
16273   ("btex..etex blocks mean. If you don't know why I had trouble,")
16274   ("try running it manually through MPtoTeX, TeX, and DVItoMP");
16275 succumb;
16276
16277 @ The last file-opening commands are for files accessed via the \&{readfrom}
16278 @:read_from_}{\&{readfrom} primitive@>
16279 operator and the \&{write} command.  Such files are stored in separate arrays.
16280 @:write_}{\&{write} primitive@>
16281
16282 @<Types in the outer block@>=
16283 typedef unsigned int readf_index; /* |0..max_read_files| */
16284 typedef unsigned int write_index;  /* |0..max_write_files| */
16285
16286 @ @<Glob...@>=
16287 readf_index max_read_files; /* maximum number of simultaneously open \&{readfrom} files */
16288 FILE ** rd_file; /* \&{readfrom} files */
16289 char ** rd_fname; /* corresponding file name or 0 if file not open */
16290 readf_index read_files; /* number of valid entries in the above arrays */
16291 write_index max_write_files; /* maximum number of simultaneously open \&{write} */
16292 FILE ** wr_file; /* \&{write} files */
16293 char ** wr_fname; /* corresponding file name or 0 if file not open */
16294 write_index write_files; /* number of valid entries in the above arrays */
16295
16296 @ @<Allocate or initialize ...@>=
16297 mp->max_read_files=8;
16298 mp->rd_file = xmalloc((mp->max_read_files+1),sizeof(FILE *));
16299 mp->rd_fname = xmalloc((mp->max_read_files+1),sizeof(char *));
16300 memset(mp->rd_fname, 0, sizeof(char *)*(mp->max_read_files+1));
16301 mp->read_files=0;
16302 mp->max_write_files=8;
16303 mp->wr_file = xmalloc((mp->max_write_files+1),sizeof(FILE *));
16304 mp->wr_fname = xmalloc((mp->max_write_files+1),sizeof(char *));
16305 memset(mp->wr_fname, 0, sizeof(char *)*(mp->max_write_files+1));
16306 mp->write_files=0;
16307
16308
16309 @ This routine starts reading the file named by string~|s| without setting
16310 |loc|, |limit|, or |name|.  It returns |false| if the file is empty or cannot
16311 be opened.  Otherwise it updates |rd_file[n]| and |rd_fname[n]|.
16312
16313 @c boolean mp_start_read_input (MP mp,char *s, readf_index  n) {
16314   mp_ptr_scan_file(mp, s);
16315   pack_cur_name;
16316   mp_begin_file_reading(mp);
16317   if ( ! mp_a_open_in(mp, &mp->rd_file[n], mp_filetype_text) ) 
16318         goto NOT_FOUND;
16319   if ( ! mp_input_ln(mp, mp->rd_file[n], false) ) {
16320     fclose(mp->rd_file[n]); 
16321         goto NOT_FOUND; 
16322   }
16323   mp->rd_fname[n]=xstrdup(mp->name_of_file);
16324   return true;
16325 NOT_FOUND: 
16326   mp_end_file_reading(mp);
16327   return false;
16328 }
16329
16330 @ Open |wr_file[n]| using file name~|s| and update |wr_fname[n]|.
16331
16332 @<Declarations@>=
16333 void mp_open_write_file (MP mp, char *s, readf_index  n) ;
16334
16335 @ @c void mp_open_write_file (MP mp,char *s, readf_index  n) {
16336   mp_ptr_scan_file(mp, s);
16337   pack_cur_name;
16338   while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->wr_file[n], mp_filetype_text) )
16339     mp_prompt_file_name(mp, "file name for write output","");
16340   mp->wr_fname[n]=xstrdup(mp->name_of_file);
16341 }
16342
16343
16344 @* \[36] Introduction to the parsing routines.
16345 We come now to the central nervous system that sparks many of \MP's activities.
16346 By evaluating expressions, from their primary constituents to ever larger
16347 subexpressions, \MP\ builds the structures that ultimately define complete
16348 pictures or fonts of type.
16349
16350 Four mutually recursive subroutines are involved in this process: We call them
16351 $$\hbox{|scan_primary|, |scan_secondary|, |scan_tertiary|,
16352 and |scan_expression|.}$$
16353 @^recursion@>
16354 Each of them is parameterless and begins with the first token to be scanned
16355 already represented in |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|. After execution,
16356 the value of the primary or secondary or tertiary or expression that was
16357 found will appear in the global variables |cur_type| and |cur_exp|. The
16358 token following the expression will be represented in |cur_cmd|, |cur_mod|,
16359 and |cur_sym|.
16360
16361 Technically speaking, the parsing algorithms are ``LL(1),'' more or less;
16362 backup mechanisms have been added in order to provide reasonable error
16363 recovery.
16364
16365 @<Glob...@>=
16366 small_number cur_type; /* the type of the expression just found */
16367 integer cur_exp; /* the value of the expression just found */
16368
16369 @ @<Set init...@>=
16370 mp->cur_exp=0;
16371
16372 @ Many different kinds of expressions are possible, so it is wise to have
16373 precise descriptions of what |cur_type| and |cur_exp| mean in all cases:
16374
16375 \smallskip\hang
16376 |cur_type=mp_vacuous| means that this expression didn't turn out to have a
16377 value at all, because it arose from a \&{begingroup}$\,\ldots\,$\&{endgroup}
16378 construction in which there was no expression before the \&{endgroup}.
16379 In this case |cur_exp| has some irrelevant value.
16380
16381 \smallskip\hang
16382 |cur_type=mp_boolean_type| means that |cur_exp| is either |true_code|
16383 or |false_code|.
16384
16385 \smallskip\hang
16386 |cur_type=mp_unknown_boolean| means that |cur_exp| points to a capsule
16387 node that is in the ring of variables equivalent
16388 to at least one undefined boolean variable.
16389
16390 \smallskip\hang
16391 |cur_type=mp_string_type| means that |cur_exp| is a string number (i.e., an
16392 integer in the range |0<=cur_exp<str_ptr|). That string's reference count
16393 includes this particular reference.
16394
16395 \smallskip\hang
16396 |cur_type=mp_unknown_string| means that |cur_exp| points to a capsule
16397 node that is in the ring of variables equivalent
16398 to at least one undefined string variable.
16399
16400 \smallskip\hang
16401 |cur_type=mp_pen_type| means that |cur_exp| points to a node in a pen.  Nobody
16402 else points to any of the nodes in this pen.  The pen may be polygonal or
16403 elliptical.
16404
16405 \smallskip\hang
16406 |cur_type=mp_unknown_pen| means that |cur_exp| points to a capsule
16407 node that is in the ring of variables equivalent
16408 to at least one undefined pen variable.
16409
16410 \smallskip\hang
16411 |cur_type=mp_path_type| means that |cur_exp| points to a the first node of
16412 a path; nobody else points to this particular path. The control points of
16413 the path will have been chosen.
16414
16415 \smallskip\hang
16416 |cur_type=mp_unknown_path| means that |cur_exp| points to a capsule
16417 node that is in the ring of variables equivalent
16418 to at least one undefined path variable.
16419
16420 \smallskip\hang
16421 |cur_type=mp_picture_type| means that |cur_exp| points to an edge header node.
16422 There may be other pointers to this particular set of edges.  The header node
16423 contains a reference count that includes this particular reference.
16424
16425 \smallskip\hang
16426 |cur_type=mp_unknown_picture| means that |cur_exp| points to a capsule
16427 node that is in the ring of variables equivalent
16428 to at least one undefined picture variable.
16429
16430 \smallskip\hang
16431 |cur_type=mp_transform_type| means that |cur_exp| points to a |mp_transform_type|
16432 capsule node. The |value| part of this capsule
16433 points to a transform node that contains six numeric values,
16434 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16435
16436 \smallskip\hang
16437 |cur_type=mp_color_type| means that |cur_exp| points to a |color_type|
16438 capsule node. The |value| part of this capsule
16439 points to a color node that contains three numeric values,
16440 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16441
16442 \smallskip\hang
16443 |cur_type=mp_cmykcolor_type| means that |cur_exp| points to a |mp_cmykcolor_type|
16444 capsule node. The |value| part of this capsule
16445 points to a color node that contains four numeric values,
16446 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16447
16448 \smallskip\hang
16449 |cur_type=mp_pair_type| means that |cur_exp| points to a capsule
16450 node whose type is |mp_pair_type|. The |value| part of this capsule
16451 points to a pair node that contains two numeric values,
16452 each of which is |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|, or |known|.
16453
16454 \smallskip\hang
16455 |cur_type=mp_known| means that |cur_exp| is a |scaled| value.
16456
16457 \smallskip\hang
16458 |cur_type=mp_dependent| means that |cur_exp| points to a capsule node whose type
16459 is |dependent|. The |dep_list| field in this capsule points to the associated
16460 dependency list.
16461
16462 \smallskip\hang
16463 |cur_type=mp_proto_dependent| means that |cur_exp| points to a |mp_proto_dependent|
16464 capsule node. The |dep_list| field in this capsule
16465 points to the associated dependency list.
16466
16467 \smallskip\hang
16468 |cur_type=independent| means that |cur_exp| points to a capsule node
16469 whose type is |independent|. This somewhat unusual case can arise, for
16470 example, in the expression
16471 `$x+\&{begingroup}\penalty0\,\&{string}\,x; 0\,\&{endgroup}$'.
16472
16473 \smallskip\hang
16474 |cur_type=mp_token_list| means that |cur_exp| points to a linked list of
16475 tokens. This case arises only on the left-hand side of an assignment
16476 (`\.{:=}') operation, under very special circumstances.
16477
16478 \smallskip\noindent
16479 The possible settings of |cur_type| have been listed here in increasing
16480 numerical order. Notice that |cur_type| will never be |mp_numeric_type| or
16481 |suffixed_macro| or |mp_unsuffixed_macro|, although variables of those types
16482 are allowed.  Conversely, \MP\ has no variables of type |mp_vacuous| or
16483 |token_list|.
16484
16485 @ Capsules are two-word nodes that have a similar meaning
16486 to |cur_type| and |cur_exp|. Such nodes have |name_type=capsule|
16487 and |link<=mp_void|; and their |type| field is one of the possibilities for
16488 |cur_type| listed above.
16489
16490 The |value| field of a capsule is, in most cases, the value that
16491 corresponds to its |type|, as |cur_exp| corresponds to |cur_type|.
16492 However, when |cur_exp| would point to a capsule,
16493 no extra layer of indirection is present; the |value|
16494 field is what would have been called |value(cur_exp)| if it had not been
16495 encapsulated.  Furthermore, if the type is |dependent| or
16496 |mp_proto_dependent|, the |value| field of a capsule is replaced by
16497 |dep_list| and |prev_dep| fields, since dependency lists in capsules are
16498 always part of the general |dep_list| structure.
16499
16500 The |get_x_next| routine is careful not to change the values of |cur_type|
16501 and |cur_exp| when it gets an expanded token. However, |get_x_next| might
16502 call a macro, which might parse an expression, which might execute lots of
16503 commands in a group; hence it's possible that |cur_type| might change
16504 from, say, |mp_unknown_boolean| to |mp_boolean_type|, or from |dependent| to
16505 |known| or |independent|, during the time |get_x_next| is called. The
16506 programs below are careful to stash sensitive intermediate results in
16507 capsules, so that \MP's generality doesn't cause trouble.
16508
16509 Here's a procedure that illustrates these conventions. It takes
16510 the contents of $(|cur_type|\kern-.3pt,|cur_exp|\kern-.3pt)$
16511 and stashes them away in a
16512 capsule. It is not used when |cur_type=mp_token_list|.
16513 After the operation, |cur_type=mp_vacuous|; hence there is no need to
16514 copy path lists or to update reference counts, etc.
16515
16516 The special link |mp_void| is put on the capsule returned by
16517 |stash_cur_exp|, because this procedure is used to store macro parameters
16518 that must be easily distinguishable from token lists.
16519
16520 @<Declare the stashing/unstashing routines@>=
16521 pointer mp_stash_cur_exp (MP mp) {
16522   pointer p; /* the capsule that will be returned */
16523   switch (mp->cur_type) {
16524   case unknown_types:
16525   case mp_transform_type:
16526   case mp_color_type:
16527   case mp_pair_type:
16528   case mp_dependent:
16529   case mp_proto_dependent:
16530   case mp_independent: 
16531   case mp_cmykcolor_type:
16532     p=mp->cur_exp;
16533     break;
16534   default: 
16535     p=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(p)=mp_capsule;
16536     type(p)=mp->cur_type; value(p)=mp->cur_exp;
16537     break;
16538   }
16539   mp->cur_type=mp_vacuous; link(p)=mp_void; 
16540   return p;
16541 }
16542
16543 @ The inverse of |stash_cur_exp| is the following procedure, which
16544 deletes an unnecessary capsule and puts its contents into |cur_type|
16545 and |cur_exp|.
16546
16547 The program steps of \MP\ can be divided into two categories: those in
16548 which |cur_type| and |cur_exp| are ``alive'' and those in which they are
16549 ``dead,'' in the sense that |cur_type| and |cur_exp| contain relevant
16550 information or not. It's important not to ignore them when they're alive,
16551 and it's important not to pay attention to them when they're dead.
16552
16553 There's also an intermediate category: If |cur_type=mp_vacuous|, then
16554 |cur_exp| is irrelevant, hence we can proceed without caring if |cur_type|
16555 and |cur_exp| are alive or dead. In such cases we say that |cur_type|
16556 and |cur_exp| are {\sl dormant}. It is permissible to call |get_x_next|
16557 only when they are alive or dormant.
16558
16559 The \\{stash} procedure above assumes that |cur_type| and |cur_exp|
16560 are alive or dormant. The \\{unstash} procedure assumes that they are
16561 dead or dormant; it resuscitates them.
16562
16563 @<Declare the stashing/unstashing...@>=
16564 void mp_unstash_cur_exp (MP mp,pointer p) ;
16565
16566 @ @c
16567 void mp_unstash_cur_exp (MP mp,pointer p) { 
16568   mp->cur_type=type(p);
16569   switch (mp->cur_type) {
16570   case unknown_types:
16571   case mp_transform_type:
16572   case mp_color_type:
16573   case mp_pair_type:
16574   case mp_dependent: 
16575   case mp_proto_dependent:
16576   case mp_independent:
16577   case mp_cmykcolor_type: 
16578     mp->cur_exp=p;
16579     break;
16580   default:
16581     mp->cur_exp=value(p);
16582     mp_free_node(mp, p,value_node_size);
16583     break;
16584   }
16585 }
16586
16587 @ The following procedure prints the values of expressions in an
16588 abbreviated format. If its first parameter |p| is null, the value of
16589 |(cur_type,cur_exp)| is displayed; otherwise |p| should be a capsule
16590 containing the desired value. The second parameter controls the amount of
16591 output. If it is~0, dependency lists will be abbreviated to
16592 `\.{linearform}' unless they consist of a single term.  If it is greater
16593 than~1, complicated structures (pens, pictures, and paths) will be displayed
16594 in full.
16595
16596 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
16597 @<Declare the procedure called |print_dp|@>;
16598 @<Declare the stashing/unstashing routines@>;
16599 void mp_print_exp (MP mp,pointer p, small_number verbosity) {
16600   boolean restore_cur_exp; /* should |cur_exp| be restored? */
16601   small_number t; /* the type of the expression */
16602   pointer q; /* a big node being displayed */
16603   integer v=0; /* the value of the expression */
16604   if ( p!=null ) {
16605     restore_cur_exp=false;
16606   } else { 
16607     p=mp_stash_cur_exp(mp); restore_cur_exp=true;
16608   }
16609   t=type(p);
16610   if ( t<mp_dependent ) v=value(p); else if ( t<mp_independent ) v=dep_list(p);
16611   @<Print an abbreviated value of |v| with format depending on |t|@>;
16612   if ( restore_cur_exp ) mp_unstash_cur_exp(mp, p);
16613 }
16614
16615 @ @<Print an abbreviated value of |v| with format depending on |t|@>=
16616 switch (t) {
16617 case mp_vacuous:mp_print(mp, "mp_vacuous"); break;
16618 case mp_boolean_type:
16619   if ( v==true_code ) mp_print(mp, "true"); else mp_print(mp, "false");
16620   break;
16621 case unknown_types: case mp_numeric_type:
16622   @<Display a variable that's been declared but not defined@>;
16623   break;
16624 case mp_string_type:
16625   mp_print_char(mp, '"'); mp_print_str(mp, v); mp_print_char(mp, '"');
16626   break;
16627 case mp_pen_type: case mp_path_type: case mp_picture_type:
16628   @<Display a complex type@>;
16629   break;
16630 case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_pair_type: case mp_cmykcolor_type:
16631   if ( v==null ) mp_print_type(mp, t);
16632   else @<Display a big node@>;
16633   break;
16634 case mp_known:mp_print_scaled(mp, v); break;
16635 case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
16636   mp_print_dp(mp, t,v,verbosity);
16637   break;
16638 case mp_independent:mp_print_variable_name(mp, p); break;
16639 default: mp_confusion(mp, "exp"); break;
16640 @:this can't happen exp}{\quad exp@>
16641 }
16642
16643 @ @<Display a big node@>=
16644
16645   mp_print_char(mp, '('); q=v+mp->big_node_size[t];
16646   do {  
16647     if ( type(v)==mp_known ) mp_print_scaled(mp, value(v));
16648     else if ( type(v)==mp_independent ) mp_print_variable_name(mp, v);
16649     else mp_print_dp(mp, type(v),dep_list(v),verbosity);
16650     v=v+2;
16651     if ( v!=q ) mp_print_char(mp, ',');
16652   } while (v!=q);
16653   mp_print_char(mp, ')');
16654 }
16655
16656 @ Values of type \&{picture}, \&{path}, and \&{pen} are displayed verbosely
16657 in the log file only, unless the user has given a positive value to
16658 \\{tracingonline}.
16659
16660 @<Display a complex type@>=
16661 if ( verbosity<=1 ) {
16662   mp_print_type(mp, t);
16663 } else { 
16664   if ( mp->selector==term_and_log )
16665    if ( mp->internal[mp_tracing_online]<=0 ) {
16666     mp->selector=term_only;
16667     mp_print_type(mp, t); mp_print(mp, " (see the transcript file)");
16668     mp->selector=term_and_log;
16669   };
16670   switch (t) {
16671   case mp_pen_type:mp_print_pen(mp, v,"",false); break;
16672   case mp_path_type:mp_print_path(mp, v,"",false); break;
16673   case mp_picture_type:mp_print_edges(mp, v,"",false); break;
16674   } /* there are no other cases */
16675 }
16676
16677 @ @<Declare the procedure called |print_dp|@>=
16678 void mp_print_dp (MP mp,small_number t, pointer p, 
16679                   small_number verbosity)  {
16680   pointer q; /* the node following |p| */
16681   q=link(p);
16682   if ( (info(q)==null) || (verbosity>0) ) mp_print_dependency(mp, p,t);
16683   else mp_print(mp, "linearform");
16684 }
16685
16686 @ The displayed name of a variable in a ring will not be a capsule unless
16687 the ring consists entirely of capsules.
16688
16689 @<Display a variable that's been declared but not defined@>=
16690 { mp_print_type(mp, t);
16691 if ( v!=null )
16692   { mp_print_char(mp, ' ');
16693   while ( (name_type(v)==mp_capsule) && (v!=p) ) v=value(v);
16694   mp_print_variable_name(mp, v);
16695   };
16696 }
16697
16698 @ When errors are detected during parsing, it is often helpful to
16699 display an expression just above the error message, using |exp_err|
16700 or |disp_err| instead of |print_err|.
16701
16702 @d exp_err(A) mp_disp_err(mp, null,(A)) /* displays the current expression */
16703
16704 @<Declare subroutines for printing expressions@>=
16705 void mp_disp_err (MP mp,pointer p, char *s) { 
16706   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
16707   mp_print_nl(mp, ">> ");
16708 @.>>@>
16709   mp_print_exp(mp, p,1); /* ``medium verbose'' printing of the expression */
16710   if (strlen(s)) { 
16711     mp_print_nl(mp, "! "); mp_print(mp, s);
16712 @.!\relax@>
16713   }
16714 }
16715
16716 @ If |cur_type| and |cur_exp| contain relevant information that should
16717 be recycled, we will use the following procedure, which changes |cur_type|
16718 to |known| and stores a given value in |cur_exp|. We can think of |cur_type|
16719 and |cur_exp| as either alive or dormant after this has been done,
16720 because |cur_exp| will not contain a pointer value.
16721
16722 @ @c void mp_flush_cur_exp (MP mp,scaled v) { 
16723   switch (mp->cur_type) {
16724   case unknown_types: case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_pair_type:
16725   case mp_dependent: case mp_proto_dependent: case mp_independent: case mp_cmykcolor_type:
16726     mp_recycle_value(mp, mp->cur_exp); 
16727     mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
16728     break;
16729   case mp_string_type:
16730     delete_str_ref(mp->cur_exp); break;
16731   case mp_pen_type: case mp_path_type: 
16732     mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp); break;
16733   case mp_picture_type:
16734     delete_edge_ref(mp->cur_exp); break;
16735   default: 
16736     break;
16737   }
16738   mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=v;
16739 }
16740
16741 @ There's a much more general procedure that is capable of releasing
16742 the storage associated with any two-word value packet.
16743
16744 @<Declare the recycling subroutines@>=
16745 void mp_recycle_value (MP mp,pointer p) ;
16746
16747 @ @c void mp_recycle_value (MP mp,pointer p) {
16748   small_number t; /* a type code */
16749   integer vv; /* another value */
16750   pointer q,r,s,pp; /* link manipulation registers */
16751   integer v=0; /* a value */
16752   t=type(p);
16753   if ( t<mp_dependent ) v=value(p);
16754   switch (t) {
16755   case undefined: case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
16756   case mp_numeric_type:
16757     break;
16758   case unknown_types:
16759     mp_ring_delete(mp, p); break;
16760   case mp_string_type:
16761     delete_str_ref(v); break;
16762   case mp_path_type: case mp_pen_type:
16763     mp_toss_knot_list(mp, v); break;
16764   case mp_picture_type:
16765     delete_edge_ref(v); break;
16766   case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type: case mp_color_type:
16767   case mp_transform_type:
16768     @<Recycle a big node@>; break; 
16769   case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
16770     @<Recycle a dependency list@>; break;
16771   case mp_independent:
16772     @<Recycle an independent variable@>; break;
16773   case mp_token_list: case mp_structured:
16774     mp_confusion(mp, "recycle"); break;
16775 @:this can't happen recycle}{\quad recycle@>
16776   case mp_unsuffixed_macro: case mp_suffixed_macro:
16777     mp_delete_mac_ref(mp, value(p)); break;
16778   } /* there are no other cases */
16779   type(p)=undefined;
16780 }
16781
16782 @ @<Recycle a big node@>=
16783 if ( v!=null ){ 
16784   q=v+mp->big_node_size[t];
16785   do {  
16786     q=q-2; mp_recycle_value(mp, q);
16787   } while (q!=v);
16788   mp_free_node(mp, v,mp->big_node_size[t]);
16789 }
16790
16791 @ @<Recycle a dependency list@>=
16792
16793   q=dep_list(p);
16794   while ( info(q)!=null ) q=link(q);
16795   link(prev_dep(p))=link(q);
16796   prev_dep(link(q))=prev_dep(p);
16797   link(q)=null; mp_flush_node_list(mp, dep_list(p));
16798 }
16799
16800 @ When an independent variable disappears, it simply fades away, unless
16801 something depends on it. In the latter case, a dependent variable whose
16802 coefficient of dependence is maximal will take its place.
16803 The relevant algorithm is due to Ignacio~A. Zabala, who implemented it
16804 as part of his Ph.D. thesis (Stanford University, December 1982).
16805 @^Zabala Salelles, Ignacio Andres@>
16806
16807 For example, suppose that variable $x$ is being recycled, and that the
16808 only variables depending on~$x$ are $y=2x+a$ and $z=x+b$. In this case
16809 we want to make $y$ independent and $z=.5y-.5a+b$; no other variables
16810 will depend on~$y$. If $\\{tracingequations}>0$ in this situation,
16811 we will print `\.{\#\#\# -2x=-y+a}'.
16812
16813 There's a slight complication, however: An independent variable $x$
16814 can occur both in dependency lists and in proto-dependency lists.
16815 This makes it necessary to be careful when deciding which coefficient
16816 is maximal.
16817
16818 Furthermore, this complication is not so slight when
16819 a proto-dependent variable is chosen to become independent. For example,
16820 suppose that $y=2x+100a$ is proto-dependent while $z=x+b$ is dependent;
16821 then we must change $z=.5y-50a+b$ to a proto-dependency, because of the
16822 large coefficient `50'.
16823
16824 In order to deal with these complications without wasting too much time,
16825 we shall link together the occurrences of~$x$ among all the linear
16826 dependencies, maintaining separate lists for the dependent and
16827 proto-dependent cases.
16828
16829 @<Recycle an independent variable@>=
16830
16831   mp->max_c[mp_dependent]=0; mp->max_c[mp_proto_dependent]=0;
16832   mp->max_link[mp_dependent]=null; mp->max_link[mp_proto_dependent]=null;
16833   q=link(dep_head);
16834   while ( q!=dep_head ) { 
16835     s=value_loc(q); /* now |link(s)=dep_list(q)| */
16836     while (1) { 
16837       r=link(s);
16838       if ( info(r)==null ) break;;
16839       if ( info(r)!=p ) { 
16840        s=r;
16841       } else  { 
16842         t=type(q); link(s)=link(r); info(r)=q;
16843         if ( abs(value(r))>mp->max_c[t] ) {
16844           @<Record a new maximum coefficient of type |t|@>;
16845         } else { 
16846           link(r)=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=r;
16847         }
16848       }
16849     }   
16850     q=link(r);
16851   }
16852   if ( (mp->max_c[mp_dependent]>0)||(mp->max_c[mp_proto_dependent]>0) ) {
16853     @<Choose a dependent variable to take the place of the disappearing
16854     independent variable, and change all remaining dependencies
16855     accordingly@>;
16856   }
16857 }
16858
16859 @ The code for independency removal makes use of three two-word arrays.
16860
16861 @<Glob...@>=
16862 integer max_c[mp_proto_dependent+1];  /* max coefficient magnitude */
16863 pointer max_ptr[mp_proto_dependent+1]; /* where |p| occurs with |max_c| */
16864 pointer max_link[mp_proto_dependent+1]; /* other occurrences of |p| */
16865
16866 @ @<Record a new maximum coefficient...@>=
16867
16868   if ( mp->max_c[t]>0 ) {
16869     link(mp->max_ptr[t])=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=mp->max_ptr[t];
16870   }
16871   mp->max_c[t]=abs(value(r)); mp->max_ptr[t]=r;
16872 }
16873
16874 @ @<Choose a dependent...@>=
16875
16876   if ( (mp->max_c[mp_dependent] / 010000 >= mp->max_c[mp_proto_dependent]) )
16877     t=mp_dependent;
16878   else 
16879     t=mp_proto_dependent;
16880   @<Determine the dependency list |s| to substitute for the independent
16881     variable~|p|@>;
16882   t=mp_dependent+mp_proto_dependent-t; /* complement |t| */
16883   if ( mp->max_c[t]>0 ) { /* we need to pick up an unchosen dependency */ 
16884     link(mp->max_ptr[t])=mp->max_link[t]; mp->max_link[t]=mp->max_ptr[t];
16885   }
16886   if ( t!=mp_dependent ) { @<Substitute new dependencies in place of |p|@>; }
16887   else { @<Substitute new proto-dependencies in place of |p|@>;}
16888   mp_flush_node_list(mp, s);
16889   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
16890   check_arith;
16891 }
16892
16893 @ Let |s=max_ptr[t]|. At this point we have $|value|(s)=\pm|max_c|[t]$,
16894 and |info(s)| points to the dependent variable~|pp| of type~|t| from
16895 whose dependency list we have removed node~|s|. We must reinsert
16896 node~|s| into the dependency list, with coefficient $-1.0$, and with
16897 |pp| as the new independent variable. Since |pp| will have a larger serial
16898 number than any other variable, we can put node |s| at the head of the
16899 list.
16900
16901 @<Determine the dep...@>=
16902 s=mp->max_ptr[t]; pp=info(s); v=value(s);
16903 if ( t==mp_dependent ) value(s)=-fraction_one; else value(s)=-unity;
16904 r=dep_list(pp); link(s)=r;
16905 while ( info(r)!=null ) r=link(r);
16906 q=link(r); link(r)=null;
16907 prev_dep(q)=prev_dep(pp); link(prev_dep(pp))=q;
16908 new_indep(pp);
16909 if ( mp->cur_exp==pp ) if ( mp->cur_type==t ) mp->cur_type=mp_independent;
16910 if ( mp->internal[mp_tracing_equations]>0 ) { 
16911   @<Show the transformed dependency@>; 
16912 }
16913
16914 @ Now $(-v)$ times the formerly independent variable~|p| is being replaced
16915 by the dependency list~|s|.
16916
16917 @<Show the transformed...@>=
16918 if ( mp_interesting(mp, p) ) {
16919   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "### ");
16920 @:]]]\#\#\#_}{\.{\#\#\#}@>
16921   if ( v>0 ) mp_print_char(mp, '-');
16922   if ( t==mp_dependent ) vv=mp_round_fraction(mp, mp->max_c[mp_dependent]);
16923   else vv=mp->max_c[mp_proto_dependent];
16924   if ( vv!=unity ) mp_print_scaled(mp, vv);
16925   mp_print_variable_name(mp, p);
16926   while ( value(p) % s_scale>0 ) {
16927     mp_print(mp, "*4"); value(p)=value(p)-2;
16928   }
16929   if ( t==mp_dependent ) mp_print_char(mp, '='); else mp_print(mp, " = ");
16930   mp_print_dependency(mp, s,t);
16931   mp_end_diagnostic(mp, false);
16932 }
16933
16934 @ Finally, there are dependent and proto-dependent variables whose
16935 dependency lists must be brought up to date.
16936
16937 @<Substitute new dependencies...@>=
16938 for (t=mp_dependent;t<=mp_proto_dependent;t++){ 
16939   r=mp->max_link[t];
16940   while ( r!=null ) {
16941     q=info(r);
16942     dep_list(q)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(q),
16943      mp_make_fraction(mp, value(r),-v),s,t,mp_dependent);
16944     if ( dep_list(q)==mp->dep_final ) mp_make_known(mp, q,mp->dep_final);
16945     q=r; r=link(r); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
16946   }
16947 }
16948
16949 @ @<Substitute new proto...@>=
16950 for (t=mp_dependent;t<=mp_proto_dependent;t++) {
16951   r=mp->max_link[t];
16952   while ( r!=null ) {
16953     q=info(r);
16954     if ( t==mp_dependent ) { /* for safety's sake, we change |q| to |mp_proto_dependent| */
16955       if ( mp->cur_exp==q ) if ( mp->cur_type==mp_dependent )
16956         mp->cur_type=mp_proto_dependent;
16957       dep_list(q)=mp_p_over_v(mp, dep_list(q),unity,mp_dependent,mp_proto_dependent);
16958       type(q)=mp_proto_dependent; value(r)=mp_round_fraction(mp, value(r));
16959     }
16960     dep_list(q)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(q),
16961       mp_make_scaled(mp, value(r),-v),s,mp_proto_dependent,mp_proto_dependent);
16962     if ( dep_list(q)==mp->dep_final ) mp_make_known(mp, q,mp->dep_final);
16963     q=r; r=link(r); mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
16964   }
16965 }
16966
16967 @ Here are some routines that provide handy combinations of actions
16968 that are often needed during error recovery. For example,
16969 `|flush_error|' flushes the current expression, replaces it by
16970 a given value, and calls |error|.
16971
16972 Errors often are detected after an extra token has already been scanned.
16973 The `\\{put\_get}' routines put that token back before calling |error|;
16974 then they get it back again. (Or perhaps they get another token, if
16975 the user has changed things.)
16976
16977 @<Declarations@>=
16978 void mp_flush_error (MP mp,scaled v);
16979 void mp_put_get_error (MP mp);
16980 void mp_put_get_flush_error (MP mp,scaled v) ;
16981
16982 @ @c
16983 void mp_flush_error (MP mp,scaled v) { 
16984   mp_error(mp); mp_flush_cur_exp(mp, v); 
16985 }
16986 void mp_put_get_error (MP mp) { 
16987   mp_back_error(mp); mp_get_x_next(mp); 
16988 }
16989 void mp_put_get_flush_error (MP mp,scaled v) { 
16990   mp_put_get_error(mp);
16991   mp_flush_cur_exp(mp, v); 
16992 }
16993
16994 @ A global variable |var_flag| is set to a special command code
16995 just before \MP\ calls |scan_expression|, if the expression should be
16996 treated as a variable when this command code immediately follows. For
16997 example, |var_flag| is set to |assignment| at the beginning of a
16998 statement, because we want to know the {\sl location\/} of a variable at
16999 the left of `\.{:=}', not the {\sl value\/} of that variable.
17000
17001 The |scan_expression| subroutine calls |scan_tertiary|,
17002 which calls |scan_secondary|, which calls |scan_primary|, which sets
17003 |var_flag:=0|. In this way each of the scanning routines ``knows''
17004 when it has been called with a special |var_flag|, but |var_flag| is
17005 usually zero.
17006
17007 A variable preceding a command that equals |var_flag| is converted to a
17008 token list rather than a value. Furthermore, an `\.{=}' sign following an
17009 expression with |var_flag=assignment| is not considered to be a relation
17010 that produces boolean expressions.
17011
17012
17013 @<Glob...@>=
17014 int var_flag; /* command that wants a variable */
17015
17016 @ @<Set init...@>=
17017 mp->var_flag=0;
17018
17019 @* \[37] Parsing primary expressions.
17020 The first parsing routine, |scan_primary|, is also the most complicated one,
17021 since it involves so many different cases. But each case---with one
17022 exception---is fairly simple by itself.
17023
17024 When |scan_primary| begins, the first token of the primary to be scanned
17025 should already appear in |cur_cmd|, |cur_mod|, and |cur_sym|. The values
17026 of |cur_type| and |cur_exp| should be either dead or dormant, as explained
17027 earlier. If |cur_cmd| is not between |min_primary_command| and
17028 |max_primary_command|, inclusive, a syntax error will be signaled.
17029
17030 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17031 void mp_scan_primary (MP mp) {
17032   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
17033   quarterword c; /* a primitive operation code */
17034   int my_var_flag; /* initial value of |my_var_flag| */
17035   pointer l_delim,r_delim; /* hash addresses of a delimiter pair */
17036   @<Other local variables for |scan_primary|@>;
17037   my_var_flag=mp->var_flag; mp->var_flag=0;
17038 RESTART:
17039   check_arith;
17040   @<Supply diagnostic information, if requested@>;
17041   switch (mp->cur_cmd) {
17042   case left_delimiter:
17043     @<Scan a delimited primary@>; break;
17044   case begin_group:
17045     @<Scan a grouped primary@>; break;
17046   case string_token:
17047     @<Scan a string constant@>; break;
17048   case numeric_token:
17049     @<Scan a primary that starts with a numeric token@>; break;
17050   case nullary:
17051     @<Scan a nullary operation@>; break;
17052   case unary: case type_name: case cycle: case plus_or_minus:
17053     @<Scan a unary operation@>; break;
17054   case primary_binary:
17055     @<Scan a binary operation with `\&{of}' between its operands@>; break;
17056   case str_op:
17057     @<Convert a suffix to a string@>; break;
17058   case internal_quantity:
17059     @<Scan an internal numeric quantity@>; break;
17060   case capsule_token:
17061     mp_make_exp_copy(mp, mp->cur_mod); break;
17062   case tag_token:
17063     @<Scan a variable primary; |goto restart| if it turns out to be a macro@>; break;
17064   default: 
17065     mp_bad_exp(mp, "A primary"); goto RESTART; break;
17066 @.A primary expression...@>
17067   }
17068   mp_get_x_next(mp); /* the routines |goto done| if they don't want this */
17069 DONE: 
17070   if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17071     if ( mp->cur_type>=mp_known ) {
17072       @<Scan a mediation construction@>;
17073     }
17074   }
17075 }
17076
17077
17078
17079 @ Errors at the beginning of expressions are flagged by |bad_exp|.
17080
17081 @c void mp_bad_exp (MP mp,char * s) {
17082   int save_flag;
17083   print_err(s); mp_print(mp, " expression can't begin with `");
17084   mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod); 
17085   mp_print_char(mp, '\'');
17086   help4("I'm afraid I need some sort of value in order to continue,")
17087     ("so I've tentatively inserted `0'. You may want to")
17088     ("delete this zero and insert something else;")
17089     ("see Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.");
17090 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
17091   mp_back_input(mp); mp->cur_sym=0; mp->cur_cmd=numeric_token; 
17092   mp->cur_mod=0; mp_ins_error(mp);
17093   save_flag=mp->var_flag; mp->var_flag=0; mp_get_x_next(mp);
17094   mp->var_flag=save_flag;
17095 }
17096
17097 @ @<Supply diagnostic information, if requested@>=
17098 #ifdef DEBUG
17099 if ( mp->panicking ) mp_check_mem(mp, false);
17100 #endif
17101 if ( mp->interrupt!=0 ) if ( mp->OK_to_interrupt ) {
17102   mp_back_input(mp); check_interrupt; mp_get_x_next(mp);
17103 }
17104
17105 @ @<Scan a delimited primary@>=
17106
17107   l_delim=mp->cur_sym; r_delim=mp->cur_mod; 
17108   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17109   if ( (mp->cur_cmd==comma) && (mp->cur_type>=mp_known) ) {
17110     @<Scan the rest of a delimited set of numerics@>;
17111   } else {
17112     mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
17113   }
17114 }
17115
17116 @ The |stash_in| subroutine puts the current (numeric) expression into a field
17117 within a ``big node.''
17118
17119 @c void mp_stash_in (MP mp,pointer p) {
17120   pointer q; /* temporary register */
17121   type(p)=mp->cur_type;
17122   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
17123     value(p)=mp->cur_exp;
17124   } else { 
17125     if ( mp->cur_type==mp_independent ) {
17126       @<Stash an independent |cur_exp| into a big node@>;
17127     } else { 
17128       mp->mem[value_loc(p)]=mp->mem[value_loc(mp->cur_exp)];
17129       /* |dep_list(p):=dep_list(cur_exp)| and |prev_dep(p):=prev_dep(cur_exp)| */
17130       link(prev_dep(p))=p;
17131     }
17132     mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
17133   }
17134   mp->cur_type=mp_vacuous;
17135 }
17136
17137 @ In rare cases the current expression can become |independent|. There
17138 may be many dependency lists pointing to such an independent capsule,
17139 so we can't simply move it into place within a big node. Instead,
17140 we copy it, then recycle it.
17141
17142 @ @<Stash an independent |cur_exp|...@>=
17143
17144   q=mp_single_dependency(mp, mp->cur_exp);
17145   if ( q==mp->dep_final ){ 
17146     type(p)=mp_known; value(p)=0; mp_free_node(mp, q,dep_node_size);
17147   } else { 
17148     type(p)=mp_dependent; mp_new_dep(mp, p,q);
17149   }
17150   mp_recycle_value(mp, mp->cur_exp);
17151 }
17152
17153 @ This code uses the fact that |red_part_loc| and |green_part_loc|
17154 are synonymous with |x_part_loc| and |y_part_loc|.
17155
17156 @<Scan the rest of a delimited set of numerics@>=
17157
17158 p=mp_stash_cur_exp(mp);
17159 mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17160 @<Make sure the second part of a pair or color has a numeric type@>;
17161 q=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(q)=mp_capsule;
17162 if ( mp->cur_cmd==comma ) type(q)=mp_color_type;
17163 else type(q)=mp_pair_type;
17164 mp_init_big_node(mp, q); r=value(q);
17165 mp_stash_in(mp, y_part_loc(r));
17166 mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17167 mp_stash_in(mp, x_part_loc(r));
17168 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
17169   @<Scan the last of a triplet of numerics@>;
17170 }
17171 if ( mp->cur_cmd==comma ) {
17172   type(q)=mp_cmykcolor_type;
17173   mp_init_big_node(mp, q); t=value(q);
17174   mp->mem[cyan_part_loc(t)]=mp->mem[red_part_loc(r)];
17175   value(cyan_part_loc(t))=value(red_part_loc(r));
17176   mp->mem[magenta_part_loc(t)]=mp->mem[green_part_loc(r)];
17177   value(magenta_part_loc(t))=value(green_part_loc(r));
17178   mp->mem[yellow_part_loc(t)]=mp->mem[blue_part_loc(r)];
17179   value(yellow_part_loc(t))=value(blue_part_loc(r));
17180   mp_recycle_value(mp, r);
17181   r=t;
17182   @<Scan the last of a quartet of numerics@>;
17183 }
17184 mp_check_delimiter(mp, l_delim,r_delim);
17185 mp->cur_type=type(q);
17186 mp->cur_exp=q;
17187 }
17188
17189 @ @<Make sure the second part of a pair or color has a numeric type@>=
17190 if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17191   exp_err("Nonnumeric ypart has been replaced by 0");
17192 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17193   help4("I've started to scan a pair `(a,b)' or a color `(a,b,c)';")
17194     ("but after finding a nice `a' I found a `b' that isn't")
17195     ("of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17196     ("(The b that I didn't like appears above the error message.)");
17197   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17198 }
17199
17200 @ @<Scan the last of a triplet of numerics@>=
17201
17202   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17203   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17204     exp_err("Nonnumeric third part has been replaced by 0");
17205 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17206     help3("I've just scanned a color `(a,b,c)' or cmykcolor(a,b,c,d); but the `c'")
17207       ("isn't of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17208       ("(The c that I didn't like appears above the error message.)");
17209     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17210   }
17211   mp_stash_in(mp, blue_part_loc(r));
17212 }
17213
17214 @ @<Scan the last of a quartet of numerics@>=
17215
17216   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17217   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
17218     exp_err("Nonnumeric blackpart has been replaced by 0");
17219 @.Nonnumeric...replaced by 0@>
17220     help3("I've just scanned a cmykcolor `(c,m,y,k)'; but the `k' isn't")
17221       ("of numeric type. So I've changed that part to zero.")
17222       ("(The k that I didn't like appears above the error message.)");
17223     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17224   }
17225   mp_stash_in(mp, black_part_loc(r));
17226 }
17227
17228 @ The local variable |group_line| keeps track of the line
17229 where a \&{begingroup} command occurred; this will be useful
17230 in an error message if the group doesn't actually end.
17231
17232 @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17233 integer group_line; /* where a group began */
17234
17235 @ @<Scan a grouped primary@>=
17236
17237   group_line=mp_true_line(mp);
17238   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) show_cur_cmd_mod;
17239   save_boundary_item(p);
17240   do {  
17241     mp_do_statement(mp); /* ends with |cur_cmd>=semicolon| */
17242   } while (! (mp->cur_cmd!=semicolon));
17243   if ( mp->cur_cmd!=end_group ) {
17244     print_err("A group begun on line ");
17245 @.A group...never ended@>
17246     mp_print_int(mp, group_line);
17247     mp_print(mp, " never ended");
17248     help2("I saw a `begingroup' back there that hasn't been matched")
17249          ("by `endgroup'. So I've inserted `endgroup' now.");
17250     mp_back_error(mp); mp->cur_cmd=end_group;
17251   }
17252   mp_unsave(mp); 
17253     /* this might change |cur_type|, if independent variables are recycled */
17254   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) show_cur_cmd_mod;
17255 }
17256
17257 @ @<Scan a string constant@>=
17258
17259   mp->cur_type=mp_string_type; mp->cur_exp=mp->cur_mod;
17260 }
17261
17262 @ Later we'll come to procedures that perform actual operations like
17263 addition, square root, and so on; our purpose now is to do the parsing.
17264 But we might as well mention those future procedures now, so that the
17265 suspense won't be too bad:
17266
17267 \smallskip
17268 |do_nullary(c)| does primitive operations that have no operands (e.g.,
17269 `\&{true}' or `\&{pencircle}');
17270
17271 \smallskip
17272 |do_unary(c)| applies a primitive operation to the current expression;
17273
17274 \smallskip
17275 |do_binary(p,c)| applies a primitive operation to the capsule~|p|
17276 and the current expression.
17277
17278 @<Scan a nullary operation@>=mp_do_nullary(mp, mp->cur_mod)
17279
17280 @ @<Scan a unary operation@>=
17281
17282   c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp); 
17283   mp_do_unary(mp, c); goto DONE;
17284 }
17285
17286 @ A numeric token might be a primary by itself, or it might be the
17287 numerator of a fraction composed solely of numeric tokens, or it might
17288 multiply the primary that follows (provided that the primary doesn't begin
17289 with a plus sign or a minus sign). The code here uses the facts that
17290 |max_primary_command=plus_or_minus| and
17291 |max_primary_command-1=numeric_token|. If a fraction is found that is less
17292 than unity, we try to retain higher precision when we use it in scalar
17293 multiplication.
17294
17295 @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17296 scaled num,denom; /* for primaries that are fractions, like `1/2' */
17297
17298 @ @<Scan a primary that starts with a numeric token@>=
17299
17300   mp->cur_exp=mp->cur_mod; mp->cur_type=mp_known; mp_get_x_next(mp);
17301   if ( mp->cur_cmd!=slash ) { 
17302     num=0; denom=0;
17303   } else { 
17304     mp_get_x_next(mp);
17305     if ( mp->cur_cmd!=numeric_token ) { 
17306       mp_back_input(mp);
17307       mp->cur_cmd=slash; mp->cur_mod=over; mp->cur_sym=frozen_slash;
17308       goto DONE;
17309     }
17310     num=mp->cur_exp; denom=mp->cur_mod;
17311     if ( denom==0 ) { @<Protest division by zero@>; }
17312     else { mp->cur_exp=mp_make_scaled(mp, num,denom); }
17313     check_arith; mp_get_x_next(mp);
17314   }
17315   if ( mp->cur_cmd>=min_primary_command ) {
17316    if ( mp->cur_cmd<numeric_token ) { /* in particular, |cur_cmd<>plus_or_minus| */
17317      p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_scan_primary(mp);
17318      if ( (abs(num)>=abs(denom))||(mp->cur_type<mp_color_type) ) {
17319        mp_do_binary(mp, p,times);
17320      } else {
17321        mp_frac_mult(mp, num,denom);
17322        mp_free_node(mp, p,value_node_size);
17323      }
17324     }
17325   }
17326   goto DONE;
17327 }
17328
17329 @ @<Protest division...@>=
17330
17331   print_err("Division by zero");
17332 @.Division by zero@>
17333   help1("I'll pretend that you meant to divide by 1."); mp_error(mp);
17334 }
17335
17336 @ @<Scan a binary operation with `\&{of}' between its operands@>=
17337
17338   c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17339   if ( mp->cur_cmd!=of_token ) {
17340     mp_missing_err(mp, "of"); mp_print(mp, " for "); 
17341     mp_print_cmd_mod(mp, primary_binary,c);
17342 @.Missing `of'@>
17343     help1("I've got the first argument; will look now for the other.");
17344     mp_back_error(mp);
17345   }
17346   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp); 
17347   mp_do_binary(mp, p,c); goto DONE;
17348 }
17349
17350 @ @<Convert a suffix to a string@>=
17351
17352   mp_get_x_next(mp); mp_scan_suffix(mp); 
17353   mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=new_string;
17354   mp_show_token_list(mp, mp->cur_exp,null,100000,0); 
17355   mp_flush_token_list(mp, mp->cur_exp);
17356   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); mp->selector=mp->old_setting; 
17357   mp->cur_type=mp_string_type;
17358   goto DONE;
17359 }
17360
17361 @ If an internal quantity appears all by itself on the left of an
17362 assignment, we return a token list of length one, containing the address
17363 of the internal quantity plus |hash_end|. (This accords with the conventions
17364 of the save stack, as described earlier.)
17365
17366 @<Scan an internal...@>=
17367
17368   q=mp->cur_mod;
17369   if ( my_var_flag==assignment ) {
17370     mp_get_x_next(mp);
17371     if ( mp->cur_cmd==assignment ) {
17372       mp->cur_exp=mp_get_avail(mp);
17373       info(mp->cur_exp)=q+hash_end; mp->cur_type=mp_token_list; 
17374       goto DONE;
17375     }
17376     mp_back_input(mp);
17377   }
17378   mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=mp->internal[q];
17379 }
17380
17381 @ The most difficult part of |scan_primary| has been saved for last, since
17382 it was necessary to build up some confidence first. We can now face the task
17383 of scanning a variable.
17384
17385 As we scan a variable, we build a token list containing the relevant
17386 names and subscript values, simultaneously following along in the
17387 ``collective'' structure to see if we are actually dealing with a macro
17388 instead of a value.
17389
17390 The local variables |pre_head| and |post_head| will point to the beginning
17391 of the prefix and suffix lists; |tail| will point to the end of the list
17392 that is currently growing.
17393
17394 Another local variable, |tt|, contains partial information about the
17395 declared type of the variable-so-far. If |tt>=mp_unsuffixed_macro|, the
17396 relation |tt=type(q)| will always hold. If |tt=undefined|, the routine
17397 doesn't bother to update its information about type. And if
17398 |undefined<tt<mp_unsuffixed_macro|, the precise value of |tt| isn't critical.
17399
17400 @ @<Other local variables for |scan_primary|@>=
17401 pointer pre_head,post_head,tail;
17402   /* prefix and suffix list variables */
17403 small_number tt; /* approximation to the type of the variable-so-far */
17404 pointer t; /* a token */
17405 pointer macro_ref = 0; /* reference count for a suffixed macro */
17406
17407 @ @<Scan a variable primary...@>=
17408
17409   fast_get_avail(pre_head); tail=pre_head; post_head=null; tt=mp_vacuous;
17410   while (1) { 
17411     t=mp_cur_tok(mp); link(tail)=t;
17412     if ( tt!=undefined ) {
17413        @<Find the approximate type |tt| and corresponding~|q|@>;
17414       if ( tt>=mp_unsuffixed_macro ) {
17415         @<Either begin an unsuffixed macro call or
17416           prepare for a suffixed one@>;
17417       }
17418     }
17419     mp_get_x_next(mp); tail=t;
17420     if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17421       @<Scan for a subscript; replace |cur_cmd| by |numeric_token| if found@>;
17422     }
17423     if ( mp->cur_cmd>max_suffix_token ) break;
17424     if ( mp->cur_cmd<min_suffix_token ) break;
17425   } /* now |cur_cmd| is |internal_quantity|, |tag_token|, or |numeric_token| */
17426   @<Handle unusual cases that masquerade as variables, and |goto restart|
17427     or |goto done| if appropriate;
17428     otherwise make a copy of the variable and |goto done|@>;
17429 }
17430
17431 @ @<Either begin an unsuffixed macro call or...@>=
17432
17433   link(tail)=null;
17434   if ( tt>mp_unsuffixed_macro ) { /* |tt=mp_suffixed_macro| */
17435     post_head=mp_get_avail(mp); tail=post_head; link(tail)=t;
17436     tt=undefined; macro_ref=value(q); add_mac_ref(macro_ref);
17437   } else {
17438     @<Set up unsuffixed macro call and |goto restart|@>;
17439   }
17440 }
17441
17442 @ @<Scan for a subscript; replace |cur_cmd| by |numeric_token| if found@>=
17443
17444   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17445   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17446     @<Put the left bracket and the expression back to be rescanned@>;
17447   } else { 
17448     if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_subscript(mp);
17449     mp->cur_cmd=numeric_token; mp->cur_mod=mp->cur_exp; mp->cur_sym=0;
17450   }
17451 }
17452
17453 @ The left bracket that we thought was introducing a subscript might have
17454 actually been the left bracket in a mediation construction like `\.{x[a,b]}'.
17455 So we don't issue an error message at this point; but we do want to back up
17456 so as to avoid any embarrassment about our incorrect assumption.
17457
17458 @<Put the left bracket and the expression back to be rescanned@>=
17459
17460   mp_back_input(mp); /* that was the token following the current expression */
17461   mp_back_expr(mp); mp->cur_cmd=left_bracket; 
17462   mp->cur_mod=0; mp->cur_sym=frozen_left_bracket;
17463 }
17464
17465 @ Here's a routine that puts the current expression back to be read again.
17466
17467 @c void mp_back_expr (MP mp) {
17468   pointer p; /* capsule token */
17469   p=mp_stash_cur_exp(mp); link(p)=null; back_list(p);
17470 }
17471
17472 @ Unknown subscripts lead to the following error message.
17473
17474 @c void mp_bad_subscript (MP mp) { 
17475   exp_err("Improper subscript has been replaced by zero");
17476 @.Improper subscript...@>
17477   help3("A bracketed subscript must have a known numeric value;")
17478     ("unfortunately, what I found was the value that appears just")
17479     ("above this error message. So I'll try a zero subscript.");
17480   mp_flush_error(mp, 0);
17481 }
17482
17483 @ Every time we call |get_x_next|, there's a chance that the variable we've
17484 been looking at will disappear. Thus, we cannot safely keep |q| pointing
17485 into the variable structure; we need to start searching from the root each time.
17486
17487 @<Find the approximate type |tt| and corresponding~|q|@>=
17488 @^inner loop@>
17489
17490   p=link(pre_head); q=info(p); tt=undefined;
17491   if ( eq_type(q) % outer_tag==tag_token ) {
17492     q=equiv(q);
17493     if ( q==null ) goto DONE2;
17494     while (1) { 
17495       p=link(p);
17496       if ( p==null ) {
17497         tt=type(q); goto DONE2;
17498       };
17499       if ( type(q)!=mp_structured ) goto DONE2;
17500       q=link(attr_head(q)); /* the |collective_subscript| attribute */
17501       if ( p>=mp->hi_mem_min ) { /* it's not a subscript */
17502         do {  q=link(q); } while (! (attr_loc(q)>=info(p)));
17503         if ( attr_loc(q)>info(p) ) goto DONE2;
17504       }
17505     }
17506   }
17507 DONE2:
17508   ;
17509 }
17510
17511 @ How do things stand now? Well, we have scanned an entire variable name,
17512 including possible subscripts and/or attributes; |cur_cmd|, |cur_mod|, and
17513 |cur_sym| represent the token that follows. If |post_head=null|, a
17514 token list for this variable name starts at |link(pre_head)|, with all
17515 subscripts evaluated. But if |post_head<>null|, the variable turned out
17516 to be a suffixed macro; |pre_head| is the head of the prefix list, while
17517 |post_head| is the head of a token list containing both `\.{\AT!}' and
17518 the suffix.
17519
17520 Our immediate problem is to see if this variable still exists. (Variable
17521 structures can change drastically whenever we call |get_x_next|; users
17522 aren't supposed to do this, but the fact that it is possible means that
17523 we must be cautious.)
17524
17525 The following procedure prints an error message when a variable
17526 unexpectedly disappears. Its help message isn't quite right for
17527 our present purposes, but we'll be able to fix that up.
17528
17529 @c 
17530 void mp_obliterated (MP mp,pointer q) { 
17531   print_err("Variable "); mp_show_token_list(mp, q,null,1000,0);
17532   mp_print(mp, " has been obliterated");
17533 @.Variable...obliterated@>
17534   help5("It seems you did a nasty thing---probably by accident,")
17535     ("but nevertheless you nearly hornswoggled me...")
17536     ("While I was evaluating the right-hand side of this")
17537     ("command, something happened, and the left-hand side")
17538     ("is no longer a variable! So I won't change anything.");
17539 }
17540
17541 @ If the variable does exist, we also need to check
17542 for a few other special cases before deciding that a plain old ordinary
17543 variable has, indeed, been scanned.
17544
17545 @<Handle unusual cases that masquerade as variables...@>=
17546 if ( post_head!=null ) {
17547   @<Set up suffixed macro call and |goto restart|@>;
17548 }
17549 q=link(pre_head); free_avail(pre_head);
17550 if ( mp->cur_cmd==my_var_flag ) { 
17551   mp->cur_type=mp_token_list; mp->cur_exp=q; goto DONE;
17552 }
17553 p=mp_find_variable(mp, q);
17554 if ( p!=null ) {
17555   mp_make_exp_copy(mp, p);
17556 } else { 
17557   mp_obliterated(mp, q);
17558   mp->help_line[2]="While I was evaluating the suffix of this variable,";
17559   mp->help_line[1]="something was redefined, and it's no longer a variable!";
17560   mp->help_line[0]="In order to get back on my feet, I've inserted `0' instead.";
17561   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
17562 }
17563 mp_flush_node_list(mp, q); 
17564 goto DONE
17565
17566 @ The only complication associated with macro calling is that the prefix
17567 and ``at'' parameters must be packaged in an appropriate list of lists.
17568
17569 @<Set up unsuffixed macro call and |goto restart|@>=
17570
17571   p=mp_get_avail(mp); info(pre_head)=link(pre_head); link(pre_head)=p;
17572   info(p)=t; mp_macro_call(mp, value(q),pre_head,null);
17573   mp_get_x_next(mp); 
17574   goto RESTART;
17575 }
17576
17577 @ If the ``variable'' that turned out to be a suffixed macro no longer exists,
17578 we don't care, because we have reserved a pointer (|macro_ref|) to its
17579 token list.
17580
17581 @<Set up suffixed macro call and |goto restart|@>=
17582
17583   mp_back_input(mp); p=mp_get_avail(mp); q=link(post_head);
17584   info(pre_head)=link(pre_head); link(pre_head)=post_head;
17585   info(post_head)=q; link(post_head)=p; info(p)=link(q); link(q)=null;
17586   mp_macro_call(mp, macro_ref,pre_head,null); decr(ref_count(macro_ref));
17587   mp_get_x_next(mp); goto RESTART;
17588 }
17589
17590 @ Our remaining job is simply to make a copy of the value that has been
17591 found. Some cases are harder than others, but complexity arises solely
17592 because of the multiplicity of possible cases.
17593
17594 @<Declare the procedure called |make_exp_copy|@>=
17595 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>;
17596 void mp_make_exp_copy (MP mp,pointer p) {
17597   pointer q,r,t; /* registers for list manipulation */
17598 RESTART: 
17599   mp->cur_type=type(p);
17600   switch (mp->cur_type) {
17601   case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_known:
17602     mp->cur_exp=value(p); break;
17603   case unknown_types:
17604     mp->cur_exp=mp_new_ring_entry(mp, p);
17605     break;
17606   case mp_string_type: 
17607     mp->cur_exp=value(p); add_str_ref(mp->cur_exp);
17608     break;
17609   case mp_picture_type:
17610     mp->cur_exp=value(p);add_edge_ref(mp->cur_exp);
17611     break;
17612   case mp_pen_type:
17613     mp->cur_exp=copy_pen(value(p));
17614     break; 
17615   case mp_path_type:
17616     mp->cur_exp=mp_copy_path(mp, value(p));
17617     break;
17618   case mp_transform_type: case mp_color_type: 
17619   case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type:
17620     @<Copy the big node |p|@>;
17621     break;
17622   case mp_dependent: case mp_proto_dependent:
17623     mp_encapsulate(mp, mp_copy_dep_list(mp, dep_list(p)));
17624     break;
17625   case mp_numeric_type: 
17626     new_indep(p); goto RESTART;
17627     break;
17628   case mp_independent: 
17629     q=mp_single_dependency(mp, p);
17630     if ( q==mp->dep_final ){ 
17631       mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=0; mp_free_node(mp, q,value_node_size);
17632     } else { 
17633       mp->cur_type=mp_dependent; mp_encapsulate(mp, q);
17634     }
17635     break;
17636   default: 
17637     mp_confusion(mp, "copy");
17638 @:this can't happen copy}{\quad copy@>
17639     break;
17640   }
17641 }
17642
17643 @ The |encapsulate| subroutine assumes that |dep_final| is the
17644 tail of dependency list~|p|.
17645
17646 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>=
17647 void mp_encapsulate (MP mp,pointer p) { 
17648   mp->cur_exp=mp_get_node(mp, value_node_size); type(mp->cur_exp)=mp->cur_type;
17649   name_type(mp->cur_exp)=mp_capsule; mp_new_dep(mp, mp->cur_exp,p);
17650 }
17651
17652 @ The most tedious case arises when the user refers to a
17653 \&{pair}, \&{color}, or \&{transform} variable; we must copy several fields,
17654 each of which can be |independent|, |dependent|, |mp_proto_dependent|,
17655 or |known|.
17656
17657 @<Copy the big node |p|@>=
17658
17659   if ( value(p)==null ) 
17660     mp_init_big_node(mp, p);
17661   t=mp_get_node(mp, value_node_size); name_type(t)=mp_capsule; type(t)=mp->cur_type;
17662   mp_init_big_node(mp, t);
17663   q=value(p)+mp->big_node_size[mp->cur_type]; 
17664   r=value(t)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
17665   do {  
17666     q=q-2; r=r-2; mp_install(mp, r,q);
17667   } while (q!=value(p));
17668   mp->cur_exp=t;
17669 }
17670
17671 @ The |install| procedure copies a numeric field~|q| into field~|r| of
17672 a big node that will be part of a capsule.
17673
17674 @<Declare subroutines needed by |make_exp_copy|@>=
17675 void mp_install (MP mp,pointer r, pointer q) {
17676   pointer p; /* temporary register */
17677   if ( type(q)==mp_known ){ 
17678     value(r)=value(q); type(r)=mp_known;
17679   } else  if ( type(q)==mp_independent ) {
17680     p=mp_single_dependency(mp, q);
17681     if ( p==mp->dep_final ) {
17682       type(r)=mp_known; value(r)=0; mp_free_node(mp, p,value_node_size);
17683     } else  { 
17684       type(r)=mp_dependent; mp_new_dep(mp, r,p);
17685     }
17686   } else {
17687     type(r)=type(q); mp_new_dep(mp, r,mp_copy_dep_list(mp, dep_list(q)));
17688   }
17689 }
17690
17691 @ Expressions of the form `\.{a[b,c]}' are converted into
17692 `\.{b+a*(c-b)}', without checking the types of \.b~or~\.c,
17693 provided that \.a is numeric.
17694
17695 @<Scan a mediation...@>=
17696
17697   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17698   if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
17699     @<Put the left bracket and the expression back...@>;
17700     mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17701   } else { 
17702     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17703     if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17704       mp_missing_err(mp, "]");
17705 @.Missing `]'@>
17706       help3("I've scanned an expression of the form `a[b,c',")
17707       ("so a right bracket should have come next.")
17708       ("I shall pretend that one was there.");
17709       mp_back_error(mp);
17710     }
17711     r=mp_stash_cur_exp(mp); mp_make_exp_copy(mp, q);
17712     mp_do_binary(mp, r,minus); mp_do_binary(mp, p,times); 
17713     mp_do_binary(mp, q,plus); mp_get_x_next(mp);
17714   }
17715 }
17716
17717 @ Here is a comparatively simple routine that is used to scan the
17718 \&{suffix} parameters of a macro.
17719
17720 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17721 void mp_scan_suffix (MP mp) {
17722   pointer h,t; /* head and tail of the list being built */
17723   pointer p; /* temporary register */
17724   h=mp_get_avail(mp); t=h;
17725   while (1) { 
17726     if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
17727       @<Scan a bracketed subscript and set |cur_cmd:=numeric_token|@>;
17728     }
17729     if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) {
17730       p=mp_new_num_tok(mp, mp->cur_mod);
17731     } else if ((mp->cur_cmd==tag_token)||(mp->cur_cmd==internal_quantity) ) {
17732        p=mp_get_avail(mp); info(p)=mp->cur_sym;
17733     } else {
17734       break;
17735     }
17736     link(t)=p; t=p; mp_get_x_next(mp);
17737   }
17738   mp->cur_exp=link(h); free_avail(h); mp->cur_type=mp_token_list;
17739 }
17740
17741 @ @<Scan a bracketed subscript and set |cur_cmd:=numeric_token|@>=
17742
17743   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
17744   if ( mp->cur_type!=mp_known ) mp_bad_subscript(mp);
17745   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
17746      mp_missing_err(mp, "]");
17747 @.Missing `]'@>
17748     help3("I've seen a `[' and a subscript value, in a suffix,")
17749       ("so a right bracket should have come next.")
17750       ("I shall pretend that one was there.");
17751     mp_back_error(mp);
17752   }
17753   mp->cur_cmd=numeric_token; mp->cur_mod=mp->cur_exp;
17754 }
17755
17756 @* \[38] Parsing secondary and higher expressions.
17757 After the intricacies of |scan_primary|\kern-1pt,
17758 the |scan_secondary| routine is
17759 refreshingly simple. It's not trivial, but the operations are relatively
17760 straightforward; the main difficulty is, again, that expressions and data
17761 structures might change drastically every time we call |get_x_next|, so a
17762 cautious approach is mandatory. For example, a macro defined by
17763 \&{primarydef} might have disappeared by the time its second argument has
17764 been scanned; we solve this by increasing the reference count of its token
17765 list, so that the macro can be called even after it has been clobbered.
17766
17767 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17768 void mp_scan_secondary (MP mp) {
17769   pointer p; /* for list manipulation */
17770   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17771   pointer mac_name; /* token defined with \&{primarydef} */
17772 RESTART:
17773   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17774       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17775     mp_bad_exp(mp, "A secondary");
17776 @.A secondary expression...@>
17777   mp_scan_primary(mp);
17778 CONTINUE: 
17779   if ( mp->cur_cmd<=max_secondary_command )
17780     if ( mp->cur_cmd>=min_secondary_command ) {
17781       p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17782       if ( d==secondary_primary_macro ) { 
17783         mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17784      }
17785      mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
17786      if ( d!=secondary_primary_macro ) {
17787        mp_do_binary(mp, p,c);
17788      } else  { 
17789        mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17790        decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17791        goto RESTART;
17792     }
17793     goto CONTINUE;
17794   }
17795 }
17796
17797 @ The following procedure calls a macro that has two parameters,
17798 |p| and |cur_exp|.
17799
17800 @c void mp_binary_mac (MP mp,pointer p, pointer c, pointer n) {
17801   pointer q,r; /* nodes in the parameter list */
17802   q=mp_get_avail(mp); r=mp_get_avail(mp); link(q)=r;
17803   info(q)=p; info(r)=mp_stash_cur_exp(mp);
17804   mp_macro_call(mp, c,q,n);
17805 }
17806
17807 @ The next procedure, |scan_tertiary|, is pretty much the same deal.
17808
17809 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17810 void mp_scan_tertiary (MP mp) {
17811   pointer p; /* for list manipulation */
17812   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17813   pointer mac_name; /* token defined with \&{secondarydef} */
17814 RESTART:
17815   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17816       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17817     mp_bad_exp(mp, "A tertiary");
17818 @.A tertiary expression...@>
17819   mp_scan_secondary(mp);
17820 CONTINUE: 
17821   if ( mp->cur_cmd<=max_tertiary_command ) {
17822     if ( mp->cur_cmd>=min_tertiary_command ) {
17823       p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17824       if ( d==tertiary_secondary_macro ) { 
17825         mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17826       };
17827       mp_get_x_next(mp); mp_scan_secondary(mp);
17828       if ( d!=tertiary_secondary_macro ) {
17829         mp_do_binary(mp, p,c);
17830       } else { 
17831         mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17832         decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17833         goto RESTART;
17834       }
17835       goto CONTINUE;
17836     }
17837   }
17838 }
17839
17840 @ Finally we reach the deepest level in our quartet of parsing routines.
17841 This one is much like the others; but it has an extra complication from
17842 paths, which materialize here.
17843
17844 @d continue_path 25 /* a label inside of |scan_expression| */
17845 @d finish_path 26 /* another */
17846
17847 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
17848 void mp_scan_expression (MP mp) {
17849   pointer p,q,r,pp,qq; /* for list manipulation */
17850   halfword c,d; /* operation codes or modifiers */
17851   int my_var_flag; /* initial value of |var_flag| */
17852   pointer mac_name; /* token defined with \&{tertiarydef} */
17853   boolean cycle_hit; /* did a path expression just end with `\&{cycle}'? */
17854   scaled x,y; /* explicit coordinates or tension at a path join */
17855   int t; /* knot type following a path join */
17856   t=0; y=0; x=0;
17857   my_var_flag=mp->var_flag; mac_name=null;
17858 RESTART:
17859   if ((mp->cur_cmd<min_primary_command)||
17860       (mp->cur_cmd>max_primary_command) )
17861     mp_bad_exp(mp, "An");
17862 @.An expression...@>
17863   mp_scan_tertiary(mp);
17864 CONTINUE: 
17865   if ( mp->cur_cmd<=max_expression_command )
17866     if ( mp->cur_cmd>=min_expression_command ) {
17867       if ( (mp->cur_cmd!=equals)||(my_var_flag!=assignment) ) {
17868         p=mp_stash_cur_exp(mp); c=mp->cur_mod; d=mp->cur_cmd;
17869         if ( d==expression_tertiary_macro ) {
17870           mac_name=mp->cur_sym; add_mac_ref(c);
17871         }
17872         if ( (d<ampersand)||((d==ampersand)&&
17873              ((type(p)==mp_pair_type)||(type(p)==mp_path_type))) ) {
17874           @<Scan a path construction operation;
17875             but |return| if |p| has the wrong type@>;
17876         } else { 
17877           mp_get_x_next(mp); mp_scan_tertiary(mp);
17878           if ( d!=expression_tertiary_macro ) {
17879             mp_do_binary(mp, p,c);
17880           } else  { 
17881             mp_back_input(mp); mp_binary_mac(mp, p,c,mac_name);
17882             decr(ref_count(c)); mp_get_x_next(mp); 
17883             goto RESTART;
17884           }
17885         }
17886         goto CONTINUE;
17887      }
17888   }
17889 }
17890
17891 @ The reader should review the data structure conventions for paths before
17892 hoping to understand the next part of this code.
17893
17894 @<Scan a path construction operation...@>=
17895
17896   cycle_hit=false;
17897   @<Convert the left operand, |p|, into a partial path ending at~|q|;
17898     but |return| if |p| doesn't have a suitable type@>;
17899 CONTINUE_PATH: 
17900   @<Determine the path join parameters;
17901     but |goto finish_path| if there's only a direction specifier@>;
17902   if ( mp->cur_cmd==cycle ) {
17903     @<Get ready to close a cycle@>;
17904   } else { 
17905     mp_scan_tertiary(mp);
17906     @<Convert the right operand, |cur_exp|,
17907       into a partial path from |pp| to~|qq|@>;
17908   }
17909   @<Join the partial paths and reset |p| and |q| to the head and tail
17910     of the result@>;
17911   if ( mp->cur_cmd>=min_expression_command )
17912     if ( mp->cur_cmd<=ampersand ) if ( ! cycle_hit ) goto CONTINUE_PATH;
17913 FINISH_PATH:
17914   @<Choose control points for the path and put the result into |cur_exp|@>;
17915 }
17916
17917 @ @<Convert the left operand, |p|, into a partial path ending at~|q|...@>=
17918
17919   mp_unstash_cur_exp(mp, p);
17920   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) p=mp_new_knot(mp);
17921   else if ( mp->cur_type==mp_path_type ) p=mp->cur_exp;
17922   else return;
17923   q=p;
17924   while ( link(q)!=p ) q=link(q);
17925   if ( left_type(p)!=mp_endpoint ) { /* open up a cycle */
17926     r=mp_copy_knot(mp, p); link(q)=r; q=r;
17927   }
17928   left_type(p)=mp_open; right_type(q)=mp_open;
17929 }
17930
17931 @ A pair of numeric values is changed into a knot node for a one-point path
17932 when \MP\ discovers that the pair is part of a path.
17933
17934 @c@<Declare the procedure called |known_pair|@>;
17935 pointer mp_new_knot (MP mp) { /* convert a pair to a knot with two endpoints */
17936   pointer q; /* the new node */
17937   q=mp_get_node(mp, knot_node_size); left_type(q)=mp_endpoint;
17938   right_type(q)=mp_endpoint; originator(q)=metapost_user; link(q)=q;
17939   mp_known_pair(mp); x_coord(q)=mp->cur_x; y_coord(q)=mp->cur_y;
17940   return q;
17941 }
17942
17943 @ The |known_pair| subroutine sets |cur_x| and |cur_y| to the components
17944 of the current expression, assuming that the current expression is a
17945 pair of known numerics. Unknown components are zeroed, and the
17946 current expression is flushed.
17947
17948 @<Declare the procedure called |known_pair|@>=
17949 void mp_known_pair (MP mp) {
17950   pointer p; /* the pair node */
17951   if ( mp->cur_type!=mp_pair_type ) {
17952     exp_err("Undefined coordinates have been replaced by (0,0)");
17953 @.Undefined coordinates...@>
17954     help5("I need x and y numbers for this part of the path.")
17955       ("The value I found (see above) was no good;")
17956       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
17957       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
17958 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
17959       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
17960     mp_put_get_flush_error(mp, 0); mp->cur_x=0; mp->cur_y=0;
17961   } else { 
17962     p=value(mp->cur_exp);
17963      @<Make sure that both |x| and |y| parts of |p| are known;
17964        copy them into |cur_x| and |cur_y|@>;
17965     mp_flush_cur_exp(mp, 0);
17966   }
17967 }
17968
17969 @ @<Make sure that both |x| and |y| parts of |p| are known...@>=
17970 if ( type(x_part_loc(p))==mp_known ) {
17971   mp->cur_x=value(x_part_loc(p));
17972 } else { 
17973   mp_disp_err(mp, x_part_loc(p),
17974     "Undefined x coordinate has been replaced by 0");
17975 @.Undefined coordinates...@>
17976   help5("I need a `known' x value for this part of the path.")
17977     ("The value I found (see above) was no good;")
17978     ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
17979     ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
17980 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
17981     ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
17982   mp_put_get_error(mp); mp_recycle_value(mp, x_part_loc(p)); mp->cur_x=0;
17983 }
17984 if ( type(y_part_loc(p))==mp_known ) {
17985   mp->cur_y=value(y_part_loc(p));
17986 } else { 
17987   mp_disp_err(mp, y_part_loc(p),
17988     "Undefined y coordinate has been replaced by 0");
17989   help5("I need a `known' y value for this part of the path.")
17990     ("The value I found (see above) was no good;")
17991     ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
17992     ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
17993     ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
17994   mp_put_get_error(mp); mp_recycle_value(mp, y_part_loc(p)); mp->cur_y=0;
17995 }
17996
17997 @ At this point |cur_cmd| is either |ampersand|, |left_brace|, or |path_join|.
17998
17999 @<Determine the path join parameters...@>=
18000 if ( mp->cur_cmd==left_brace ) {
18001   @<Put the pre-join direction information into node |q|@>;
18002 }
18003 d=mp->cur_cmd;
18004 if ( d==path_join ) {
18005   @<Determine the tension and/or control points@>;
18006 } else if ( d!=ampersand ) {
18007   goto FINISH_PATH;
18008 }
18009 mp_get_x_next(mp);
18010 if ( mp->cur_cmd==left_brace ) {
18011   @<Put the post-join direction information into |x| and |t|@>;
18012 } else if ( right_type(q)!=mp_explicit ) {
18013   t=mp_open; x=0;
18014 }
18015
18016 @ The |scan_direction| subroutine looks at the directional information
18017 that is enclosed in braces, and also scans ahead to the following character.
18018 A type code is returned, either |open| (if the direction was $(0,0)$),
18019 or |curl| (if the direction was a curl of known value |cur_exp|), or
18020 |given| (if the direction is given by the |angle| value that now
18021 appears in |cur_exp|).
18022
18023 There's nothing difficult about this subroutine, but the program is rather
18024 lengthy because a variety of potential errors need to be nipped in the bud.
18025
18026 @c small_number mp_scan_direction (MP mp) {
18027   int t; /* the type of information found */
18028   scaled x; /* an |x| coordinate */
18029   mp_get_x_next(mp);
18030   if ( mp->cur_cmd==curl_command ) {
18031      @<Scan a curl specification@>;
18032   } else {
18033     @<Scan a given direction@>;
18034   }
18035   if ( mp->cur_cmd!=right_brace ) {
18036     mp_missing_err(mp, "}");
18037 @.Missing `\char`\}'@>
18038     help3("I've scanned a direction spec for part of a path,")
18039       ("so a right brace should have come next.")
18040       ("I shall pretend that one was there.");
18041     mp_back_error(mp);
18042   }
18043   mp_get_x_next(mp); 
18044   return t;
18045 }
18046
18047 @ @<Scan a curl specification@>=
18048 { mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18049 if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<0) ){ 
18050   exp_err("Improper curl has been replaced by 1");
18051 @.Improper curl@>
18052   help1("A curl must be a known, nonnegative number.");
18053   mp_put_get_flush_error(mp, unity);
18054 }
18055 t=mp_curl;
18056 }
18057
18058 @ @<Scan a given direction@>=
18059 { mp_scan_expression(mp);
18060   if ( mp->cur_type>mp_pair_type ) {
18061     @<Get given directions separated by commas@>;
18062   } else {
18063     mp_known_pair(mp);
18064   }
18065   if ( (mp->cur_x==0)&&(mp->cur_y==0) )  t=mp_open;
18066   else  { t=mp_given; mp->cur_exp=mp_n_arg(mp, mp->cur_x,mp->cur_y);}
18067 }
18068
18069 @ @<Get given directions separated by commas@>=
18070
18071   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18072     exp_err("Undefined x coordinate has been replaced by 0");
18073 @.Undefined coordinates...@>
18074     help5("I need a `known' x value for this part of the path.")
18075       ("The value I found (see above) was no good;")
18076       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18077       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18078 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
18079       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18080     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
18081   }
18082   x=mp->cur_exp;
18083   if ( mp->cur_cmd!=comma ) {
18084     mp_missing_err(mp, ",");
18085 @.Missing `,'@>
18086     help2("I've got the x coordinate of a path direction;")
18087       ("will look for the y coordinate next.");
18088     mp_back_error(mp);
18089   }
18090   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18091   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18092      exp_err("Undefined y coordinate has been replaced by 0");
18093     help5("I need a `known' y value for this part of the path.")
18094       ("The value I found (see above) was no good;")
18095       ("so I'll try to keep going by using zero instead.")
18096       ("(Chapter 27 of The METAFONTbook explains that")
18097       ("you might want to type `I ??" "?' now.)");
18098     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
18099   }
18100   mp->cur_y=mp->cur_exp; mp->cur_x=x;
18101 }
18102
18103 @ At this point |right_type(q)| is usually |open|, but it may have been
18104 set to some other value by a previous splicing operation. We must maintain
18105 the value of |right_type(q)| in unusual cases such as
18106 `\.{..z1\{z2\}\&\{z3\}z1\{0,0\}..}'.
18107
18108 @<Put the pre-join...@>=
18109
18110   t=mp_scan_direction(mp);
18111   if ( t!=mp_open ) {
18112     right_type(q)=t; right_given(q)=mp->cur_exp;
18113     if ( left_type(q)==mp_open ) {
18114       left_type(q)=t; left_given(q)=mp->cur_exp;
18115     } /* note that |left_given(q)=left_curl(q)| */
18116   }
18117 }
18118
18119 @ Since |left_tension| and |left_y| share the same position in knot nodes,
18120 and since |left_given| is similarly equivalent to |left_x|, we use
18121 |x| and |y| to hold the given direction and tension information when
18122 there are no explicit control points.
18123
18124 @<Put the post-join...@>=
18125
18126   t=mp_scan_direction(mp);
18127   if ( right_type(q)!=mp_explicit ) x=mp->cur_exp;
18128   else t=mp_explicit; /* the direction information is superfluous */
18129 }
18130
18131 @ @<Determine the tension and/or...@>=
18132
18133   mp_get_x_next(mp);
18134   if ( mp->cur_cmd==tension ) {
18135     @<Set explicit tensions@>;
18136   } else if ( mp->cur_cmd==controls ) {
18137     @<Set explicit control points@>;
18138   } else  { 
18139     right_tension(q)=unity; y=unity; mp_back_input(mp); /* default tension */
18140     goto DONE;
18141   };
18142   if ( mp->cur_cmd!=path_join ) {
18143      mp_missing_err(mp, "..");
18144 @.Missing `..'@>
18145     help1("A path join command should end with two dots.");
18146     mp_back_error(mp);
18147   }
18148 DONE:
18149   ;
18150 }
18151
18152 @ @<Set explicit tensions@>=
18153
18154   mp_get_x_next(mp); y=mp->cur_cmd;
18155   if ( mp->cur_cmd==at_least ) mp_get_x_next(mp);
18156   mp_scan_primary(mp);
18157   @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>;
18158   if ( y==at_least ) negate(mp->cur_exp);
18159   right_tension(q)=mp->cur_exp;
18160   if ( mp->cur_cmd==and_command ) {
18161     mp_get_x_next(mp); y=mp->cur_cmd;
18162     if ( mp->cur_cmd==at_least ) mp_get_x_next(mp);
18163     mp_scan_primary(mp);
18164     @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>;
18165     if ( y==at_least ) negate(mp->cur_exp);
18166   }
18167   y=mp->cur_exp;
18168 }
18169
18170 @ @d min_tension three_quarter_unit
18171
18172 @<Make sure that the current expression is a valid tension setting@>=
18173 if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<min_tension) ) {
18174   exp_err("Improper tension has been set to 1");
18175 @.Improper tension@>
18176   help1("The expression above should have been a number >=3/4.");
18177   mp_put_get_flush_error(mp, unity);
18178 }
18179
18180 @ @<Set explicit control points@>=
18181
18182   right_type(q)=mp_explicit; t=mp_explicit; mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
18183   mp_known_pair(mp); right_x(q)=mp->cur_x; right_y(q)=mp->cur_y;
18184   if ( mp->cur_cmd!=and_command ) {
18185     x=right_x(q); y=right_y(q);
18186   } else { 
18187     mp_get_x_next(mp); mp_scan_primary(mp);
18188     mp_known_pair(mp); x=mp->cur_x; y=mp->cur_y;
18189   }
18190 }
18191
18192 @ @<Convert the right operand, |cur_exp|, into a partial path...@>=
18193
18194   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) pp=mp_new_knot(mp);
18195   else pp=mp->cur_exp;
18196   qq=pp;
18197   while ( link(qq)!=pp ) qq=link(qq);
18198   if ( left_type(pp)!=mp_endpoint ) { /* open up a cycle */
18199     r=mp_copy_knot(mp, pp); link(qq)=r; qq=r;
18200   }
18201   left_type(pp)=mp_open; right_type(qq)=mp_open;
18202 }
18203
18204 @ If a person tries to define an entire path by saying `\.{(x,y)\&cycle}',
18205 we silently change the specification to `\.{(x,y)..cycle}', since a cycle
18206 shouldn't have length zero.
18207
18208 @<Get ready to close a cycle@>=
18209
18210   cycle_hit=true; mp_get_x_next(mp); pp=p; qq=p;
18211   if ( d==ampersand ) if ( p==q ) {
18212     d=path_join; right_tension(q)=unity; y=unity;
18213   }
18214 }
18215
18216 @ @<Join the partial paths and reset |p| and |q|...@>=
18217
18218 if ( d==ampersand ) {
18219   if ( (x_coord(q)!=x_coord(pp))||(y_coord(q)!=y_coord(pp)) ) {
18220     print_err("Paths don't touch; `&' will be changed to `..'");
18221 @.Paths don't touch@>
18222     help3("When you join paths `p&q', the ending point of p")
18223       ("must be exactly equal to the starting point of q.")
18224       ("So I'm going to pretend that you said `p..q' instead.");
18225     mp_put_get_error(mp); d=path_join; right_tension(q)=unity; y=unity;
18226   }
18227 }
18228 @<Plug an opening in |right_type(pp)|, if possible@>;
18229 if ( d==ampersand ) {
18230   @<Splice independent paths together@>;
18231 } else  { 
18232   @<Plug an opening in |right_type(q)|, if possible@>;
18233   link(q)=pp; left_y(pp)=y;
18234   if ( t!=mp_open ) { left_x(pp)=x; left_type(pp)=t;  };
18235 }
18236 q=qq;
18237 }
18238
18239 @ @<Plug an opening in |right_type(q)|...@>=
18240 if ( right_type(q)==mp_open ) {
18241   if ( (left_type(q)==mp_curl)||(left_type(q)==mp_given) ) {
18242     right_type(q)=left_type(q); right_given(q)=left_given(q);
18243   }
18244 }
18245
18246 @ @<Plug an opening in |right_type(pp)|...@>=
18247 if ( right_type(pp)==mp_open ) {
18248   if ( (t==mp_curl)||(t==mp_given) ) {
18249     right_type(pp)=t; right_given(pp)=x;
18250   }
18251 }
18252
18253 @ @<Splice independent paths together@>=
18254
18255   if ( left_type(q)==mp_open ) if ( right_type(q)==mp_open ) {
18256     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
18257   }
18258   if ( right_type(pp)==mp_open ) if ( t==mp_open ) {
18259     right_type(pp)=mp_curl; right_curl(pp)=unity;
18260   }
18261   right_type(q)=right_type(pp); link(q)=link(pp);
18262   right_x(q)=right_x(pp); right_y(q)=right_y(pp);
18263   mp_free_node(mp, pp,knot_node_size);
18264   if ( qq==pp ) qq=q;
18265 }
18266
18267 @ @<Choose control points for the path...@>=
18268 if ( cycle_hit ) { 
18269   if ( d==ampersand ) p=q;
18270 } else  { 
18271   left_type(p)=mp_endpoint;
18272   if ( right_type(p)==mp_open ) { 
18273     right_type(p)=mp_curl; right_curl(p)=unity;
18274   }
18275   right_type(q)=mp_endpoint;
18276   if ( left_type(q)==mp_open ) { 
18277     left_type(q)=mp_curl; left_curl(q)=unity;
18278   }
18279   link(q)=p;
18280 }
18281 mp_make_choices(mp, p);
18282 mp->cur_type=mp_path_type; mp->cur_exp=p
18283
18284 @ Finally, we sometimes need to scan an expression whose value is
18285 supposed to be either |true_code| or |false_code|.
18286
18287 @<Declare the basic parsing subroutines@>=
18288 void mp_get_boolean (MP mp) { 
18289   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
18290   if ( mp->cur_type!=mp_boolean_type ) {
18291     exp_err("Undefined condition will be treated as `false'");
18292 @.Undefined condition...@>
18293     help2("The expression shown above should have had a definite")
18294       ("true-or-false value. I'm changing it to `false'.");
18295     mp_put_get_flush_error(mp, false_code); mp->cur_type=mp_boolean_type;
18296   }
18297 }
18298
18299 @* \[39] Doing the operations.
18300 The purpose of parsing is primarily to permit people to avoid piles of
18301 parentheses. But the real work is done after the structure of an expression
18302 has been recognized; that's when new expressions are generated. We
18303 turn now to the guts of \MP, which handles individual operators that
18304 have come through the parsing mechanism.
18305
18306 We'll start with the easy ones that take no operands, then work our way
18307 up to operators with one and ultimately two arguments. In other words,
18308 we will write the three procedures |do_nullary|, |do_unary|, and |do_binary|
18309 that are invoked periodically by the expression scanners.
18310
18311 First let's make sure that all of the primitive operators are in the
18312 hash table. Although |scan_primary| and its relatives made use of the
18313 \\{cmd} code for these operators, the \\{do} routines base everything
18314 on the \\{mod} code. For example, |do_binary| doesn't care whether the
18315 operation it performs is a |primary_binary| or |secondary_binary|, etc.
18316
18317 @<Put each...@>=
18318 mp_primitive(mp, "true",nullary,true_code);
18319 @:true_}{\&{true} primitive@>
18320 mp_primitive(mp, "false",nullary,false_code);
18321 @:false_}{\&{false} primitive@>
18322 mp_primitive(mp, "nullpicture",nullary,null_picture_code);
18323 @:null_picture_}{\&{nullpicture} primitive@>
18324 mp_primitive(mp, "nullpen",nullary,null_pen_code);
18325 @:null_pen_}{\&{nullpen} primitive@>
18326 mp_primitive(mp, "jobname",nullary,job_name_op);
18327 @:job_name_}{\&{jobname} primitive@>
18328 mp_primitive(mp, "readstring",nullary,read_string_op);
18329 @:read_string_}{\&{readstring} primitive@>
18330 mp_primitive(mp, "pencircle",nullary,pen_circle);
18331 @:pen_circle_}{\&{pencircle} primitive@>
18332 mp_primitive(mp, "normaldeviate",nullary,normal_deviate);
18333 @:normal_deviate_}{\&{normaldeviate} primitive@>
18334 mp_primitive(mp, "readfrom",unary,read_from_op);
18335 @:read_from_}{\&{readfrom} primitive@>
18336 mp_primitive(mp, "closefrom",unary,close_from_op);
18337 @:close_from_}{\&{closefrom} primitive@>
18338 mp_primitive(mp, "odd",unary,odd_op);
18339 @:odd_}{\&{odd} primitive@>
18340 mp_primitive(mp, "known",unary,known_op);
18341 @:known_}{\&{known} primitive@>
18342 mp_primitive(mp, "unknown",unary,unknown_op);
18343 @:unknown_}{\&{unknown} primitive@>
18344 mp_primitive(mp, "not",unary,not_op);
18345 @:not_}{\&{not} primitive@>
18346 mp_primitive(mp, "decimal",unary,decimal);
18347 @:decimal_}{\&{decimal} primitive@>
18348 mp_primitive(mp, "reverse",unary,reverse);
18349 @:reverse_}{\&{reverse} primitive@>
18350 mp_primitive(mp, "makepath",unary,make_path_op);
18351 @:make_path_}{\&{makepath} primitive@>
18352 mp_primitive(mp, "makepen",unary,make_pen_op);
18353 @:make_pen_}{\&{makepen} primitive@>
18354 mp_primitive(mp, "oct",unary,oct_op);
18355 @:oct_}{\&{oct} primitive@>
18356 mp_primitive(mp, "hex",unary,hex_op);
18357 @:hex_}{\&{hex} primitive@>
18358 mp_primitive(mp, "ASCII",unary,ASCII_op);
18359 @:ASCII_}{\&{ASCII} primitive@>
18360 mp_primitive(mp, "char",unary,char_op);
18361 @:char_}{\&{char} primitive@>
18362 mp_primitive(mp, "length",unary,length_op);
18363 @:length_}{\&{length} primitive@>
18364 mp_primitive(mp, "turningnumber",unary,turning_op);
18365 @:turning_number_}{\&{turningnumber} primitive@>
18366 mp_primitive(mp, "xpart",unary,x_part);
18367 @:x_part_}{\&{xpart} primitive@>
18368 mp_primitive(mp, "ypart",unary,y_part);
18369 @:y_part_}{\&{ypart} primitive@>
18370 mp_primitive(mp, "xxpart",unary,xx_part);
18371 @:xx_part_}{\&{xxpart} primitive@>
18372 mp_primitive(mp, "xypart",unary,xy_part);
18373 @:xy_part_}{\&{xypart} primitive@>
18374 mp_primitive(mp, "yxpart",unary,yx_part);
18375 @:yx_part_}{\&{yxpart} primitive@>
18376 mp_primitive(mp, "yypart",unary,yy_part);
18377 @:yy_part_}{\&{yypart} primitive@>
18378 mp_primitive(mp, "redpart",unary,red_part);
18379 @:red_part_}{\&{redpart} primitive@>
18380 mp_primitive(mp, "greenpart",unary,green_part);
18381 @:green_part_}{\&{greenpart} primitive@>
18382 mp_primitive(mp, "bluepart",unary,blue_part);
18383 @:blue_part_}{\&{bluepart} primitive@>
18384 mp_primitive(mp, "cyanpart",unary,cyan_part);
18385 @:cyan_part_}{\&{cyanpart} primitive@>
18386 mp_primitive(mp, "magentapart",unary,magenta_part);
18387 @:magenta_part_}{\&{magentapart} primitive@>
18388 mp_primitive(mp, "yellowpart",unary,yellow_part);
18389 @:yellow_part_}{\&{yellowpart} primitive@>
18390 mp_primitive(mp, "blackpart",unary,black_part);
18391 @:black_part_}{\&{blackpart} primitive@>
18392 mp_primitive(mp, "greypart",unary,grey_part);
18393 @:grey_part_}{\&{greypart} primitive@>
18394 mp_primitive(mp, "colormodel",unary,color_model_part);
18395 @:color_model_part_}{\&{colormodel} primitive@>
18396 mp_primitive(mp, "fontpart",unary,font_part);
18397 @:font_part_}{\&{fontpart} primitive@>
18398 mp_primitive(mp, "textpart",unary,text_part);
18399 @:text_part_}{\&{textpart} primitive@>
18400 mp_primitive(mp, "pathpart",unary,path_part);
18401 @:path_part_}{\&{pathpart} primitive@>
18402 mp_primitive(mp, "penpart",unary,pen_part);
18403 @:pen_part_}{\&{penpart} primitive@>
18404 mp_primitive(mp, "dashpart",unary,dash_part);
18405 @:dash_part_}{\&{dashpart} primitive@>
18406 mp_primitive(mp, "sqrt",unary,sqrt_op);
18407 @:sqrt_}{\&{sqrt} primitive@>
18408 mp_primitive(mp, "mexp",unary,m_exp_op);
18409 @:m_exp_}{\&{mexp} primitive@>
18410 mp_primitive(mp, "mlog",unary,m_log_op);
18411 @:m_log_}{\&{mlog} primitive@>
18412 mp_primitive(mp, "sind",unary,sin_d_op);
18413 @:sin_d_}{\&{sind} primitive@>
18414 mp_primitive(mp, "cosd",unary,cos_d_op);
18415 @:cos_d_}{\&{cosd} primitive@>
18416 mp_primitive(mp, "floor",unary,floor_op);
18417 @:floor_}{\&{floor} primitive@>
18418 mp_primitive(mp, "uniformdeviate",unary,uniform_deviate);
18419 @:uniform_deviate_}{\&{uniformdeviate} primitive@>
18420 mp_primitive(mp, "charexists",unary,char_exists_op);
18421 @:char_exists_}{\&{charexists} primitive@>
18422 mp_primitive(mp, "fontsize",unary,font_size);
18423 @:font_size_}{\&{fontsize} primitive@>
18424 mp_primitive(mp, "llcorner",unary,ll_corner_op);
18425 @:ll_corner_}{\&{llcorner} primitive@>
18426 mp_primitive(mp, "lrcorner",unary,lr_corner_op);
18427 @:lr_corner_}{\&{lrcorner} primitive@>
18428 mp_primitive(mp, "ulcorner",unary,ul_corner_op);
18429 @:ul_corner_}{\&{ulcorner} primitive@>
18430 mp_primitive(mp, "urcorner",unary,ur_corner_op);
18431 @:ur_corner_}{\&{urcorner} primitive@>
18432 mp_primitive(mp, "arclength",unary,arc_length);
18433 @:arc_length_}{\&{arclength} primitive@>
18434 mp_primitive(mp, "angle",unary,angle_op);
18435 @:angle_}{\&{angle} primitive@>
18436 mp_primitive(mp, "cycle",cycle,cycle_op);
18437 @:cycle_}{\&{cycle} primitive@>
18438 mp_primitive(mp, "stroked",unary,stroked_op);
18439 @:stroked_}{\&{stroked} primitive@>
18440 mp_primitive(mp, "filled",unary,filled_op);
18441 @:filled_}{\&{filled} primitive@>
18442 mp_primitive(mp, "textual",unary,textual_op);
18443 @:textual_}{\&{textual} primitive@>
18444 mp_primitive(mp, "clipped",unary,clipped_op);
18445 @:clipped_}{\&{clipped} primitive@>
18446 mp_primitive(mp, "bounded",unary,bounded_op);
18447 @:bounded_}{\&{bounded} primitive@>
18448 mp_primitive(mp, "+",plus_or_minus,plus);
18449 @:+ }{\.{+} primitive@>
18450 mp_primitive(mp, "-",plus_or_minus,minus);
18451 @:- }{\.{-} primitive@>
18452 mp_primitive(mp, "*",secondary_binary,times);
18453 @:* }{\.{*} primitive@>
18454 mp_primitive(mp, "/",slash,over); mp->eqtb[frozen_slash]=mp->eqtb[mp->cur_sym];
18455 @:/ }{\.{/} primitive@>
18456 mp_primitive(mp, "++",tertiary_binary,pythag_add);
18457 @:++_}{\.{++} primitive@>
18458 mp_primitive(mp, "+-+",tertiary_binary,pythag_sub);
18459 @:+-+_}{\.{+-+} primitive@>
18460 mp_primitive(mp, "or",tertiary_binary,or_op);
18461 @:or_}{\&{or} primitive@>
18462 mp_primitive(mp, "and",and_command,and_op);
18463 @:and_}{\&{and} primitive@>
18464 mp_primitive(mp, "<",expression_binary,less_than);
18465 @:< }{\.{<} primitive@>
18466 mp_primitive(mp, "<=",expression_binary,less_or_equal);
18467 @:<=_}{\.{<=} primitive@>
18468 mp_primitive(mp, ">",expression_binary,greater_than);
18469 @:> }{\.{>} primitive@>
18470 mp_primitive(mp, ">=",expression_binary,greater_or_equal);
18471 @:>=_}{\.{>=} primitive@>
18472 mp_primitive(mp, "=",equals,equal_to);
18473 @:= }{\.{=} primitive@>
18474 mp_primitive(mp, "<>",expression_binary,unequal_to);
18475 @:<>_}{\.{<>} primitive@>
18476 mp_primitive(mp, "substring",primary_binary,substring_of);
18477 @:substring_}{\&{substring} primitive@>
18478 mp_primitive(mp, "subpath",primary_binary,subpath_of);
18479 @:subpath_}{\&{subpath} primitive@>
18480 mp_primitive(mp, "directiontime",primary_binary,direction_time_of);
18481 @:direction_time_}{\&{directiontime} primitive@>
18482 mp_primitive(mp, "point",primary_binary,point_of);
18483 @:point_}{\&{point} primitive@>
18484 mp_primitive(mp, "precontrol",primary_binary,precontrol_of);
18485 @:precontrol_}{\&{precontrol} primitive@>
18486 mp_primitive(mp, "postcontrol",primary_binary,postcontrol_of);
18487 @:postcontrol_}{\&{postcontrol} primitive@>
18488 mp_primitive(mp, "penoffset",primary_binary,pen_offset_of);
18489 @:pen_offset_}{\&{penoffset} primitive@>
18490 mp_primitive(mp, "arctime",primary_binary,arc_time_of);
18491 @:arc_time_of_}{\&{arctime} primitive@>
18492 mp_primitive(mp, "mpversion",nullary,mp_version);
18493 @:mp_verison_}{\&{mpversion} primitive@>
18494 mp_primitive(mp, "&",ampersand,concatenate);
18495 @:!!!}{\.{\&} primitive@>
18496 mp_primitive(mp, "rotated",secondary_binary,rotated_by);
18497 @:rotated_}{\&{rotated} primitive@>
18498 mp_primitive(mp, "slanted",secondary_binary,slanted_by);
18499 @:slanted_}{\&{slanted} primitive@>
18500 mp_primitive(mp, "scaled",secondary_binary,scaled_by);
18501 @:scaled_}{\&{scaled} primitive@>
18502 mp_primitive(mp, "shifted",secondary_binary,shifted_by);
18503 @:shifted_}{\&{shifted} primitive@>
18504 mp_primitive(mp, "transformed",secondary_binary,transformed_by);
18505 @:transformed_}{\&{transformed} primitive@>
18506 mp_primitive(mp, "xscaled",secondary_binary,x_scaled);
18507 @:x_scaled_}{\&{xscaled} primitive@>
18508 mp_primitive(mp, "yscaled",secondary_binary,y_scaled);
18509 @:y_scaled_}{\&{yscaled} primitive@>
18510 mp_primitive(mp, "zscaled",secondary_binary,z_scaled);
18511 @:z_scaled_}{\&{zscaled} primitive@>
18512 mp_primitive(mp, "infont",secondary_binary,in_font);
18513 @:in_font_}{\&{infont} primitive@>
18514 mp_primitive(mp, "intersectiontimes",tertiary_binary,intersect);
18515 @:intersection_times_}{\&{intersectiontimes} primitive@>
18516
18517 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
18518 case nullary:
18519 case unary:
18520 case primary_binary:
18521 case secondary_binary:
18522 case tertiary_binary:
18523 case expression_binary:
18524 case cycle:
18525 case plus_or_minus:
18526 case slash:
18527 case ampersand:
18528 case equals:
18529 case and_command:
18530   mp_print_op(mp, m);
18531   break;
18532
18533 @ OK, let's look at the simplest \\{do} procedure first.
18534
18535 @c @<Declare nullary action procedure@>;
18536 void mp_do_nullary (MP mp,quarterword c) { 
18537   check_arith;
18538   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two )
18539     mp_show_cmd_mod(mp, nullary,c);
18540   switch (c) {
18541   case true_code: case false_code: 
18542     mp->cur_type=mp_boolean_type; mp->cur_exp=c;
18543     break;
18544   case null_picture_code: 
18545     mp->cur_type=mp_picture_type;
18546     mp->cur_exp=mp_get_node(mp, edge_header_size); 
18547     mp_init_edges(mp, mp->cur_exp);
18548     break;
18549   case null_pen_code: 
18550     mp->cur_type=mp_pen_type; mp->cur_exp=mp_get_pen_circle(mp, 0);
18551     break;
18552   case normal_deviate: 
18553     mp->cur_type=mp_known; mp->cur_exp=mp_norm_rand(mp);
18554     break;
18555   case pen_circle: 
18556     mp->cur_type=mp_pen_type; mp->cur_exp=mp_get_pen_circle(mp, unity);
18557     break;
18558   case job_name_op:  
18559     if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
18560     mp->cur_type=mp_string_type; mp->cur_exp=rts(mp->job_name);
18561     break;
18562   case mp_version: 
18563     mp->cur_type=mp_string_type; 
18564     mp->cur_exp=intern(metapost_version) ;
18565     break;
18566   case read_string_op:
18567     @<Read a string from the terminal@>;
18568     break;
18569   } /* there are no other cases */
18570   check_arith;
18571 }
18572
18573 @ @<Read a string...@>=
18574
18575   if ( mp->interaction<=mp_nonstop_mode )
18576     mp_fatal_error(mp, "*** (cannot readstring in nonstop modes)");
18577   mp_begin_file_reading(mp); name=is_read;
18578   limit=start; prompt_input("");
18579   mp_finish_read(mp);
18580 }
18581
18582 @ @<Declare nullary action procedure@>=
18583 void mp_finish_read (MP mp) { /* copy |buffer| line to |cur_exp| */
18584   size_t k;
18585   str_room((int)mp->last-start);
18586   for (k=start;k<=mp->last-1;k++) {
18587    append_char(mp->buffer[k]);
18588   }
18589   mp_end_file_reading(mp); mp->cur_type=mp_string_type; 
18590   mp->cur_exp=mp_make_string(mp);
18591 }
18592
18593 @ Things get a bit more interesting when there's an operand. The
18594 operand to |do_unary| appears in |cur_type| and |cur_exp|.
18595
18596 @c @<Declare unary action procedures@>;
18597 void mp_do_unary (MP mp,quarterword c) {
18598   pointer p,q,r; /* for list manipulation */
18599   integer x; /* a temporary register */
18600   check_arith;
18601   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two )
18602     @<Trace the current unary operation@>;
18603   switch (c) {
18604   case plus:
18605     if ( mp->cur_type<mp_color_type ) mp_bad_unary(mp, plus);
18606     break;
18607   case minus:
18608     @<Negate the current expression@>;
18609     break;
18610   @<Additional cases of unary operators@>;
18611   } /* there are no other cases */
18612   check_arith;
18613 };
18614
18615 @ The |nice_pair| function returns |true| if both components of a pair
18616 are known.
18617
18618 @<Declare unary action procedures@>=
18619 boolean mp_nice_pair (MP mp,integer p, quarterword t) { 
18620   if ( t==mp_pair_type ) {
18621     p=value(p);
18622     if ( type(x_part_loc(p))==mp_known )
18623       if ( type(y_part_loc(p))==mp_known )
18624         return true;
18625   }
18626   return false;
18627 }
18628
18629 @ The |nice_color_or_pair| function is analogous except that it also accepts
18630 fully known colors.
18631
18632 @<Declare unary action procedures@>=
18633 boolean mp_nice_color_or_pair (MP mp,integer p, quarterword t) {
18634   pointer q,r; /* for scanning the big node */
18635   if ( (t!=mp_pair_type)&&(t!=mp_color_type)&&(t!=mp_cmykcolor_type) ) {
18636     return false;
18637   } else { 
18638     q=value(p);
18639     r=q+mp->big_node_size[type(p)];
18640     do {  
18641       r=r-2;
18642       if ( type(r)!=mp_known )
18643         return false;
18644     } while (r!=q);
18645     return true;
18646   }
18647 }
18648
18649 @ @<Declare unary action...@>=
18650 void mp_print_known_or_unknown_type (MP mp,small_number t, integer v) { 
18651   mp_print_char(mp, '(');
18652   if ( t>mp_known ) mp_print(mp, "unknown numeric");
18653   else { if ( (t==mp_pair_type)||(t==mp_color_type)||(t==mp_cmykcolor_type) )
18654     if ( ! mp_nice_color_or_pair(mp, v,t) ) mp_print(mp, "unknown ");
18655     mp_print_type(mp, t);
18656   }
18657   mp_print_char(mp, ')');
18658 }
18659
18660 @ @<Declare unary action...@>=
18661 void mp_bad_unary (MP mp,quarterword c) { 
18662   exp_err("Not implemented: "); mp_print_op(mp, c);
18663 @.Not implemented...@>
18664   mp_print_known_or_unknown_type(mp, mp->cur_type,mp->cur_exp);
18665   help3("I'm afraid I don't know how to apply that operation to that")
18666     ("particular type. Continue, and I'll simply return the")
18667     ("argument (shown above) as the result of the operation.");
18668   mp_put_get_error(mp);
18669 }
18670
18671 @ @<Trace the current unary operation@>=
18672
18673   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{"); 
18674   mp_print_op(mp, c); mp_print_char(mp, '(');
18675   mp_print_exp(mp, null,0); /* show the operand, but not verbosely */
18676   mp_print(mp, ")}"); mp_end_diagnostic(mp, false);
18677 }
18678
18679 @ Negation is easy except when the current expression
18680 is of type |independent|, or when it is a pair with one or more
18681 |independent| components.
18682
18683 It is tempting to argue that the negative of an independent variable
18684 is an independent variable, hence we don't have to do anything when
18685 negating it. The fallacy is that other dependent variables pointing
18686 to the current expression must change the sign of their
18687 coefficients if we make no change to the current expression.
18688
18689 Instead, we work around the problem by copying the current expression
18690 and recycling it afterwards (cf.~the |stash_in| routine).
18691
18692 @<Negate the current expression@>=
18693 switch (mp->cur_type) {
18694 case mp_color_type:
18695 case mp_cmykcolor_type:
18696 case mp_pair_type:
18697 case mp_independent: 
18698   q=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, q);
18699   if ( mp->cur_type==mp_dependent ) {
18700     mp_negate_dep_list(mp, dep_list(mp->cur_exp));
18701   } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { /* |mp_color_type| or |mp_pair_type| */
18702     p=value(mp->cur_exp);
18703     r=p+mp->big_node_size[mp->cur_type];
18704     do {  
18705       r=r-2;
18706       if ( type(r)==mp_known ) negate(value(r));
18707       else mp_negate_dep_list(mp, dep_list(r));
18708     } while (r!=p);
18709   } /* if |cur_type=mp_known| then |cur_exp=0| */
18710   mp_recycle_value(mp, q); mp_free_node(mp, q,value_node_size);
18711   break;
18712 case mp_dependent:
18713 case mp_proto_dependent:
18714   mp_negate_dep_list(mp, dep_list(mp->cur_exp));
18715   break;
18716 case mp_known:
18717   negate(mp->cur_exp);
18718   break;
18719 default:
18720   mp_bad_unary(mp, minus);
18721   break;
18722 }
18723
18724 @ @<Declare unary action...@>=
18725 void mp_negate_dep_list (MP mp,pointer p) { 
18726   while (1) { 
18727     negate(value(p));
18728     if ( info(p)==null ) return;
18729     p=link(p);
18730   }
18731 }
18732
18733 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18734 case not_op: 
18735   if ( mp->cur_type!=mp_boolean_type ) mp_bad_unary(mp, not_op);
18736   else mp->cur_exp=true_code+false_code-mp->cur_exp;
18737   break;
18738
18739 @ @d three_sixty_units 23592960 /* that's |360*unity| */
18740 @d boolean_reset(A) if ( (A) ) mp->cur_exp=true_code; else mp->cur_exp=false_code
18741
18742 @<Additional cases of unary operators@>=
18743 case sqrt_op:
18744 case m_exp_op:
18745 case m_log_op:
18746 case sin_d_op:
18747 case cos_d_op:
18748 case floor_op:
18749 case  uniform_deviate:
18750 case odd_op:
18751 case char_exists_op:
18752   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
18753     mp_bad_unary(mp, c);
18754   } else {
18755     switch (c) {
18756     case sqrt_op:mp->cur_exp=mp_square_rt(mp, mp->cur_exp);break;
18757     case m_exp_op:mp->cur_exp=mp_m_exp(mp, mp->cur_exp);break;
18758     case m_log_op:mp->cur_exp=mp_m_log(mp, mp->cur_exp);break;
18759     case sin_d_op:
18760     case cos_d_op:
18761       mp_n_sin_cos(mp, (mp->cur_exp % three_sixty_units)*16);
18762       if ( c==sin_d_op ) mp->cur_exp=mp_round_fraction(mp, mp->n_sin);
18763       else mp->cur_exp=mp_round_fraction(mp, mp->n_cos);
18764       break;
18765     case floor_op:mp->cur_exp=mp_floor_scaled(mp, mp->cur_exp);break;
18766     case uniform_deviate:mp->cur_exp=mp_unif_rand(mp, mp->cur_exp);break;
18767     case odd_op: 
18768       boolean_reset(odd(mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp)));
18769       mp->cur_type=mp_boolean_type;
18770       break;
18771     case char_exists_op:
18772       @<Determine if a character has been shipped out@>;
18773       break;
18774     } /* there are no other cases */
18775   }
18776   break;
18777
18778 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18779 case angle_op:
18780   if ( mp_nice_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type) ) {
18781     p=value(mp->cur_exp);
18782     x=mp_n_arg(mp, value(x_part_loc(p)),value(y_part_loc(p)));
18783     if ( x>=0 ) mp_flush_cur_exp(mp, (x+8)/ 16);
18784     else mp_flush_cur_exp(mp, -((-x+8)/ 16));
18785   } else {
18786     mp_bad_unary(mp, angle_op);
18787   }
18788   break;
18789
18790 @ If the current expression is a pair, but the context wants it to
18791 be a path, we call |pair_to_path|.
18792
18793 @<Declare unary action...@>=
18794 void mp_pair_to_path (MP mp) { 
18795   mp->cur_exp=mp_new_knot(mp); 
18796   mp->cur_type=mp_path_type;
18797 };
18798
18799 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18800 case x_part:
18801 case y_part:
18802   if ( (mp->cur_type==mp_pair_type)||(mp->cur_type==mp_transform_type) )
18803     mp_take_part(mp, c);
18804   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18805   else mp_bad_unary(mp, c);
18806   break;
18807 case xx_part:
18808 case xy_part:
18809 case yx_part:
18810 case yy_part: 
18811   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) mp_take_part(mp, c);
18812   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18813   else mp_bad_unary(mp, c);
18814   break;
18815 case red_part:
18816 case green_part:
18817 case blue_part: 
18818   if ( mp->cur_type==mp_color_type ) mp_take_part(mp, c);
18819   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18820   else mp_bad_unary(mp, c);
18821   break;
18822 case cyan_part:
18823 case magenta_part:
18824 case yellow_part:
18825 case black_part: 
18826   if ( mp->cur_type==mp_cmykcolor_type) mp_take_part(mp, c); 
18827   else if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18828   else mp_bad_unary(mp, c);
18829   break;
18830 case grey_part: 
18831   if ( mp->cur_type==mp_known ) mp->cur_exp=value(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 color_model_part: 
18836   if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18837   else mp_bad_unary(mp, c);
18838   break;
18839
18840 @ In the following procedure, |cur_exp| points to a capsule, which points to
18841 a big node. We want to delete all but one part of the big node.
18842
18843 @<Declare unary action...@>=
18844 void mp_take_part (MP mp,quarterword c) {
18845   pointer p; /* the big node */
18846   p=value(mp->cur_exp); value(temp_val)=p; type(temp_val)=mp->cur_type;
18847   link(p)=temp_val; mp_free_node(mp, mp->cur_exp,value_node_size);
18848   mp_make_exp_copy(mp, p+mp->sector_offset[c+mp_x_part_sector-x_part]);
18849   mp_recycle_value(mp, temp_val);
18850 }
18851
18852 @ @<Initialize table entries...@>=
18853 name_type(temp_val)=mp_capsule;
18854
18855 @ @<Additional cases of unary operators@>=
18856 case font_part:
18857 case text_part:
18858 case path_part:
18859 case pen_part:
18860 case dash_part:
18861   if ( mp->cur_type==mp_picture_type ) mp_take_pict_part(mp, c);
18862   else mp_bad_unary(mp, c);
18863   break;
18864
18865 @ @<Declarations@>=
18866 void mp_scale_edges (MP mp);
18867
18868 @ @<Declare unary action...@>=
18869 void mp_take_pict_part (MP mp,quarterword c) {
18870   pointer p; /* first graphical object in |cur_exp| */
18871   p=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
18872   if ( p!=null ) {
18873     switch (c) {
18874     case x_part: case y_part: case xx_part:
18875     case xy_part: case yx_part: case yy_part:
18876       if ( type(p)==mp_text_code ) mp_flush_cur_exp(mp, text_trans_part(p+c));
18877       else goto NOT_FOUND;
18878       break;
18879     case red_part: case green_part: case blue_part:
18880       if ( has_color(p) ) mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c));
18881       else goto NOT_FOUND;
18882       break;
18883     case cyan_part: case magenta_part: case yellow_part:
18884     case black_part:
18885       if ( has_color(p) ) {
18886         if ( color_model(p)==uninitialized_model )
18887           mp_flush_cur_exp(mp, unity);
18888         else
18889           mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c+(red_part-cyan_part)));
18890       } else goto NOT_FOUND;
18891       break;
18892     case grey_part:
18893       if ( has_color(p) )
18894           mp_flush_cur_exp(mp, obj_color_part(p+c+(red_part-grey_part)));
18895       else goto NOT_FOUND;
18896       break;
18897     case color_model_part:
18898       if ( has_color(p) ) {
18899         if ( color_model(p)==uninitialized_model )
18900           mp_flush_cur_exp(mp, mp->internal[mp_default_color_model]);
18901         else
18902           mp_flush_cur_exp(mp, color_model(p)*unity);
18903       } else goto NOT_FOUND;
18904       break;
18905     @<Handle other cases in |take_pict_part| or |goto not_found|@>;
18906     } /* all cases have been enumerated */
18907     return;
18908   };
18909 NOT_FOUND:
18910   @<Convert the current expression to a null value appropriate
18911     for |c|@>;
18912 }
18913
18914 @ @<Handle other cases in |take_pict_part| or |goto not_found|@>=
18915 case text_part: 
18916   if ( type(p)!=mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
18917   else { 
18918     mp_flush_cur_exp(mp, text_p(p));
18919     add_str_ref(mp->cur_exp);
18920     mp->cur_type=mp_string_type;
18921     };
18922   break;
18923 case font_part: 
18924   if ( type(p)!=mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
18925   else { 
18926     mp_flush_cur_exp(mp, rts(mp->font_name[font_n(p)])); 
18927     add_str_ref(mp->cur_exp);
18928     mp->cur_type=mp_string_type;
18929   };
18930   break;
18931 case path_part:
18932   if ( type(p)==mp_text_code ) goto NOT_FOUND;
18933   else if ( is_stop(p) ) mp_confusion(mp, "pict");
18934 @:this can't happen pict}{\quad pict@>
18935   else { 
18936     mp_flush_cur_exp(mp, mp_copy_path(mp, path_p(p)));
18937     mp->cur_type=mp_path_type;
18938   }
18939   break;
18940 case pen_part: 
18941   if ( ! has_pen(p) ) goto NOT_FOUND;
18942   else {
18943     if ( pen_p(p)==null ) goto NOT_FOUND;
18944     else { mp_flush_cur_exp(mp, copy_pen(pen_p(p)));
18945       mp->cur_type=mp_pen_type;
18946     };
18947   }
18948   break;
18949 case dash_part: 
18950   if ( type(p)!=mp_stroked_code ) goto NOT_FOUND;
18951   else { if ( dash_p(p)==null ) goto NOT_FOUND;
18952     else { add_edge_ref(dash_p(p));
18953     mp->se_sf=dash_scale(p);
18954     mp->se_pic=dash_p(p);
18955     mp_scale_edges(mp);
18956     mp_flush_cur_exp(mp, mp->se_pic);
18957     mp->cur_type=mp_picture_type;
18958     };
18959   }
18960   break;
18961
18962 @ Since |scale_edges| had to be declared |forward|, it had to be declared as a
18963 parameterless procedure even though it really takes two arguments and updates
18964 one of them.  Hence the following globals are needed.
18965
18966 @<Global...@>=
18967 pointer se_pic;  /* edge header used and updated by |scale_edges| */
18968 scaled se_sf;  /* the scale factor argument to |scale_edges| */
18969
18970 @ @<Convert the current expression to a null value appropriate...@>=
18971 switch (c) {
18972 case text_part: case font_part: 
18973   mp_flush_cur_exp(mp, rts(""));
18974   mp->cur_type=mp_string_type;
18975   break;
18976 case path_part: 
18977   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_node(mp, knot_node_size));
18978   left_type(mp->cur_exp)=mp_endpoint;
18979   right_type(mp->cur_exp)=mp_endpoint;
18980   link(mp->cur_exp)=mp->cur_exp;
18981   x_coord(mp->cur_exp)=0;
18982   y_coord(mp->cur_exp)=0;
18983   originator(mp->cur_exp)=metapost_user;
18984   mp->cur_type=mp_path_type;
18985   break;
18986 case pen_part: 
18987   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_pen_circle(mp, 0));
18988   mp->cur_type=mp_pen_type;
18989   break;
18990 case dash_part: 
18991   mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_node(mp, edge_header_size));
18992   mp_init_edges(mp, mp->cur_exp);
18993   mp->cur_type=mp_picture_type;
18994   break;
18995 default: 
18996    mp_flush_cur_exp(mp, 0);
18997   break;
18998 }
18999
19000 @ @<Additional cases of unary...@>=
19001 case char_op: 
19002   if ( mp->cur_type!=mp_known ) { 
19003     mp_bad_unary(mp, char_op);
19004   } else { 
19005     mp->cur_exp=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp) % 256; 
19006     mp->cur_type=mp_string_type;
19007     if ( mp->cur_exp<0 ) mp->cur_exp=mp->cur_exp+256;
19008   }
19009   break;
19010 case decimal: 
19011   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
19012      mp_bad_unary(mp, decimal);
19013   } else { 
19014     mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=new_string;
19015     mp_print_scaled(mp, mp->cur_exp); mp->cur_exp=mp_make_string(mp);
19016     mp->selector=mp->old_setting; mp->cur_type=mp_string_type;
19017   }
19018   break;
19019 case oct_op:
19020 case hex_op:
19021 case ASCII_op: 
19022   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, c);
19023   else mp_str_to_num(mp, c);
19024   break;
19025 case font_size: 
19026   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, font_size);
19027   else @<Find the design size of the font whose name is |cur_exp|@>;
19028   break;
19029
19030 @ @<Declare unary action...@>=
19031 void mp_str_to_num (MP mp,quarterword c) { /* converts a string to a number */
19032   integer n; /* accumulator */
19033   ASCII_code m; /* current character */
19034   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
19035   int b; /* radix of conversion */
19036   boolean bad_char; /* did the string contain an invalid digit? */
19037   if ( c==ASCII_op ) {
19038     if ( length(mp->cur_exp)==0 ) n=-1;
19039     else n=mp->str_pool[mp->str_start[mp->cur_exp]];
19040   } else { 
19041     if ( c==oct_op ) b=8; else b=16;
19042     n=0; bad_char=false;
19043     for (k=mp->str_start[mp->cur_exp];k<=str_stop(mp->cur_exp)-1;k++) {
19044       m=mp->str_pool[k];
19045       if ( (m>='0')&&(m<='9') ) m=m-'0';
19046       else if ( (m>='A')&&(m<='F') ) m=m-'A'+10;
19047       else if ( (m>='a')&&(m<='f') ) m=m-'a'+10;
19048       else  { bad_char=true; m=0; };
19049       if ( m>=b ) { bad_char=true; m=0; };
19050       if ( n<32768 / b ) n=n*b+m; else n=32767;
19051     }
19052     @<Give error messages if |bad_char| or |n>=4096|@>;
19053   }
19054   mp_flush_cur_exp(mp, n*unity);
19055 }
19056
19057 @ @<Give error messages if |bad_char|...@>=
19058 if ( bad_char ) { 
19059   exp_err("String contains illegal digits");
19060 @.String contains illegal digits@>
19061   if ( c==oct_op ) {
19062     help1("I zeroed out characters that weren't in the range 0..7.");
19063   } else  {
19064     help1("I zeroed out characters that weren't hex digits.");
19065   }
19066   mp_put_get_error(mp);
19067 }
19068 if ( (n>4095) ) {
19069   if ( mp->internal[mp_warning_check]>0 ) {
19070     print_err("Number too large ("); 
19071     mp_print_int(mp, n); mp_print_char(mp, ')');
19072 @.Number too large@>
19073     help2("I have trouble with numbers greater than 4095; watch out.")
19074       ("(Set warningcheck:=0 to suppress this message.)");
19075     mp_put_get_error(mp);
19076   }
19077 }
19078
19079 @ The length operation is somewhat unusual in that it applies to a variety
19080 of different types of operands.
19081
19082 @<Additional cases of unary...@>=
19083 case length_op: 
19084   switch (mp->cur_type) {
19085   case mp_string_type: mp_flush_cur_exp(mp, length(mp->cur_exp)*unity); break;
19086   case mp_path_type: mp_flush_cur_exp(mp, mp_path_length(mp)); break;
19087   case mp_known: mp->cur_exp=abs(mp->cur_exp); break;
19088   case mp_picture_type: mp_flush_cur_exp(mp, mp_pict_length(mp)); break;
19089   default: 
19090     if ( mp_nice_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type) )
19091       mp_flush_cur_exp(mp, mp_pyth_add(mp, 
19092         value(x_part_loc(value(mp->cur_exp))),
19093         value(y_part_loc(value(mp->cur_exp)))));
19094     else mp_bad_unary(mp, c);
19095     break;
19096   }
19097   break;
19098
19099 @ @<Declare unary action...@>=
19100 scaled mp_path_length (MP mp) { /* computes the length of the current path */
19101   scaled n; /* the path length so far */
19102   pointer p; /* traverser */
19103   p=mp->cur_exp;
19104   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) n=-unity; else n=0;
19105   do {  p=link(p); n=n+unity; } while (p!=mp->cur_exp);
19106   return n;
19107 }
19108
19109 @ @<Declare unary action...@>=
19110 scaled mp_pict_length (MP mp) { 
19111   /* counts interior components in picture |cur_exp| */
19112   scaled n; /* the count so far */
19113   pointer p; /* traverser */
19114   n=0;
19115   p=link(dummy_loc(mp->cur_exp));
19116   if ( p!=null ) {
19117     if ( is_start_or_stop(p) )
19118       if ( mp_skip_1component(mp, p)==null ) p=link(p);
19119     while ( p!=null )  { 
19120       skip_component(p) return n; 
19121       n=n+unity;   
19122     }
19123   }
19124   return n;
19125 }
19126
19127 @ Implement |turningnumber|
19128
19129 @<Additional cases of unary...@>=
19130 case turning_op:
19131   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19132   else if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, turning_op);
19133   else if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint )
19134      mp_flush_cur_exp(mp, 0); /* not a cyclic path */
19135   else
19136     mp_flush_cur_exp(mp, mp_turn_cycles_wrapper(mp, mp->cur_exp));
19137   break;
19138
19139 @ The function |an_angle| returns the value of the |angle| primitive, or $0$ if the
19140 argument is |origin|.
19141
19142 @<Declare unary action...@>=
19143 angle mp_an_angle (MP mp,scaled xpar, scaled ypar) {
19144   if ( (! ((xpar==0) && (ypar==0))) )
19145     return mp_n_arg(mp, xpar,ypar);
19146   return 0;
19147 }
19148
19149
19150 @ The actual turning number is (for the moment) computed in a C function
19151 that receives eight integers corresponding to the four controlling points,
19152 and returns a single angle.  Besides those, we have to account for discrete
19153 moves at the actual points.
19154
19155 @d floor(a) (a>=0 ? a : -(int)(-a))
19156 @d bezier_error (720<<20)+1
19157 @d sign(v) ((v)>0 ? 1 : ((v)<0 ? -1 : 0 ))
19158 @d print_roots(a) { if (debuglevel>(65536*2))
19159    fprintf(stdout,"bezier_slope(): %s, i=%f, o=%f, angle=%f\n", (a),in,out,res); }
19160 @d out ((double)(xo>>20))
19161 @d mid ((double)(xm>>20))
19162 @d in  ((double)(xi>>20))
19163 @d divisor (256*256)
19164 @d double2angle(a) (int)floor(a*256.0*256.0*16.0)
19165
19166 @<Declare unary action...@>=
19167 angle mp_bezier_slope(MP mp, integer AX,integer AY,integer BX,integer BY,
19168             integer CX,integer CY,integer DX,integer DY, int debuglevel);
19169
19170 @ @c 
19171 angle mp_bezier_slope(MP mp, integer AX,integer AY,integer BX,integer BY,
19172             integer CX,integer CY,integer DX,integer DY, int debuglevel) {
19173   double a, b, c;
19174   integer deltax,deltay;
19175   double ax,ay,bx,by,cx,cy,dx,dy;
19176   angle xi = 0, xo = 0, xm = 0;
19177   double res = 0;
19178   ax=AX/divisor;  ay=AY/divisor;
19179   bx=BX/divisor;  by=BY/divisor;
19180   cx=CX/divisor;  cy=CY/divisor;
19181   dx=DX/divisor;  dy=DY/divisor;
19182
19183   deltax = (BX-AX); deltay = (BY-AY);
19184   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(CX-AX); deltay=(CY-AY); }
19185   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-AX); deltay=(DY-AY); }
19186   xi = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19187
19188   deltax = (CX-BX); deltay = (CY-BY);
19189   xm = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19190
19191   deltax = (DX-CX); deltay = (DY-CY);
19192   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-BX); deltay=(DY-BY); }
19193   if (deltax==0 && deltay == 0) { deltax=(DX-AX); deltay=(DY-AY); }
19194   xo = mp_an_angle(mp,deltax,deltay);
19195
19196   a = (bx-ax)*(cy-by) - (cx-bx)*(by-ay); /* a = (bp-ap)x(cp-bp); */
19197   b = (bx-ax)*(dy-cy) - (by-ay)*(dx-cx);; /* b = (bp-ap)x(dp-cp);*/
19198   c = (cx-bx)*(dy-cy) - (dx-cx)*(cy-by); /* c = (cp-bp)x(dp-cp);*/
19199
19200   if (debuglevel>(65536*2)) {
19201     fprintf(stdout,
19202       "bezier_slope(): (%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f),(%.2f,%.2f)\n",
19203               ax,ay,bx,by,cx,cy,dx,dy);
19204     fprintf(stdout,
19205       "bezier_slope(): a,b,c,b^2,4ac: (%.2f,%.2f,%.2f,%.2f,%.2f)\n",a,b,c,b*b,4*a*c);
19206   }
19207
19208   if ((a==0)&&(c==0)) {
19209     res = (b==0 ?  0 :  (out-in)); 
19210     print_roots("no roots (a)");
19211   } else if ((a==0)||(c==0)) {
19212     if ((sign(b) == sign(a)) || (sign(b) == sign(c))) {
19213       res = out-in; /* ? */
19214       if (res<-180.0) 
19215         res += 360.0;
19216       else if (res>180.0)
19217         res -= 360.0;
19218       print_roots("no roots (b)");
19219     } else {
19220       res = out-in; /* ? */
19221       print_roots("one root (a)");
19222     }
19223   } else if ((sign(a)*sign(c))<0) {
19224     res = out-in; /* ? */
19225       if (res<-180.0) 
19226         res += 360.0;
19227       else if (res>180.0)
19228         res -= 360.0;
19229     print_roots("one root (b)");
19230   } else {
19231     if (sign(a) == sign(b)) {
19232       res = out-in; /* ? */
19233       if (res<-180.0) 
19234         res += 360.0;
19235       else if (res>180.0)
19236         res -= 360.0;
19237       print_roots("no roots (d)");
19238     } else {
19239       if ((b*b) == (4*a*c)) {
19240         res = bezier_error;
19241         print_roots("double root"); /* cusp */
19242       } else if ((b*b) < (4*a*c)) {
19243         res = out-in; /* ? */
19244         if (res<=0.0 &&res>-180.0) 
19245           res += 360.0;
19246         else if (res>=0.0 && res<180.0)
19247           res -= 360.0;
19248         print_roots("no roots (e)");
19249       } else {
19250         res = out-in;
19251         if (res<-180.0) 
19252           res += 360.0;
19253         else if (res>180.0)
19254           res -= 360.0;
19255         print_roots("two roots"); /* two inflections */
19256       }
19257     }
19258   }
19259   return double2angle(res);
19260 }
19261
19262 @
19263 @d p_nextnext link(link(p))
19264 @d p_next link(p)
19265 @d seven_twenty_deg 05500000000 /* $720\cdot2^{20}$, represents $720^\circ$ */
19266
19267 @<Declare unary action...@>=
19268 scaled mp_new_turn_cycles (MP mp,pointer c) {
19269   angle res,ang; /*  the angles of intermediate results  */
19270   scaled turns;  /*  the turn counter  */
19271   pointer p;     /*  for running around the path  */
19272   integer xp,yp;   /*  coordinates of next point  */
19273   integer x,y;   /*  helper coordinates  */
19274   angle in_angle,out_angle;     /*  helper angles */
19275   int old_setting; /* saved |selector| setting */
19276   res=0;
19277   turns= 0;
19278   p=c;
19279   old_setting = mp->selector; mp->selector=term_only;
19280   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>unity ) {
19281     mp_begin_diagnostic(mp);
19282     mp_print_nl(mp, "");
19283     mp_end_diagnostic(mp, false);
19284   }
19285   do { 
19286     xp = x_coord(p_next); yp = y_coord(p_next);
19287     ang  = mp_bezier_slope(mp,x_coord(p), y_coord(p), right_x(p), right_y(p),
19288              left_x(p_next), left_y(p_next), xp, yp, 
19289              mp->internal[mp_tracing_commands]);
19290     if ( ang>seven_twenty_deg ) {
19291       print_err("Strange path");
19292       mp_error(mp);
19293       mp->selector=old_setting;
19294       return 0;
19295     }
19296     res  = res + ang;
19297     if ( res > one_eighty_deg ) {
19298       res = res - three_sixty_deg;
19299       turns = turns + unity;
19300     }
19301     if ( res <= -one_eighty_deg ) {
19302       res = res + three_sixty_deg;
19303       turns = turns - unity;
19304     }
19305     /*  incoming angle at next point  */
19306     x = left_x(p_next);  y = left_y(p_next);
19307     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = right_x(p);  y = right_y(p);  };
19308     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = x_coord(p);  y = y_coord(p);  };
19309     in_angle = mp_an_angle(mp, xp - x, yp - y);
19310     /*  outgoing angle at next point  */
19311     x = right_x(p_next);  y = right_y(p_next);
19312     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = left_x(p_nextnext);  y = left_y(p_nextnext);  };
19313     if ( (xp==x)&&(yp==y) ) { x = x_coord(p_nextnext); y = y_coord(p_nextnext); };
19314     out_angle = mp_an_angle(mp, x - xp, y- yp);
19315     ang  = (out_angle - in_angle);
19316     reduce_angle(ang);
19317     if ( ang!=0 ) {
19318       res  = res + ang;
19319       if ( res >= one_eighty_deg ) {
19320         res = res - three_sixty_deg;
19321         turns = turns + unity;
19322       };
19323       if ( res <= -one_eighty_deg ) {
19324         res = res + three_sixty_deg;
19325         turns = turns - unity;
19326       };
19327     };
19328     p = link(p);
19329   } while (p!=c);
19330   mp->selector=old_setting;
19331   return turns;
19332 }
19333
19334
19335 @ This code is based on Bogus\l{}av Jackowski's
19336 |emergency_turningnumber| macro, with some minor changes by Taco
19337 Hoekwater. The macro code looked more like this:
19338 {\obeylines
19339 vardef turning\_number primary p =
19340 ~~save res, ang, turns;
19341 ~~res := 0;
19342 ~~if length p <= 2:
19343 ~~~~if Angle ((point 0 of p) - (postcontrol 0 of p)) >= 0:  1  else: -1 fi
19344 ~~else:
19345 ~~~~for t = 0 upto length p-1 :
19346 ~~~~~~angc := Angle ((point t+1 of p)  - (point t of p))
19347 ~~~~~~~~- Angle ((point t of p) - (point t-1 of p));
19348 ~~~~~~if angc > 180: angc := angc - 360; fi;
19349 ~~~~~~if angc < -180: angc := angc + 360; fi;
19350 ~~~~~~res  := res + angc;
19351 ~~~~endfor;
19352 ~~res/360
19353 ~~fi
19354 enddef;}
19355 The general idea is to calculate only the sum of the angles of
19356 straight lines between the points, of a path, not worrying about cusps
19357 or self-intersections in the segments at all. If the segment is not
19358 well-behaved, the result is not necesarily correct. But the old code
19359 was not always correct either, and worse, it sometimes failed for
19360 well-behaved paths as well. All known bugs that were triggered by the
19361 original code no longer occur with this code, and it runs roughly 3
19362 times as fast because the algorithm is much simpler.
19363
19364 @ It is possible to overflow the return value of the |turn_cycles|
19365 function when the path is sufficiently long and winding, but I am not
19366 going to bother testing for that. In any case, it would only return
19367 the looped result value, which is not a big problem.
19368
19369 The macro code for the repeat loop was a bit nicer to look
19370 at than the pascal code, because it could use |point -1 of p|. In
19371 pascal, the fastest way to loop around the path is not to look
19372 backward once, but forward twice. These defines help hide the trick.
19373
19374 @d p_to link(link(p))
19375 @d p_here link(p)
19376 @d p_from p
19377
19378 @<Declare unary action...@>=
19379 scaled mp_turn_cycles (MP mp,pointer c) {
19380   angle res,ang; /*  the angles of intermediate results  */
19381   scaled turns;  /*  the turn counter  */
19382   pointer p;     /*  for running around the path  */
19383   res=0;  turns= 0; p=c;
19384   do { 
19385     ang  = mp_an_angle (mp, x_coord(p_to) - x_coord(p_here), 
19386                             y_coord(p_to) - y_coord(p_here))
19387         - mp_an_angle (mp, x_coord(p_here) - x_coord(p_from), 
19388                            y_coord(p_here) - y_coord(p_from));
19389     reduce_angle(ang);
19390     res  = res + ang;
19391     if ( res >= three_sixty_deg )  {
19392       res = res - three_sixty_deg;
19393       turns = turns + unity;
19394     };
19395     if ( res <= -three_sixty_deg ) {
19396       res = res + three_sixty_deg;
19397       turns = turns - unity;
19398     };
19399     p = link(p);
19400   } while (p!=c);
19401   return turns;
19402 }
19403
19404 @ @<Declare unary action...@>=
19405 scaled mp_turn_cycles_wrapper (MP mp,pointer c) {
19406   scaled nval,oval;
19407   scaled saved_t_o; /* tracing\_online saved  */
19408   if ( (link(c)==c)||(link(link(c))==c) ) {
19409     if ( mp_an_angle (mp, x_coord(c) - right_x(c),  y_coord(c) - right_y(c)) > 0 )
19410       return unity;
19411     else
19412       return -unity;
19413   } else {
19414     nval = mp_new_turn_cycles(mp, c);
19415     oval = mp_turn_cycles(mp, c);
19416     if ( nval!=oval ) {
19417       saved_t_o=mp->internal[mp_tracing_online];
19418       mp->internal[mp_tracing_online]=unity;
19419       mp_begin_diagnostic(mp);
19420       mp_print_nl (mp, "Warning: the turningnumber algorithms do not agree."
19421                        " The current computed value is ");
19422       mp_print_scaled(mp, nval);
19423       mp_print(mp, ", but the 'connect-the-dots' algorithm returned ");
19424       mp_print_scaled(mp, oval);
19425       mp_end_diagnostic(mp, false);
19426       mp->internal[mp_tracing_online]=saved_t_o;
19427     }
19428     return nval;
19429   }
19430 }
19431
19432 @ @<Declare unary action...@>=
19433 scaled mp_count_turns (MP mp,pointer c) {
19434   pointer p; /* a knot in envelope spec |c| */
19435   integer t; /* total pen offset changes counted */
19436   t=0; p=c;
19437   do {  
19438     t=t+info(p)-zero_off;
19439     p=link(p);
19440   } while (p!=c);
19441   return ((t / 3)*unity);
19442 }
19443
19444 @ @d type_range(A,B) { 
19445   if ( (mp->cur_type>=(A)) && (mp->cur_type<=(B)) ) 
19446     mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19447   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19448   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19449   }
19450 @d type_test(A) { 
19451   if ( mp->cur_type==(A) ) mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19452   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19453   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19454   }
19455
19456 @<Additional cases of unary operators@>=
19457 case mp_boolean_type: 
19458   type_range(mp_boolean_type,mp_unknown_boolean); break;
19459 case mp_string_type: 
19460   type_range(mp_string_type,mp_unknown_string); break;
19461 case mp_pen_type: 
19462   type_range(mp_pen_type,mp_unknown_pen); break;
19463 case mp_path_type: 
19464   type_range(mp_path_type,mp_unknown_path); break;
19465 case mp_picture_type: 
19466   type_range(mp_picture_type,mp_unknown_picture); break;
19467 case mp_transform_type: case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type:
19468 case mp_pair_type: 
19469   type_test(c); break;
19470 case mp_numeric_type: 
19471   type_range(mp_known,mp_independent); break;
19472 case known_op: case unknown_op: 
19473   mp_test_known(mp, c); break;
19474
19475 @ @<Declare unary action procedures@>=
19476 void mp_test_known (MP mp,quarterword c) {
19477   int b; /* is the current expression known? */
19478   pointer p,q; /* locations in a big node */
19479   b=false_code;
19480   switch (mp->cur_type) {
19481   case mp_vacuous: case mp_boolean_type: case mp_string_type:
19482   case mp_pen_type: case mp_path_type: case mp_picture_type:
19483   case mp_known: 
19484     b=true_code;
19485     break;
19486   case mp_transform_type:
19487   case mp_color_type: case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type: 
19488     p=value(mp->cur_exp);
19489     q=p+mp->big_node_size[mp->cur_type];
19490     do {  
19491       q=q-2;
19492       if ( type(q)!=mp_known ) 
19493        goto DONE;
19494     } while (q!=p);
19495     b=true_code;
19496   DONE:  
19497     break;
19498   default: 
19499     break;
19500   }
19501   if ( c==known_op ) mp_flush_cur_exp(mp, b);
19502   else mp_flush_cur_exp(mp, true_code+false_code-b);
19503   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19504 }
19505
19506 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19507 case cycle_op: 
19508   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19509   else if ( left_type(mp->cur_exp)!=mp_endpoint ) mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19510   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19511   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19512   break;
19513
19514 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19515 case arc_length: 
19516   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19517   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, arc_length);
19518   else mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_arc_length(mp, mp->cur_exp));
19519   break;
19520
19521 @ Here we use the fact that |c-filled_op+fill_code| is the desired graphical
19522 object |type|.
19523 @^data structure assumptions@>
19524
19525 @<Additional cases of unary operators@>=
19526 case filled_op:
19527 case stroked_op:
19528 case textual_op:
19529 case clipped_op:
19530 case bounded_op:
19531   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19532   else if ( link(dummy_loc(mp->cur_exp))==null ) mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19533   else if ( type(link(dummy_loc(mp->cur_exp)))==c+mp_fill_code-filled_op )
19534     mp_flush_cur_exp(mp, true_code);
19535   else mp_flush_cur_exp(mp, false_code);
19536   mp->cur_type=mp_boolean_type;
19537   break;
19538
19539 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19540 case make_pen_op: 
19541   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19542   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) mp_bad_unary(mp, make_pen_op);
19543   else { 
19544     mp->cur_type=mp_pen_type;
19545     mp->cur_exp=mp_make_pen(mp, mp->cur_exp,true);
19546   };
19547   break;
19548 case make_path_op: 
19549   if ( mp->cur_type!=mp_pen_type ) mp_bad_unary(mp, make_path_op);
19550   else  { 
19551     mp->cur_type=mp_path_type;
19552     mp_make_path(mp, mp->cur_exp);
19553   };
19554   break;
19555 case reverse: 
19556   if ( mp->cur_type==mp_path_type ) {
19557     p=mp_htap_ypoc(mp, mp->cur_exp);
19558     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) p=link(p);
19559     mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp); mp->cur_exp=p;
19560   } else if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
19561   else mp_bad_unary(mp, reverse);
19562   break;
19563
19564 @ The |pair_value| routine changes the current expression to a
19565 given ordered pair of values.
19566
19567 @<Declare unary action procedures@>=
19568 void mp_pair_value (MP mp,scaled x, scaled y) {
19569   pointer p; /* a pair node */
19570   p=mp_get_node(mp, value_node_size); 
19571   mp_flush_cur_exp(mp, p); mp->cur_type=mp_pair_type;
19572   type(p)=mp_pair_type; name_type(p)=mp_capsule; mp_init_big_node(mp, p);
19573   p=value(p);
19574   type(x_part_loc(p))=mp_known; value(x_part_loc(p))=x;
19575   type(y_part_loc(p))=mp_known; value(y_part_loc(p))=y;
19576 }
19577
19578 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19579 case ll_corner_op: 
19580   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ll_corner_op);
19581   else mp_pair_value(mp, minx,miny);
19582   break;
19583 case lr_corner_op: 
19584   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, lr_corner_op);
19585   else mp_pair_value(mp, maxx,miny);
19586   break;
19587 case ul_corner_op: 
19588   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ul_corner_op);
19589   else mp_pair_value(mp, minx,maxy);
19590   break;
19591 case ur_corner_op: 
19592   if ( ! mp_get_cur_bbox(mp) ) mp_bad_unary(mp, ur_corner_op);
19593   else mp_pair_value(mp, maxx,maxy);
19594   break;
19595
19596 @ Here is a function that sets |minx|, |maxx|, |miny|, |maxy| to the bounding
19597 box of the current expression.  The boolean result is |false| if the expression
19598 has the wrong type.
19599
19600 @<Declare unary action procedures@>=
19601 boolean mp_get_cur_bbox (MP mp) { 
19602   switch (mp->cur_type) {
19603   case mp_picture_type: 
19604     mp_set_bbox(mp, mp->cur_exp,true);
19605     if ( minx_val(mp->cur_exp)>maxx_val(mp->cur_exp) ) {
19606       minx=0; maxx=0; miny=0; maxy=0;
19607     } else { 
19608       minx=minx_val(mp->cur_exp);
19609       maxx=maxx_val(mp->cur_exp);
19610       miny=miny_val(mp->cur_exp);
19611       maxy=maxy_val(mp->cur_exp);
19612     }
19613     break;
19614   case mp_path_type: 
19615     mp_path_bbox(mp, mp->cur_exp);
19616     break;
19617   case mp_pen_type: 
19618     mp_pen_bbox(mp, mp->cur_exp);
19619     break;
19620   default: 
19621     return false;
19622   }
19623   return true;
19624 }
19625
19626 @ @<Additional cases of unary operators@>=
19627 case read_from_op:
19628 case close_from_op: 
19629   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) mp_bad_unary(mp, c);
19630   else mp_do_read_or_close(mp,c);
19631   break;
19632
19633 @ Here is a routine that interprets |cur_exp| as a file name and tries to read
19634 a line from the file or to close the file.
19635
19636 @d close_file 46 /* go here when closing the file */
19637
19638 @<Declare unary action procedures@>=
19639 void mp_do_read_or_close (MP mp,quarterword c) {
19640   readf_index n,n0; /* indices for searching |rd_fname| */
19641   @<Find the |n| where |rd_fname[n]=cur_exp|; if |cur_exp| must be inserted,
19642     call |start_read_input| and |goto found| or |not_found|@>;
19643   mp_begin_file_reading(mp);
19644   name=is_read;
19645   if ( mp_input_ln(mp, mp->rd_file[n],true) ) 
19646     goto FOUND;
19647   mp_end_file_reading(mp);
19648 NOT_FOUND:
19649   @<Record the end of file and set |cur_exp| to a dummy value@>;
19650   return;
19651 CLOSE_FILE:
19652   mp_flush_cur_exp(mp, 0); mp->cur_type=mp_vacuous; 
19653   return;
19654 FOUND:
19655   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
19656   mp_finish_read(mp);
19657 }
19658
19659 @ Free slots in the |rd_file| and |rd_fname| arrays are marked with NULL's in
19660 |rd_fname|.
19661
19662 @<Find the |n| where |rd_fname[n]=cur_exp|...@>=
19663 {   
19664   char *fn;
19665   n=mp->read_files;
19666   n0=mp->read_files;
19667   fn = str(mp->cur_exp);
19668   while (mp_xstrcmp(fn,mp->rd_fname[n])!=0) { 
19669     if ( n>0 ) {
19670       decr(n);
19671     } else if ( c==close_from_op ) {
19672       goto CLOSE_FILE;
19673     } else {
19674       if ( n0==mp->read_files ) {
19675         if ( mp->read_files<mp->max_read_files ) {
19676           incr(mp->read_files);
19677         } else {
19678           FILE **rd_file;
19679           char **rd_fname;
19680               readf_index l,k;
19681           l = mp->max_read_files + (mp->max_read_files>>2);
19682           rd_file = xmalloc((l+1), sizeof(FILE *));
19683           rd_fname = xmalloc((l+1), sizeof(char *));
19684               for (k=0;k<=l;k++) {
19685             if (k<=mp->max_read_files) {
19686                   rd_file[k]=mp->rd_file[k]; 
19687               rd_fname[k]=mp->rd_fname[k];
19688             } else {
19689               rd_file[k]=0; 
19690               rd_fname[k]=NULL;
19691             }
19692           }
19693               xfree(mp->rd_file); xfree(mp->rd_fname);
19694           mp->max_read_files = l;
19695           mp->rd_file = rd_file;
19696           mp->rd_fname = rd_fname;
19697         }
19698       }
19699       n=n0;
19700       if ( mp_start_read_input(mp,fn,n) ) 
19701         goto FOUND;
19702       else 
19703         goto NOT_FOUND;
19704     }
19705     if ( mp->rd_fname[n]==NULL ) { n0=n; }
19706   } 
19707   if ( c==close_from_op ) { 
19708     fclose(mp->rd_file[n]); 
19709     goto NOT_FOUND; 
19710   }
19711 }
19712
19713 @ @<Record the end of file and set |cur_exp| to a dummy value@>=
19714 xfree(mp->rd_fname[n]);
19715 mp->rd_fname[n]=NULL;
19716 if ( n==mp->read_files-1 ) mp->read_files=n;
19717 if ( c==close_from_op ) 
19718   goto CLOSE_FILE;
19719 mp_flush_cur_exp(mp, mp->eof_line);
19720 mp->cur_type=mp_string_type
19721
19722 @ The string denoting end-of-file is a one-byte string at position zero, by definition
19723
19724 @<Glob...@>=
19725 str_number eof_line;
19726
19727 @ @<Set init...@>=
19728 mp->eof_line=0;
19729
19730 @ Finally, we have the operations that combine a capsule~|p|
19731 with the current expression.
19732
19733 @c @<Declare binary action procedures@>;
19734 void mp_do_binary (MP mp,pointer p, quarterword c) {
19735   pointer q,r,rr; /* for list manipulation */
19736   pointer old_p,old_exp; /* capsules to recycle */
19737   integer v; /* for numeric manipulation */
19738   check_arith;
19739   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) {
19740     @<Trace the current binary operation@>;
19741   }
19742   @<Sidestep |independent| cases in capsule |p|@>;
19743   @<Sidestep |independent| cases in the current expression@>;
19744   switch (c) {
19745   case plus: case minus:
19746     @<Add or subtract the current expression from |p|@>;
19747     break;
19748   @<Additional cases of binary operators@>;
19749   }; /* there are no other cases */
19750   mp_recycle_value(mp, p); 
19751   mp_free_node(mp, p,value_node_size); /* |return| to avoid this */
19752   check_arith; 
19753   @<Recycle any sidestepped |independent| capsules@>;
19754 }
19755
19756 @ @<Declare binary action...@>=
19757 void mp_bad_binary (MP mp,pointer p, quarterword c) { 
19758   mp_disp_err(mp, p,"");
19759   exp_err("Not implemented: ");
19760 @.Not implemented...@>
19761   if ( c>=min_of ) mp_print_op(mp, c);
19762   mp_print_known_or_unknown_type(mp, type(p),p);
19763   if ( c>=min_of ) mp_print(mp, "of"); else mp_print_op(mp, c);
19764   mp_print_known_or_unknown_type(mp, mp->cur_type,mp->cur_exp);
19765   help3("I'm afraid I don't know how to apply that operation to that")
19766        ("combination of types. Continue, and I'll return the second")
19767       ("argument (see above) as the result of the operation.");
19768   mp_put_get_error(mp);
19769 }
19770
19771 @ @<Trace the current binary operation@>=
19772
19773   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{(");
19774   mp_print_exp(mp,p,0); /* show the operand, but not verbosely */
19775   mp_print_char(mp,')'); mp_print_op(mp,c); mp_print_char(mp,'(');
19776   mp_print_exp(mp,null,0); mp_print(mp,")}"); 
19777   mp_end_diagnostic(mp, false);
19778 }
19779
19780 @ Several of the binary operations are potentially complicated by the
19781 fact that |independent| values can sneak into capsules. For example,
19782 we've seen an instance of this difficulty in the unary operation
19783 of negation. In order to reduce the number of cases that need to be
19784 handled, we first change the two operands (if necessary)
19785 to rid them of |independent| components. The original operands are
19786 put into capsules called |old_p| and |old_exp|, which will be
19787 recycled after the binary operation has been safely carried out.
19788
19789 @<Recycle any sidestepped |independent| capsules@>=
19790 if ( old_p!=null ) { 
19791   mp_recycle_value(mp, old_p); mp_free_node(mp, old_p,value_node_size);
19792 }
19793 if ( old_exp!=null ) {
19794   mp_recycle_value(mp, old_exp); mp_free_node(mp, old_exp,value_node_size);
19795 }
19796
19797 @ A big node is considered to be ``tarnished'' if it contains at least one
19798 independent component. We will define a simple function called `|tarnished|'
19799 that returns |null| if and only if its argument is not tarnished.
19800
19801 @<Sidestep |independent| cases in capsule |p|@>=
19802 switch (type(p)) {
19803 case mp_transform_type:
19804 case mp_color_type:
19805 case mp_cmykcolor_type:
19806 case mp_pair_type: 
19807   old_p=mp_tarnished(mp, p);
19808   break;
19809 case mp_independent: old_p=mp_void; break;
19810 default: old_p=null; break;
19811 };
19812 if ( old_p!=null ) {
19813   q=mp_stash_cur_exp(mp); old_p=p; mp_make_exp_copy(mp, old_p);
19814   p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q);
19815 }
19816
19817 @ @<Sidestep |independent| cases in the current expression@>=
19818 switch (mp->cur_type) {
19819 case mp_transform_type:
19820 case mp_color_type:
19821 case mp_cmykcolor_type:
19822 case mp_pair_type: 
19823   old_exp=mp_tarnished(mp, mp->cur_exp);
19824   break;
19825 case mp_independent:old_exp=mp_void; break;
19826 default: old_exp=null; break;
19827 };
19828 if ( old_exp!=null ) {
19829   old_exp=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, old_exp);
19830 }
19831
19832 @ @<Declare binary action...@>=
19833 pointer mp_tarnished (MP mp,pointer p) {
19834   pointer q; /* beginning of the big node */
19835   pointer r; /* current position in the big node */
19836   q=value(p); r=q+mp->big_node_size[type(p)];
19837   do {  
19838    r=r-2;
19839    if ( type(r)==mp_independent ) return mp_void; 
19840   } while (r!=q);
19841   return null;
19842 }
19843
19844 @ @<Add or subtract the current expression from |p|@>=
19845 if ( (mp->cur_type<mp_color_type)||(type(p)<mp_color_type) ) {
19846   mp_bad_binary(mp, p,c);
19847 } else  {
19848   if ((mp->cur_type>mp_pair_type)&&(type(p)>mp_pair_type) ) {
19849     mp_add_or_subtract(mp, p,null,c);
19850   } else {
19851     if ( mp->cur_type!=type(p) )  {
19852       mp_bad_binary(mp, p,c);
19853     } else { 
19854       q=value(p); r=value(mp->cur_exp);
19855       rr=r+mp->big_node_size[mp->cur_type];
19856       while ( r<rr ) { 
19857         mp_add_or_subtract(mp, q,r,c);
19858         q=q+2; r=r+2;
19859       }
19860     }
19861   }
19862 }
19863
19864 @ The first argument to |add_or_subtract| is the location of a value node
19865 in a capsule or pair node that will soon be recycled. The second argument
19866 is either a location within a pair or transform node of |cur_exp|,
19867 or it is null (which means that |cur_exp| itself should be the second
19868 argument).  The third argument is either |plus| or |minus|.
19869
19870 The sum or difference of the numeric quantities will replace the second
19871 operand.  Arithmetic overflow may go undetected; users aren't supposed to
19872 be monkeying around with really big values.
19873
19874 @<Declare binary action...@>=
19875 @<Declare the procedure called |dep_finish|@>;
19876 void mp_add_or_subtract (MP mp,pointer p, pointer q, quarterword c) {
19877   small_number s,t; /* operand types */
19878   pointer r; /* list traverser */
19879   integer v; /* second operand value */
19880   if ( q==null ) { 
19881     t=mp->cur_type;
19882     if ( t<mp_dependent ) v=mp->cur_exp; else v=dep_list(mp->cur_exp);
19883   } else { 
19884     t=type(q);
19885     if ( t<mp_dependent ) v=value(q); else v=dep_list(q);
19886   }
19887   if ( t==mp_known ) {
19888     if ( c==minus ) negate(v);
19889     if ( type(p)==mp_known ) {
19890       v=mp_slow_add(mp, value(p),v);
19891       if ( q==null ) mp->cur_exp=v; else value(q)=v;
19892       return;
19893     }
19894     @<Add a known value to the constant term of |dep_list(p)|@>;
19895   } else  { 
19896     if ( c==minus ) mp_negate_dep_list(mp, v);
19897     @<Add operand |p| to the dependency list |v|@>;
19898   }
19899 }
19900
19901 @ @<Add a known value to the constant term of |dep_list(p)|@>=
19902 r=dep_list(p);
19903 while ( info(r)!=null ) r=link(r);
19904 value(r)=mp_slow_add(mp, value(r),v);
19905 if ( q==null ) {
19906   q=mp_get_node(mp, value_node_size); mp->cur_exp=q; mp->cur_type=type(p);
19907   name_type(q)=mp_capsule;
19908 }
19909 dep_list(q)=dep_list(p); type(q)=type(p);
19910 prev_dep(q)=prev_dep(p); link(prev_dep(p))=q;
19911 type(p)=mp_known; /* this will keep the recycler from collecting non-garbage */
19912
19913 @ We prefer |dependent| lists to |mp_proto_dependent| ones, because it is
19914 nice to retain the extra accuracy of |fraction| coefficients.
19915 But we have to handle both kinds, and mixtures too.
19916
19917 @<Add operand |p| to the dependency list |v|@>=
19918 if ( type(p)==mp_known ) {
19919   @<Add the known |value(p)| to the constant term of |v|@>;
19920 } else { 
19921   s=type(p); r=dep_list(p);
19922   if ( t==mp_dependent ) {
19923     if ( s==mp_dependent ) {
19924       if ( mp_max_coef(mp, r)+mp_max_coef(mp, v)<coef_bound )
19925         v=mp_p_plus_q(mp, v,r,mp_dependent); goto DONE;
19926       } /* |fix_needed| will necessarily be false */
19927       t=mp_proto_dependent; 
19928       v=mp_p_over_v(mp, v,unity,mp_dependent,mp_proto_dependent);
19929     }
19930     if ( s==mp_proto_dependent ) v=mp_p_plus_q(mp, v,r,mp_proto_dependent);
19931     else v=mp_p_plus_fq(mp, v,unity,r,mp_proto_dependent,mp_dependent);
19932  DONE:  
19933     @<Output the answer, |v| (which might have become |known|)@>;
19934   }
19935
19936 @ @<Add the known |value(p)| to the constant term of |v|@>=
19937
19938   while ( info(v)!=null ) v=link(v);
19939   value(v)=mp_slow_add(mp, value(p),value(v));
19940 }
19941
19942 @ @<Output the answer, |v| (which might have become |known|)@>=
19943 if ( q!=null ) mp_dep_finish(mp, v,q,t);
19944 else  { mp->cur_type=t; mp_dep_finish(mp, v,null,t); }
19945
19946 @ Here's the current situation: The dependency list |v| of type |t|
19947 should either be put into the current expression (if |q=null|) or
19948 into location |q| within a pair node (otherwise). The destination (|cur_exp|
19949 or |q|) formerly held a dependency list with the same
19950 final pointer as the list |v|.
19951
19952 @<Declare the procedure called |dep_finish|@>=
19953 void mp_dep_finish (MP mp, pointer v, pointer q, small_number t) {
19954   pointer p; /* the destination */
19955   scaled vv; /* the value, if it is |known| */
19956   if ( q==null ) p=mp->cur_exp; else p=q;
19957   dep_list(p)=v; type(p)=t;
19958   if ( info(v)==null ) { 
19959     vv=value(v);
19960     if ( q==null ) { 
19961       mp_flush_cur_exp(mp, vv);
19962     } else  { 
19963       mp_recycle_value(mp, p); type(q)=mp_known; value(q)=vv; 
19964     }
19965   } else if ( q==null ) {
19966     mp->cur_type=t;
19967   }
19968   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
19969 }
19970
19971 @ Let's turn now to the six basic relations of comparison.
19972
19973 @<Additional cases of binary operators@>=
19974 case less_than: case less_or_equal: case greater_than:
19975 case greater_or_equal: case equal_to: case unequal_to:
19976   check_arith; /* at this point |arith_error| should be |false|? */
19977   if ( (mp->cur_type>mp_pair_type)&&(type(p)>mp_pair_type) ) {
19978     mp_add_or_subtract(mp, p,null,minus); /* |cur_exp:=(p)-cur_exp| */
19979   } else if ( mp->cur_type!=type(p) ) {
19980     mp_bad_binary(mp, p,c); goto DONE; 
19981   } else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
19982     mp_flush_cur_exp(mp, mp_str_vs_str(mp, value(p),mp->cur_exp));
19983   } else if ((mp->cur_type==mp_unknown_string)||
19984            (mp->cur_type==mp_unknown_boolean) ) {
19985     @<Check if unknowns have been equated@>;
19986   } else if ( (mp->cur_type<=mp_pair_type)&&(mp->cur_type>=mp_transform_type)) {
19987     @<Reduce comparison of big nodes to comparison of scalars@>;
19988   } else if ( mp->cur_type==mp_boolean_type ) {
19989     mp_flush_cur_exp(mp, mp->cur_exp-value(p));
19990   } else { 
19991     mp_bad_binary(mp, p,c); goto DONE;
19992   }
19993   @<Compare the current expression with zero@>;
19994 DONE:  
19995   mp->arith_error=false; /* ignore overflow in comparisons */
19996   break;
19997
19998 @ @<Compare the current expression with zero@>=
19999 if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
20000   if ( mp->cur_type<mp_known ) {
20001     mp_disp_err(mp, p,"");
20002     help1("The quantities shown above have not been equated.")
20003   } else  {
20004     help2("Oh dear. I can\'t decide if the expression above is positive,")
20005      ("negative, or zero. So this comparison test won't be `true'.");
20006   }
20007   exp_err("Unknown relation will be considered false");
20008 @.Unknown relation...@>
20009   mp_put_get_flush_error(mp, false_code);
20010 } else {
20011   switch (c) {
20012   case less_than: boolean_reset(mp->cur_exp<0); break;
20013   case less_or_equal: boolean_reset(mp->cur_exp<=0); break;
20014   case greater_than: boolean_reset(mp->cur_exp>0); break;
20015   case greater_or_equal: boolean_reset(mp->cur_exp>=0); break;
20016   case equal_to: boolean_reset(mp->cur_exp==0); break;
20017   case unequal_to: boolean_reset(mp->cur_exp!=0); break;
20018   }; /* there are no other cases */
20019 }
20020 mp->cur_type=mp_boolean_type
20021
20022 @ When two unknown strings are in the same ring, we know that they are
20023 equal. Otherwise, we don't know whether they are equal or not, so we
20024 make no change.
20025
20026 @<Check if unknowns have been equated@>=
20027
20028   q=value(mp->cur_exp);
20029   while ( (q!=mp->cur_exp)&&(q!=p) ) q=value(q);
20030   if ( q==p ) mp_flush_cur_exp(mp, 0);
20031 }
20032
20033 @ @<Reduce comparison of big nodes to comparison of scalars@>=
20034
20035   q=value(p); r=value(mp->cur_exp);
20036   rr=r+mp->big_node_size[mp->cur_type]-2;
20037   while (1) { mp_add_or_subtract(mp, q,r,minus);
20038     if ( type(r)!=mp_known ) break;
20039     if ( value(r)!=0 ) break;
20040     if ( r==rr ) break;
20041     q=q+2; r=r+2;
20042   }
20043   mp_take_part(mp, name_type(r)+x_part-mp_x_part_sector);
20044 }
20045
20046 @ Here we use the sneaky fact that |and_op-false_code=or_op-true_code|.
20047
20048 @<Additional cases of binary operators@>=
20049 case and_op:
20050 case or_op: 
20051   if ( (type(p)!=mp_boolean_type)||(mp->cur_type!=mp_boolean_type) )
20052     mp_bad_binary(mp, p,c);
20053   else if ( value(p)==c+false_code-and_op ) mp->cur_exp=value(p);
20054   break;
20055
20056 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20057 case times: 
20058   if ( (mp->cur_type<mp_color_type)||(type(p)<mp_color_type) ) {
20059    mp_bad_binary(mp, p,times);
20060   } else if ( (mp->cur_type==mp_known)||(type(p)==mp_known) ) {
20061     @<Multiply when at least one operand is known@>;
20062   } else if ( (mp_nice_color_or_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type>mp_pair_type))
20063       ||(mp_nice_color_or_pair(mp, mp->cur_exp,mp->cur_type)&&
20064           (type(p)>mp_pair_type)) ) {
20065     mp_hard_times(mp, p); return;
20066   } else {
20067     mp_bad_binary(mp, p,times);
20068   }
20069   break;
20070
20071 @ @<Multiply when at least one operand is known@>=
20072
20073   if ( type(p)==mp_known ) {
20074     v=value(p); mp_free_node(mp, p,value_node_size); 
20075   } else {
20076     v=mp->cur_exp; mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20077   }
20078   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20079     mp->cur_exp=mp_take_scaled(mp, mp->cur_exp,v);
20080   } else if ( (mp->cur_type==mp_pair_type)||(mp->cur_type==mp_color_type)||
20081               (mp->cur_type==mp_cmykcolor_type) ) {
20082     p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20083     do {  
20084        p=p-2; mp_dep_mult(mp, p,v,true);
20085     } while (p!=value(mp->cur_exp));
20086   } else {
20087     mp_dep_mult(mp, null,v,true);
20088   }
20089   return;
20090 }
20091
20092 @ @<Declare binary action...@>=
20093 void mp_dep_mult (MP mp,pointer p, integer v, boolean v_is_scaled) {
20094   pointer q; /* the dependency list being multiplied by |v| */
20095   small_number s,t; /* its type, before and after */
20096   if ( p==null ) {
20097     q=mp->cur_exp;
20098   } else if ( type(p)!=mp_known ) {
20099     q=p;
20100   } else { 
20101     if ( v_is_scaled ) value(p)=mp_take_scaled(mp, value(p),v);
20102     else value(p)=mp_take_fraction(mp, value(p),v);
20103     return;
20104   };
20105   t=type(q); q=dep_list(q); s=t;
20106   if ( t==mp_dependent ) if ( v_is_scaled )
20107     if (mp_ab_vs_cd(mp, mp_max_coef(mp,q),abs(v),coef_bound-1,unity)>=0 ) 
20108       t=mp_proto_dependent;
20109   q=mp_p_times_v(mp, q,v,s,t,v_is_scaled); 
20110   mp_dep_finish(mp, q,p,t);
20111 }
20112
20113 @ Here is a routine that is similar to |times|; but it is invoked only
20114 internally, when |v| is a |fraction| whose magnitude is at most~1,
20115 and when |cur_type>=mp_color_type|.
20116
20117 @c void mp_frac_mult (MP mp,scaled n, scaled d) {
20118   /* multiplies |cur_exp| by |n/d| */
20119   pointer p; /* a pair node */
20120   pointer old_exp; /* a capsule to recycle */
20121   fraction v; /* |n/d| */
20122   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) {
20123     @<Trace the fraction multiplication@>;
20124   }
20125   switch (mp->cur_type) {
20126   case mp_transform_type:
20127   case mp_color_type:
20128   case mp_cmykcolor_type:
20129   case mp_pair_type:
20130    old_exp=mp_tarnished(mp, mp->cur_exp);
20131    break;
20132   case mp_independent: old_exp=mp_void; break;
20133   default: old_exp=null; break;
20134   }
20135   if ( old_exp!=null ) { 
20136      old_exp=mp->cur_exp; mp_make_exp_copy(mp, old_exp);
20137   }
20138   v=mp_make_fraction(mp, n,d);
20139   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20140     mp->cur_exp=mp_take_fraction(mp, mp->cur_exp,v);
20141   } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { 
20142     p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20143     do {  
20144       p=p-2;
20145       mp_dep_mult(mp, p,v,false);
20146     } while (p!=value(mp->cur_exp));
20147   } else {
20148     mp_dep_mult(mp, null,v,false);
20149   }
20150   if ( old_exp!=null ) {
20151     mp_recycle_value(mp, old_exp); 
20152     mp_free_node(mp, old_exp,value_node_size);
20153   }
20154 }
20155
20156 @ @<Trace the fraction multiplication@>=
20157
20158   mp_begin_diagnostic(mp); 
20159   mp_print_nl(mp, "{("); mp_print_scaled(mp,n); mp_print_char(mp,'/');
20160   mp_print_scaled(mp,d); mp_print(mp,")*("); mp_print_exp(mp,null,0); 
20161   mp_print(mp,")}");
20162   mp_end_diagnostic(mp, false);
20163 }
20164
20165 @ The |hard_times| routine multiplies a nice color or pair by a dependency list.
20166
20167 @<Declare binary action procedures@>=
20168 void mp_hard_times (MP mp,pointer p) {
20169   pointer q; /* a copy of the dependent variable |p| */
20170   pointer r; /* a component of the big node for the nice color or pair */
20171   scaled v; /* the known value for |r| */
20172   if ( type(p)<=mp_pair_type ) { 
20173      q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, p); p=q;
20174   }; /* now |cur_type=mp_pair_type| or |cur_type=mp_color_type| */
20175   r=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20176   while (1) { 
20177     r=r-2;
20178     v=value(r);
20179     type(r)=type(p);
20180     if ( r==value(mp->cur_exp) ) 
20181       break;
20182     mp_new_dep(mp, r,mp_copy_dep_list(mp, dep_list(p)));
20183     mp_dep_mult(mp, r,v,true);
20184   }
20185   mp->mem[value_loc(r)]=mp->mem[value_loc(p)];
20186   link(prev_dep(p))=r;
20187   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
20188   mp_dep_mult(mp, r,v,true);
20189 }
20190
20191 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20192 case over: 
20193   if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(type(p)<mp_color_type) ) {
20194     mp_bad_binary(mp, p,over);
20195   } else { 
20196     v=mp->cur_exp; mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20197     if ( v==0 ) {
20198       @<Squeal about division by zero@>;
20199     } else { 
20200       if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20201         mp->cur_exp=mp_make_scaled(mp, mp->cur_exp,v);
20202       } else if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) { 
20203         p=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[mp->cur_type];
20204         do {  
20205           p=p-2;  mp_dep_div(mp, p,v);
20206         } while (p!=value(mp->cur_exp));
20207       } else {
20208         mp_dep_div(mp, null,v);
20209       }
20210     }
20211     return;
20212   }
20213   break;
20214
20215 @ @<Declare binary action...@>=
20216 void mp_dep_div (MP mp,pointer p, scaled v) {
20217   pointer q; /* the dependency list being divided by |v| */
20218   small_number s,t; /* its type, before and after */
20219   if ( p==null ) q=mp->cur_exp;
20220   else if ( type(p)!=mp_known ) q=p;
20221   else { value(p)=mp_make_scaled(mp, value(p),v); return; };
20222   t=type(q); q=dep_list(q); s=t;
20223   if ( t==mp_dependent )
20224     if ( mp_ab_vs_cd(mp, mp_max_coef(mp,q),unity,coef_bound-1,abs(v))>=0 ) 
20225       t=mp_proto_dependent;
20226   q=mp_p_over_v(mp, q,v,s,t); 
20227   mp_dep_finish(mp, q,p,t);
20228 }
20229
20230 @ @<Squeal about division by zero@>=
20231
20232   exp_err("Division by zero");
20233 @.Division by zero@>
20234   help2("You're trying to divide the quantity shown above the error")
20235     ("message by zero. I'm going to divide it by one instead.");
20236   mp_put_get_error(mp);
20237 }
20238
20239 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20240 case pythag_add:
20241 case pythag_sub: 
20242    if ( (mp->cur_type==mp_known)&&(type(p)==mp_known) ) {
20243      if ( c==pythag_add ) mp->cur_exp=mp_pyth_add(mp, value(p),mp->cur_exp);
20244      else mp->cur_exp=mp_pyth_sub(mp, value(p),mp->cur_exp);
20245    } else mp_bad_binary(mp, p,c);
20246    break;
20247
20248 @ The next few sections of the program deal with affine transformations
20249 of coordinate data.
20250
20251 @<Additional cases of binary operators@>=
20252 case rotated_by: case slanted_by:
20253 case scaled_by: case shifted_by: case transformed_by:
20254 case x_scaled: case y_scaled: case z_scaled:
20255   if ( type(p)==mp_path_type ) { 
20256     path_trans(c,p); return;
20257   } else if ( type(p)==mp_pen_type ) { 
20258     pen_trans(c,p);
20259     mp->cur_exp=mp_convex_hull(mp, mp->cur_exp); 
20260       /* rounding error could destroy convexity */
20261     return;
20262   } else if ( (type(p)==mp_pair_type)||(type(p)==mp_transform_type) ) {
20263     mp_big_trans(mp, p,c);
20264   } else if ( type(p)==mp_picture_type ) {
20265     mp_do_edges_trans(mp, p,c); return;
20266   } else {
20267     mp_bad_binary(mp, p,c);
20268   }
20269   break;
20270
20271 @ Let |c| be one of the eight transform operators. The procedure call
20272 |set_up_trans(c)| first changes |cur_exp| to a transform that corresponds to
20273 |c| and the original value of |cur_exp|. (In particular, |cur_exp| doesn't
20274 change at all if |c=transformed_by|.)
20275
20276 Then, if all components of the resulting transform are |known|, they are
20277 moved to the global variables |txx|, |txy|, |tyx|, |tyy|, |tx|, |ty|;
20278 and |cur_exp| is changed to the known value zero.
20279
20280 @<Declare binary action...@>=
20281 void mp_set_up_trans (MP mp,quarterword c) {
20282   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
20283   if ( (c!=transformed_by)||(mp->cur_type!=mp_transform_type) ) {
20284     @<Put the current transform into |cur_exp|@>;
20285   }
20286   @<If the current transform is entirely known, stash it in global variables;
20287     otherwise |return|@>;
20288 }
20289
20290 @ @<Glob...@>=
20291 scaled txx;
20292 scaled txy;
20293 scaled tyx;
20294 scaled tyy;
20295 scaled tx;
20296 scaled ty; /* current transform coefficients */
20297
20298 @ @<Put the current transform...@>=
20299
20300   p=mp_stash_cur_exp(mp); 
20301   mp->cur_exp=mp_id_transform(mp); 
20302   mp->cur_type=mp_transform_type;
20303   q=value(mp->cur_exp);
20304   switch (c) {
20305   @<For each of the eight cases, change the relevant fields of |cur_exp|
20306     and |goto done|;
20307     but do nothing if capsule |p| doesn't have the appropriate type@>;
20308   }; /* there are no other cases */
20309   mp_disp_err(mp, p,"Improper transformation argument");
20310 @.Improper transformation argument@>
20311   help3("The expression shown above has the wrong type,")
20312        ("so I can\'t transform anything using it.")
20313        ("Proceed, and I'll omit the transformation.");
20314   mp_put_get_error(mp);
20315 DONE: 
20316   mp_recycle_value(mp, p); 
20317   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
20318 }
20319
20320 @ @<If the current transform is entirely known, ...@>=
20321 q=value(mp->cur_exp); r=q+transform_node_size;
20322 do {  
20323   r=r-2;
20324   if ( type(r)!=mp_known ) return;
20325 } while (r!=q);
20326 mp->txx=value(xx_part_loc(q));
20327 mp->txy=value(xy_part_loc(q));
20328 mp->tyx=value(yx_part_loc(q));
20329 mp->tyy=value(yy_part_loc(q));
20330 mp->tx=value(x_part_loc(q));
20331 mp->ty=value(y_part_loc(q));
20332 mp_flush_cur_exp(mp, 0)
20333
20334 @ @<For each of the eight cases...@>=
20335 case rotated_by:
20336   if ( type(p)==mp_known )
20337     @<Install sines and cosines, then |goto done|@>;
20338   break;
20339 case slanted_by:
20340   if ( type(p)>mp_pair_type ) { 
20341    mp_install(mp, xy_part_loc(q),p); goto DONE;
20342   };
20343   break;
20344 case scaled_by:
20345   if ( type(p)>mp_pair_type ) { 
20346     mp_install(mp, xx_part_loc(q),p); mp_install(mp, yy_part_loc(q),p); 
20347     goto DONE;
20348   };
20349   break;
20350 case shifted_by:
20351   if ( type(p)==mp_pair_type ) {
20352     r=value(p); mp_install(mp, x_part_loc(q),x_part_loc(r));
20353     mp_install(mp, y_part_loc(q),y_part_loc(r)); goto DONE;
20354   };
20355   break;
20356 case x_scaled:
20357   if ( type(p)>mp_pair_type ) {
20358     mp_install(mp, xx_part_loc(q),p); goto DONE;
20359   };
20360   break;
20361 case y_scaled:
20362   if ( type(p)>mp_pair_type ) {
20363     mp_install(mp, yy_part_loc(q),p); goto DONE;
20364   };
20365   break;
20366 case z_scaled:
20367   if ( type(p)==mp_pair_type )
20368     @<Install a complex multiplier, then |goto done|@>;
20369   break;
20370 case transformed_by:
20371   break;
20372   
20373
20374 @ @<Install sines and cosines, then |goto done|@>=
20375 { mp_n_sin_cos(mp, (value(p) % three_sixty_units)*16);
20376   value(xx_part_loc(q))=mp_round_fraction(mp, mp->n_cos);
20377   value(yx_part_loc(q))=mp_round_fraction(mp, mp->n_sin);
20378   value(xy_part_loc(q))=-value(yx_part_loc(q));
20379   value(yy_part_loc(q))=value(xx_part_loc(q));
20380   goto DONE;
20381 }
20382
20383 @ @<Install a complex multiplier, then |goto done|@>=
20384
20385   r=value(p);
20386   mp_install(mp, xx_part_loc(q),x_part_loc(r));
20387   mp_install(mp, yy_part_loc(q),x_part_loc(r));
20388   mp_install(mp, yx_part_loc(q),y_part_loc(r));
20389   if ( type(y_part_loc(r))==mp_known ) negate(value(y_part_loc(r)));
20390   else mp_negate_dep_list(mp, dep_list(y_part_loc(r)));
20391   mp_install(mp, xy_part_loc(q),y_part_loc(r));
20392   goto DONE;
20393 }
20394
20395 @ Procedure |set_up_known_trans| is like |set_up_trans|, but it
20396 insists that the transformation be entirely known.
20397
20398 @<Declare binary action...@>=
20399 void mp_set_up_known_trans (MP mp,quarterword c) { 
20400   mp_set_up_trans(mp, c);
20401   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
20402     exp_err("Transform components aren't all known");
20403 @.Transform components...@>
20404     help3("I'm unable to apply a partially specified transformation")
20405       ("except to a fully known pair or transform.")
20406       ("Proceed, and I'll omit the transformation.");
20407     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
20408     mp->txx=unity; mp->txy=0; mp->tyx=0; mp->tyy=unity; 
20409     mp->tx=0; mp->ty=0;
20410   }
20411 }
20412
20413 @ Here's a procedure that applies the transform |txx..ty| to a pair of
20414 coordinates in locations |p| and~|q|.
20415
20416 @<Declare binary action...@>= 
20417 void mp_trans (MP mp,pointer p, pointer q) {
20418   scaled v; /* the new |x| value */
20419   v=mp_take_scaled(mp, mp->mem[p].sc,mp->txx)+
20420   mp_take_scaled(mp, mp->mem[q].sc,mp->txy)+mp->tx;
20421   mp->mem[q].sc=mp_take_scaled(mp, mp->mem[p].sc,mp->tyx)+
20422   mp_take_scaled(mp, mp->mem[q].sc,mp->tyy)+mp->ty;
20423   mp->mem[p].sc=v;
20424 }
20425
20426 @ The simplest transformation procedure applies a transform to all
20427 coordinates of a path.  The |path_trans(c)(p)| macro applies
20428 a transformation defined by |cur_exp| and the transform operator |c|
20429 to the path~|p|.
20430
20431 @d path_trans(A,B) { mp_set_up_known_trans(mp, (A)); 
20432                      mp_unstash_cur_exp(mp, (B)); 
20433                      mp_do_path_trans(mp, mp->cur_exp); }
20434
20435 @<Declare binary action...@>=
20436 void mp_do_path_trans (MP mp,pointer p) {
20437   pointer q; /* list traverser */
20438   q=p;
20439   do { 
20440     if ( left_type(q)!=mp_endpoint ) 
20441       mp_trans(mp, q+3,q+4); /* that's |left_x| and |left_y| */
20442     mp_trans(mp, q+1,q+2); /* that's |x_coord| and |y_coord| */
20443     if ( right_type(q)!=mp_endpoint ) 
20444       mp_trans(mp, q+5,q+6); /* that's |right_x| and |right_y| */
20445 @^data structure assumptions@>
20446     q=link(q);
20447   } while (q!=p);
20448 }
20449
20450 @ Transforming a pen is very similar, except that there are no |left_type|
20451 and |right_type| fields.
20452
20453 @d pen_trans(A,B) { mp_set_up_known_trans(mp, (A)); 
20454                     mp_unstash_cur_exp(mp, (B)); 
20455                     mp_do_pen_trans(mp, mp->cur_exp); }
20456
20457 @<Declare binary action...@>=
20458 void mp_do_pen_trans (MP mp,pointer p) {
20459   pointer q; /* list traverser */
20460   if ( pen_is_elliptical(p) ) {
20461     mp_trans(mp, p+3,p+4); /* that's |left_x| and |left_y| */
20462     mp_trans(mp, p+5,p+6); /* that's |right_x| and |right_y| */
20463   };
20464   q=p;
20465   do { 
20466     mp_trans(mp, q+1,q+2); /* that's |x_coord| and |y_coord| */
20467 @^data structure assumptions@>
20468     q=link(q);
20469   } while (q!=p);
20470 }
20471
20472 @ The next transformation procedure applies to edge structures. It will do
20473 any transformation, but the results may be substandard if the picture contains
20474 text that uses downloaded bitmap fonts.  The binary action procedure is
20475 |do_edges_trans|, but we also need a function that just scales a picture.
20476 That routine is |scale_edges|.  Both it and the underlying routine |edges_trans|
20477 should be thought of as procedures that update an edge structure |h|, except
20478 that they have to return a (possibly new) structure because of the need to call
20479 |private_edges|.
20480
20481 @<Declare binary action...@>=
20482 pointer mp_edges_trans (MP mp, pointer h) {
20483   pointer q; /* the object being transformed */
20484   pointer r,s; /* for list manipulation */
20485   scaled sx,sy; /* saved transformation parameters */
20486   scaled sqdet; /* square root of determinant for |dash_scale| */
20487   integer sgndet; /* sign of the determinant */
20488   scaled v; /* a temporary value */
20489   h=mp_private_edges(mp, h);
20490   sqdet=mp_sqrt_det(mp, mp->txx,mp->txy,mp->tyx,mp->tyy);
20491   sgndet=mp_ab_vs_cd(mp, mp->txx,mp->tyy,mp->txy,mp->tyx);
20492   if ( dash_list(h)!=null_dash ) {
20493     @<Try to transform the dash list of |h|@>;
20494   }
20495   @<Make the bounding box of |h| unknown if it can't be updated properly
20496     without scanning the whole structure@>;  
20497   q=link(dummy_loc(h));
20498   while ( q!=null ) { 
20499     @<Transform graphical object |q|@>;
20500     q=link(q);
20501   }
20502   return h;
20503 }
20504 void mp_do_edges_trans (MP mp,pointer p, quarterword c) { 
20505   mp_set_up_known_trans(mp, c);
20506   value(p)=mp_edges_trans(mp, value(p));
20507   mp_unstash_cur_exp(mp, p);
20508 }
20509 void mp_scale_edges (MP mp) { 
20510   mp->txx=mp->se_sf; mp->tyy=mp->se_sf;
20511   mp->txy=0; mp->tyx=0; mp->tx=0; mp->ty=0;
20512   mp->se_pic=mp_edges_trans(mp, mp->se_pic);
20513 }
20514
20515 @ @<Try to transform the dash list of |h|@>=
20516 if ( (mp->txy!=0)||(mp->tyx!=0)||
20517      (mp->ty!=0)||(abs(mp->txx)!=abs(mp->tyy))) {
20518   mp_flush_dash_list(mp, h);
20519 } else { 
20520   if ( mp->txx<0 ) { @<Reverse the dash list of |h|@>; } 
20521   @<Scale the dash list by |txx| and shift it by |tx|@>;
20522   dash_y(h)=mp_take_scaled(mp, dash_y(h),abs(mp->tyy));
20523 }
20524
20525 @ @<Reverse the dash list of |h|@>=
20526
20527   r=dash_list(h);
20528   dash_list(h)=null_dash;
20529   while ( r!=null_dash ) {
20530     s=r; r=link(r);
20531     v=start_x(s); start_x(s)=stop_x(s); stop_x(s)=v;
20532     link(s)=dash_list(h);
20533     dash_list(h)=s;
20534   }
20535 }
20536
20537 @ @<Scale the dash list by |txx| and shift it by |tx|@>=
20538 r=dash_list(h);
20539 while ( r!=null_dash ) {
20540   start_x(r)=mp_take_scaled(mp, start_x(r),mp->txx)+mp->tx;
20541   stop_x(r)=mp_take_scaled(mp, stop_x(r),mp->txx)+mp->tx;
20542   r=link(r);
20543 }
20544
20545 @ @<Make the bounding box of |h| unknown if it can't be updated properly...@>=
20546 if ( (mp->txx==0)&&(mp->tyy==0) ) {
20547   @<Swap the $x$ and $y$ parameters in the bounding box of |h|@>;
20548 } else if ( (mp->txy!=0)||(mp->tyx!=0) ) {
20549   mp_init_bbox(mp, h);
20550   goto DONE1;
20551 }
20552 if ( minx_val(h)<=maxx_val(h) ) {
20553   @<Scale the bounding box by |txx+txy| and |tyx+tyy|; then shift by
20554    |(tx,ty)|@>;
20555 }
20556 DONE1:
20557
20558
20559
20560 @ @<Swap the $x$ and $y$ parameters in the bounding box of |h|@>=
20561
20562   v=minx_val(h); minx_val(h)=miny_val(h); miny_val(h)=v;
20563   v=maxx_val(h); maxx_val(h)=maxy_val(h); maxy_val(h)=v;
20564 }
20565
20566 @ The sum ``|txx+txy|'' is whichever of |txx| or |txy| is nonzero.  The other
20567 sum is similar.
20568
20569 @<Scale the bounding box by |txx+txy| and |tyx+tyy|; then shift...@>=
20570
20571   minx_val(h)=mp_take_scaled(mp, minx_val(h),mp->txx+mp->txy)+mp->tx;
20572   maxx_val(h)=mp_take_scaled(mp, maxx_val(h),mp->txx+mp->txy)+mp->tx;
20573   miny_val(h)=mp_take_scaled(mp, miny_val(h),mp->tyx+mp->tyy)+mp->ty;
20574   maxy_val(h)=mp_take_scaled(mp, maxy_val(h),mp->tyx+mp->tyy)+mp->ty;
20575   if ( mp->txx+mp->txy<0 ) {
20576     v=minx_val(h); minx_val(h)=maxx_val(h); maxx_val(h)=v;
20577   }
20578   if ( mp->tyx+mp->tyy<0 ) {
20579     v=miny_val(h); miny_val(h)=maxy_val(h); maxy_val(h)=v;
20580   }
20581 }
20582
20583 @ Now we ready for the main task of transforming the graphical objects in edge
20584 structure~|h|.
20585
20586 @<Transform graphical object |q|@>=
20587 switch (type(q)) {
20588 case mp_fill_code: case mp_stroked_code: 
20589   mp_do_path_trans(mp, path_p(q));
20590   @<Transform |pen_p(q)|, making sure polygonal pens stay counter-clockwise@>;
20591   break;
20592 case mp_start_clip_code: case mp_start_bounds_code: 
20593   mp_do_path_trans(mp, path_p(q));
20594   break;
20595 case mp_text_code: 
20596   r=text_tx_loc(q);
20597   @<Transform the compact transformation starting at |r|@>;
20598   break;
20599 case mp_stop_clip_code: case mp_stop_bounds_code: 
20600   break;
20601 } /* there are no other cases */
20602
20603 @ Note that the shift parameters |(tx,ty)| apply only to the path being stroked.
20604 The |dash_scale| has to be adjusted  to scale the dash lengths in |dash_p(q)|
20605 since the \ps\ output procedures will try to compensate for the transformation
20606 we are applying to |pen_p(q)|.  Since this compensation is based on the square
20607 root of the determinant, |sqdet| is the appropriate factor.
20608
20609 @<Transform |pen_p(q)|, making sure...@>=
20610 if ( pen_p(q)!=null ) {
20611   sx=mp->tx; sy=mp->ty;
20612   mp->tx=0; mp->ty=0;
20613   mp_do_pen_trans(mp, pen_p(q));
20614   if ( ((type(q)==mp_stroked_code)&&(dash_p(q)!=null)) )
20615     dash_scale(q)=mp_take_scaled(mp, dash_scale(q),sqdet);
20616   if ( ! pen_is_elliptical(pen_p(q)) )
20617     if ( sgndet<0 )
20618       pen_p(q)=mp_make_pen(mp, mp_copy_path(mp, pen_p(q)),true); 
20619          /* this unreverses the pen */
20620   mp->tx=sx; mp->ty=sy;
20621 }
20622
20623 @ This uses the fact that transformations are stored in the order
20624 |(tx,ty,txx,txy,tyx,tyy)|.
20625 @^data structure assumptions@>
20626
20627 @<Transform the compact transformation starting at |r|@>=
20628 mp_trans(mp, r,r+1);
20629 sx=mp->tx; sy=mp->ty;
20630 mp->tx=0; mp->ty=0;
20631 mp_trans(mp, r+2,r+4);
20632 mp_trans(mp, r+3,r+5);
20633 mp->tx=sx; mp->ty=sy
20634
20635 @ The hard cases of transformation occur when big nodes are involved,
20636 and when some of their components are unknown.
20637
20638 @<Declare binary action...@>=
20639 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>;
20640 void mp_big_trans (MP mp,pointer p, quarterword c) {
20641   pointer q,r,pp,qq; /* list manipulation registers */
20642   small_number s; /* size of a big node */
20643   s=mp->big_node_size[type(p)]; q=value(p); r=q+s;
20644   do {  
20645     r=r-2;
20646     if ( type(r)!=mp_known ) {
20647       @<Transform an unknown big node and |return|@>;
20648     }
20649   } while (r!=q);
20650   @<Transform a known big node@>;
20651 }; /* node |p| will now be recycled by |do_binary| */
20652
20653 @ @<Transform an unknown big node and |return|@>=
20654
20655   mp_set_up_known_trans(mp, c); mp_make_exp_copy(mp, p); 
20656   r=value(mp->cur_exp);
20657   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20658     mp_bilin1(mp, yy_part_loc(r),mp->tyy,xy_part_loc(q),mp->tyx,0);
20659     mp_bilin1(mp, yx_part_loc(r),mp->tyy,xx_part_loc(q),mp->tyx,0);
20660     mp_bilin1(mp, xy_part_loc(r),mp->txx,yy_part_loc(q),mp->txy,0);
20661     mp_bilin1(mp, xx_part_loc(r),mp->txx,yx_part_loc(q),mp->txy,0);
20662   }
20663   mp_bilin1(mp, y_part_loc(r),mp->tyy,x_part_loc(q),mp->tyx,mp->ty);
20664   mp_bilin1(mp, x_part_loc(r),mp->txx,y_part_loc(q),mp->txy,mp->tx);
20665   return;
20666 }
20667
20668 @ Let |p| point to a two-word value field inside a big node of |cur_exp|,
20669 and let |q| point to a another value field. The |bilin1| procedure
20670 replaces |p| by $p\cdot t+q\cdot u+\delta$.
20671
20672 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20673 void mp_bilin1 (MP mp, pointer p, scaled t, pointer q, 
20674                 scaled u, scaled delta) {
20675   pointer r; /* list traverser */
20676   if ( t!=unity ) mp_dep_mult(mp, p,t,true);
20677   if ( u!=0 ) {
20678     if ( type(q)==mp_known ) {
20679       delta+=mp_take_scaled(mp, value(q),u);
20680     } else { 
20681       @<Ensure that |type(p)=mp_proto_dependent|@>;
20682       dep_list(p)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(p),u,dep_list(q),
20683                                mp_proto_dependent,type(q));
20684     }
20685   }
20686   if ( type(p)==mp_known ) {
20687     value(p)+=delta;
20688   } else {
20689     r=dep_list(p);
20690     while ( info(r)!=null ) r=link(r);
20691     delta+=value(r);
20692     if ( r!=dep_list(p) ) value(r)=delta;
20693     else { mp_recycle_value(mp, p); type(p)=mp_known; value(p)=delta; };
20694   }
20695   if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20696 }
20697
20698 @ @<Ensure that |type(p)=mp_proto_dependent|@>=
20699 if ( type(p)!=mp_proto_dependent ) {
20700   if ( type(p)==mp_known ) 
20701     mp_new_dep(mp, p,mp_const_dependency(mp, value(p)));
20702   else 
20703     dep_list(p)=mp_p_times_v(mp, dep_list(p),unity,mp_dependent,
20704                              mp_proto_dependent,true);
20705   type(p)=mp_proto_dependent;
20706 }
20707
20708 @ @<Transform a known big node@>=
20709 mp_set_up_trans(mp, c);
20710 if ( mp->cur_type==mp_known ) {
20711   @<Transform known by known@>;
20712 } else { 
20713   pp=mp_stash_cur_exp(mp); qq=value(pp);
20714   mp_make_exp_copy(mp, p); r=value(mp->cur_exp);
20715   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20716     mp_bilin2(mp, yy_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20717       value(xy_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),null);
20718     mp_bilin2(mp, yx_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20719       value(xx_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),null);
20720     mp_bilin2(mp, xy_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20721       value(yy_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),null);
20722     mp_bilin2(mp, xx_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20723       value(yx_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),null);
20724   };
20725   mp_bilin2(mp, y_part_loc(r),yy_part_loc(qq),
20726     value(x_part_loc(q)),yx_part_loc(qq),y_part_loc(qq));
20727   mp_bilin2(mp, x_part_loc(r),xx_part_loc(qq),
20728     value(y_part_loc(q)),xy_part_loc(qq),x_part_loc(qq));
20729   mp_recycle_value(mp, pp); mp_free_node(mp, pp,value_node_size);
20730 }
20731
20732 @ Let |p| be a |mp_proto_dependent| value whose dependency list ends
20733 at |dep_final|. The following procedure adds |v| times another
20734 numeric quantity to~|p|.
20735
20736 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20737 void mp_add_mult_dep (MP mp,pointer p, scaled v, pointer r) { 
20738   if ( type(r)==mp_known ) {
20739     value(mp->dep_final)+=mp_take_scaled(mp, value(r),v);
20740   } else  { 
20741     dep_list(p)=mp_p_plus_fq(mp, dep_list(p),v,dep_list(r),
20742                                                          mp_proto_dependent,type(r));
20743     if ( mp->fix_needed ) mp_fix_dependencies(mp);
20744   }
20745 }
20746
20747 @ The |bilin2| procedure is something like |bilin1|, but with known
20748 and unknown quantities reversed. Parameter |p| points to a value field
20749 within the big node for |cur_exp|; and |type(p)=mp_known|. Parameters
20750 |t| and~|u| point to value fields elsewhere; so does parameter~|q|,
20751 unless it is |null| (which stands for zero). Location~|p| will be
20752 replaced by $p\cdot t+v\cdot u+q$.
20753
20754 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20755 void mp_bilin2 (MP mp,pointer p, pointer t, scaled v, 
20756                 pointer u, pointer q) {
20757   scaled vv; /* temporary storage for |value(p)| */
20758   vv=value(p); type(p)=mp_proto_dependent;
20759   mp_new_dep(mp, p,mp_const_dependency(mp, 0)); /* this sets |dep_final| */
20760   if ( vv!=0 ) 
20761     mp_add_mult_dep(mp, p,vv,t); /* |dep_final| doesn't change */
20762   if ( v!=0 ) mp_add_mult_dep(mp, p,v,u);
20763   if ( q!=null ) mp_add_mult_dep(mp, p,unity,q);
20764   if ( dep_list(p)==mp->dep_final ) {
20765     vv=value(mp->dep_final); mp_recycle_value(mp, p);
20766     type(p)=mp_known; value(p)=vv;
20767   }
20768 }
20769
20770 @ @<Transform known by known@>=
20771
20772   mp_make_exp_copy(mp, p); r=value(mp->cur_exp);
20773   if ( mp->cur_type==mp_transform_type ) {
20774     mp_bilin3(mp, yy_part_loc(r),mp->tyy,value(xy_part_loc(q)),mp->tyx,0);
20775     mp_bilin3(mp, yx_part_loc(r),mp->tyy,value(xx_part_loc(q)),mp->tyx,0);
20776     mp_bilin3(mp, xy_part_loc(r),mp->txx,value(yy_part_loc(q)),mp->txy,0);
20777     mp_bilin3(mp, xx_part_loc(r),mp->txx,value(yx_part_loc(q)),mp->txy,0);
20778   }
20779   mp_bilin3(mp, y_part_loc(r),mp->tyy,value(x_part_loc(q)),mp->tyx,mp->ty);
20780   mp_bilin3(mp, x_part_loc(r),mp->txx,value(y_part_loc(q)),mp->txy,mp->tx);
20781 }
20782
20783 @ Finally, in |bilin3| everything is |known|.
20784
20785 @<Declare subroutines needed by |big_trans|@>=
20786 void mp_bilin3 (MP mp,pointer p, scaled t, 
20787                scaled v, scaled u, scaled delta) { 
20788   if ( t!=unity )
20789     delta+=mp_take_scaled(mp, value(p),t);
20790   else 
20791     delta+=value(p);
20792   if ( u!=0 ) value(p)=delta+mp_take_scaled(mp, v,u);
20793   else value(p)=delta;
20794 }
20795
20796 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20797 case concatenate: 
20798   if ( (mp->cur_type==mp_string_type)&&(type(p)==mp_string_type) ) mp_cat(mp, p);
20799   else mp_bad_binary(mp, p,concatenate);
20800   break;
20801 case substring_of: 
20802   if ( mp_nice_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type==mp_string_type) )
20803     mp_chop_string(mp, value(p));
20804   else mp_bad_binary(mp, p,substring_of);
20805   break;
20806 case subpath_of: 
20807   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
20808   if ( mp_nice_pair(mp, p,type(p))&&(mp->cur_type==mp_path_type) )
20809     mp_chop_path(mp, value(p));
20810   else mp_bad_binary(mp, p,subpath_of);
20811   break;
20812
20813 @ @<Declare binary action...@>=
20814 void mp_cat (MP mp,pointer p) {
20815   str_number a,b; /* the strings being concatenated */
20816   pool_pointer k; /* index into |str_pool| */
20817   a=value(p); b=mp->cur_exp; str_room(length(a)+length(b));
20818   for (k=mp->str_start[a];k<=str_stop(a)-1;k++) {
20819     append_char(mp->str_pool[k]);
20820   }
20821   for (k=mp->str_start[b];k<=str_stop(b)-1;k++) {
20822     append_char(mp->str_pool[k]);
20823   }
20824   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); delete_str_ref(b);
20825 }
20826
20827 @ @<Declare binary action...@>=
20828 void mp_chop_string (MP mp,pointer p) {
20829   integer a, b; /* start and stop points */
20830   integer l; /* length of the original string */
20831   integer k; /* runs from |a| to |b| */
20832   str_number s; /* the original string */
20833   boolean reversed; /* was |a>b|? */
20834   a=mp_round_unscaled(mp, value(x_part_loc(p)));
20835   b=mp_round_unscaled(mp, value(y_part_loc(p)));
20836   if ( a<=b ) reversed=false;
20837   else  { reversed=true; k=a; a=b; b=k; };
20838   s=mp->cur_exp; l=length(s);
20839   if ( a<0 ) { 
20840     a=0;
20841     if ( b<0 ) b=0;
20842   }
20843   if ( b>l ) { 
20844     b=l;
20845     if ( a>l ) a=l;
20846   }
20847   str_room(b-a);
20848   if ( reversed ) {
20849     for (k=mp->str_start[s]+b-1;k>=mp->str_start[s]+a;k--)  {
20850       append_char(mp->str_pool[k]);
20851     }
20852   } else  {
20853     for (k=mp->str_start[s]+a;k<=mp->str_start[s]+b-1;k++)  {
20854       append_char(mp->str_pool[k]);
20855     }
20856   }
20857   mp->cur_exp=mp_make_string(mp); delete_str_ref(s);
20858 }
20859
20860 @ @<Declare binary action...@>=
20861 void mp_chop_path (MP mp,pointer p) {
20862   pointer q; /* a knot in the original path */
20863   pointer pp,qq,rr,ss; /* link variables for copies of path nodes */
20864   scaled a,b,k,l; /* indices for chopping */
20865   boolean reversed; /* was |a>b|? */
20866   l=mp_path_length(mp); a=value(x_part_loc(p)); b=value(y_part_loc(p));
20867   if ( a<=b ) reversed=false;
20868   else  { reversed=true; k=a; a=b; b=k; };
20869   @<Dispense with the cases |a<0| and/or |b>l|@>;
20870   q=mp->cur_exp;
20871   while ( a>=unity ) {
20872     q=link(q); a=a-unity; b=b-unity;
20873   }
20874   if ( b==a ) {
20875     @<Construct a path from |pp| to |qq| of length zero@>; 
20876   } else { 
20877     @<Construct a path from |pp| to |qq| of length $\lceil b\rceil$@>; 
20878   }
20879   left_type(pp)=mp_endpoint; right_type(qq)=mp_endpoint; link(qq)=pp;
20880   mp_toss_knot_list(mp, mp->cur_exp);
20881   if ( reversed ) {
20882     mp->cur_exp=link(mp_htap_ypoc(mp, pp)); mp_toss_knot_list(mp, pp);
20883   } else {
20884     mp->cur_exp=pp;
20885   }
20886 }
20887
20888 @ @<Dispense with the cases |a<0| and/or |b>l|@>=
20889 if ( a<0 ) {
20890   if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
20891     a=0; if ( b<0 ) b=0;
20892   } else  {
20893     do {  a=a+l; b=b+l; } while (a<0); /* a cycle always has length |l>0| */
20894   }
20895 }
20896 if ( b>l ) {
20897   if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
20898     b=l; if ( a>l ) a=l;
20899   } else {
20900     while ( a>=l ) { 
20901       a=a-l; b=b-l;
20902     }
20903   }
20904 }
20905
20906 @ @<Construct a path from |pp| to |qq| of length $\lceil b\rceil$@>=
20907
20908   pp=mp_copy_knot(mp, q); qq=pp;
20909   do {  
20910     q=link(q); rr=qq; qq=mp_copy_knot(mp, q); link(rr)=qq; b=b-unity;
20911   } while (b>0);
20912   if ( a>0 ) {
20913     ss=pp; pp=link(pp);
20914     mp_split_cubic(mp, ss,a*010000); pp=link(ss);
20915     mp_free_node(mp, ss,knot_node_size);
20916     if ( rr==ss ) {
20917       b=mp_make_scaled(mp, b,unity-a); rr=pp;
20918     }
20919   }
20920   if ( b<0 ) {
20921     mp_split_cubic(mp, rr,(b+unity)*010000);
20922     mp_free_node(mp, qq,knot_node_size);
20923     qq=link(rr);
20924   }
20925 }
20926
20927 @ @<Construct a path from |pp| to |qq| of length zero@>=
20928
20929   if ( a>0 ) { mp_split_cubic(mp, q,a*010000); q=link(q); };
20930   pp=mp_copy_knot(mp, q); qq=pp;
20931 }
20932
20933 @ @<Additional cases of binary operators@>=
20934 case point_of: case precontrol_of: case postcontrol_of: 
20935   if ( mp->cur_type==mp_pair_type )
20936      mp_pair_to_path(mp);
20937   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_known) )
20938     mp_find_point(mp, value(p),c);
20939   else 
20940     mp_bad_binary(mp, p,c);
20941   break;
20942 case pen_offset_of: 
20943   if ( (mp->cur_type==mp_pen_type)&& mp_nice_pair(mp, p,type(p)) )
20944     mp_set_up_offset(mp, value(p));
20945   else 
20946     mp_bad_binary(mp, p,pen_offset_of);
20947   break;
20948 case direction_time_of: 
20949   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
20950   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&& mp_nice_pair(mp, p,type(p)) )
20951     mp_set_up_direction_time(mp, value(p));
20952   else 
20953     mp_bad_binary(mp, p,direction_time_of);
20954   break;
20955
20956 @ @<Declare binary action...@>=
20957 void mp_set_up_offset (MP mp,pointer p) { 
20958   mp_find_offset(mp, value(x_part_loc(p)),value(y_part_loc(p)),mp->cur_exp);
20959   mp_pair_value(mp, mp->cur_x,mp->cur_y);
20960 }
20961 void mp_set_up_direction_time (MP mp,pointer p) { 
20962   mp_flush_cur_exp(mp, mp_find_direction_time(mp, value(x_part_loc(p)),
20963   value(y_part_loc(p)),mp->cur_exp));
20964 }
20965
20966 @ @<Declare binary action...@>=
20967 void mp_find_point (MP mp,scaled v, quarterword c) {
20968   pointer p; /* the path */
20969   scaled n; /* its length */
20970   p=mp->cur_exp;
20971   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) n=-unity; else n=0;
20972   do {  p=link(p); n=n+unity; } while (p!=mp->cur_exp);
20973   if ( n==0 ) { 
20974     v=0; 
20975   } else if ( v<0 ) {
20976     if ( left_type(p)==mp_endpoint ) v=0;
20977     else v=n-1-((-v-1) % n);
20978   } else if ( v>n ) {
20979     if ( left_type(p)==mp_endpoint ) v=n;
20980     else v=v % n;
20981   }
20982   p=mp->cur_exp;
20983   while ( v>=unity ) { p=link(p); v=v-unity;  };
20984   if ( v!=0 ) {
20985      @<Insert a fractional node by splitting the cubic@>;
20986   }
20987   @<Set the current expression to the desired path coordinates@>;
20988 }
20989
20990 @ @<Insert a fractional node...@>=
20991 { mp_split_cubic(mp, p,v*010000); p=link(p); }
20992
20993 @ @<Set the current expression to the desired path coordinates...@>=
20994 switch (c) {
20995 case point_of: 
20996   mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
20997   break;
20998 case precontrol_of: 
20999   if ( left_type(p)==mp_endpoint ) mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21000   else mp_pair_value(mp, left_x(p),left_y(p));
21001   break;
21002 case postcontrol_of: 
21003   if ( right_type(p)==mp_endpoint ) mp_pair_value(mp, x_coord(p),y_coord(p));
21004   else mp_pair_value(mp, right_x(p),right_y(p));
21005   break;
21006 } /* there are no other cases */
21007
21008 @ @<Additional cases of binary operators@>=
21009 case arc_time_of: 
21010   if ( mp->cur_type==mp_pair_type )
21011      mp_pair_to_path(mp);
21012   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_known) )
21013     mp_flush_cur_exp(mp, mp_get_arc_time(mp, mp->cur_exp,value(p)));
21014   else 
21015     mp_bad_binary(mp, p,c);
21016   break;
21017
21018 @ @<Additional cases of bin...@>=
21019 case intersect: 
21020   if ( type(p)==mp_pair_type ) {
21021     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, p);
21022     mp_pair_to_path(mp); p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q);
21023   };
21024   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
21025   if ( (mp->cur_type==mp_path_type)&&(type(p)==mp_path_type) ) {
21026     mp_path_intersection(mp, value(p),mp->cur_exp);
21027     mp_pair_value(mp, mp->cur_t,mp->cur_tt);
21028   } else {
21029     mp_bad_binary(mp, p,intersect);
21030   }
21031   break;
21032
21033 @ @<Additional cases of bin...@>=
21034 case in_font:
21035   if ( (mp->cur_type!=mp_string_type)||(type(p)!=mp_string_type)) 
21036     mp_bad_binary(mp, p,in_font);
21037   else { mp_do_infont(mp, p); return; }
21038   break;
21039
21040 @ Function |new_text_node| owns the reference count for its second argument
21041 (the text string) but not its first (the font name).
21042
21043 @<Declare binary action...@>=
21044 void mp_do_infont (MP mp,pointer p) {
21045   pointer q;
21046   q=mp_get_node(mp, edge_header_size);
21047   mp_init_edges(mp, q);
21048   link(obj_tail(q))=mp_new_text_node(mp, str(mp->cur_exp),value(p));
21049   obj_tail(q)=link(obj_tail(q));
21050   mp_free_node(mp, p,value_node_size);
21051   mp_flush_cur_exp(mp, q);
21052   mp->cur_type=mp_picture_type;
21053 }
21054
21055 @* \[40] Statements and commands.
21056 The chief executive of \MP\ is the |do_statement| routine, which
21057 contains the master switch that causes all the various pieces of \MP\
21058 to do their things, in the right order.
21059
21060 In a sense, this is the grand climax of the program: It applies all the
21061 tools that we have worked so hard to construct. In another sense, this is
21062 the messiest part of the program: It necessarily refers to other pieces
21063 of code all over the place, so that a person can't fully understand what is
21064 going on without paging back and forth to be reminded of conventions that
21065 are defined elsewhere. We are now at the hub of the web.
21066
21067 The structure of |do_statement| itself is quite simple.  The first token
21068 of the statement is fetched using |get_x_next|.  If it can be the first
21069 token of an expression, we look for an equation, an assignment, or a
21070 title. Otherwise we use a \&{case} construction to branch at high speed to
21071 the appropriate routine for various and sundry other types of commands,
21072 each of which has an ``action procedure'' that does the necessary work.
21073
21074 The program uses the fact that
21075 $$\hbox{|min_primary_command=max_statement_command=type_name|}$$
21076 to interpret a statement that starts with, e.g., `\&{string}',
21077 as a type declaration rather than a boolean expression.
21078
21079 @c void mp_do_statement (MP mp) { /* governs \MP's activities */
21080   mp->cur_type=mp_vacuous; mp_get_x_next(mp);
21081   if ( mp->cur_cmd>max_primary_command ) {
21082     @<Worry about bad statement@>;
21083   } else if ( mp->cur_cmd>max_statement_command ) {
21084     @<Do an equation, assignment, title, or
21085      `$\langle\,$expression$\,\rangle\,$\&{endgroup}'@>;
21086   } else {
21087     @<Do a statement that doesn't begin with an expression@>;
21088   }
21089   if ( mp->cur_cmd<semicolon )
21090     @<Flush unparsable junk that was found after the statement@>;
21091   mp->error_count=0;
21092 }
21093
21094 @ @<Declarations@>=
21095 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>;
21096
21097 @ The only command codes |>max_primary_command| that can be present
21098 at the beginning of a statement are |semicolon| and higher; these
21099 occur when the statement is null.
21100
21101 @<Worry about bad statement@>=
21102
21103   if ( mp->cur_cmd<semicolon ) {
21104     print_err("A statement can't begin with `");
21105 @.A statement can't begin with x@>
21106     mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod); mp_print_char(mp, '\'');
21107     help5("I was looking for the beginning of a new statement.")
21108       ("If you just proceed without changing anything, I'll ignore")
21109       ("everything up to the next `;'. Please insert a semicolon")
21110       ("now in front of anything that you don't want me to delete.")
21111       ("(See Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.)");
21112 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
21113     mp_back_error(mp); mp_get_x_next(mp);
21114   }
21115 }
21116
21117 @ The help message printed here says that everything is flushed up to
21118 a semicolon, but actually the commands |end_group| and |stop| will
21119 also terminate a statement.
21120
21121 @<Flush unparsable junk that was found after the statement@>=
21122
21123   print_err("Extra tokens will be flushed");
21124 @.Extra tokens will be flushed@>
21125   help6("I've just read as much of that statement as I could fathom,")
21126        ("so a semicolon should have been next. It's very puzzling...")
21127        ("but I'll try to get myself back together, by ignoring")
21128        ("everything up to the next `;'. Please insert a semicolon")
21129        ("now in front of anything that you don't want me to delete.")
21130        ("(See Chapter 27 of The METAFONTbook for an example.)");
21131 @:METAFONTbook}{\sl The {\logos METAFONT\/}book@>
21132   mp_back_error(mp); mp->scanner_status=flushing;
21133   do {  
21134     get_t_next;
21135     @<Decrease the string reference count...@>;
21136   } while (! end_of_statement); /* |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop| */
21137   mp->scanner_status=normal;
21138 }
21139
21140 @ If |do_statement| ends with |cur_cmd=end_group|, we should have
21141 |cur_type=mp_vacuous| unless the statement was simply an expression;
21142 in the latter case, |cur_type| and |cur_exp| should represent that
21143 expression.
21144
21145 @<Do a statement that doesn't...@>=
21146
21147   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>0 ) 
21148     show_cur_cmd_mod;
21149   switch (mp->cur_cmd ) {
21150   case type_name:mp_do_type_declaration(mp); break;
21151   case macro_def:
21152     if ( mp->cur_mod>var_def ) mp_make_op_def(mp);
21153     else if ( mp->cur_mod>end_def ) mp_scan_def(mp);
21154      break;
21155   @<Cases of |do_statement| that invoke particular commands@>;
21156   } /* there are no other cases */
21157   mp->cur_type=mp_vacuous;
21158 }
21159
21160 @ The most important statements begin with expressions.
21161
21162 @<Do an equation, assignment, title, or...@>=
21163
21164   mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21165   if ( mp->cur_cmd<end_group ) {
21166     if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21167     else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21168     else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {@<Do a title@> ; }
21169     else if ( mp->cur_type!=mp_vacuous ){ 
21170       exp_err("Isolated expression");
21171 @.Isolated expression@>
21172       help3("I couldn't find an `=' or `:=' after the")
21173         ("expression that is shown above this error message,")
21174         ("so I guess I'll just ignore it and carry on.");
21175       mp_put_get_error(mp);
21176     }
21177     mp_flush_cur_exp(mp, 0); mp->cur_type=mp_vacuous;
21178   }
21179 }
21180
21181 @ @<Do a title@>=
21182
21183   if ( mp->internal[mp_tracing_titles]>0 ) {
21184     mp_print_nl(mp, "");  mp_print_str(mp, mp->cur_exp); update_terminal;
21185   }
21186 }
21187
21188 @ Equations and assignments are performed by the pair of mutually recursive
21189 @^recursion@>
21190 routines |do_equation| and |do_assignment|. These routines are called when
21191 |cur_cmd=equals| and when |cur_cmd=assignment|, respectively; the left-hand
21192 side is in |cur_type| and |cur_exp|, while the right-hand side is yet
21193 to be scanned. After the routines are finished, |cur_type| and |cur_exp|
21194 will be equal to the right-hand side (which will normally be equal
21195 to the left-hand side).
21196
21197 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21198 @<Declare the procedure called |try_eq|@>;
21199 @<Declare the procedure called |make_eq|@>;
21200 void mp_do_equation (MP mp) ;
21201
21202 @ @c
21203 void mp_do_equation (MP mp) {
21204   pointer lhs; /* capsule for the left-hand side */
21205   pointer p; /* temporary register */
21206   lhs=mp_stash_cur_exp(mp); mp_get_x_next(mp); 
21207   mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21208   if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21209   else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21210   if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) 
21211     @<Trace the current equation@>;
21212   if ( mp->cur_type==mp_unknown_path ) if ( type(lhs)==mp_pair_type ) {
21213     p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, lhs); lhs=p;
21214   }; /* in this case |make_eq| will change the pair to a path */
21215   mp_make_eq(mp, lhs); /* equate |lhs| to |(cur_type,cur_exp)| */
21216 }
21217
21218 @ And |do_assignment| is similar to |do_expression|:
21219
21220 @<Declarations@>=
21221 void mp_do_assignment (MP mp);
21222
21223 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21224 void mp_do_assignment (MP mp) ;
21225
21226 @ @c
21227 void mp_do_assignment (MP mp) {
21228   pointer lhs; /* token list for the left-hand side */
21229   pointer p; /* where the left-hand value is stored */
21230   pointer q; /* temporary capsule for the right-hand value */
21231   if ( mp->cur_type!=mp_token_list ) { 
21232     exp_err("Improper `:=' will be changed to `='");
21233 @.Improper `:='@>
21234     help2("I didn't find a variable name at the left of the `:=',")
21235       ("so I'm going to pretend that you said `=' instead.");
21236     mp_error(mp); mp_do_equation(mp);
21237   } else { 
21238     lhs=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
21239     mp_get_x_next(mp); mp->var_flag=assignment; mp_scan_expression(mp);
21240     if ( mp->cur_cmd==equals ) mp_do_equation(mp);
21241     else if ( mp->cur_cmd==assignment ) mp_do_assignment(mp);
21242     if ( mp->internal[mp_tracing_commands]>two ) 
21243       @<Trace the current assignment@>;
21244     if ( info(lhs)>hash_end ) {
21245       @<Assign the current expression to an internal variable@>;
21246     } else  {
21247       @<Assign the current expression to the variable |lhs|@>;
21248     }
21249     mp_flush_node_list(mp, lhs);
21250   }
21251 }
21252
21253 @ @<Trace the current equation@>=
21254
21255   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{("); mp_print_exp(mp,lhs,0);
21256   mp_print(mp,")=("); mp_print_exp(mp,null,0); 
21257   mp_print(mp,")}"); mp_end_diagnostic(mp, false);
21258 }
21259
21260 @ @<Trace the current assignment@>=
21261
21262   mp_begin_diagnostic(mp); mp_print_nl(mp, "{");
21263   if ( info(lhs)>hash_end ) 
21264      mp_print(mp, mp->int_name[info(lhs)-(hash_end)]);
21265   else 
21266      mp_show_token_list(mp, lhs,null,1000,0);
21267   mp_print(mp, ":="); mp_print_exp(mp, null,0); 
21268   mp_print_char(mp, '}'); mp_end_diagnostic(mp, false);
21269 }
21270
21271 @ @<Assign the current expression to an internal variable@>=
21272 if ( mp->cur_type==mp_known )  {
21273   mp->internal[info(lhs)-(hash_end)]=mp->cur_exp;
21274 } else { 
21275   exp_err("Internal quantity `");
21276 @.Internal quantity...@>
21277   mp_print(mp, mp->int_name[info(lhs)-(hash_end)]);
21278   mp_print(mp, "' must receive a known value");
21279   help2("I can\'t set an internal quantity to anything but a known")
21280     ("numeric value, so I'll have to ignore this assignment.");
21281   mp_put_get_error(mp);
21282 }
21283
21284 @ @<Assign the current expression to the variable |lhs|@>=
21285
21286   p=mp_find_variable(mp, lhs);
21287   if ( p!=null ) {
21288     q=mp_stash_cur_exp(mp); mp->cur_type=mp_und_type(mp, p); 
21289     mp_recycle_value(mp, p);
21290     type(p)=mp->cur_type; value(p)=null; mp_make_exp_copy(mp, p);
21291     p=mp_stash_cur_exp(mp); mp_unstash_cur_exp(mp, q); mp_make_eq(mp, p);
21292   } else  { 
21293     mp_obliterated(mp, lhs); mp_put_get_error(mp);
21294   }
21295 }
21296
21297
21298 @ And now we get to the nitty-gritty. The |make_eq| procedure is given
21299 a pointer to a capsule that is to be equated to the current expression.
21300
21301 @<Declare the procedure called |make_eq|@>=
21302 void mp_make_eq (MP mp,pointer lhs) ;
21303
21304
21305
21306 @c void mp_make_eq (MP mp,pointer lhs) {
21307   small_number t; /* type of the left-hand side */
21308   pointer p,q; /* pointers inside of big nodes */
21309   integer v=0; /* value of the left-hand side */
21310 RESTART: 
21311   t=type(lhs);
21312   if ( t<=mp_pair_type ) v=value(lhs);
21313   switch (t) {
21314   @<For each type |t|, make an equation and |goto done| unless |cur_type|
21315     is incompatible with~|t|@>;
21316   } /* all cases have been listed */
21317   @<Announce that the equation cannot be performed@>;
21318 DONE:
21319   check_arith; mp_recycle_value(mp, lhs); 
21320   mp_free_node(mp, lhs,value_node_size);
21321 }
21322
21323 @ @<Announce that the equation cannot be performed@>=
21324 mp_disp_err(mp, lhs,""); 
21325 exp_err("Equation cannot be performed (");
21326 @.Equation cannot be performed@>
21327 if ( type(lhs)<=mp_pair_type ) mp_print_type(mp, type(lhs));
21328 else mp_print(mp, "numeric");
21329 mp_print_char(mp, '=');
21330 if ( mp->cur_type<=mp_pair_type ) mp_print_type(mp, mp->cur_type);
21331 else mp_print(mp, "numeric");
21332 mp_print_char(mp, ')');
21333 help2("I'm sorry, but I don't know how to make such things equal.")
21334      ("(See the two expressions just above the error message.)");
21335 mp_put_get_error(mp)
21336
21337 @ @<For each type |t|, make an equation and |goto done| unless...@>=
21338 case mp_boolean_type: case mp_string_type: case mp_pen_type:
21339 case mp_path_type: case mp_picture_type:
21340   if ( mp->cur_type==t+unknown_tag ) { 
21341     mp_nonlinear_eq(mp, v,mp->cur_exp,false); goto DONE;
21342   } else if ( mp->cur_type==t ) {
21343     @<Report redundant or inconsistent equation and |goto done|@>;
21344   }
21345   break;
21346 case unknown_types:
21347   if ( mp->cur_type==t-unknown_tag ) { 
21348     mp_nonlinear_eq(mp, mp->cur_exp,lhs,true); goto DONE;
21349   } else if ( mp->cur_type==t ) { 
21350     mp_ring_merge(mp, lhs,mp->cur_exp); goto DONE;
21351   } else if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) {
21352     if ( t==mp_unknown_path ) { 
21353      mp_pair_to_path(mp); goto RESTART;
21354     };
21355   }
21356   break;
21357 case mp_transform_type: case mp_color_type:
21358 case mp_cmykcolor_type: case mp_pair_type:
21359   if ( mp->cur_type==t ) {
21360     @<Do multiple equations and |goto done|@>;
21361   }
21362   break;
21363 case mp_known: case mp_dependent:
21364 case mp_proto_dependent: case mp_independent:
21365   if ( mp->cur_type>=mp_known ) { 
21366     mp_try_eq(mp, lhs,null); goto DONE;
21367   };
21368   break;
21369 case mp_vacuous:
21370   break;
21371
21372 @ @<Report redundant or inconsistent equation and |goto done|@>=
21373
21374   if ( mp->cur_type<=mp_string_type ) {
21375     if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
21376       if ( mp_str_vs_str(mp, v,mp->cur_exp)!=0 ) {
21377         goto NOT_FOUND;
21378       }
21379     } else if ( v!=mp->cur_exp ) {
21380       goto NOT_FOUND;
21381     }
21382     @<Exclaim about a redundant equation@>; goto DONE;
21383   }
21384   print_err("Redundant or inconsistent equation");
21385 @.Redundant or inconsistent equation@>
21386   help2("An equation between already-known quantities can't help.")
21387        ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21388   mp_put_get_error(mp); goto DONE;
21389 NOT_FOUND: 
21390   print_err("Inconsistent equation");
21391 @.Inconsistent equation@>
21392   help2("The equation I just read contradicts what was said before.")
21393        ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21394   mp_put_get_error(mp); goto DONE;
21395 }
21396
21397 @ @<Do multiple equations and |goto done|@>=
21398
21399   p=v+mp->big_node_size[t]; 
21400   q=value(mp->cur_exp)+mp->big_node_size[t];
21401   do {  
21402     p=p-2; q=q-2; mp_try_eq(mp, p,q);
21403   } while (p!=v);
21404   goto DONE;
21405 }
21406
21407 @ The first argument to |try_eq| is the location of a value node
21408 in a capsule that will soon be recycled. The second argument is
21409 either a location within a pair or transform node pointed to by
21410 |cur_exp|, or it is |null| (which means that |cur_exp| itself
21411 serves as the second argument). The idea is to leave |cur_exp| unchanged,
21412 but to equate the two operands.
21413
21414 @<Declare the procedure called |try_eq|@>=
21415 void mp_try_eq (MP mp,pointer l, pointer r) ;
21416
21417
21418 @c void mp_try_eq (MP mp,pointer l, pointer r) {
21419   pointer p; /* dependency list for right operand minus left operand */
21420   int t; /* the type of list |p| */
21421   pointer q; /* the constant term of |p| is here */
21422   pointer pp; /* dependency list for right operand */
21423   int tt; /* the type of list |pp| */
21424   boolean copied; /* have we copied a list that ought to be recycled? */
21425   @<Remove the left operand from its container, negate it, and
21426     put it into dependency list~|p| with constant term~|q|@>;
21427   @<Add the right operand to list |p|@>;
21428   if ( info(p)==null ) {
21429     @<Deal with redundant or inconsistent equation@>;
21430   } else { 
21431     mp_linear_eq(mp, p,t);
21432     if ( r==null ) if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
21433       if ( type(mp->cur_exp)==mp_known ) {
21434         pp=mp->cur_exp; mp->cur_exp=value(mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_known;
21435         mp_free_node(mp, pp,value_node_size);
21436       }
21437     }
21438   }
21439 }
21440
21441 @ @<Remove the left operand from its container, negate it, and...@>=
21442 t=type(l);
21443 if ( t==mp_known ) { 
21444   t=mp_dependent; p=mp_const_dependency(mp, -value(l)); q=p;
21445 } else if ( t==mp_independent ) {
21446   t=mp_dependent; p=mp_single_dependency(mp, l); negate(value(p));
21447   q=mp->dep_final;
21448 } else { 
21449   p=dep_list(l); q=p;
21450   while (1) { 
21451     negate(value(q));
21452     if ( info(q)==null ) break;
21453     q=link(q);
21454   }
21455   link(prev_dep(l))=link(q); prev_dep(link(q))=prev_dep(l);
21456   type(l)=mp_known;
21457 }
21458
21459 @ @<Deal with redundant or inconsistent equation@>=
21460
21461   if ( abs(value(p))>64 ) { /* off by .001 or more */
21462     print_err("Inconsistent equation");
21463 @.Inconsistent equation@>
21464     mp_print(mp, " (off by "); mp_print_scaled(mp, value(p)); 
21465     mp_print_char(mp, ')');
21466     help2("The equation I just read contradicts what was said before.")
21467       ("But don't worry; continue and I'll just ignore it.");
21468     mp_put_get_error(mp);
21469   } else if ( r==null ) {
21470     @<Exclaim about a redundant equation@>;
21471   }
21472   mp_free_node(mp, p,dep_node_size);
21473 }
21474
21475 @ @<Add the right operand to list |p|@>=
21476 if ( r==null ) {
21477   if ( mp->cur_type==mp_known ) {
21478     value(q)=value(q)+mp->cur_exp; goto DONE1;
21479   } else { 
21480     tt=mp->cur_type;
21481     if ( tt==mp_independent ) pp=mp_single_dependency(mp, mp->cur_exp);
21482     else pp=dep_list(mp->cur_exp);
21483   } 
21484 } else {
21485   if ( type(r)==mp_known ) {
21486     value(q)=value(q)+value(r); goto DONE1;
21487   } else { 
21488     tt=type(r);
21489     if ( tt==mp_independent ) pp=mp_single_dependency(mp, r);
21490     else pp=dep_list(r);
21491   }
21492 }
21493 if ( tt!=mp_independent ) copied=false;
21494 else  { copied=true; tt=mp_dependent; };
21495 @<Add dependency list |pp| of type |tt| to dependency list~|p| of type~|t|@>;
21496 if ( copied ) mp_flush_node_list(mp, pp);
21497 DONE1:
21498
21499 @ @<Add dependency list |pp| of type |tt| to dependency list~|p| of type~|t|@>=
21500 mp->watch_coefs=false;
21501 if ( t==tt ) {
21502   p=mp_p_plus_q(mp, p,pp,t);
21503 } else if ( t==mp_proto_dependent ) {
21504   p=mp_p_plus_fq(mp, p,unity,pp,mp_proto_dependent,mp_dependent);
21505 } else { 
21506   q=p;
21507   while ( info(q)!=null ) {
21508     value(q)=mp_round_fraction(mp, value(q)); q=link(q);
21509   }
21510   t=mp_proto_dependent; p=mp_p_plus_q(mp, p,pp,t);
21511 }
21512 mp->watch_coefs=true;
21513
21514 @ Our next goal is to process type declarations. For this purpose it's
21515 convenient to have a procedure that scans a $\langle\,$declared
21516 variable$\,\rangle$ and returns the corresponding token list. After the
21517 following procedure has acted, the token after the declared variable
21518 will have been scanned, so it will appear in |cur_cmd|, |cur_mod|,
21519 and~|cur_sym|.
21520
21521 @<Declare the function called |scan_declared_variable|@>=
21522 pointer mp_scan_declared_variable (MP mp) {
21523   pointer x; /* hash address of the variable's root */
21524   pointer h,t; /* head and tail of the token list to be returned */
21525   pointer l; /* hash address of left bracket */
21526   mp_get_symbol(mp); x=mp->cur_sym;
21527   if ( mp->cur_cmd!=tag_token ) mp_clear_symbol(mp, x,false);
21528   h=mp_get_avail(mp); info(h)=x; t=h;
21529   while (1) { 
21530     mp_get_x_next(mp);
21531     if ( mp->cur_sym==0 ) break;
21532     if ( mp->cur_cmd!=tag_token ) if ( mp->cur_cmd!=internal_quantity)  {
21533       if ( mp->cur_cmd==left_bracket ) {
21534         @<Descend past a collective subscript@>;
21535       } else {
21536         break;
21537       }
21538     }
21539     link(t)=mp_get_avail(mp); t=link(t); info(t)=mp->cur_sym;
21540   }
21541   if ( eq_type(x)!=tag_token ) mp_clear_symbol(mp, x,false);
21542   if ( equiv(x)==null ) mp_new_root(mp, x);
21543   return h;
21544 }
21545
21546 @ If the subscript isn't collective, we don't accept it as part of the
21547 declared variable.
21548
21549 @<Descend past a collective subscript@>=
21550
21551   l=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
21552   if ( mp->cur_cmd!=right_bracket ) {
21553     mp_back_input(mp); mp->cur_sym=l; mp->cur_cmd=left_bracket; break;
21554   } else {
21555     mp->cur_sym=collective_subscript;
21556   }
21557 }
21558
21559 @ Type declarations are introduced by the following primitive operations.
21560
21561 @<Put each...@>=
21562 mp_primitive(mp, "numeric",type_name,mp_numeric_type);
21563 @:numeric_}{\&{numeric} primitive@>
21564 mp_primitive(mp, "string",type_name,mp_string_type);
21565 @:string_}{\&{string} primitive@>
21566 mp_primitive(mp, "boolean",type_name,mp_boolean_type);
21567 @:boolean_}{\&{boolean} primitive@>
21568 mp_primitive(mp, "path",type_name,mp_path_type);
21569 @:path_}{\&{path} primitive@>
21570 mp_primitive(mp, "pen",type_name,mp_pen_type);
21571 @:pen_}{\&{pen} primitive@>
21572 mp_primitive(mp, "picture",type_name,mp_picture_type);
21573 @:picture_}{\&{picture} primitive@>
21574 mp_primitive(mp, "transform",type_name,mp_transform_type);
21575 @:transform_}{\&{transform} primitive@>
21576 mp_primitive(mp, "color",type_name,mp_color_type);
21577 @:color_}{\&{color} primitive@>
21578 mp_primitive(mp, "rgbcolor",type_name,mp_color_type);
21579 @:color_}{\&{rgbcolor} primitive@>
21580 mp_primitive(mp, "cmykcolor",type_name,mp_cmykcolor_type);
21581 @:color_}{\&{cmykcolor} primitive@>
21582 mp_primitive(mp, "pair",type_name,mp_pair_type);
21583 @:pair_}{\&{pair} primitive@>
21584
21585 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21586 case type_name: mp_print_type(mp, m); break;
21587
21588 @ Now we are ready to handle type declarations, assuming that a
21589 |type_name| has just been scanned.
21590
21591 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21592 void mp_do_type_declaration (MP mp) ;
21593
21594 @ @c
21595 void mp_do_type_declaration (MP mp) {
21596   small_number t; /* the type being declared */
21597   pointer p; /* token list for a declared variable */
21598   pointer q; /* value node for the variable */
21599   if ( mp->cur_mod>=mp_transform_type ) 
21600     t=mp->cur_mod;
21601   else 
21602     t=mp->cur_mod+unknown_tag;
21603   do {  
21604     p=mp_scan_declared_variable(mp);
21605     mp_flush_variable(mp, equiv(info(p)),link(p),false);
21606     q=mp_find_variable(mp, p);
21607     if ( q!=null ) { 
21608       type(q)=t; value(q)=null; 
21609     } else  { 
21610       print_err("Declared variable conflicts with previous vardef");
21611 @.Declared variable conflicts...@>
21612       help2("You can't use, e.g., `numeric foo[]' after `vardef foo'.")
21613            ("Proceed, and I'll ignore the illegal redeclaration.");
21614       mp_put_get_error(mp);
21615     }
21616     mp_flush_list(mp, p);
21617     if ( mp->cur_cmd<comma ) {
21618       @<Flush spurious symbols after the declared variable@>;
21619     }
21620   } while (! end_of_statement);
21621 }
21622
21623 @ @<Flush spurious symbols after the declared variable@>=
21624
21625   print_err("Illegal suffix of declared variable will be flushed");
21626 @.Illegal suffix...flushed@>
21627   help5("Variables in declarations must consist entirely of")
21628     ("names and collective subscripts, e.g., `x[]a'.")
21629     ("Are you trying to use a reserved word in a variable name?")
21630     ("I'm going to discard the junk I found here,")
21631     ("up to the next comma or the end of the declaration.");
21632   if ( mp->cur_cmd==numeric_token )
21633     mp->help_line[2]="Explicit subscripts like `x15a' aren't permitted.";
21634   mp_put_get_error(mp); mp->scanner_status=flushing;
21635   do {  
21636     get_t_next;
21637     @<Decrease the string reference count...@>;
21638   } while (mp->cur_cmd<comma); /* either |end_of_statement| or |cur_cmd=comma| */
21639   mp->scanner_status=normal;
21640 }
21641
21642 @ \MP's |main_control| procedure just calls |do_statement| repeatedly
21643 until coming to the end of the user's program.
21644 Each execution of |do_statement| concludes with
21645 |cur_cmd=semicolon|, |end_group|, or |stop|.
21646
21647 @c void mp_main_control (MP mp) { 
21648   do {  
21649     mp_do_statement(mp);
21650     if ( mp->cur_cmd==end_group ) {
21651       print_err("Extra `endgroup'");
21652 @.Extra `endgroup'@>
21653       help2("I'm not currently working on a `begingroup',")
21654         ("so I had better not try to end anything.");
21655       mp_flush_error(mp, 0);
21656     }
21657   } while (mp->cur_cmd!=stop);
21658 }
21659 int mp_run (MP mp) {
21660   @<Install and test the non-local jump buffer@>;
21661   mp_main_control(mp); /* come to life */
21662   mp_final_cleanup(mp); /* prepare for death */
21663   mp_close_files_and_terminate(mp);
21664   return mp->history;
21665 }
21666 char * mp_mplib_version (MP mp) {
21667   assert(mp);
21668   return mplib_version;
21669 }
21670 char * mp_metapost_version (MP mp) {
21671   assert(mp);
21672   return metapost_version;
21673 }
21674
21675 @ @<Exported function headers@>=
21676 int mp_run (MP mp);
21677 char * mp_mplib_version (MP mp);
21678 char * mp_metapost_version (MP mp);
21679
21680 @ @<Put each...@>=
21681 mp_primitive(mp, "end",stop,0);
21682 @:end_}{\&{end} primitive@>
21683 mp_primitive(mp, "dump",stop,1);
21684 @:dump_}{\&{dump} primitive@>
21685
21686 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21687 case stop:
21688   if ( m==0 ) mp_print(mp, "end");
21689   else mp_print(mp, "dump");
21690   break;
21691
21692 @* \[41] Commands.
21693 Let's turn now to statements that are classified as ``commands'' because
21694 of their imperative nature. We'll begin with simple ones, so that it
21695 will be clear how to hook command processing into the |do_statement| routine;
21696 then we'll tackle the tougher commands.
21697
21698 Here's one of the simplest:
21699
21700 @<Cases of |do_statement|...@>=
21701 case random_seed: mp_do_random_seed(mp);  break;
21702
21703 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21704 void mp_do_random_seed (MP mp) ;
21705
21706 @ @c void mp_do_random_seed (MP mp) { 
21707   mp_get_x_next(mp);
21708   if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
21709     mp_missing_err(mp, ":=");
21710 @.Missing `:='@>
21711     help1("Always say `randomseed:=<numeric expression>'.");
21712     mp_back_error(mp);
21713   };
21714   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
21715   if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
21716     exp_err("Unknown value will be ignored");
21717 @.Unknown value...ignored@>
21718     help2("Your expression was too random for me to handle,")
21719       ("so I won't change the random seed just now.");
21720     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
21721   } else {
21722    @<Initialize the random seed to |cur_exp|@>;
21723   }
21724 }
21725
21726 @ @<Initialize the random seed to |cur_exp|@>=
21727
21728   mp_init_randoms(mp, mp->cur_exp);
21729   if ( mp->selector>=log_only && mp->selector<write_file) {
21730     mp->old_setting=mp->selector; mp->selector=log_only;
21731     mp_print_nl(mp, "{randomseed:="); 
21732     mp_print_scaled(mp, mp->cur_exp); 
21733     mp_print_char(mp, '}');
21734     mp_print_nl(mp, ""); mp->selector=mp->old_setting;
21735   }
21736 }
21737
21738 @ And here's another simple one (somewhat different in flavor):
21739
21740 @<Cases of |do_statement|...@>=
21741 case mode_command: 
21742   mp_print_ln(mp); mp->interaction=mp->cur_mod;
21743   @<Initialize the print |selector| based on |interaction|@>;
21744   if ( mp->log_opened ) mp->selector=mp->selector+2;
21745   mp_get_x_next(mp);
21746   break;
21747
21748 @ @<Put each...@>=
21749 mp_primitive(mp, "batchmode",mode_command,mp_batch_mode);
21750 @:mp_batch_mode_}{\&{batchmode} primitive@>
21751 mp_primitive(mp, "nonstopmode",mode_command,mp_nonstop_mode);
21752 @:mp_nonstop_mode_}{\&{nonstopmode} primitive@>
21753 mp_primitive(mp, "scrollmode",mode_command,mp_scroll_mode);
21754 @:mp_scroll_mode_}{\&{scrollmode} primitive@>
21755 mp_primitive(mp, "errorstopmode",mode_command,mp_error_stop_mode);
21756 @:mp_error_stop_mode_}{\&{errorstopmode} primitive@>
21757
21758 @ @<Cases of |print_cmd_mod|...@>=
21759 case mode_command: 
21760   switch (m) {
21761   case mp_batch_mode: mp_print(mp, "batchmode"); break;
21762   case mp_nonstop_mode: mp_print(mp, "nonstopmode"); break;
21763   case mp_scroll_mode: mp_print(mp, "scrollmode"); break;
21764   default: mp_print(mp, "errorstopmode"); break;
21765   }
21766   break;
21767
21768 @ The `\&{inner}' and `\&{outer}' commands are only slightly harder.
21769
21770 @<Cases of |do_statement|...@>=
21771 case protection_command: mp_do_protection(mp); break;
21772
21773 @ @<Put each...@>=
21774 mp_primitive(mp, "inner",protection_command,0);
21775 @:inner_}{\&{inner} primitive@>
21776 mp_primitive(mp, "outer",protection_command,1);
21777 @:outer_}{\&{outer} primitive@>
21778
21779 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21780 case protection_command: 
21781   if ( m==0 ) mp_print(mp, "inner");
21782   else mp_print(mp, "outer");
21783   break;
21784
21785 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21786 void mp_do_protection (MP mp) ;
21787
21788 @ @c void mp_do_protection (MP mp) {
21789   int m; /* 0 to unprotect, 1 to protect */
21790   halfword t; /* the |eq_type| before we change it */
21791   m=mp->cur_mod;
21792   do {  
21793     mp_get_symbol(mp); t=eq_type(mp->cur_sym);
21794     if ( m==0 ) { 
21795       if ( t>=outer_tag ) 
21796         eq_type(mp->cur_sym)=t-outer_tag;
21797     } else if ( t<outer_tag ) {
21798       eq_type(mp->cur_sym)=t+outer_tag;
21799     }
21800     mp_get_x_next(mp);
21801   } while (mp->cur_cmd==comma);
21802 }
21803
21804 @ \MP\ never defines the tokens `\.(' and `\.)' to be primitives, but
21805 plain \MP\ begins with the declaration `\&{delimiters} \.{()}'. Such a
21806 declaration assigns the command code |left_delimiter| to `\.{(}' and
21807 |right_delimiter| to `\.{)}'; the |equiv| of each delimiter is the
21808 hash address of its mate.
21809
21810 @<Cases of |do_statement|...@>=
21811 case delimiters: mp_def_delims(mp); break;
21812
21813 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21814 void mp_def_delims (MP mp) ;
21815
21816 @ @c void mp_def_delims (MP mp) {
21817   pointer l_delim,r_delim; /* the new delimiter pair */
21818   mp_get_clear_symbol(mp); l_delim=mp->cur_sym;
21819   mp_get_clear_symbol(mp); r_delim=mp->cur_sym;
21820   eq_type(l_delim)=left_delimiter; equiv(l_delim)=r_delim;
21821   eq_type(r_delim)=right_delimiter; equiv(r_delim)=l_delim;
21822   mp_get_x_next(mp);
21823 }
21824
21825 @ Here is a procedure that is called when \MP\ has reached a point
21826 where some right delimiter is mandatory.
21827
21828 @<Declare the procedure called |check_delimiter|@>=
21829 void mp_check_delimiter (MP mp,pointer l_delim, pointer r_delim) {
21830   if ( mp->cur_cmd==right_delimiter ) 
21831     if ( mp->cur_mod==l_delim ) 
21832       return;
21833   if ( mp->cur_sym!=r_delim ) {
21834      mp_missing_err(mp, str(text(r_delim)));
21835 @.Missing `)'@>
21836     help2("I found no right delimiter to match a left one. So I've")
21837       ("put one in, behind the scenes; this may fix the problem.");
21838     mp_back_error(mp);
21839   } else { 
21840     print_err("The token `"); mp_print_text(r_delim);
21841 @.The token...delimiter@>
21842     mp_print(mp, "' is no longer a right delimiter");
21843     help3("Strange: This token has lost its former meaning!")
21844       ("I'll read it as a right delimiter this time;")
21845       ("but watch out, I'll probably miss it later.");
21846     mp_error(mp);
21847   }
21848 }
21849
21850 @ The next four commands save or change the values associated with tokens.
21851
21852 @<Cases of |do_statement|...@>=
21853 case save_command: 
21854   do {  
21855     mp_get_symbol(mp); mp_save_variable(mp, mp->cur_sym); mp_get_x_next(mp);
21856   } while (mp->cur_cmd==comma);
21857   break;
21858 case interim_command: mp_do_interim(mp); break;
21859 case let_command: mp_do_let(mp); break;
21860 case new_internal: mp_do_new_internal(mp); break;
21861
21862 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21863 void mp_do_statement (MP mp);
21864 void mp_do_interim (MP mp);
21865
21866 @ @c void mp_do_interim (MP mp) { 
21867   mp_get_x_next(mp);
21868   if ( mp->cur_cmd!=internal_quantity ) {
21869      print_err("The token `");
21870 @.The token...quantity@>
21871     if ( mp->cur_sym==0 ) mp_print(mp, "(%CAPSULE)");
21872     else mp_print_text(mp->cur_sym);
21873     mp_print(mp, "' isn't an internal quantity");
21874     help1("Something like `tracingonline' should follow `interim'.");
21875     mp_back_error(mp);
21876   } else { 
21877     mp_save_internal(mp, mp->cur_mod); mp_back_input(mp);
21878   }
21879   mp_do_statement(mp);
21880 }
21881
21882 @ The following procedure is careful not to undefine the left-hand symbol
21883 too soon, lest commands like `{\tt let x=x}' have a surprising effect.
21884
21885 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
21886 void mp_do_let (MP mp) ;
21887
21888 @ @c void mp_do_let (MP mp) {
21889   pointer l; /* hash location of the left-hand symbol */
21890   mp_get_symbol(mp); l=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
21891   if ( mp->cur_cmd!=equals ) if ( mp->cur_cmd!=assignment ) {
21892      mp_missing_err(mp, "=");
21893 @.Missing `='@>
21894     help3("You should have said `let symbol = something'.")
21895       ("But don't worry; I'll pretend that an equals sign")
21896       ("was present. The next token I read will be `something'.");
21897     mp_back_error(mp);
21898   }
21899   mp_get_symbol(mp);
21900   switch (mp->cur_cmd) {
21901   case defined_macro: case secondary_primary_macro:
21902   case tertiary_secondary_macro: case expression_tertiary_macro: 
21903     add_mac_ref(mp->cur_mod);
21904     break;
21905   default: 
21906     break;
21907   }
21908   mp_clear_symbol(mp, l,false); eq_type(l)=mp->cur_cmd;
21909   if ( mp->cur_cmd==tag_token ) equiv(l)=null;
21910   else equiv(l)=mp->cur_mod;
21911   mp_get_x_next(mp);
21912 }
21913
21914 @ @<Declarations@>=
21915 void mp_grow_internals (MP mp, int l);
21916 void mp_do_new_internal (MP mp) ;
21917
21918 @ @c
21919 void mp_grow_internals (MP mp, int l) {
21920   scaled *internal;
21921   char * *int_name; 
21922   int k;
21923   if ( hash_end+l>max_halfword ) {
21924     mp_confusion(mp, "out of memory space"); /* can't be reached */
21925   }
21926   int_name = xmalloc ((l+1),sizeof(char *));
21927   internal = xmalloc ((l+1),sizeof(scaled));
21928   for (k=0;k<=l; k++ ) { 
21929     if (k<=mp->max_internal) {
21930       internal[k]=mp->internal[k]; 
21931       int_name[k]=mp->int_name[k]; 
21932     } else {
21933       internal[k]=0; 
21934       int_name[k]=NULL; 
21935     }
21936   }
21937   xfree(mp->internal); xfree(mp->int_name);
21938   mp->int_name = int_name;
21939   mp->internal = internal;
21940   mp->max_internal = l;
21941 }
21942
21943
21944 void mp_do_new_internal (MP mp) { 
21945   do {  
21946     if ( mp->int_ptr==mp->max_internal ) {
21947       mp_grow_internals(mp, (mp->max_internal + (mp->max_internal>>2)));
21948     }
21949     mp_get_clear_symbol(mp); incr(mp->int_ptr);
21950     eq_type(mp->cur_sym)=internal_quantity; 
21951     equiv(mp->cur_sym)=mp->int_ptr;
21952     if(mp->int_name[mp->int_ptr]!=NULL)
21953       xfree(mp->int_name[mp->int_ptr]);
21954     mp->int_name[mp->int_ptr]=str(text(mp->cur_sym)); 
21955     mp->internal[mp->int_ptr]=0;
21956     mp_get_x_next(mp);
21957   } while (mp->cur_cmd==comma);
21958 }
21959
21960 @ @<Dealloc variables@>=
21961 for (k=0;k<=mp->max_internal;k++) {
21962    xfree(mp->int_name[k]);
21963 }
21964 xfree(mp->internal); 
21965 xfree(mp->int_name); 
21966
21967
21968 @ The various `\&{show}' commands are distinguished by modifier fields
21969 in the usual way.
21970
21971 @d show_token_code 0 /* show the meaning of a single token */
21972 @d show_stats_code 1 /* show current memory and string usage */
21973 @d show_code 2 /* show a list of expressions */
21974 @d show_var_code 3 /* show a variable and its descendents */
21975 @d show_dependencies_code 4 /* show dependent variables in terms of independents */
21976
21977 @<Put each...@>=
21978 mp_primitive(mp, "showtoken",show_command,show_token_code);
21979 @:show_token_}{\&{showtoken} primitive@>
21980 mp_primitive(mp, "showstats",show_command,show_stats_code);
21981 @:show_stats_}{\&{showstats} primitive@>
21982 mp_primitive(mp, "show",show_command,show_code);
21983 @:show_}{\&{show} primitive@>
21984 mp_primitive(mp, "showvariable",show_command,show_var_code);
21985 @:show_var_}{\&{showvariable} primitive@>
21986 mp_primitive(mp, "showdependencies",show_command,show_dependencies_code);
21987 @:show_dependencies_}{\&{showdependencies} primitive@>
21988
21989 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
21990 case show_command: 
21991   switch (m) {
21992   case show_token_code:mp_print(mp, "showtoken"); break;
21993   case show_stats_code:mp_print(mp, "showstats"); break;
21994   case show_code:mp_print(mp, "show"); break;
21995   case show_var_code:mp_print(mp, "showvariable"); break;
21996   default: mp_print(mp, "showdependencies"); break;
21997   }
21998   break;
21999
22000 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22001 case show_command:mp_do_show_whatever(mp); break;
22002
22003 @ The value of |cur_mod| controls the |verbosity| in the |print_exp| routine:
22004 if it's |show_code|, complicated structures are abbreviated, otherwise
22005 they aren't.
22006
22007 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22008 void mp_do_show (MP mp) ;
22009
22010 @ @c void mp_do_show (MP mp) { 
22011   do {  
22012     mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22013     mp_print_nl(mp, ">> ");
22014 @.>>@>
22015     mp_print_exp(mp, null,2); mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22016   } while (mp->cur_cmd==comma);
22017 }
22018
22019 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22020 void mp_disp_token (MP mp) ;
22021
22022 @ @c void mp_disp_token (MP mp) { 
22023   mp_print_nl(mp, "> ");
22024 @.>\relax@>
22025   if ( mp->cur_sym==0 ) {
22026     @<Show a numeric or string or capsule token@>;
22027   } else { 
22028     mp_print_text(mp->cur_sym); mp_print_char(mp, '=');
22029     if ( eq_type(mp->cur_sym)>=outer_tag ) mp_print(mp, "(outer) ");
22030     mp_print_cmd_mod(mp, mp->cur_cmd,mp->cur_mod);
22031     if ( mp->cur_cmd==defined_macro ) {
22032       mp_print_ln(mp); mp_show_macro(mp, mp->cur_mod,null,100000);
22033     } /* this avoids recursion between |show_macro| and |print_cmd_mod| */
22034 @^recursion@>
22035   }
22036 }
22037
22038 @ @<Show a numeric or string or capsule token@>=
22039
22040   if ( mp->cur_cmd==numeric_token ) {
22041     mp_print_scaled(mp, mp->cur_mod);
22042   } else if ( mp->cur_cmd==capsule_token ) {
22043     mp->g_pointer=mp->cur_mod; mp_print_capsule(mp);
22044   } else  { 
22045     mp_print_char(mp, '"'); 
22046     mp_print_str(mp, mp->cur_mod); mp_print_char(mp, '"');
22047     delete_str_ref(mp->cur_mod);
22048   }
22049 }
22050
22051 @ The following cases of |print_cmd_mod| might arise in connection
22052 with |disp_token|, although they don't correspond to any
22053 primitive tokens.
22054
22055 @<Cases of |print_cmd_...@>=
22056 case left_delimiter:
22057 case right_delimiter: 
22058   if ( c==left_delimiter ) mp_print(mp, "left");
22059   else mp_print(mp, "right");
22060   mp_print(mp, " delimiter that matches "); 
22061   mp_print_text(m);
22062   break;
22063 case tag_token:
22064   if ( m==null ) mp_print(mp, "tag");
22065    else mp_print(mp, "variable");
22066    break;
22067 case defined_macro: 
22068    mp_print(mp, "macro:");
22069    break;
22070 case secondary_primary_macro:
22071 case tertiary_secondary_macro:
22072 case expression_tertiary_macro:
22073   mp_print_cmd_mod(mp, macro_def,c); 
22074   mp_print(mp, "'d macro:");
22075   mp_print_ln(mp); mp_show_token_list(mp, link(link(m)),null,1000,0);
22076   break;
22077 case repeat_loop:
22078   mp_print(mp, "[repeat the loop]");
22079   break;
22080 case internal_quantity:
22081   mp_print(mp, mp->int_name[m]);
22082   break;
22083
22084 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22085 void mp_do_show_token (MP mp) ;
22086
22087 @ @c void mp_do_show_token (MP mp) { 
22088   do {  
22089     get_t_next; mp_disp_token(mp);
22090     mp_get_x_next(mp);
22091   } while (mp->cur_cmd==comma);
22092 }
22093
22094 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22095 void mp_do_show_stats (MP mp) ;
22096
22097 @ @c void mp_do_show_stats (MP mp) { 
22098   mp_print_nl(mp, "Memory usage ");
22099 @.Memory usage...@>
22100   mp_print_int(mp, mp->var_used); mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->dyn_used);
22101   if ( false )
22102     mp_print(mp, "unknown");
22103   mp_print(mp, " ("); mp_print_int(mp, mp->hi_mem_min-mp->lo_mem_max-1);
22104   mp_print(mp, " still untouched)"); mp_print_ln(mp);
22105   mp_print_nl(mp, "String usage ");
22106   mp_print_int(mp, mp->strs_in_use-mp->init_str_use);
22107   mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->pool_in_use-mp->init_pool_ptr);
22108   if ( false )
22109     mp_print(mp, "unknown");
22110   mp_print(mp, " (");
22111   mp_print_int(mp, mp->max_strings-1-mp->strs_used_up); mp_print_char(mp, '&');
22112   mp_print_int(mp, mp->pool_size-mp->pool_ptr); 
22113   mp_print(mp, " now untouched)"); mp_print_ln(mp);
22114   mp_get_x_next(mp);
22115 }
22116
22117 @ Here's a recursive procedure that gives an abbreviated account
22118 of a variable, for use by |do_show_var|.
22119
22120 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22121 void mp_disp_var (MP mp,pointer p) ;
22122
22123 @ @c void mp_disp_var (MP mp,pointer p) {
22124   pointer q; /* traverses attributes and subscripts */
22125   int n; /* amount of macro text to show */
22126   if ( type(p)==mp_structured )  {
22127     @<Descend the structure@>;
22128   } else if ( type(p)>=mp_unsuffixed_macro ) {
22129     @<Display a variable macro@>;
22130   } else if ( type(p)!=undefined ){ 
22131     mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p); 
22132     mp_print_char(mp, '=');
22133     mp_print_exp(mp, p,0);
22134   }
22135 }
22136
22137 @ @<Descend the structure@>=
22138
22139   q=attr_head(p);
22140   do {  mp_disp_var(mp, q); q=link(q); } while (q!=end_attr);
22141   q=subscr_head(p);
22142   while ( name_type(q)==mp_subscr ) { 
22143     mp_disp_var(mp, q); q=link(q);
22144   }
22145 }
22146
22147 @ @<Display a variable macro@>=
22148
22149   mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p);
22150   if ( type(p)>mp_unsuffixed_macro ) 
22151     mp_print(mp, "@@#"); /* |suffixed_macro| */
22152   mp_print(mp, "=macro:");
22153   if ( (int)mp->file_offset>=mp->max_print_line-20 ) n=5;
22154   else n=mp->max_print_line-mp->file_offset-15;
22155   mp_show_macro(mp, value(p),null,n);
22156 }
22157
22158 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22159 void mp_do_show_var (MP mp) ;
22160
22161 @ @c void mp_do_show_var (MP mp) { 
22162   do {  
22163     get_t_next;
22164     if ( mp->cur_sym>0 ) if ( mp->cur_sym<=hash_end )
22165       if ( mp->cur_cmd==tag_token ) if ( mp->cur_mod!=null ) {
22166       mp_disp_var(mp, mp->cur_mod); goto DONE;
22167     }
22168    mp_disp_token(mp);
22169   DONE:
22170    mp_get_x_next(mp);
22171   } while (mp->cur_cmd==comma);
22172 }
22173
22174 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22175 void mp_do_show_dependencies (MP mp) ;
22176
22177 @ @c void mp_do_show_dependencies (MP mp) {
22178   pointer p; /* link that runs through all dependencies */
22179   p=link(dep_head);
22180   while ( p!=dep_head ) {
22181     if ( mp_interesting(mp, p) ) {
22182       mp_print_nl(mp, ""); mp_print_variable_name(mp, p);
22183       if ( type(p)==mp_dependent ) mp_print_char(mp, '=');
22184       else mp_print(mp, " = "); /* extra spaces imply proto-dependency */
22185       mp_print_dependency(mp, dep_list(p),type(p));
22186     }
22187     p=dep_list(p);
22188     while ( info(p)!=null ) p=link(p);
22189     p=link(p);
22190   }
22191   mp_get_x_next(mp);
22192 }
22193
22194 @ Finally we are ready for the procedure that governs all of the
22195 show commands.
22196
22197 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22198 void mp_do_show_whatever (MP mp) ;
22199
22200 @ @c void mp_do_show_whatever (MP mp) { 
22201   if ( mp->interaction==mp_error_stop_mode ) wake_up_terminal;
22202   switch (mp->cur_mod) {
22203   case show_token_code:mp_do_show_token(mp); break;
22204   case show_stats_code:mp_do_show_stats(mp); break;
22205   case show_code:mp_do_show(mp); break;
22206   case show_var_code:mp_do_show_var(mp); break;
22207   case show_dependencies_code:mp_do_show_dependencies(mp); break;
22208   } /* there are no other cases */
22209   if ( mp->internal[mp_showstopping]>0 ){ 
22210     print_err("OK");
22211 @.OK@>
22212     if ( mp->interaction<mp_error_stop_mode ) { 
22213       help0; decr(mp->error_count);
22214     } else {
22215       help1("This isn't an error message; I'm just showing something.");
22216     }
22217     if ( mp->cur_cmd==semicolon ) mp_error(mp);
22218      else mp_put_get_error(mp);
22219   }
22220 }
22221
22222 @ The `\&{addto}' command needs the following additional primitives:
22223
22224 @d double_path_code 0 /* command modifier for `\&{doublepath}' */
22225 @d contour_code 1 /* command modifier for `\&{contour}' */
22226 @d also_code 2 /* command modifier for `\&{also}' */
22227
22228 @ Pre and postscripts need two new identifiers:
22229
22230 @d with_pre_script 11
22231 @d with_post_script 13
22232
22233 @<Put each...@>=
22234 mp_primitive(mp, "doublepath",thing_to_add,double_path_code);
22235 @:double_path_}{\&{doublepath} primitive@>
22236 mp_primitive(mp, "contour",thing_to_add,contour_code);
22237 @:contour_}{\&{contour} primitive@>
22238 mp_primitive(mp, "also",thing_to_add,also_code);
22239 @:also_}{\&{also} primitive@>
22240 mp_primitive(mp, "withpen",with_option,mp_pen_type);
22241 @:with_pen_}{\&{withpen} primitive@>
22242 mp_primitive(mp, "dashed",with_option,mp_picture_type);
22243 @:dashed_}{\&{dashed} primitive@>
22244 mp_primitive(mp, "withprescript",with_option,with_pre_script);
22245 @:with_pre_script_}{\&{withprescript} primitive@>
22246 mp_primitive(mp, "withpostscript",with_option,with_post_script);
22247 @:with_post_script_}{\&{withpostscript} primitive@>
22248 mp_primitive(mp, "withoutcolor",with_option,no_model);
22249 @:with_color_}{\&{withoutcolor} primitive@>
22250 mp_primitive(mp, "withgreyscale",with_option,grey_model);
22251 @:with_color_}{\&{withgreyscale} primitive@>
22252 mp_primitive(mp, "withcolor",with_option,uninitialized_model);
22253 @:with_color_}{\&{withcolor} primitive@>
22254 /*  \&{withrgbcolor} is an alias for \&{withcolor} */
22255 mp_primitive(mp, "withrgbcolor",with_option,rgb_model);
22256 @:with_color_}{\&{withrgbcolor} primitive@>
22257 mp_primitive(mp, "withcmykcolor",with_option,cmyk_model);
22258 @:with_color_}{\&{withcmykcolor} primitive@>
22259
22260 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22261 case thing_to_add:
22262   if ( m==contour_code ) mp_print(mp, "contour");
22263   else if ( m==double_path_code ) mp_print(mp, "doublepath");
22264   else mp_print(mp, "also");
22265   break;
22266 case with_option:
22267   if ( m==mp_pen_type ) mp_print(mp, "withpen");
22268   else if ( m==with_pre_script ) mp_print(mp, "withprescript");
22269   else if ( m==with_post_script ) mp_print(mp, "withpostscript");
22270   else if ( m==no_model ) mp_print(mp, "withoutcolor");
22271   else if ( m==rgb_model ) mp_print(mp, "withrgbcolor");
22272   else if ( m==uninitialized_model ) mp_print(mp, "withcolor");
22273   else if ( m==cmyk_model ) mp_print(mp, "withcmykcolor");
22274   else if ( m==grey_model ) mp_print(mp, "withgreyscale");
22275   else mp_print(mp, "dashed");
22276   break;
22277
22278 @ The |scan_with_list| procedure parses a $\langle$with list$\rangle$ and
22279 updates the list of graphical objects starting at |p|.  Each $\langle$with
22280 clause$\rangle$ updates all graphical objects whose |type| is compatible.
22281 Other objects are ignored.
22282
22283 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22284 void mp_scan_with_list (MP mp,pointer p) ;
22285
22286 @ @c void mp_scan_with_list (MP mp,pointer p) {
22287   small_number t; /* |cur_mod| of the |with_option| (should match |cur_type|) */
22288   pointer q; /* for list manipulation */
22289   int old_setting; /* saved |selector| setting */
22290   pointer k; /* for finding the near-last item in a list  */
22291   str_number s; /* for string cleanup after combining  */
22292   pointer cp,pp,dp,ap,bp;
22293     /* objects being updated; |void| initially; |null| to suppress update */
22294   cp=mp_void; pp=mp_void; dp=mp_void; ap=mp_void; bp=mp_void;
22295   k=0;
22296   while ( mp->cur_cmd==with_option ){ 
22297     t=mp->cur_mod;
22298     mp_get_x_next(mp);
22299     if ( t!=no_model ) mp_scan_expression(mp);
22300     if (((t==with_pre_script)&&(mp->cur_type!=mp_string_type))||
22301      ((t==with_post_script)&&(mp->cur_type!=mp_string_type))||
22302      ((t==uninitialized_model)&&
22303         ((mp->cur_type!=mp_cmykcolor_type)&&(mp->cur_type!=mp_color_type)
22304           &&(mp->cur_type!=mp_known)&&(mp->cur_type!=mp_boolean_type)))||
22305      ((t==cmyk_model)&&(mp->cur_type!=mp_cmykcolor_type))||
22306      ((t==rgb_model)&&(mp->cur_type!=mp_color_type))||
22307      ((t==grey_model)&&(mp->cur_type!=mp_known))||
22308      ((t==mp_pen_type)&&(mp->cur_type!=t))||
22309      ((t==mp_picture_type)&&(mp->cur_type!=t)) ) {
22310       @<Complain about improper type@>;
22311     } else if ( t==uninitialized_model ) {
22312       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22313       if ( cp!=null )
22314         @<Transfer a color from the current expression to object~|cp|@>;
22315       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22316     } else if ( t==rgb_model ) {
22317       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22318       if ( cp!=null )
22319         @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>;
22320       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22321     } else if ( t==cmyk_model ) {
22322       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22323       if ( cp!=null )
22324         @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>;
22325       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22326     } else if ( t==grey_model ) {
22327       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22328       if ( cp!=null )
22329         @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>;
22330       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22331     } else if ( t==no_model ) {
22332       if ( cp==mp_void ) @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>;
22333       if ( cp!=null )
22334         @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>;
22335     } else if ( t==mp_pen_type ) {
22336       if ( pp==mp_void ) @<Make |pp| an object in list~|p| that needs a pen@>;
22337       if ( pp!=null ) {
22338         if ( pen_p(pp)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(pp));
22339         pen_p(pp)=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
22340       }
22341     } else if ( t==with_pre_script ) {
22342       if ( ap==mp_void )
22343         ap=p;
22344       while ( (ap!=null)&&(! has_color(ap)) )
22345          ap=link(ap);
22346       if ( ap!=null ) {
22347         if ( pre_script(ap)!=null ) { /*  build a new,combined string  */
22348           s=pre_script(ap);
22349           old_setting=mp->selector;
22350               mp->selector=new_string;
22351           str_room(length(pre_script(ap))+length(mp->cur_exp)+2);
22352               mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22353           append_char(13);  /* a forced \ps\ newline  */
22354           mp_print_str(mp, pre_script(ap));
22355           pre_script(ap)=mp_make_string(mp);
22356           delete_str_ref(s);
22357           mp->selector=old_setting;
22358         } else {
22359           pre_script(ap)=mp->cur_exp;
22360         }
22361         mp->cur_type=mp_vacuous;
22362       }
22363     } else if ( t==with_post_script ) {
22364       if ( bp==mp_void )
22365         k=p; 
22366       bp=k;
22367       while ( link(k)!=null ) {
22368         k=link(k);
22369         if ( has_color(k) ) bp=k;
22370       }
22371       if ( bp!=null ) {
22372          if ( post_script(bp)!=null ) {
22373            s=post_script(bp);
22374            old_setting=mp->selector;
22375                mp->selector=new_string;
22376            str_room(length(post_script(bp))+length(mp->cur_exp)+2);
22377            mp_print_str(mp, post_script(bp));
22378            append_char(13); /* a forced \ps\ newline  */
22379            mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22380            post_script(bp)=mp_make_string(mp);
22381            delete_str_ref(s);
22382            mp->selector=old_setting;
22383          } else {
22384            post_script(bp)=mp->cur_exp;
22385          }
22386          mp->cur_type=mp_vacuous;
22387        }
22388     } else { 
22389       if ( dp==mp_void ) 
22390         @<Make |dp| a stroked node in list~|p|@>;
22391       if ( dp!=null ) {
22392         if ( dash_p(dp)!=null ) delete_edge_ref(dash_p(dp));
22393         dash_p(dp)=mp_make_dashes(mp, mp->cur_exp);
22394         dash_scale(dp)=unity;
22395         mp->cur_type=mp_vacuous;
22396       }
22397     }
22398   }
22399   @<Copy the information from objects |cp|, |pp|, and |dp| into the rest
22400     of the list@>;
22401 };
22402
22403 @ @<Complain about improper type@>=
22404 { exp_err("Improper type");
22405 @.Improper type@>
22406 help2("Next time say `withpen <known pen expression>';")
22407   ("I'll ignore the bad `with' clause and look for another.");
22408 if ( t==with_pre_script )
22409   mp->help_line[1]="Next time say `withprescript <known string expression>';";
22410 else if ( t==with_post_script )
22411   mp->help_line[1]="Next time say `withpostscript <known string expression>';";
22412 else if ( t==mp_picture_type )
22413   mp->help_line[1]="Next time say `dashed <known picture expression>';";
22414 else if ( t==uninitialized_model )
22415   mp->help_line[1]="Next time say `withcolor <known color expression>';";
22416 else if ( t==rgb_model )
22417   mp->help_line[1]="Next time say `withrgbcolor <known color expression>';";
22418 else if ( t==cmyk_model )
22419   mp->help_line[1]="Next time say `withcmykcolor <known cmykcolor expression>';";
22420 else if ( t==grey_model )
22421   mp->help_line[1]="Next time say `withgreyscale <known numeric expression>';";;
22422 mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22423 }
22424
22425 @ Forcing the color to be between |0| and |unity| here guarantees that no
22426 picture will ever contain a color outside the legal range for \ps\ graphics.
22427
22428 @<Transfer a color from the current expression to object~|cp|@>=
22429 { if ( mp->cur_type==mp_color_type )
22430    @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>
22431 else if ( mp->cur_type==mp_cmykcolor_type )
22432    @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>
22433 else if ( mp->cur_type==mp_known )
22434    @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>
22435 else if ( mp->cur_exp==false_code )
22436    @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>;
22437 }
22438
22439 @ @<Transfer a rgbcolor from the current expression to object~|cp|@>=
22440 { q=value(mp->cur_exp);
22441 cyan_val(cp)=0;
22442 magenta_val(cp)=0;
22443 yellow_val(cp)=0;
22444 black_val(cp)=0;
22445 red_val(cp)=value(red_part_loc(q));
22446 green_val(cp)=value(green_part_loc(q));
22447 blue_val(cp)=value(blue_part_loc(q));
22448 color_model(cp)=rgb_model;
22449 if ( red_val(cp)<0 ) red_val(cp)=0;
22450 if ( green_val(cp)<0 ) green_val(cp)=0;
22451 if ( blue_val(cp)<0 ) blue_val(cp)=0;
22452 if ( red_val(cp)>unity ) red_val(cp)=unity;
22453 if ( green_val(cp)>unity ) green_val(cp)=unity;
22454 if ( blue_val(cp)>unity ) blue_val(cp)=unity;
22455 }
22456
22457 @ @<Transfer a cmykcolor from the current expression to object~|cp|@>=
22458 { q=value(mp->cur_exp);
22459 cyan_val(cp)=value(cyan_part_loc(q));
22460 magenta_val(cp)=value(magenta_part_loc(q));
22461 yellow_val(cp)=value(yellow_part_loc(q));
22462 black_val(cp)=value(black_part_loc(q));
22463 color_model(cp)=cmyk_model;
22464 if ( cyan_val(cp)<0 ) cyan_val(cp)=0;
22465 if ( magenta_val(cp)<0 ) magenta_val(cp)=0;
22466 if ( yellow_val(cp)<0 ) yellow_val(cp)=0;
22467 if ( black_val(cp)<0 ) black_val(cp)=0;
22468 if ( cyan_val(cp)>unity ) cyan_val(cp)=unity;
22469 if ( magenta_val(cp)>unity ) magenta_val(cp)=unity;
22470 if ( yellow_val(cp)>unity ) yellow_val(cp)=unity;
22471 if ( black_val(cp)>unity ) black_val(cp)=unity;
22472 }
22473
22474 @ @<Transfer a greyscale from the current expression to object~|cp|@>=
22475 { q=mp->cur_exp;
22476 cyan_val(cp)=0;
22477 magenta_val(cp)=0;
22478 yellow_val(cp)=0;
22479 black_val(cp)=0;
22480 grey_val(cp)=q;
22481 color_model(cp)=grey_model;
22482 if ( grey_val(cp)<0 ) grey_val(cp)=0;
22483 if ( grey_val(cp)>unity ) grey_val(cp)=unity;
22484 }
22485
22486 @ @<Transfer a noncolor from the current expression to object~|cp|@>=
22487 {
22488 cyan_val(cp)=0;
22489 magenta_val(cp)=0;
22490 yellow_val(cp)=0;
22491 black_val(cp)=0;
22492 grey_val(cp)=0;
22493 color_model(cp)=no_model;
22494 }
22495
22496 @ @<Make |cp| a colored object in object list~|p|@>=
22497 { cp=p;
22498   while ( cp!=null ){ 
22499     if ( has_color(cp) ) break;
22500     cp=link(cp);
22501   }
22502 }
22503
22504 @ @<Make |pp| an object in list~|p| that needs a pen@>=
22505 { pp=p;
22506   while ( pp!=null ) {
22507     if ( has_pen(pp) ) break;
22508     pp=link(pp);
22509   }
22510 }
22511
22512 @ @<Make |dp| a stroked node in list~|p|@>=
22513 { dp=p;
22514   while ( dp!=null ) {
22515     if ( type(dp)==mp_stroked_code ) break;
22516     dp=link(dp);
22517   }
22518 }
22519
22520 @ @<Copy the information from objects |cp|, |pp|, and |dp| into...@>=
22521 @<Copy |cp|'s color into the colored objects linked to~|cp|@>;
22522 if ( pp>mp_void )
22523   @<Copy |pen_p(pp)| into stroked and filled nodes linked to |pp|@>;
22524 if ( dp>mp_void ) @<Make stroked nodes linked to |dp| refer to |dash_p(dp)|@>
22525
22526 @ @<Copy |cp|'s color into the colored objects linked to~|cp|@>=
22527 { q=link(cp);
22528   while ( q!=null ) { 
22529     if ( has_color(q) ) {
22530       red_val(q)=red_val(cp);
22531       green_val(q)=green_val(cp);
22532       blue_val(q)=blue_val(cp);
22533       black_val(q)=black_val(cp);
22534       color_model(q)=color_model(cp);
22535     }
22536     q=link(q);
22537   }
22538 }
22539
22540 @ @<Copy |pen_p(pp)| into stroked and filled nodes linked to |pp|@>=
22541 { q=link(pp);
22542   while ( q!=null ) {
22543     if ( has_pen(q) ) {
22544       if ( pen_p(q)!=null ) mp_toss_knot_list(mp, pen_p(q));
22545       pen_p(q)=copy_pen(pen_p(pp));
22546     }
22547     q=link(q);
22548   }
22549 }
22550
22551 @ @<Make stroked nodes linked to |dp| refer to |dash_p(dp)|@>=
22552 { q=link(dp);
22553   while ( q!=null ) {
22554     if ( type(q)==mp_stroked_code ) {
22555       if ( dash_p(q)!=null ) delete_edge_ref(dash_p(q));
22556       dash_p(q)=dash_p(dp);
22557       dash_scale(q)=unity;
22558       if ( dash_p(q)!=null ) add_edge_ref(dash_p(q));
22559     }
22560     q=link(q);
22561   }
22562 }
22563
22564 @ One of the things we need to do when we've parsed an \&{addto} or
22565 similar command is find the header of a supposed \&{picture} variable, given
22566 a token list for that variable.  Since the edge structure is about to be
22567 updated, we use |private_edges| to make sure that this is possible.
22568
22569 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22570 pointer mp_find_edges_var (MP mp, pointer t) ;
22571
22572 @ @c pointer mp_find_edges_var (MP mp, pointer t) {
22573   pointer p;
22574   pointer cur_edges; /* the return value */
22575   p=mp_find_variable(mp, t); cur_edges=null;
22576   if ( p==null ) { 
22577     mp_obliterated(mp, t); mp_put_get_error(mp);
22578   } else if ( type(p)!=mp_picture_type )  { 
22579     print_err("Variable "); mp_show_token_list(mp, t,null,1000,0);
22580 @.Variable x is the wrong type@>
22581     mp_print(mp, " is the wrong type ("); 
22582     mp_print_type(mp, type(p)); mp_print_char(mp, ')');
22583     help2("I was looking for a \"known\" picture variable.")
22584          ("So I'll not change anything just now."); 
22585     mp_put_get_error(mp);
22586   } else { 
22587     value(p)=mp_private_edges(mp, value(p));
22588     cur_edges=value(p);
22589   }
22590   mp_flush_node_list(mp, t);
22591   return cur_edges;
22592 };
22593
22594 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22595 case add_to_command: mp_do_add_to(mp); break;
22596 case bounds_command:mp_do_bounds(mp); break;
22597
22598 @ @<Put each...@>=
22599 mp_primitive(mp, "clip",bounds_command,mp_start_clip_code);
22600 @:clip_}{\&{clip} primitive@>
22601 mp_primitive(mp, "setbounds",bounds_command,mp_start_bounds_code);
22602 @:set_bounds_}{\&{setbounds} primitive@>
22603
22604 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22605 case bounds_command: 
22606   if ( m==mp_start_clip_code ) mp_print(mp, "clip");
22607   else mp_print(mp, "setbounds");
22608   break;
22609
22610 @ The following function parses the beginning of an \&{addto} or \&{clip}
22611 command: it expects a variable name followed by a token with |cur_cmd=sep|
22612 and then an expression.  The function returns the token list for the variable
22613 and stores the command modifier for the separator token in the global variable
22614 |last_add_type|.  We must be careful because this variable might get overwritten
22615 any time we call |get_x_next|.
22616
22617 @<Glob...@>=
22618 quarterword last_add_type;
22619   /* command modifier that identifies the last \&{addto} command */
22620
22621 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22622 pointer mp_start_draw_cmd (MP mp,quarterword sep) ;
22623
22624 @ @c pointer mp_start_draw_cmd (MP mp,quarterword sep) {
22625   pointer lhv; /* variable to add to left */
22626   quarterword add_type=0; /* value to be returned in |last_add_type| */
22627   lhv=null;
22628   mp_get_x_next(mp); mp->var_flag=sep; mp_scan_primary(mp);
22629   if ( mp->cur_type!=mp_token_list ) {
22630     @<Abandon edges command because there's no variable@>;
22631   } else  { 
22632     lhv=mp->cur_exp; add_type=mp->cur_mod;
22633     mp->cur_type=mp_vacuous; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22634   }
22635   mp->last_add_type=add_type;
22636   return lhv;
22637 }
22638
22639 @ @<Abandon edges command because there's no variable@>=
22640 { exp_err("Not a suitable variable");
22641 @.Not a suitable variable@>
22642   help4("At this point I needed to see the name of a picture variable.")
22643     ("(Or perhaps you have indeed presented me with one; I might")
22644     ("have missed it, if it wasn't followed by the proper token.)")
22645     ("So I'll not change anything just now.");
22646   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22647 }
22648
22649 @ Here is an example of how to use |start_draw_cmd|.
22650
22651 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22652 void mp_do_bounds (MP mp) ;
22653
22654 @ @c void mp_do_bounds (MP mp) {
22655   pointer lhv,lhe; /* variable on left, the corresponding edge structure */
22656   pointer p; /* for list manipulation */
22657   integer m; /* initial value of |cur_mod| */
22658   m=mp->cur_mod;
22659   lhv=mp_start_draw_cmd(mp, to_token);
22660   if ( lhv!=null ) {
22661     lhe=mp_find_edges_var(mp, lhv);
22662     if ( lhe==null ) {
22663       mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22664     } else if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) {
22665       exp_err("Improper `clip'");
22666 @.Improper `addto'@>
22667       help2("This expression should have specified a known path.")
22668         ("So I'll not change anything just now."); 
22669       mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22670     } else if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
22671       @<Complain about a non-cycle@>;
22672     } else {
22673       @<Make |cur_exp| into a \&{setbounds} or clipping path and add it to |lhe|@>;
22674     }
22675   }
22676 }
22677
22678 @ @<Complain about a non-cycle@>=
22679 { print_err("Not a cycle");
22680 @.Not a cycle@>
22681   help2("That contour should have ended with `..cycle' or `&cycle'.")
22682     ("So I'll not change anything just now."); mp_put_get_error(mp);
22683 }
22684
22685 @ @<Make |cur_exp| into a \&{setbounds} or clipping path and add...@>=
22686 { p=mp_new_bounds_node(mp, mp->cur_exp,m);
22687   link(p)=link(dummy_loc(lhe));
22688   link(dummy_loc(lhe))=p;
22689   if ( obj_tail(lhe)==dummy_loc(lhe) ) obj_tail(lhe)=p;
22690   p=mp_get_node(mp, mp->gr_object_size[stop_type(m)]);
22691   type(p)=stop_type(m);
22692   link(obj_tail(lhe))=p;
22693   obj_tail(lhe)=p;
22694   mp_init_bbox(mp, lhe);
22695 }
22696
22697 @ The |do_add_to| procedure is a little like |do_clip| but there are a lot more
22698 cases to deal with.
22699
22700 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22701 void mp_do_add_to (MP mp) ;
22702
22703 @ @c void mp_do_add_to (MP mp) {
22704   pointer lhv,lhe; /* variable on left, the corresponding edge structure */
22705   pointer p; /* the graphical object or list for |scan_with_list| to update */
22706   pointer e; /* an edge structure to be merged */
22707   quarterword add_type; /* |also_code|, |contour_code|, or |double_path_code| */
22708   lhv=mp_start_draw_cmd(mp, thing_to_add); add_type=mp->last_add_type;
22709   if ( lhv!=null ) {
22710     if ( add_type==also_code ) {
22711       @<Make sure the current expression is a suitable picture and set |e| and |p|
22712        appropriately@>;
22713     } else {
22714       @<Create a graphical object |p| based on |add_type| and the current
22715         expression@>;
22716     }
22717     mp_scan_with_list(mp, p);
22718     @<Use |p|, |e|, and |add_type| to augment |lhv| as requested@>;
22719   }
22720 }
22721
22722 @ Setting |p:=null| causes the $\langle$with list$\rangle$ to be ignored;
22723 setting |e:=null| prevents anything from being added to |lhe|.
22724
22725 @ @<Make sure the current expression is a suitable picture and set |e|...@>=
22726
22727   p=null; e=null;
22728   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
22729     exp_err("Improper `addto'");
22730 @.Improper `addto'@>
22731     help2("This expression should have specified a known picture.")
22732       ("So I'll not change anything just now."); mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22733   } else { 
22734     e=mp_private_edges(mp, mp->cur_exp); mp->cur_type=mp_vacuous;
22735     p=link(dummy_loc(e));
22736   }
22737 }
22738
22739 @ In this case |add_type<>also_code| so setting |p:=null| suppresses future
22740 attempts to add to the edge structure.
22741
22742 @<Create a graphical object |p| based on |add_type| and the current...@>=
22743 { e=null; p=null;
22744   if ( mp->cur_type==mp_pair_type ) mp_pair_to_path(mp);
22745   if ( mp->cur_type!=mp_path_type ) {
22746     exp_err("Improper `addto'");
22747 @.Improper `addto'@>
22748     help2("This expression should have specified a known path.")
22749       ("So I'll not change anything just now."); 
22750     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22751   } else if ( add_type==contour_code ) {
22752     if ( left_type(mp->cur_exp)==mp_endpoint ) {
22753       @<Complain about a non-cycle@>;
22754     } else { 
22755       p=mp_new_fill_node(mp, mp->cur_exp);
22756       mp->cur_type=mp_vacuous;
22757     }
22758   } else { 
22759     p=mp_new_stroked_node(mp, mp->cur_exp);
22760     mp->cur_type=mp_vacuous;
22761   }
22762 }
22763
22764 @ @<Use |p|, |e|, and |add_type| to augment |lhv| as requested@>=
22765 lhe=mp_find_edges_var(mp, lhv);
22766 if ( lhe==null ) {
22767   if ( (e==null)&&(p!=null) ) e=mp_toss_gr_object(mp, p);
22768   if ( e!=null ) delete_edge_ref(e);
22769 } else if ( add_type==also_code ) {
22770   if ( e!=null ) {
22771     @<Merge |e| into |lhe| and delete |e|@>;
22772   } else { 
22773     do_nothing;
22774   }
22775 } else if ( p!=null ) {
22776   link(obj_tail(lhe))=p;
22777   obj_tail(lhe)=p;
22778   if ( add_type==double_path_code )
22779     if ( pen_p(p)==null ) 
22780       pen_p(p)=mp_get_pen_circle(mp, 0);
22781 }
22782
22783 @ @<Merge |e| into |lhe| and delete |e|@>=
22784 { if ( link(dummy_loc(e))!=null ) {
22785     link(obj_tail(lhe))=link(dummy_loc(e));
22786     obj_tail(lhe)=obj_tail(e);
22787     obj_tail(e)=dummy_loc(e);
22788     link(dummy_loc(e))=null;
22789     mp_flush_dash_list(mp, lhe);
22790   }
22791   mp_toss_edges(mp, e);
22792 }
22793
22794 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22795 case ship_out_command: mp_do_ship_out(mp); break;
22796
22797 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22798 @<Declare the function called |tfm_check|@>;
22799 @<Declare the \ps\ output procedures@>;
22800 void mp_do_ship_out (MP mp) ;
22801
22802 @ @c void mp_do_ship_out (MP mp) {
22803   integer c; /* the character code */
22804   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22805   if ( mp->cur_type!=mp_picture_type ) {
22806     @<Complain that it's not a known picture@>;
22807   } else { 
22808     c=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_char_code]) % 256;
22809     if ( c<0 ) c=c+256;
22810     @<Store the width information for character code~|c|@>;
22811     mp_ship_out(mp, mp->cur_exp);
22812     mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22813   }
22814 }
22815
22816 @ @<Complain that it's not a known picture@>=
22817
22818   exp_err("Not a known picture");
22819   help1("I can only output known pictures.");
22820   mp_put_get_flush_error(mp, 0);
22821 }
22822
22823 @ The \&{everyjob} command simply assigns a nonzero value to the global variable
22824 |start_sym|.
22825
22826 @<Cases of |do_statement|...@>=
22827 case every_job_command: 
22828   mp_get_symbol(mp); mp->start_sym=mp->cur_sym; mp_get_x_next(mp);
22829   break;
22830
22831 @ @<Glob...@>=
22832 halfword start_sym; /* a symbolic token to insert at beginning of job */
22833
22834 @ @<Set init...@>=
22835 mp->start_sym=0;
22836
22837 @ Finally, we have only the ``message'' commands remaining.
22838
22839 @d message_code 0
22840 @d err_message_code 1
22841 @d err_help_code 2
22842 @d filename_template_code 3
22843 @d print_with_leading_zeroes(A)  g = mp->pool_ptr;
22844               mp_print_int(mp, (A)); g = mp->pool_ptr-g;
22845               if ( f>g ) {
22846                 mp->pool_ptr = mp->pool_ptr - g;
22847                 while ( f>g ) {
22848                   mp_print_char(mp, '0');
22849                   decr(f);
22850                   };
22851                 mp_print_int(mp, (A));
22852               };
22853               f = 0
22854
22855 @<Put each...@>=
22856 mp_primitive(mp, "message",message_command,message_code);
22857 @:message_}{\&{message} primitive@>
22858 mp_primitive(mp, "errmessage",message_command,err_message_code);
22859 @:err_message_}{\&{errmessage} primitive@>
22860 mp_primitive(mp, "errhelp",message_command,err_help_code);
22861 @:err_help_}{\&{errhelp} primitive@>
22862 mp_primitive(mp, "filenametemplate",message_command,filename_template_code);
22863 @:filename_template_}{\&{filenametemplate} primitive@>
22864
22865 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
22866 case message_command: 
22867   if ( m<err_message_code ) mp_print(mp, "message");
22868   else if ( m==err_message_code ) mp_print(mp, "errmessage");
22869   else if ( m==filename_template_code ) mp_print(mp, "filenametemplate");
22870   else mp_print(mp, "errhelp");
22871   break;
22872
22873 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22874 case message_command: mp_do_message(mp); break;
22875
22876 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22877 @<Declare a procedure called |no_string_err|@>;
22878 void mp_do_message (MP mp) ;
22879
22880
22881 @c void mp_do_message (MP mp) {
22882   int m; /* the type of message */
22883   m=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
22884   if ( mp->cur_type!=mp_string_type )
22885     mp_no_string_err(mp, "A message should be a known string expression.");
22886   else {
22887     switch (m) {
22888     case message_code: 
22889       mp_print_nl(mp, ""); mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22890       break;
22891     case err_message_code:
22892       @<Print string |cur_exp| as an error message@>;
22893       break;
22894     case err_help_code:
22895       @<Save string |cur_exp| as the |err_help|@>;
22896       break;
22897     case filename_template_code:
22898       @<Save the filename template@>;
22899       break;
22900     } /* there are no other cases */
22901   }
22902   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22903 }
22904
22905 @ @<Declare a procedure called |no_string_err|@>=
22906 void mp_no_string_err (MP mp,char *s) { 
22907    exp_err("Not a string");
22908 @.Not a string@>
22909   help1(s);
22910   mp_put_get_error(mp);
22911 }
22912
22913 @ The global variable |err_help| is zero when the user has most recently
22914 given an empty help string, or if none has ever been given.
22915
22916 @<Save string |cur_exp| as the |err_help|@>=
22917
22918   if ( mp->err_help!=0 ) delete_str_ref(mp->err_help);
22919   if ( length(mp->cur_exp)==0 ) mp->err_help=0;
22920   else  { mp->err_help=mp->cur_exp; add_str_ref(mp->err_help); }
22921 }
22922
22923 @ If \&{errmessage} occurs often in |mp_scroll_mode|, without user-defined
22924 \&{errhelp}, we don't want to give a long help message each time. So we
22925 give a verbose explanation only once.
22926
22927 @<Glob...@>=
22928 boolean long_help_seen; /* has the long \.{\\errmessage} help been used? */
22929
22930 @ @<Set init...@>=mp->long_help_seen=false;
22931
22932 @ @<Print string |cur_exp| as an error message@>=
22933
22934   print_err(""); mp_print_str(mp, mp->cur_exp);
22935   if ( mp->err_help!=0 ) {
22936     mp->use_err_help=true;
22937   } else if ( mp->long_help_seen ) { 
22938     help1("(That was another `errmessage'.)") ; 
22939   } else  { 
22940    if ( mp->interaction<mp_error_stop_mode ) mp->long_help_seen=true;
22941     help4("This error message was generated by an `errmessage'")
22942      ("command, so I can\'t give any explicit help.")
22943      ("Pretend that you're Miss Marple: Examine all clues,")
22944 @^Marple, Jane@>
22945      ("and deduce the truth by inspired guesses.");
22946   }
22947   mp_put_get_error(mp); mp->use_err_help=false;
22948 }
22949
22950 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
22951 case write_command: mp_do_write(mp); break;
22952
22953 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
22954 void mp_do_write (MP mp) ;
22955
22956 @ @c void mp_do_write (MP mp) {
22957   str_number t; /* the line of text to be written */
22958   write_index n,n0; /* for searching |wr_fname| and |wr_file| arrays */
22959   int old_setting; /* for saving |selector| during output */
22960   mp_get_x_next(mp);
22961   mp_scan_expression(mp);
22962   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
22963     mp_no_string_err(mp, "The text to be written should be a known string expression");
22964   } else if ( mp->cur_cmd!=to_token ) { 
22965     print_err("Missing `to' clause");
22966     help1("A write command should end with `to <filename>'");
22967     mp_put_get_error(mp);
22968   } else { 
22969     t=mp->cur_exp; mp->cur_type=mp_vacuous;
22970     mp_get_x_next(mp);
22971     mp_scan_expression(mp);
22972     if ( mp->cur_type!=mp_string_type )
22973       mp_no_string_err(mp, "I can\'t write to that file name.  It isn't a known string");
22974     else {
22975       @<Write |t| to the file named by |cur_exp|@>;
22976     }
22977     delete_str_ref(t);
22978   }
22979   mp_flush_cur_exp(mp, 0);
22980 }
22981
22982 @ @<Write |t| to the file named by |cur_exp|@>=
22983
22984   @<Find |n| where |wr_fname[n]=cur_exp| and call |open_write_file| if
22985     |cur_exp| must be inserted@>;
22986   if ( mp_str_vs_str(mp, t,mp->eof_line)==0 ) {
22987     @<Record the end of file on |wr_file[n]|@>;
22988   } else { 
22989     old_setting=mp->selector;
22990     mp->selector=n+write_file;
22991     mp_print_str(mp, t); mp_print_ln(mp);
22992     mp->selector = old_setting;
22993   }
22994 }
22995
22996 @ @<Find |n| where |wr_fname[n]=cur_exp| and call |open_write_file| if...@>=
22997 {
22998   char *fn = str(mp->cur_exp);
22999   n=mp->write_files;
23000   n0=mp->write_files;
23001   while (mp_xstrcmp(fn,mp->wr_fname[n])!=0) { 
23002     if ( n==0 ) { /* bottom reached */
23003           if ( n0==mp->write_files ) {
23004         if ( mp->write_files<mp->max_write_files ) {
23005           incr(mp->write_files);
23006         } else {
23007           FILE **wr_file;
23008           char **wr_fname;
23009               write_index l,k;
23010           l = mp->max_write_files + (mp->max_write_files>>2);
23011           wr_file = xmalloc((l+1),sizeof(FILE *));
23012           wr_fname = xmalloc((l+1),sizeof(char *));
23013               for (k=0;k<=l;k++) {
23014             if (k<=mp->max_write_files) {
23015                   wr_file[k]=mp->wr_file[k]; 
23016               wr_fname[k]=mp->wr_fname[k];
23017             } else {
23018                   wr_file[k]=0; 
23019               wr_fname[k]=NULL;
23020             }
23021           }
23022               xfree(mp->wr_file); xfree(mp->wr_fname);
23023           mp->max_write_files = l;
23024           mp->wr_file = wr_file;
23025           mp->wr_fname = wr_fname;
23026         }
23027       }
23028       n=n0;
23029       mp_open_write_file(mp, fn ,n);
23030     } else { 
23031       decr(n);
23032           if ( mp->wr_fname[n]==NULL )  n0=n; 
23033     }
23034   }
23035 }
23036
23037 @ @<Record the end of file on |wr_file[n]|@>=
23038 { fclose(mp->wr_file[n]);
23039   xfree(mp->wr_fname[n]);
23040   mp->wr_fname[n]=NULL;
23041   if ( n==mp->write_files-1 ) mp->write_files=n;
23042 }
23043
23044
23045 @* \[42] Writing font metric data.
23046 \TeX\ gets its knowledge about fonts from font metric files, also called
23047 \.{TFM} files; the `\.T' in `\.{TFM}' stands for \TeX,
23048 but other programs know about them too. One of \MP's duties is to
23049 write \.{TFM} files so that the user's fonts can readily be
23050 applied to typesetting.
23051 @:TFM files}{\.{TFM} files@>
23052 @^font metric files@>
23053
23054 The information in a \.{TFM} file appears in a sequence of 8-bit bytes.
23055 Since the number of bytes is always a multiple of~4, we could
23056 also regard the file as a sequence of 32-bit words, but \MP\ uses the
23057 byte interpretation. The format of \.{TFM} files was designed by
23058 Lyle Ramshaw in 1980. The intent is to convey a lot of different kinds
23059 @^Ramshaw, Lyle Harold@>
23060 of information in a compact but useful form.
23061
23062 @<Glob...@>=
23063 FILE * tfm_file; /* the font metric output goes here */
23064 char * metric_file_name; /* full name of the font metric file */
23065
23066 @ The first 24 bytes (6 words) of a \.{TFM} file contain twelve 16-bit
23067 integers that give the lengths of the various subsequent portions
23068 of the file. These twelve integers are, in order:
23069 $$\vbox{\halign{\hfil#&$\null=\null$#\hfil\cr
23070 |lf|&length of the entire file, in words;\cr
23071 |lh|&length of the header data, in words;\cr
23072 |bc|&smallest character code in the font;\cr
23073 |ec|&largest character code in the font;\cr
23074 |nw|&number of words in the width table;\cr
23075 |nh|&number of words in the height table;\cr
23076 |nd|&number of words in the depth table;\cr
23077 |ni|&number of words in the italic correction table;\cr
23078 |nl|&number of words in the lig/kern table;\cr
23079 |nk|&number of words in the kern table;\cr
23080 |ne|&number of words in the extensible character table;\cr
23081 |np|&number of font parameter words.\cr}}$$
23082 They are all nonnegative and less than $2^{15}$. We must have |bc-1<=ec<=255|,
23083 |ne<=256|, and
23084 $$\hbox{|lf=6+lh+(ec-bc+1)+nw+nh+nd+ni+nl+nk+ne+np|.}$$
23085 Note that a font may contain as many as 256 characters (if |bc=0| and |ec=255|),
23086 and as few as 0 characters (if |bc=ec+1|).
23087
23088 Incidentally, when two or more 8-bit bytes are combined to form an integer of
23089 16 or more bits, the most significant bytes appear first in the file.
23090 This is called BigEndian order.
23091 @^BigEndian order@>
23092
23093 @ The rest of the \.{TFM} file may be regarded as a sequence of ten data
23094 arrays.
23095
23096 The most important data type used here is a |fix_word|, which is
23097 a 32-bit representation of a binary fraction. A |fix_word| is a signed
23098 quantity, with the two's complement of the entire word used to represent
23099 negation. Of the 32 bits in a |fix_word|, exactly 12 are to the left of the
23100 binary point; thus, the largest |fix_word| value is $2048-2^{-20}$, and
23101 the smallest is $-2048$. We will see below, however, that all but two of
23102 the |fix_word| values must lie between $-16$ and $+16$.
23103
23104 @ The first data array is a block of header information, which contains
23105 general facts about the font. The header must contain at least two words,
23106 |header[0]| and |header[1]|, whose meaning is explained below.  Additional
23107 header information of use to other software routines might also be
23108 included, and \MP\ will generate it if the \.{headerbyte} command occurs.
23109 For example, 16 more words of header information are in use at the Xerox
23110 Palo Alto Research Center; the first ten specify the character coding
23111 scheme used (e.g., `\.{XEROX TEXT}' or `\.{TEX MATHSY}'), the next five
23112 give the font family name (e.g., `\.{HELVETICA}' or `\.{CMSY}'), and the
23113 last gives the ``face byte.''
23114
23115 \yskip\hang|header[0]| is a 32-bit check sum that \MP\ will copy into
23116 the \.{GF} output file. This helps ensure consistency between files,
23117 since \TeX\ records the check sums from the \.{TFM}'s it reads, and these
23118 should match the check sums on actual fonts that are used.  The actual
23119 relation between this check sum and the rest of the \.{TFM} file is not
23120 important; the check sum is simply an identification number with the
23121 property that incompatible fonts almost always have distinct check sums.
23122 @^check sum@>
23123
23124 \yskip\hang|header[1]| is a |fix_word| containing the design size of the
23125 font, in units of \TeX\ points. This number must be at least 1.0; it is
23126 fairly arbitrary, but usually the design size is 10.0 for a ``10 point''
23127 font, i.e., a font that was designed to look best at a 10-point size,
23128 whatever that really means. When a \TeX\ user asks for a font `\.{at}
23129 $\delta$ \.{pt}', the effect is to override the design size and replace it
23130 by $\delta$, and to multiply the $x$ and~$y$ coordinates of the points in
23131 the font image by a factor of $\delta$ divided by the design size.  {\sl
23132 All other dimensions in the\/ \.{TFM} file are |fix_word|\kern-1pt\
23133 numbers in design-size units.} Thus, for example, the value of |param[6]|,
23134 which defines the \.{em} unit, is often the |fix_word| value $2^{20}=1.0$,
23135 since many fonts have a design size equal to one em.  The other dimensions
23136 must be less than 16 design-size units in absolute value; thus,
23137 |header[1]| and |param[1]| are the only |fix_word| entries in the whole
23138 \.{TFM} file whose first byte might be something besides 0 or 255.
23139
23140 @ Next comes the |char_info| array, which contains one |char_info_word|
23141 per character. Each word in this part of the file contains six fields
23142 packed into four bytes as follows.
23143
23144 \yskip\hang first byte: |width_index| (8 bits)\par
23145 \hang second byte: |height_index| (4 bits) times 16, plus |depth_index|
23146   (4~bits)\par
23147 \hang third byte: |italic_index| (6 bits) times 4, plus |tag|
23148   (2~bits)\par
23149 \hang fourth byte: |remainder| (8 bits)\par
23150 \yskip\noindent
23151 The actual width of a character is \\{width}|[width_index]|, in design-size
23152 units; this is a device for compressing information, since many characters
23153 have the same width. Since it is quite common for many characters
23154 to have the same height, depth, or italic correction, the \.{TFM} format
23155 imposes a limit of 16 different heights, 16 different depths, and
23156 64 different italic corrections.
23157
23158 Incidentally, the relation $\\{width}[0]=\\{height}[0]=\\{depth}[0]=
23159 \\{italic}[0]=0$ should always hold, so that an index of zero implies a
23160 value of zero.  The |width_index| should never be zero unless the
23161 character does not exist in the font, since a character is valid if and
23162 only if it lies between |bc| and |ec| and has a nonzero |width_index|.
23163
23164 @ The |tag| field in a |char_info_word| has four values that explain how to
23165 interpret the |remainder| field.
23166
23167 \yskip\hang|tag=0| (|no_tag|) means that |remainder| is unused.\par
23168 \hang|tag=1| (|lig_tag|) means that this character has a ligature/kerning
23169 program starting at location |remainder| in the |lig_kern| array.\par
23170 \hang|tag=2| (|list_tag|) means that this character is part of a chain of
23171 characters of ascending sizes, and not the largest in the chain.  The
23172 |remainder| field gives the character code of the next larger character.\par
23173 \hang|tag=3| (|ext_tag|) means that this character code represents an
23174 extensible character, i.e., a character that is built up of smaller pieces
23175 so that it can be made arbitrarily large. The pieces are specified in
23176 |exten[remainder]|.\par
23177 \yskip\noindent
23178 Characters with |tag=2| and |tag=3| are treated as characters with |tag=0|
23179 unless they are used in special circumstances in math formulas. For example,
23180 \TeX's \.{\\sum} operation looks for a |list_tag|, and the \.{\\left}
23181 operation looks for both |list_tag| and |ext_tag|.
23182
23183 @d no_tag 0 /* vanilla character */
23184 @d lig_tag 1 /* character has a ligature/kerning program */
23185 @d list_tag 2 /* character has a successor in a charlist */
23186 @d ext_tag 3 /* character is extensible */
23187
23188 @ The |lig_kern| array contains instructions in a simple programming language
23189 that explains what to do for special letter pairs. Each word in this array is a
23190 |lig_kern_command| of four bytes.
23191
23192 \yskip\hang first byte: |skip_byte|, indicates that this is the final program
23193   step if the byte is 128 or more, otherwise the next step is obtained by
23194   skipping this number of intervening steps.\par
23195 \hang second byte: |next_char|, ``if |next_char| follows the current character,
23196   then perform the operation and stop, otherwise continue.''\par
23197 \hang third byte: |op_byte|, indicates a ligature step if less than~128,
23198   a kern step otherwise.\par
23199 \hang fourth byte: |remainder|.\par
23200 \yskip\noindent
23201 In a kern step, an
23202 additional space equal to |kern[256*(op_byte-128)+remainder]| is inserted
23203 between the current character and |next_char|. This amount is
23204 often negative, so that the characters are brought closer together
23205 by kerning; but it might be positive.
23206
23207 There are eight kinds of ligature steps, having |op_byte| codes $4a+2b+c$ where
23208 $0\le a\le b+c$ and $0\le b,c\le1$. The character whose code is
23209 |remainder| is inserted between the current character and |next_char|;
23210 then the current character is deleted if $b=0$, and |next_char| is
23211 deleted if $c=0$; then we pass over $a$~characters to reach the next
23212 current character (which may have a ligature/kerning program of its own).
23213
23214 If the very first instruction of the |lig_kern| array has |skip_byte=255|,
23215 the |next_char| byte is the so-called right boundary character of this font;
23216 the value of |next_char| need not lie between |bc| and~|ec|.
23217 If the very last instruction of the |lig_kern| array has |skip_byte=255|,
23218 there is a special ligature/kerning program for a left boundary character,
23219 beginning at location |256*op_byte+remainder|.
23220 The interpretation is that \TeX\ puts implicit boundary characters
23221 before and after each consecutive string of characters from the same font.
23222 These implicit characters do not appear in the output, but they can affect
23223 ligatures and kerning.
23224
23225 If the very first instruction of a character's |lig_kern| program has
23226 |skip_byte>128|, the program actually begins in location
23227 |256*op_byte+remainder|. This feature allows access to large |lig_kern|
23228 arrays, because the first instruction must otherwise
23229 appear in a location |<=255|.
23230
23231 Any instruction with |skip_byte>128| in the |lig_kern| array must satisfy
23232 the condition
23233 $$\hbox{|256*op_byte+remainder<nl|.}$$
23234 If such an instruction is encountered during
23235 normal program execution, it denotes an unconditional halt; no ligature
23236 command is performed.
23237
23238 @d stop_flag (128)
23239   /* value indicating `\.{STOP}' in a lig/kern program */
23240 @d kern_flag (128) /* op code for a kern step */
23241 @d skip_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b0
23242 @d next_char(A) mp->lig_kern[(A)].b1
23243 @d op_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b2
23244 @d rem_byte(A) mp->lig_kern[(A)].b3
23245
23246 @ Extensible characters are specified by an |extensible_recipe|, which
23247 consists of four bytes called |top|, |mid|, |bot|, and |rep| (in this
23248 order). These bytes are the character codes of individual pieces used to
23249 build up a large symbol.  If |top|, |mid|, or |bot| are zero, they are not
23250 present in the built-up result. For example, an extensible vertical line is
23251 like an extensible bracket, except that the top and bottom pieces are missing.
23252
23253 Let $T$, $M$, $B$, and $R$ denote the respective pieces, or an empty box
23254 if the piece isn't present. Then the extensible characters have the form
23255 $TR^kMR^kB$ from top to bottom, for some |k>=0|, unless $M$ is absent;
23256 in the latter case we can have $TR^kB$ for both even and odd values of~|k|.
23257 The width of the extensible character is the width of $R$; and the
23258 height-plus-depth is the sum of the individual height-plus-depths of the
23259 components used, since the pieces are butted together in a vertical list.
23260
23261 @d ext_top(A) mp->exten[(A)].b0 /* |top| piece in a recipe */
23262 @d ext_mid(A) mp->exten[(A)].b1 /* |mid| piece in a recipe */
23263 @d ext_bot(A) mp->exten[(A)].b2 /* |bot| piece in a recipe */
23264 @d ext_rep(A) mp->exten[(A)].b3 /* |rep| piece in a recipe */
23265
23266 @ The final portion of a \.{TFM} file is the |param| array, which is another
23267 sequence of |fix_word| values.
23268
23269 \yskip\hang|param[1]=slant| is the amount of italic slant, which is used
23270 to help position accents. For example, |slant=.25| means that when you go
23271 up one unit, you also go .25 units to the right. The |slant| is a pure
23272 number; it is the only |fix_word| other than the design size itself that is
23273 not scaled by the design size.
23274
23275 \hang|param[2]=space| is the normal spacing between words in text.
23276 Note that character 040 in the font need not have anything to do with
23277 blank spaces.
23278
23279 \hang|param[3]=space_stretch| is the amount of glue stretching between words.
23280
23281 \hang|param[4]=space_shrink| is the amount of glue shrinking between words.
23282
23283 \hang|param[5]=x_height| is the size of one ex in the font; it is also
23284 the height of letters for which accents don't have to be raised or lowered.
23285
23286 \hang|param[6]=quad| is the size of one em in the font.
23287
23288 \hang|param[7]=extra_space| is the amount added to |param[2]| at the
23289 ends of sentences.
23290
23291 \yskip\noindent
23292 If fewer than seven parameters are present, \TeX\ sets the missing parameters
23293 to zero.
23294
23295 @d slant_code 1
23296 @d space_code 2
23297 @d space_stretch_code 3
23298 @d space_shrink_code 4
23299 @d x_height_code 5
23300 @d quad_code 6
23301 @d extra_space_code 7
23302
23303 @ So that is what \.{TFM} files hold. One of \MP's duties is to output such
23304 information, and it does this all at once at the end of a job.
23305 In order to prepare for such frenetic activity, it squirrels away the
23306 necessary facts in various arrays as information becomes available.
23307
23308 Character dimensions (\&{charwd}, \&{charht}, \&{chardp}, and \&{charic})
23309 are stored respectively in |tfm_width|, |tfm_height|, |tfm_depth|, and
23310 |tfm_ital_corr|. Other information about a character (e.g., about
23311 its ligatures or successors) is accessible via the |char_tag| and
23312 |char_remainder| arrays. Other information about the font as a whole
23313 is kept in additional arrays called |header_byte|, |lig_kern|,
23314 |kern|, |exten|, and |param|.
23315
23316 @d max_tfm_int 32510
23317 @d undefined_label max_tfm_int /* an undefined local label */
23318
23319 @<Glob...@>=
23320 #define TFM_ITEMS 257
23321 eight_bits bc;
23322 eight_bits ec; /* smallest and largest character codes shipped out */
23323 scaled tfm_width[TFM_ITEMS]; /* \&{charwd} values */
23324 scaled tfm_height[TFM_ITEMS]; /* \&{charht} values */
23325 scaled tfm_depth[TFM_ITEMS]; /* \&{chardp} values */
23326 scaled tfm_ital_corr[TFM_ITEMS]; /* \&{charic} values */
23327 boolean char_exists[TFM_ITEMS]; /* has this code been shipped out? */
23328 int char_tag[TFM_ITEMS]; /* |remainder| category */
23329 int char_remainder[TFM_ITEMS]; /* the |remainder| byte */
23330 char *header_byte; /* bytes of the \.{TFM} header */
23331 int header_last; /* last initialized \.{TFM} header byte */
23332 int header_size; /* size of the \.{TFM} header */
23333 four_quarters *lig_kern; /* the ligature/kern table */
23334 short nl; /* the number of ligature/kern steps so far */
23335 scaled *kern; /* distinct kerning amounts */
23336 short nk; /* the number of distinct kerns so far */
23337 four_quarters exten[TFM_ITEMS]; /* extensible character recipes */
23338 short ne; /* the number of extensible characters so far */
23339 scaled *param; /* \&{fontinfo} parameters */
23340 short np; /* the largest \&{fontinfo} parameter specified so far */
23341 short nw;short nh;short nd;short ni; /* sizes of \.{TFM} subtables */
23342 short skip_table[TFM_ITEMS]; /* local label status */
23343 boolean lk_started; /* has there been a lig/kern step in this command yet? */
23344 integer bchar; /* right boundary character */
23345 short bch_label; /* left boundary starting location */
23346 short ll;short lll; /* registers used for lig/kern processing */
23347 short label_loc[257]; /* lig/kern starting addresses */
23348 eight_bits label_char[257]; /* characters for |label_loc| */
23349 short label_ptr; /* highest position occupied in |label_loc| */
23350
23351 @ @<Allocate or initialize ...@>=
23352 mp->header_last = 0; mp->header_size = 128; /* just for init */
23353 mp->header_byte = xmalloc(mp->header_size, sizeof(char));
23354 mp->lig_kern = NULL; /* allocated when needed */
23355 mp->kern = NULL; /* allocated when needed */ 
23356 mp->param = NULL; /* allocated when needed */
23357
23358 @ @<Dealloc variables@>=
23359 xfree(mp->header_byte);
23360 xfree(mp->lig_kern);
23361 xfree(mp->kern);
23362 xfree(mp->param);
23363
23364 @ @<Set init...@>=
23365 for (k=0;k<= 255;k++ ) {
23366   mp->tfm_width[k]=0; mp->tfm_height[k]=0; mp->tfm_depth[k]=0; mp->tfm_ital_corr[k]=0;
23367   mp->char_exists[k]=false; mp->char_tag[k]=no_tag; mp->char_remainder[k]=0;
23368   mp->skip_table[k]=undefined_label;
23369 };
23370 memset(mp->header_byte,0,mp->header_size);
23371 mp->bc=255; mp->ec=0; mp->nl=0; mp->nk=0; mp->ne=0; mp->np=0;
23372 mp->internal[mp_boundary_char]=-unity;
23373 mp->bch_label=undefined_label;
23374 mp->label_loc[0]=-1; mp->label_ptr=0;
23375
23376 @ @<Declarations@>=
23377 scaled mp_tfm_check (MP mp,small_number m) ;
23378
23379 @ @<Declare the function called |tfm_check|@>=
23380 scaled mp_tfm_check (MP mp,small_number m) {
23381   if ( abs(mp->internal[m])>=fraction_half ) {
23382     print_err("Enormous "); mp_print(mp, mp->int_name[m]);
23383 @.Enormous charwd...@>
23384 @.Enormous chardp...@>
23385 @.Enormous charht...@>
23386 @.Enormous charic...@>
23387 @.Enormous designsize...@>
23388     mp_print(mp, " has been reduced");
23389     help1("Font metric dimensions must be less than 2048pt.");
23390     mp_put_get_error(mp);
23391     if ( mp->internal[m]>0 ) return (fraction_half-1);
23392     else return (1-fraction_half);
23393   } else {
23394     return mp->internal[m];
23395   }
23396 }
23397
23398 @ @<Store the width information for character code~|c|@>=
23399 if ( c<mp->bc ) mp->bc=c;
23400 if ( c>mp->ec ) mp->ec=c;
23401 mp->char_exists[c]=true;
23402 mp->tfm_width[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_wd);
23403 mp->tfm_height[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_ht);
23404 mp->tfm_depth[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_dp);
23405 mp->tfm_ital_corr[c]=mp_tfm_check(mp, mp_char_ic)
23406
23407 @ Now let's consider \MP's special \.{TFM}-oriented commands.
23408
23409 @<Cases of |do_statement|...@>=
23410 case tfm_command: mp_do_tfm_command(mp); break;
23411
23412 @ @d char_list_code 0
23413 @d lig_table_code 1
23414 @d extensible_code 2
23415 @d header_byte_code 3
23416 @d font_dimen_code 4
23417
23418 @<Put each...@>=
23419 mp_primitive(mp, "charlist",tfm_command,char_list_code);
23420 @:char_list_}{\&{charlist} primitive@>
23421 mp_primitive(mp, "ligtable",tfm_command,lig_table_code);
23422 @:lig_table_}{\&{ligtable} primitive@>
23423 mp_primitive(mp, "extensible",tfm_command,extensible_code);
23424 @:extensible_}{\&{extensible} primitive@>
23425 mp_primitive(mp, "headerbyte",tfm_command,header_byte_code);
23426 @:header_byte_}{\&{headerbyte} primitive@>
23427 mp_primitive(mp, "fontdimen",tfm_command,font_dimen_code);
23428 @:font_dimen_}{\&{fontdimen} primitive@>
23429
23430 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23431 case tfm_command: 
23432   switch (m) {
23433   case char_list_code:mp_print(mp, "charlist"); break;
23434   case lig_table_code:mp_print(mp, "ligtable"); break;
23435   case extensible_code:mp_print(mp, "extensible"); break;
23436   case header_byte_code:mp_print(mp, "headerbyte"); break;
23437   default: mp_print(mp, "fontdimen"); break;
23438   }
23439   break;
23440
23441 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23442 eight_bits mp_get_code (MP mp) ;
23443
23444 @ @c eight_bits mp_get_code (MP mp) { /* scans a character code value */
23445   integer c; /* the code value found */
23446   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23447   if ( mp->cur_type==mp_known ) { 
23448     c=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp);
23449     if ( c>=0 ) if ( c<256 ) return c;
23450   } else if ( mp->cur_type==mp_string_type ) {
23451     if ( length(mp->cur_exp)==1 )  { 
23452       c=mp->str_pool[mp->str_start[mp->cur_exp]];
23453       return c;
23454     }
23455   }
23456   exp_err("Invalid code has been replaced by 0");
23457 @.Invalid code...@>
23458   help2("I was looking for a number between 0 and 255, or for a")
23459        ("string of length 1. Didn't find it; will use 0 instead.");
23460   mp_put_get_flush_error(mp, 0); c=0;
23461   return c;
23462 };
23463
23464 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23465 void mp_set_tag (MP mp,halfword c, small_number t, halfword r) ;
23466
23467 @ @c void mp_set_tag (MP mp,halfword c, small_number t, halfword r) { 
23468   if ( mp->char_tag[c]==no_tag ) {
23469     mp->char_tag[c]=t; mp->char_remainder[c]=r;
23470     if ( t==lig_tag ){ 
23471       incr(mp->label_ptr); mp->label_loc[mp->label_ptr]=r; 
23472       mp->label_char[mp->label_ptr]=c;
23473     }
23474   } else {
23475     @<Complain about a character tag conflict@>;
23476   }
23477 }
23478
23479 @ @<Complain about a character tag conflict@>=
23480
23481   print_err("Character ");
23482   if ( (c>' ')&&(c<127) ) mp_print_char(mp,c);
23483   else if ( c==256 ) mp_print(mp, "||");
23484   else  { mp_print(mp, "code "); mp_print_int(mp, c); };
23485   mp_print(mp, " is already ");
23486 @.Character c is already...@>
23487   switch (mp->char_tag[c]) {
23488   case lig_tag: mp_print(mp, "in a ligtable"); break;
23489   case list_tag: mp_print(mp, "in a charlist"); break;
23490   case ext_tag: mp_print(mp, "extensible"); break;
23491   } /* there are no other cases */
23492   help2("It's not legal to label a character more than once.")
23493     ("So I'll not change anything just now.");
23494   mp_put_get_error(mp); 
23495 }
23496
23497 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
23498 void mp_do_tfm_command (MP mp) ;
23499
23500 @ @c void mp_do_tfm_command (MP mp) {
23501   int c,cc; /* character codes */
23502   int k; /* index into the |kern| array */
23503   int j; /* index into |header_byte| or |param| */
23504   switch (mp->cur_mod) {
23505   case char_list_code: 
23506     c=mp_get_code(mp);
23507      /* we will store a list of character successors */
23508     while ( mp->cur_cmd==colon )   { 
23509       cc=mp_get_code(mp); mp_set_tag(mp, c,list_tag,cc); c=cc;
23510     };
23511     break;
23512   case lig_table_code: 
23513     if (mp->lig_kern==NULL) 
23514        mp->lig_kern = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(four_quarters));
23515     if (mp->kern==NULL) 
23516        mp->kern = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(scaled));
23517     @<Store a list of ligature/kern steps@>;
23518     break;
23519   case extensible_code: 
23520     @<Define an extensible recipe@>;
23521     break;
23522   case header_byte_code: 
23523   case font_dimen_code: 
23524     c=mp->cur_mod; mp_get_x_next(mp);
23525     mp_scan_expression(mp);
23526     if ( (mp->cur_type!=mp_known)||(mp->cur_exp<half_unit) ) {
23527       exp_err("Improper location");
23528 @.Improper location@>
23529       help2("I was looking for a known, positive number.")
23530        ("For safety's sake I'll ignore the present command.");
23531       mp_put_get_error(mp);
23532     } else  { 
23533       j=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp);
23534       if ( mp->cur_cmd!=colon ) {
23535         mp_missing_err(mp, ":");
23536 @.Missing `:'@>
23537         help1("A colon should follow a headerbyte or fontinfo location.");
23538         mp_back_error(mp);
23539       }
23540       if ( c==header_byte_code ) { 
23541         @<Store a list of header bytes@>;
23542       } else {     
23543         if (mp->param==NULL) 
23544           mp->param = xmalloc((max_tfm_int+1),sizeof(scaled));
23545         @<Store a list of font dimensions@>;
23546       }
23547     }
23548     break;
23549   } /* there are no other cases */
23550 };
23551
23552 @ @<Store a list of ligature/kern steps@>=
23553
23554   mp->lk_started=false;
23555 CONTINUE: 
23556   mp_get_x_next(mp);
23557   if ((mp->cur_cmd==skip_to)&& mp->lk_started )
23558     @<Process a |skip_to| command and |goto done|@>;
23559   if ( mp->cur_cmd==bchar_label ) { c=256; mp->cur_cmd=colon; }
23560   else { mp_back_input(mp); c=mp_get_code(mp); };
23561   if ((mp->cur_cmd==colon)||(mp->cur_cmd==double_colon)) {
23562     @<Record a label in a lig/kern subprogram and |goto continue|@>;
23563   }
23564   if ( mp->cur_cmd==lig_kern_token ) { 
23565     @<Compile a ligature/kern command@>; 
23566   } else  { 
23567     print_err("Illegal ligtable step");
23568 @.Illegal ligtable step@>
23569     help1("I was looking for `=:' or `kern' here.");
23570     mp_back_error(mp); next_char(mp->nl)=qi(0); 
23571     op_byte(mp->nl)=qi(0); rem_byte(mp->nl)=qi(0);
23572     skip_byte(mp->nl)=stop_flag+1; /* this specifies an unconditional stop */
23573   }
23574   if ( mp->nl==max_tfm_int) mp_fatal_error(mp, "ligtable too large");
23575   incr(mp->nl);
23576   if ( mp->cur_cmd==comma ) goto CONTINUE;
23577   if ( skip_byte(mp->nl-1)<stop_flag ) skip_byte(mp->nl-1)=stop_flag;
23578 }
23579 DONE:
23580
23581 @ @<Put each...@>=
23582 mp_primitive(mp, "=:",lig_kern_token,0);
23583 @:=:_}{\.{=:} primitive@>
23584 mp_primitive(mp, "=:|",lig_kern_token,1);
23585 @:=:/_}{\.{=:\char'174} primitive@>
23586 mp_primitive(mp, "=:|>",lig_kern_token,5);
23587 @:=:/>_}{\.{=:\char'174>} primitive@>
23588 mp_primitive(mp, "|=:",lig_kern_token,2);
23589 @:=:/_}{\.{\char'174=:} primitive@>
23590 mp_primitive(mp, "|=:>",lig_kern_token,6);
23591 @:=:/>_}{\.{\char'174=:>} primitive@>
23592 mp_primitive(mp, "|=:|",lig_kern_token,3);
23593 @:=:/_}{\.{\char'174=:\char'174} primitive@>
23594 mp_primitive(mp, "|=:|>",lig_kern_token,7);
23595 @:=:/>_}{\.{\char'174=:\char'174>} primitive@>
23596 mp_primitive(mp, "|=:|>>",lig_kern_token,11);
23597 @:=:/>_}{\.{\char'174=:\char'174>>} primitive@>
23598 mp_primitive(mp, "kern",lig_kern_token,128);
23599 @:kern_}{\&{kern} primitive@>
23600
23601 @ @<Cases of |print_cmd...@>=
23602 case lig_kern_token: 
23603   switch (m) {
23604   case 0:mp_print(mp, "=:"); break;
23605   case 1:mp_print(mp, "=:|"); break;
23606   case 2:mp_print(mp, "|=:"); break;
23607   case 3:mp_print(mp, "|=:|"); break;
23608   case 5:mp_print(mp, "=:|>"); break;
23609   case 6:mp_print(mp, "|=:>"); break;
23610   case 7:mp_print(mp, "|=:|>"); break;
23611   case 11:mp_print(mp, "|=:|>>"); break;
23612   default: mp_print(mp, "kern"); break;
23613   }
23614   break;
23615
23616 @ Local labels are implemented by maintaining the |skip_table| array,
23617 where |skip_table[c]| is either |undefined_label| or the address of the
23618 most recent lig/kern instruction that skips to local label~|c|. In the
23619 latter case, the |skip_byte| in that instruction will (temporarily)
23620 be zero if there were no prior skips to this label, or it will be the
23621 distance to the prior skip.
23622
23623 We may need to cancel skips that span more than 127 lig/kern steps.
23624
23625 @d cancel_skips(A) mp->ll=(A);
23626   do {  
23627     mp->lll=qo(skip_byte(mp->ll)); 
23628     skip_byte(mp->ll)=stop_flag; mp->ll=mp->ll-mp->lll;
23629   } while (mp->lll!=0)
23630 @d skip_error(A) { print_err("Too far to skip");
23631 @.Too far to skip@>
23632   help1("At most 127 lig/kern steps can separate skipto1 from 1::.");
23633   mp_error(mp); cancel_skips((A));
23634   }
23635
23636 @<Process a |skip_to| command and |goto done|@>=
23637
23638   c=mp_get_code(mp);
23639   if ( mp->nl-mp->skip_table[c]>128 ) { /* |skip_table[c]<<nl<=undefined_label| */
23640     skip_error(mp->skip_table[c]); mp->skip_table[c]=undefined_label;
23641   }
23642   if ( mp->skip_table[c]==undefined_label ) skip_byte(mp->nl-1)=qi(0);
23643   else skip_byte(mp->nl-1)=qi(mp->nl-mp->skip_table[c]-1);
23644   mp->skip_table[c]=mp->nl-1; goto DONE;
23645 }
23646
23647 @ @<Record a label in a lig/kern subprogram and |goto continue|@>=
23648
23649   if ( mp->cur_cmd==colon ) {
23650     if ( c==256 ) mp->bch_label=mp->nl;
23651     else mp_set_tag(mp, c,lig_tag,mp->nl);
23652   } else if ( mp->skip_table[c]<undefined_label ) {
23653     mp->ll=mp->skip_table[c]; mp->skip_table[c]=undefined_label;
23654     do {  
23655       mp->lll=qo(skip_byte(mp->ll));
23656       if ( mp->nl-mp->ll>128 ) {
23657         skip_error(mp->ll); goto CONTINUE;
23658       }
23659       skip_byte(mp->ll)=qi(mp->nl-mp->ll-1); mp->ll=mp->ll-mp->lll;
23660     } while (mp->lll!=0);
23661   }
23662   goto CONTINUE;
23663 }
23664
23665 @ @<Compile a ligature/kern...@>=
23666
23667   next_char(mp->nl)=qi(c); skip_byte(mp->nl)=qi(0);
23668   if ( mp->cur_mod<128 ) { /* ligature op */
23669     op_byte(mp->nl)=qi(mp->cur_mod); rem_byte(mp->nl)=qi(mp_get_code(mp));
23670   } else { 
23671     mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23672     if ( mp->cur_type!=mp_known ) {
23673       exp_err("Improper kern");
23674 @.Improper kern@>
23675       help2("The amount of kern should be a known numeric value.")
23676         ("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
23677       mp_put_get_flush_error(mp, 0);
23678     }
23679     mp->kern[mp->nk]=mp->cur_exp;
23680     k=0; 
23681     while ( mp->kern[k]!=mp->cur_exp ) incr(k);
23682     if ( k==mp->nk ) {
23683       if ( mp->nk==max_tfm_int ) mp_fatal_error(mp, "too many TFM kerns");
23684       incr(mp->nk);
23685     }
23686     op_byte(mp->nl)=kern_flag+(k / 256);
23687     rem_byte(mp->nl)=qi((k % 256));
23688   }
23689   mp->lk_started=true;
23690 }
23691
23692 @ @d missing_extensible_punctuation(A) 
23693   { mp_missing_err(mp, (A));
23694 @.Missing `\char`\#'@>
23695   help1("I'm processing `extensible c: t,m,b,r'."); mp_back_error(mp);
23696   }
23697
23698 @<Define an extensible recipe@>=
23699
23700   if ( mp->ne==256 ) mp_fatal_error(mp, "too many extensible recipies");
23701   c=mp_get_code(mp); mp_set_tag(mp, c,ext_tag,mp->ne);
23702   if ( mp->cur_cmd!=colon ) missing_extensible_punctuation(":");
23703   ext_top(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23704   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23705   ext_mid(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23706   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23707   ext_bot(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23708   if ( mp->cur_cmd!=comma ) missing_extensible_punctuation(",");
23709   ext_rep(mp->ne)=qi(mp_get_code(mp));
23710   incr(mp->ne);
23711 }
23712
23713 @ The header could contain ASCII zeroes, so can't use |strdup|.
23714
23715 @<Store a list of header bytes@>=
23716 do {  
23717   if ( j>=mp->header_size ) {
23718     int l = mp->header_size + (mp->header_size >> 2);
23719     char *t = xmalloc(l,sizeof(char));
23720     memset(t,0,l); 
23721     memcpy(t,mp->header_byte,mp->header_size);
23722     xfree (mp->header_byte);
23723     mp->header_byte = t;
23724     mp->header_size = l;
23725   }
23726   mp->header_byte[j]=mp_get_code(mp); 
23727   incr(j); incr(mp->header_last);
23728 } while (mp->cur_cmd==comma)
23729
23730 @ @<Store a list of font dimensions@>=
23731 do {  
23732   if ( j>max_tfm_int ) mp_fatal_error(mp, "too many fontdimens");
23733   while ( j>mp->np ) { incr(mp->np); mp->param[mp->np]=0; };
23734   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
23735   if ( mp->cur_type!=mp_known ){ 
23736     exp_err("Improper font parameter");
23737 @.Improper font parameter@>
23738     help1("I'm zeroing this one. Proceed, with fingers crossed.");
23739     mp_put_get_flush_error(mp, 0);
23740   }
23741   mp->param[j]=mp->cur_exp; incr(j);
23742 } while (mp->cur_cmd==comma)
23743
23744 @ OK: We've stored all the data that is needed for the \.{TFM} file.
23745 All that remains is to output it in the correct format.
23746
23747 An interesting problem needs to be solved in this connection, because
23748 the \.{TFM} format allows at most 256~widths, 16~heights, 16~depths,
23749 and 64~italic corrections. If the data has more distinct values than
23750 this, we want to meet the necessary restrictions by perturbing the
23751 given values as little as possible.
23752
23753 \MP\ solves this problem in two steps. First the values of a given
23754 kind (widths, heights, depths, or italic corrections) are sorted;
23755 then the list of sorted values is perturbed, if necessary.
23756
23757 The sorting operation is facilitated by having a special node of
23758 essentially infinite |value| at the end of the current list.
23759
23760 @<Initialize table entries...@>=
23761 value(inf_val)=fraction_four;
23762
23763 @ Straight linear insertion is good enough for sorting, since the lists
23764 are usually not terribly long. As we work on the data, the current list
23765 will start at |link(temp_head)| and end at |inf_val|; the nodes in this
23766 list will be in increasing order of their |value| fields.
23767
23768 Given such a list, the |sort_in| function takes a value and returns a pointer
23769 to where that value can be found in the list. The value is inserted in
23770 the proper place, if necessary.
23771
23772 At the time we need to do these operations, most of \MP's work has been
23773 completed, so we will have plenty of memory to play with. The value nodes
23774 that are allocated for sorting will never be returned to free storage.
23775
23776 @d clear_the_list link(temp_head)=inf_val
23777
23778 @c pointer mp_sort_in (MP mp,scaled v) {
23779   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
23780   p=temp_head;
23781   while (1) { 
23782     q=link(p);
23783     if ( v<=value(q) ) break;
23784     p=q;
23785   }
23786   if ( v<value(q) ) {
23787     r=mp_get_node(mp, value_node_size); value(r)=v; link(r)=q; link(p)=r;
23788   }
23789   return link(p);
23790 }
23791
23792 @ Now we come to the interesting part, where we reduce the list if necessary
23793 until it has the required size. The |min_cover| routine is basic to this
23794 process; it computes the minimum number~|m| such that the values of the
23795 current sorted list can be covered by |m|~intervals of width~|d|. It
23796 also sets the global value |perturbation| to the smallest value $d'>d$
23797 such that the covering found by this algorithm would be different.
23798
23799 In particular, |min_cover(0)| returns the number of distinct values in the
23800 current list and sets |perturbation| to the minimum distance between
23801 adjacent values.
23802
23803 @c integer mp_min_cover (MP mp,scaled d) {
23804   pointer p; /* runs through the current list */
23805   scaled l; /* the least element covered by the current interval */
23806   integer m; /* lower bound on the size of the minimum cover */
23807   m=0; p=link(temp_head); mp->perturbation=el_gordo;
23808   while ( p!=inf_val ){ 
23809     incr(m); l=value(p);
23810     do {  p=link(p); } while (value(p)<=l+d);
23811     if ( value(p)-l<mp->perturbation ) 
23812       mp->perturbation=value(p)-l;
23813   }
23814   return m;
23815 }
23816
23817 @ @<Glob...@>=
23818 scaled perturbation; /* quantity related to \.{TFM} rounding */
23819 integer excess; /* the list is this much too long */
23820
23821 @ The smallest |d| such that a given list can be covered with |m| intervals
23822 is determined by the |threshold| routine, which is sort of an inverse
23823 to |min_cover|. The idea is to increase the interval size rapidly until
23824 finding the range, then to go sequentially until the exact borderline has
23825 been discovered.
23826
23827 @c scaled mp_threshold (MP mp,integer m) {
23828   scaled d; /* lower bound on the smallest interval size */
23829   mp->excess=mp_min_cover(mp, 0)-m;
23830   if ( mp->excess<=0 ) {
23831     return 0;
23832   } else  { 
23833     do {  
23834       d=mp->perturbation;
23835     } while (mp_min_cover(mp, d+d)>m);
23836     while ( mp_min_cover(mp, d)>m ) 
23837       d=mp->perturbation;
23838     return d;
23839   }
23840 }
23841
23842 @ The |skimp| procedure reduces the current list to at most |m| entries,
23843 by changing values if necessary. It also sets |info(p):=k| if |value(p)|
23844 is the |k|th distinct value on the resulting list, and it sets
23845 |perturbation| to the maximum amount by which a |value| field has
23846 been changed. The size of the resulting list is returned as the
23847 value of |skimp|.
23848
23849 @c integer mp_skimp (MP mp,integer m) {
23850   scaled d; /* the size of intervals being coalesced */
23851   pointer p,q,r; /* list manipulation registers */
23852   scaled l; /* the least value in the current interval */
23853   scaled v; /* a compromise value */
23854   d=mp_threshold(mp, m); mp->perturbation=0;
23855   q=temp_head; m=0; p=link(temp_head);
23856   while ( p!=inf_val ) {
23857     incr(m); l=value(p); info(p)=m;
23858     if ( value(link(p))<=l+d ) {
23859       @<Replace an interval of values by its midpoint@>;
23860     }
23861     q=p; p=link(p);
23862   }
23863   return m;
23864 }
23865
23866 @ @<Replace an interval...@>=
23867
23868   do {  
23869     p=link(p); info(p)=m;
23870     decr(mp->excess); if ( mp->excess==0 ) d=0;
23871   } while (value(link(p))<=l+d);
23872   v=l+halfp(value(p)-l);
23873   if ( value(p)-v>mp->perturbation ) 
23874     mp->perturbation=value(p)-v;
23875   r=q;
23876   do {  
23877     r=link(r); value(r)=v;
23878   } while (r!=p);
23879   link(q)=p; /* remove duplicate values from the current list */
23880 }
23881
23882 @ A warning message is issued whenever something is perturbed by
23883 more than 1/16\thinspace pt.
23884
23885 @c void mp_tfm_warning (MP mp,small_number m) { 
23886   mp_print_nl(mp, "(some "); 
23887   mp_print(mp, mp->int_name[m]);
23888 @.some charwds...@>
23889 @.some chardps...@>
23890 @.some charhts...@>
23891 @.some charics...@>
23892   mp_print(mp, " values had to be adjusted by as much as ");
23893   mp_print_scaled(mp, mp->perturbation); mp_print(mp, "pt)");
23894 }
23895
23896 @ Here's an example of how we use these routines.
23897 The width data needs to be perturbed only if there are 256 distinct
23898 widths, but \MP\ must check for this case even though it is
23899 highly unusual.
23900
23901 An integer variable |k| will be defined when we use this code.
23902 The |dimen_head| array will contain pointers to the sorted
23903 lists of dimensions.
23904
23905 @<Massage the \.{TFM} widths@>=
23906 clear_the_list;
23907 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++)  {
23908   if ( mp->char_exists[k] )
23909     mp->tfm_width[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_width[k]);
23910 }
23911 mp->nw=mp_skimp(mp, 255)+1; mp->dimen_head[1]=link(temp_head);
23912 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_wd)
23913
23914 @ @<Glob...@>=
23915 pointer dimen_head[5]; /* lists of \.{TFM} dimensions */
23916
23917 @ Heights, depths, and italic corrections are different from widths
23918 not only because their list length is more severely restricted, but
23919 also because zero values do not need to be put into the lists.
23920
23921 @<Massage the \.{TFM} heights, depths, and italic corrections@>=
23922 clear_the_list;
23923 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
23924   if ( mp->char_exists[k] ) {
23925     if ( mp->tfm_height[k]==0 ) mp->tfm_height[k]=zero_val;
23926     else mp->tfm_height[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_height[k]);
23927   }
23928 }
23929 mp->nh=mp_skimp(mp, 15)+1; mp->dimen_head[2]=link(temp_head);
23930 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_ht);
23931 clear_the_list;
23932 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
23933   if ( mp->char_exists[k] ) {
23934     if ( mp->tfm_depth[k]==0 ) mp->tfm_depth[k]=zero_val;
23935     else mp->tfm_depth[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_depth[k]);
23936   }
23937 }
23938 mp->nd=mp_skimp(mp, 15)+1; mp->dimen_head[3]=link(temp_head);
23939 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_dp);
23940 clear_the_list;
23941 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
23942   if ( mp->char_exists[k] ) {
23943     if ( mp->tfm_ital_corr[k]==0 ) mp->tfm_ital_corr[k]=zero_val;
23944     else mp->tfm_ital_corr[k]=mp_sort_in(mp, mp->tfm_ital_corr[k]);
23945   }
23946 }
23947 mp->ni=mp_skimp(mp, 63)+1; mp->dimen_head[4]=link(temp_head);
23948 if ( mp->perturbation>=010000 ) mp_tfm_warning(mp, mp_char_ic)
23949
23950 @ @<Initialize table entries...@>=
23951 value(zero_val)=0; info(zero_val)=0;
23952
23953 @ Bytes 5--8 of the header are set to the design size, unless the user has
23954 some crazy reason for specifying them differently.
23955
23956 Error messages are not allowed at the time this procedure is called,
23957 so a warning is printed instead.
23958
23959 The value of |max_tfm_dimen| is calculated so that
23960 $$\hbox{|make_scaled(16*max_tfm_dimen,internal[mp_design_size])|}
23961  < \\{three\_bytes}.$$
23962
23963 @d three_bytes 0100000000 /* $2^{24}$ */
23964
23965 @c 
23966 void mp_fix_design_size (MP mp) {
23967   scaled d; /* the design size */
23968   d=mp->internal[mp_design_size];
23969   if ( (d<unity)||(d>=fraction_half) ) {
23970     if ( d!=0 )
23971       mp_print_nl(mp, "(illegal design size has been changed to 128pt)");
23972 @.illegal design size...@>
23973     d=040000000; mp->internal[mp_design_size]=d;
23974   }
23975   if ( mp->header_byte[4]<0 ) if ( mp->header_byte[5]<0 )
23976     if ( mp->header_byte[6]<0 ) if ( mp->header_byte[7]<0 ) {
23977      mp->header_byte[4]=d / 04000000;
23978      mp->header_byte[5]=(d / 4096) % 256;
23979      mp->header_byte[6]=(d / 16) % 256;
23980      mp->header_byte[7]=(d % 16)*16;
23981   };
23982   mp->max_tfm_dimen=16*mp->internal[mp_design_size]-mp->internal[mp_design_size] / 010000000;
23983   if ( mp->max_tfm_dimen>=fraction_half ) mp->max_tfm_dimen=fraction_half-1;
23984 }
23985
23986 @ The |dimen_out| procedure computes a |fix_word| relative to the
23987 design size. If the data was out of range, it is corrected and the
23988 global variable |tfm_changed| is increased by~one.
23989
23990 @c integer mp_dimen_out (MP mp,scaled x) { 
23991   if ( abs(x)>mp->max_tfm_dimen ) {
23992     incr(mp->tfm_changed);
23993     if ( x>0 ) x=three_bytes-1; else x=1-three_bytes;
23994   } else {
23995     x=mp_make_scaled(mp, x*16,mp->internal[mp_design_size]);
23996   }
23997   return x;
23998 }
23999
24000 @ @<Glob...@>=
24001 scaled max_tfm_dimen; /* bound on widths, heights, kerns, etc. */
24002 integer tfm_changed; /* the number of data entries that were out of bounds */
24003
24004 @ If the user has not specified any of the first four header bytes,
24005 the |fix_check_sum| procedure replaces them by a ``check sum'' computed
24006 from the |tfm_width| data relative to the design size.
24007 @^check sum@>
24008
24009 @c void mp_fix_check_sum (MP mp) {
24010   eight_bits k; /* runs through character codes */
24011   eight_bits B1,B2,B3,B4; /* bytes of the check sum */
24012   integer x;  /* hash value used in check sum computation */
24013   if ( mp->header_byte[0]==0 && mp->header_byte[1]==0 &&
24014        mp->header_byte[2]==0 && mp->header_byte[3]==0 ) {
24015     @<Compute a check sum in |(b1,b2,b3,b4)|@>;
24016     mp->header_byte[0]=B1; mp->header_byte[1]=B2;
24017     mp->header_byte[2]=B3; mp->header_byte[3]=B4; 
24018     return;
24019   }
24020 }
24021
24022 @ @<Compute a check sum in |(b1,b2,b3,b4)|@>=
24023 B1=mp->bc; B2=mp->ec; B3=mp->bc; B4=mp->ec; mp->tfm_changed=0;
24024 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) { 
24025   if ( mp->char_exists[k] ) {
24026     x=mp_dimen_out(mp, value(mp->tfm_width[k]))+(k+4)*020000000; /* this is positive */
24027     B1=(B1+B1+x) % 255;
24028     B2=(B2+B2+x) % 253;
24029     B3=(B3+B3+x) % 251;
24030     B4=(B4+B4+x) % 247;
24031   }
24032 }
24033
24034 @ Finally we're ready to actually write the \.{TFM} information.
24035 Here are some utility routines for this purpose.
24036
24037 @d tfm_out(A) fputc((A),mp->tfm_file) /* output one byte to |tfm_file| */
24038
24039 @c void mp_tfm_two (MP mp,integer x) { /* output two bytes to |tfm_file| */
24040   tfm_out(x / 256); tfm_out(x % 256);
24041 }
24042 void mp_tfm_four (MP mp,integer x) { /* output four bytes to |tfm_file| */
24043   if ( x>=0 ) tfm_out(x / three_bytes);
24044   else { 
24045     x=x+010000000000; /* use two's complement for negative values */
24046     x=x+010000000000;
24047     tfm_out((x / three_bytes) + 128);
24048   };
24049   x=x % three_bytes; tfm_out(x / unity);
24050   x=x % unity; tfm_out(x / 0400);
24051   tfm_out(x % 0400);
24052 }
24053 void mp_tfm_qqqq (MP mp,four_quarters x) { /* output four quarterwords to |tfm_file| */
24054   tfm_out(qo(x.b0)); tfm_out(qo(x.b1)); 
24055   tfm_out(qo(x.b2)); tfm_out(qo(x.b3));
24056 }
24057
24058 @ @<Finish the \.{TFM} file@>=
24059 if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
24060 mp_pack_job_name(mp, ".tfm");
24061 while ( ! mp_b_open_out(mp, &mp->tfm_file, mp_filetype_metrics) )
24062   mp_prompt_file_name(mp, "file name for font metrics",".tfm");
24063 mp->metric_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24064 @<Output the subfile sizes and header bytes@>;
24065 @<Output the character information bytes, then
24066   output the dimensions themselves@>;
24067 @<Output the ligature/kern program@>;
24068 @<Output the extensible character recipes and the font metric parameters@>;
24069   if ( mp->internal[mp_tracing_stats]>0 )
24070   @<Log the subfile sizes of the \.{TFM} file@>;
24071 mp_print_nl(mp, "Font metrics written on "); 
24072 mp_print(mp, mp->metric_file_name); mp_print_char(mp, '.');
24073 @.Font metrics written...@>
24074 fclose(mp->tfm_file)
24075
24076 @ Integer variables |lh|, |k|, and |lk_offset| will be defined when we use
24077 this code.
24078
24079 @<Output the subfile sizes and header bytes@>=
24080 k=mp->header_last;
24081 LH=(k+3) / 4; /* this is the number of header words */
24082 if ( mp->bc>mp->ec ) mp->bc=1; /* if there are no characters, |ec=0| and |bc=1| */
24083 @<Compute the ligature/kern program offset and implant the
24084   left boundary label@>;
24085 mp_tfm_two(mp,6+LH+(mp->ec-mp->bc+1)+mp->nw+mp->nh+mp->nd+mp->ni+mp->nl
24086      +lk_offset+mp->nk+mp->ne+mp->np);
24087   /* this is the total number of file words that will be output */
24088 mp_tfm_two(mp, LH); mp_tfm_two(mp, mp->bc); mp_tfm_two(mp, mp->ec); 
24089 mp_tfm_two(mp, mp->nw); mp_tfm_two(mp, mp->nh);
24090 mp_tfm_two(mp, mp->nd); mp_tfm_two(mp, mp->ni); mp_tfm_two(mp, mp->nl+lk_offset); 
24091 mp_tfm_two(mp, mp->nk); mp_tfm_two(mp, mp->ne);
24092 mp_tfm_two(mp, mp->np);
24093 for (k=0;k< 4*LH;k++)   { 
24094   tfm_out(mp->header_byte[k]);
24095 }
24096
24097 @ @<Output the character information bytes...@>=
24098 for (k=mp->bc;k<=mp->ec;k++) {
24099   if ( ! mp->char_exists[k] ) {
24100     mp_tfm_four(mp, 0);
24101   } else { 
24102     tfm_out(info(mp->tfm_width[k])); /* the width index */
24103     tfm_out((info(mp->tfm_height[k]))*16+info(mp->tfm_depth[k]));
24104     tfm_out((info(mp->tfm_ital_corr[k]))*4+mp->char_tag[k]);
24105     tfm_out(mp->char_remainder[k]);
24106   };
24107 }
24108 mp->tfm_changed=0;
24109 for (k=1;k<=4;k++) { 
24110   mp_tfm_four(mp, 0); p=mp->dimen_head[k];
24111   while ( p!=inf_val ) {
24112     mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, value(p))); p=link(p);
24113   }
24114 }
24115
24116
24117 @ We need to output special instructions at the beginning of the
24118 |lig_kern| array in order to specify the right boundary character
24119 and/or to handle starting addresses that exceed 255. The |label_loc|
24120 and |label_char| arrays have been set up to record all the
24121 starting addresses; we have $-1=|label_loc|[0]<|label_loc|[1]\le\cdots
24122 \le|label_loc|[|label_ptr]|$.
24123
24124 @<Compute the ligature/kern program offset...@>=
24125 mp->bchar=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_boundary_char]);
24126 if ((mp->bchar<0)||(mp->bchar>255))
24127   { mp->bchar=-1; mp->lk_started=false; lk_offset=0; }
24128 else { mp->lk_started=true; lk_offset=1; };
24129 @<Find the minimum |lk_offset| and adjust all remainders@>;
24130 if ( mp->bch_label<undefined_label )
24131   { skip_byte(mp->nl)=qi(255); next_char(mp->nl)=qi(0);
24132   op_byte(mp->nl)=qi(((mp->bch_label+lk_offset)/ 256));
24133   rem_byte(mp->nl)=qi(((mp->bch_label+lk_offset)% 256));
24134   incr(mp->nl); /* possibly |nl=lig_table_size+1| */
24135   }
24136
24137 @ @<Find the minimum |lk_offset|...@>=
24138 k=mp->label_ptr; /* pointer to the largest unallocated label */
24139 if ( mp->label_loc[k]+lk_offset>255 ) {
24140   lk_offset=0; mp->lk_started=false; /* location 0 can do double duty */
24141   do {  
24142     mp->char_remainder[mp->label_char[k]]=lk_offset;
24143     while ( mp->label_loc[k-1]==mp->label_loc[k] ) {
24144        decr(k); mp->char_remainder[mp->label_char[k]]=lk_offset;
24145     }
24146     incr(lk_offset); decr(k);
24147   } while (! (lk_offset+mp->label_loc[k]<256));
24148     /* N.B.: |lk_offset=256| satisfies this when |k=0| */
24149 };
24150 if ( lk_offset>0 ) {
24151   while ( k>0 ) {
24152     mp->char_remainder[mp->label_char[k]]
24153      =mp->char_remainder[mp->label_char[k]]+lk_offset;
24154     decr(k);
24155   }
24156 }
24157
24158 @ @<Output the ligature/kern program@>=
24159 for (k=0;k<= 255;k++ ) {
24160   if ( mp->skip_table[k]<undefined_label ) {
24161      mp_print_nl(mp, "(local label "); mp_print_int(mp, k); mp_print(mp, ":: was missing)");
24162 @.local label l:: was missing@>
24163     cancel_skips(mp->skip_table[k]);
24164   }
24165 }
24166 if ( mp->lk_started ) { /* |lk_offset=1| for the special |bchar| */
24167   tfm_out(255); tfm_out(mp->bchar); mp_tfm_two(mp, 0);
24168 } else {
24169   for (k=1;k<=lk_offset;k++) {/* output the redirection specs */
24170     mp->ll=mp->label_loc[mp->label_ptr];
24171     if ( mp->bchar<0 ) { tfm_out(254); tfm_out(0);   }
24172     else { tfm_out(255); tfm_out(mp->bchar);   };
24173     mp_tfm_two(mp, mp->ll+lk_offset);
24174     do {  
24175       decr(mp->label_ptr);
24176     } while (! (mp->label_loc[mp->label_ptr]<mp->ll));
24177   }
24178 }
24179 for (k=0;k<=mp->nl-1;k++) mp_tfm_qqqq(mp, mp->lig_kern[k]);
24180 for (k=0;k<=mp->nk-1;k++) mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, mp->kern[k]))
24181
24182 @ @<Output the extensible character recipes...@>=
24183 for (k=0;k<=mp->ne-1;k++) 
24184   mp_tfm_qqqq(mp, mp->exten[k]);
24185 for (k=1;k<=mp->np;k++) {
24186   if ( k==1 ) {
24187     if ( abs(mp->param[1])<fraction_half ) {
24188       mp_tfm_four(mp, mp->param[1]*16);
24189     } else  { 
24190       incr(mp->tfm_changed);
24191       if ( mp->param[1]>0 ) mp_tfm_four(mp, el_gordo);
24192       else mp_tfm_four(mp, -el_gordo);
24193     }
24194   } else {
24195     mp_tfm_four(mp, mp_dimen_out(mp, mp->param[k]));
24196   }
24197 }
24198 if ( mp->tfm_changed>0 )  { 
24199   if ( mp->tfm_changed==1 ) mp_print_nl(mp, "(a font metric dimension");
24200 @.a font metric dimension...@>
24201   else  { 
24202     mp_print_nl(mp, "("); mp_print_int(mp, mp->tfm_changed);
24203 @.font metric dimensions...@>
24204     mp_print(mp, " font metric dimensions");
24205   }
24206   mp_print(mp, " had to be decreased)");
24207 }
24208
24209 @ @<Log the subfile sizes of the \.{TFM} file@>=
24210
24211   char s[200];
24212   wlog_ln(" ");
24213   if ( mp->bch_label<undefined_label ) decr(mp->nl);
24214   snprintf(s,128,"(You used %iw,%ih,%id,%ii,%il,%ik,%ie,%ip metric file positions)",
24215                  mp->nw, mp->nh, mp->nd, mp->ni, mp->nl, mp->nk, mp->ne,mp->np);
24216   wlog_ln(s);
24217 }
24218
24219 @* \[43] Reading font metric data.
24220
24221 \MP\ isn't a typesetting program but it does need to find the bounding box
24222 of a sequence of typeset characters.  Thus it needs to read \.{TFM} files as
24223 well as write them.
24224
24225 @<Glob...@>=
24226 FILE * tfm_infile;
24227
24228 @ All the width, height, and depth information is stored in an array called
24229 |font_info|.  This array is allocated sequentially and each font is stored
24230 as a series of |char_info| words followed by the width, height, and depth
24231 tables.  Since |font_name| entries are permanent, their |str_ref| values are
24232 set to |max_str_ref|.
24233
24234 @<Types...@>=
24235 typedef unsigned int font_number; /* |0..font_max| */
24236
24237 @ The |font_info| array is indexed via a group directory arrays.
24238 For example, the |char_info| data for character~|c| in font~|f| will be
24239 in |font_info[char_base[f]+c].qqqq|.
24240
24241 @<Glob...@>=
24242 font_number font_max; /* maximum font number for included text fonts */
24243 size_t      font_mem_size; /* number of words for \.{TFM} information for text fonts */
24244 memory_word *font_info; /* height, width, and depth data */
24245 char        **font_enc_name; /* encoding names, if any */
24246 boolean     *font_ps_name_fixed; /* are the postscript names fixed already?  */
24247 int         next_fmem; /* next unused entry in |font_info| */
24248 font_number last_fnum; /* last font number used so far */
24249 scaled      *font_dsize;  /* 16 times the ``design'' size in \ps\ points */
24250 char        **font_name;  /* name as specified in the \&{infont} command */
24251 char        **font_ps_name;  /* PostScript name for use when |internal[mp_prologues]>0| */
24252 font_number last_ps_fnum; /* last valid |font_ps_name| index */
24253 eight_bits  *font_bc;
24254 eight_bits  *font_ec;  /* first and last character code */
24255 int         *char_base;  /* base address for |char_info| */
24256 int         *width_base; /* index for zeroth character width */
24257 int         *height_base; /* index for zeroth character height */
24258 int         *depth_base; /* index for zeroth character depth */
24259 pointer     *font_sizes;
24260
24261 @ @<Allocate or initialize ...@>=
24262 mp->font_mem_size = 10000; 
24263 mp->font_info = xmalloc ((mp->font_mem_size+1),sizeof(memory_word));
24264 memset (mp->font_info,0,sizeof(memory_word)*(mp->font_mem_size+1));
24265 mp->font_enc_name = NULL;
24266 mp->font_ps_name_fixed = NULL;
24267 mp->font_dsize = NULL;
24268 mp->font_name = NULL;
24269 mp->font_ps_name = NULL;
24270 mp->font_bc = NULL;
24271 mp->font_ec = NULL;
24272 mp->last_fnum = null_font;
24273 mp->char_base = NULL;
24274 mp->width_base = NULL;
24275 mp->height_base = NULL;
24276 mp->depth_base = NULL;
24277 mp->font_sizes = null;
24278
24279 @ @<Dealloc variables@>=
24280 xfree(mp->font_info);
24281 xfree(mp->font_enc_name);
24282 xfree(mp->font_ps_name_fixed);
24283 xfree(mp->font_dsize);
24284 xfree(mp->font_name);
24285 xfree(mp->font_ps_name);
24286 xfree(mp->font_bc);
24287 xfree(mp->font_ec);
24288 xfree(mp->char_base);
24289 xfree(mp->width_base);
24290 xfree(mp->height_base);
24291 xfree(mp->depth_base);
24292 xfree(mp->font_sizes);
24293
24294
24295 @c 
24296 void mp_reallocate_fonts (MP mp, font_number l) {
24297   font_number f;
24298   XREALLOC(mp->font_enc_name,      l, char *);
24299   XREALLOC(mp->font_ps_name_fixed, l, boolean);
24300   XREALLOC(mp->font_dsize,         l, scaled);
24301   XREALLOC(mp->font_name,          l, char *);
24302   XREALLOC(mp->font_ps_name,       l, char *);
24303   XREALLOC(mp->font_bc,            l, eight_bits);
24304   XREALLOC(mp->font_ec,            l, eight_bits);
24305   XREALLOC(mp->char_base,          l, int);
24306   XREALLOC(mp->width_base,         l, int);
24307   XREALLOC(mp->height_base,        l, int);
24308   XREALLOC(mp->depth_base,         l, int);
24309   XREALLOC(mp->font_sizes,         l, pointer);
24310   for (f=(mp->last_fnum+1);f<=l;f++) {
24311     mp->font_enc_name[f]=NULL;
24312     mp->font_ps_name_fixed[f] = false;
24313     mp->font_name[f]=NULL;
24314     mp->font_ps_name[f]=NULL;
24315     mp->font_sizes[f]=null;
24316   }
24317   mp->font_max = l;
24318 }
24319
24320 @ @<Declare |mp_reallocate| functions@>=
24321 void mp_reallocate_fonts (MP mp, font_number l);
24322
24323
24324 @ A |null_font| containing no characters is useful for error recovery.  Its
24325 |font_name| entry starts out empty but is reset each time an erroneous font is
24326 found.  This helps to cut down on the number of duplicate error messages without
24327 wasting a lot of space.
24328
24329 @d null_font 0 /* the |font_number| for an empty font */
24330
24331 @<Set initial...@>=
24332 mp->font_dsize[null_font]=0;
24333 mp->font_bc[null_font]=1;
24334 mp->font_ec[null_font]=0;
24335 mp->char_base[null_font]=0;
24336 mp->width_base[null_font]=0;
24337 mp->height_base[null_font]=0;
24338 mp->depth_base[null_font]=0;
24339 mp->next_fmem=0;
24340 mp->last_fnum=null_font;
24341 mp->last_ps_fnum=null_font;
24342 mp->font_name[null_font]="nullfont";
24343 mp->font_ps_name[null_font]="";
24344
24345 @ Each |char_info| word is of type |four_quarters|.  The |b0| field contains
24346 the |width index|; the |b1| field contains the height
24347 index; the |b2| fields contains the depth index, and the |b3| field used only
24348 for temporary storage. (It is used to keep track of which characters occur in
24349 an edge structure that is being shipped out.)
24350 The corresponding words in the width, height, and depth tables are stored as
24351 |scaled| values in units of \ps\ points.
24352
24353 With the macros below, the |char_info| word for character~|c| in font~|f| is
24354 |char_info(f)(c)| and the width is
24355 $$\hbox{|char_width(f)(char_info(f)(c)).sc|.}$$
24356
24357 @d char_info_end(A) (A)].qqqq
24358 @d char_info(A) mp->font_info[mp->char_base[(A)]+char_info_end
24359 @d char_width_end(A) (A).b0].sc
24360 @d char_width(A) mp->font_info[mp->width_base[(A)]+char_width_end
24361 @d char_height_end(A) (A).b1].sc
24362 @d char_height(A) mp->font_info[mp->height_base[(A)]+char_height_end
24363 @d char_depth_end(A) (A).b2].sc
24364 @d char_depth(A) mp->font_info[mp->depth_base[(A)]+char_depth_end
24365 @d ichar_exists(A) ((A).b0>0)
24366
24367 @ The |font_ps_name| for a built-in font should be what PostScript expects.
24368 A preliminary name is obtained here from the \.{TFM} name as given in the
24369 |fname| argument.  This gets updated later from an external table if necessary.
24370
24371 @<Declare text measuring subroutines@>=
24372 @<Declare subroutines for parsing file names@>;
24373 font_number mp_read_font_info (MP mp, char*fname) {
24374   boolean file_opened; /* has |tfm_infile| been opened? */
24375   font_number n; /* the number to return */
24376   halfword lf,tfm_lh,bc,ec,nw,nh,nd; /* subfile size parameters */
24377   size_t whd_size; /* words needed for heights, widths, and depths */
24378   int i,ii; /* |font_info| indices */
24379   int jj; /* counts bytes to be ignored */
24380   scaled z; /* used to compute the design size */
24381   fraction d;
24382   /* height, width, or depth as a fraction of design size times $2^{-8}$ */
24383   eight_bits h_and_d; /* height and depth indices being unpacked */
24384   int tfbyte; /* a byte read from the file */
24385   n=null_font;
24386   @<Open |tfm_infile| for input@>;
24387   @<Read data from |tfm_infile|; if there is no room, say so and |goto done|;
24388     otherwise |goto bad_tfm| or |goto done| as appropriate@>;
24389 BAD_TFM:
24390   @<Complain that the \.{TFM} file is bad@>;
24391 DONE:
24392   if ( file_opened ) fclose(mp->tfm_infile);
24393   if ( n!=null_font ) { 
24394     mp->font_ps_name[n]=fname;
24395     mp->font_name[n]=fname;
24396   }
24397   return n;
24398 }
24399
24400 @ \MP\ doesn't bother to check the entire \.{TFM} file for errors or explain
24401 precisely what is wrong if it does find a problem.  Programs called \.{TFtoPL}
24402 @.TFtoPL@> @.PLtoTF@>
24403 and \.{PLtoTF} can be used to debug \.{TFM} files.
24404
24405 @<Complain that the \.{TFM} file is bad@>=
24406 print_err("Font ");
24407 mp_print(mp, fname);
24408 if ( file_opened ) mp_print(mp, " not usable: TFM file is bad");
24409 else mp_print(mp, " not usable: TFM file not found");
24410 help3("I wasn't able to read the size data for this font so this")
24411   ("`infont' operation won't produce anything. If the font name")
24412   ("is right, you might ask an expert to make a TFM file");
24413 if ( file_opened )
24414   mp->help_line[0]="is right, try asking an expert to fix the TFM file";
24415 mp_error(mp)
24416
24417 @ @<Read data from |tfm_infile|; if there is no room, say so...@>=
24418 @<Read the \.{TFM} size fields@>;
24419 @<Use the size fields to allocate space in |font_info|@>;
24420 @<Read the \.{TFM} header@>;
24421 @<Read the character data and the width, height, and depth tables and
24422   |goto done|@>
24423
24424 @ A bad \.{TFM} file can be shorter than it claims to be.  The code given here
24425 might try to read past the end of the file if this happens.  Changes will be
24426 needed if it causes a system error to refer to |tfm_infile^| or call
24427 |get_tfm_infile| when |eof(tfm_infile)| is true.  For example, the definition
24428 @^system dependencies@>
24429 of |tfget| could be changed to
24430 ``|begin get(tfm_infile); if eof(tfm_infile) then goto bad_tfm; end|.''
24431
24432 @d tfget {tfbyte = fgetc(mp->tfm_infile); }
24433 @d read_two(A) { (A)=tfbyte;
24434   if ( (A)>127 ) goto BAD_TFM;
24435   tfget; (A)=(A)*0400+tfbyte;
24436   }
24437 @d tf_ignore(A) { for (jj=(A);jj>=1;jj--) tfget; }
24438
24439 @<Read the \.{TFM} size fields@>=
24440 tfget; read_two(lf);
24441 tfget; read_two(tfm_lh);
24442 tfget; read_two(bc);
24443 tfget; read_two(ec);
24444 if ( (bc>1+ec)||(ec>255) ) goto BAD_TFM;
24445 tfget; read_two(nw);
24446 tfget; read_two(nh);
24447 tfget; read_two(nd);
24448 whd_size=(ec+1-bc)+nw+nh+nd;
24449 if ( lf<(int)(6+tfm_lh+whd_size) ) goto BAD_TFM;
24450 tf_ignore(10)
24451
24452 @ Offsets are added to |char_base[n]| and |width_base[n]| so that is not
24453 necessary to apply the |so|  and |qo| macros when looking up the width of a
24454 character in the string pool.  In order to ensure nonnegative |char_base|
24455 values when |bc>0|, it may be necessary to reserve a few unused |font_info|
24456 elements.
24457
24458 @<Use the size fields to allocate space in |font_info|@>=
24459 if ( mp->next_fmem<bc) mp->next_fmem=bc;  /* ensure nonnegative |char_base| */
24460 if (mp->last_fnum==mp->font_max)
24461   mp_reallocate_fonts(mp,(mp->font_max+(mp->font_max>>2)));
24462 while (mp->next_fmem+whd_size>=mp->font_mem_size) {
24463   size_t l = mp->font_mem_size+(mp->font_mem_size>>2);
24464   memory_word *font_info;
24465   font_info = xmalloc ((l+1),sizeof(memory_word));
24466   memset (font_info,0,sizeof(memory_word)*(l+1));
24467   memcpy (font_info,mp->font_info,sizeof(memory_word)*(mp->font_mem_size+1));
24468   xfree(mp->font_info);
24469   mp->font_info = font_info;
24470   mp->font_mem_size = l;
24471 }
24472 incr(mp->last_fnum);
24473 n=mp->last_fnum;
24474 mp->font_bc[n]=bc;
24475 mp->font_ec[n]=ec;
24476 mp->char_base[n]=mp->next_fmem-bc;
24477 mp->width_base[n]=mp->next_fmem+ec-bc+1;
24478 mp->height_base[n]=mp->width_base[n]+nw;
24479 mp->depth_base[n]=mp->height_base[n]+nh;
24480 mp->next_fmem=mp->next_fmem+whd_size;
24481
24482
24483 @ @<Read the \.{TFM} header@>=
24484 if ( tfm_lh<2 ) goto BAD_TFM;
24485 tf_ignore(4);
24486 tfget; read_two(z);
24487 tfget; z=z*0400+tfbyte;
24488 tfget; z=z*0400+tfbyte; /* now |z| is 16 times the design size */
24489 mp->font_dsize[n]=mp_take_fraction(mp, z,267432584);
24490   /* times ${72\over72.27}2^{28}$ to convert from \TeX\ points */
24491 tf_ignore(4*(tfm_lh-2))
24492
24493 @ @<Read the character data and the width, height, and depth tables...@>=
24494 ii=mp->width_base[n];
24495 i=mp->char_base[n]+bc;
24496 while ( i<ii ) { 
24497   tfget; mp->font_info[i].qqqq.b0=qi(tfbyte);
24498   tfget; h_and_d=tfbyte;
24499   mp->font_info[i].qqqq.b1=h_and_d / 16;
24500   mp->font_info[i].qqqq.b2=h_and_d % 16;
24501   tfget; tfget;
24502   incr(i);
24503 }
24504 while ( i<mp->next_fmem ) {
24505   @<Read a four byte dimension, scale it by the design size, store it in
24506     |font_info[i]|, and increment |i|@>;
24507 }
24508 if (feof(mp->tfm_infile) ) goto BAD_TFM;
24509 goto DONE
24510
24511 @ The raw dimension read into |d| should have magnitude at most $2^{24}$ when
24512 interpreted as an integer, and this includes a scale factor of $2^{20}$.  Thus
24513 we can multiply it by sixteen and think of it as a |fraction| that has been
24514 divided by sixteen.  This cancels the extra scale factor contained in
24515 |font_dsize[n|.
24516
24517 @<Read a four byte dimension, scale it by the design size, store it in...@>=
24518
24519 tfget; d=tfbyte;
24520 if ( d>=0200 ) d=d-0400;
24521 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24522 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24523 tfget; d=d*0400+tfbyte;
24524 mp->font_info[i].sc=mp_take_fraction(mp, d*16,mp->font_dsize[n]);
24525 incr(i);
24526 }
24527
24528 @ This function does no longer use the file name parser, because |fname| is
24529 a C string already.
24530 @<Open |tfm_infile| for input@>=
24531 file_opened=false;
24532 mp_ptr_scan_file(mp, fname);
24533 if ( strlen(mp->cur_area)==0 ) { xfree(mp->cur_area); mp->cur_area=xstrdup(MP_font_area);}
24534 if ( strlen(mp->cur_ext)==0 )  { xfree(mp->cur_ext); mp->cur_ext=xstrdup(".tfm"); }
24535 pack_cur_name;
24536 mp->tfm_infile = mp_open_file(mp, mp->name_of_file, "rb",mp_filetype_metrics);
24537 if ( !mp->tfm_infile  ) goto BAD_TFM;
24538 file_opened=true
24539
24540 @ When we have a font name and we don't know whether it has been loaded yet,
24541 we scan the |font_name| array before calling |read_font_info|.
24542
24543 @<Declare text measuring subroutines@>=
24544 font_number mp_find_font (MP mp, char *f) {
24545   font_number n;
24546   for (n=0;n<=mp->last_fnum;n++) {
24547     if (mp_xstrcmp(f,mp->font_name[n])==0 )
24548       return n;
24549   }
24550   return mp_read_font_info(mp, f);
24551 }
24552
24553 @ One simple application of |find_font| is the implementation of the |font_size|
24554 operator that gets the design size for a given font name.
24555
24556 @<Find the design size of the font whose name is |cur_exp|@>=
24557 mp_flush_cur_exp(mp, (mp->font_dsize[mp_find_font(mp, str(mp->cur_exp))]+8) / 16)
24558
24559 @ If we discover that the font doesn't have a requested character, we omit it
24560 from the bounding box computation and expect the \ps\ interpreter to drop it.
24561 This routine issues a warning message if the user has asked for it.
24562
24563 @<Declare text measuring subroutines@>=
24564 void mp_lost_warning (MP mp,font_number f, pool_pointer k) { 
24565   if ( mp->internal[mp_tracing_lost_chars]>0 ) { 
24566     mp_begin_diagnostic(mp);
24567     if ( mp->selector==log_only ) incr(mp->selector);
24568     mp_print_nl(mp, "Missing character: There is no ");
24569 @.Missing character@>
24570     mp_print_str(mp, mp->str_pool[k]); 
24571     mp_print(mp, " in font ");
24572     mp_print(mp, mp->font_name[f]); mp_print_char(mp, '!'); 
24573     mp_end_diagnostic(mp, false);
24574   }
24575 }
24576
24577 @ The whole purpose of saving the height, width, and depth information is to be
24578 able to find the bounding box of an item of text in an edge structure.  The
24579 |set_text_box| procedure takes a text node and adds this information.
24580
24581 @<Declare text measuring subroutines@>=
24582 void mp_set_text_box (MP mp,pointer p) {
24583   font_number f; /* |font_n(p)| */
24584   ASCII_code bc,ec; /* range of valid characters for font |f| */
24585   pool_pointer k,kk; /* current character and character to stop at */
24586   four_quarters cc; /* the |char_info| for the current character */
24587   scaled h,d; /* dimensions of the current character */
24588   width_val(p)=0;
24589   height_val(p)=-el_gordo;
24590   depth_val(p)=-el_gordo;
24591   f=font_n(p);
24592   bc=mp->font_bc[f];
24593   ec=mp->font_ec[f];
24594   kk=str_stop(text_p(p));
24595   k=mp->str_start[text_p(p)];
24596   while ( k<kk ) {
24597     @<Adjust |p|'s bounding box to contain |str_pool[k]|; advance |k|@>;
24598   }
24599   @<Set the height and depth to zero if the bounding box is empty@>;
24600 }
24601
24602 @ @<Adjust |p|'s bounding box to contain |str_pool[k]|; advance |k|@>=
24603
24604   if ( (mp->str_pool[k]<bc)||(mp->str_pool[k]>ec) ) {
24605     mp_lost_warning(mp, f,k);
24606   } else { 
24607     cc=char_info(f)(mp->str_pool[k]);
24608     if ( ! ichar_exists(cc) ) {
24609       mp_lost_warning(mp, f,k);
24610     } else { 
24611       width_val(p)=width_val(p)+char_width(f)(cc);
24612       h=char_height(f)(cc);
24613       d=char_depth(f)(cc);
24614       if ( h>height_val(p) ) height_val(p)=h;
24615       if ( d>depth_val(p) ) depth_val(p)=d;
24616     }
24617   }
24618   incr(k);
24619 }
24620
24621 @ Let's hope modern compilers do comparisons correctly when the difference would
24622 overflow.
24623
24624 @<Set the height and depth to zero if the bounding box is empty@>=
24625 if ( height_val(p)<-depth_val(p) ) { 
24626   height_val(p)=0;
24627   depth_val(p)=0;
24628 }
24629
24630 @ The new primitives fontmapfile and fontmapline.
24631
24632 @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
24633 void mp_do_mapfile (MP mp) ;
24634 void mp_do_mapline (MP mp) ;
24635
24636 @ @c void mp_do_mapfile (MP mp) { 
24637   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
24638   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
24639     @<Complain about improper map operation@>;
24640   } else {
24641     mp_map_file(mp,mp->cur_exp);
24642   }
24643 }
24644 void mp_do_mapline (MP mp) { 
24645   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
24646   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
24647      @<Complain about improper map operation@>;
24648   } else { 
24649      mp_map_line(mp,mp->cur_exp);
24650   }
24651 }
24652
24653 @ @<Complain about improper map operation@>=
24654
24655   exp_err("Unsuitable expression");
24656   help1("Only known strings can be map files or map lines.");
24657   mp_put_get_error(mp);
24658 }
24659
24660 @ This is temporary.
24661
24662 @d ps_room(A) mp_ps_room(mp,A)
24663
24664 @ To print |scaled| value to PDF output we need some subroutines to ensure
24665 accurary.
24666
24667 @d max_integer   0x7FFFFFFF /* $2^{31}-1$ */
24668
24669 @<Glob...@>=
24670 scaled one_bp; /* scaled value corresponds to 1bp */
24671 scaled one_hundred_bp; /* scaled value corresponds to 100bp */
24672 scaled one_hundred_inch; /* scaled value corresponds to 100in */
24673 integer ten_pow[10]; /* $10^0..10^9$ */
24674 integer scaled_out; /* amount of |scaled| that was taken out in |divide_scaled| */
24675
24676 @ @<Set init...@>=
24677 mp->one_bp = 65782; /* 65781.76 */
24678 mp->one_hundred_bp = 6578176;
24679 mp->one_hundred_inch = 473628672;
24680 mp->ten_pow[0] = 1;
24681 for (i = 1;i<= 9; i++ ) {
24682   mp->ten_pow[i] = 10*mp->ten_pow[i - 1];
24683 }
24684
24685 @ The following function divides |s| by |m|. |dd| is number of decimal digits.
24686
24687 @c scaled mp_divide_scaled (MP mp,scaled s, scaled m, integer  dd) {
24688   scaled q,r;
24689   integer sign,i;
24690   sign = 1;
24691   if ( s < 0 ) { sign = -sign; s = -s; }
24692   if ( m < 0 ) { sign = -sign; m = -m; }
24693   if ( m == 0 )
24694     mp_confusion(mp, "arithmetic: divided by zero");
24695   else if ( m >= (max_integer / 10) )
24696     mp_confusion(mp, "arithmetic: number too big");
24697   q = s / m;
24698   r = s % m;
24699   for (i = 1;i<=dd;i++) {
24700     q = 10*q + (10*r) / m;
24701     r = (10*r) % m;
24702   }
24703   if ( 2*r >= m ) { incr(q); r = r - m; }
24704   mp->scaled_out = sign*(s - (r / mp->ten_pow[dd]));
24705   return (sign*q);
24706 }
24707
24708 @* \[44] Shipping pictures out.
24709 The |ship_out| procedure, to be described below, is given a pointer to
24710 an edge structure. Its mission is to output a file containing the \ps\
24711 description of an edge structure.
24712
24713 @ Each time an edge structure is shipped out we write a new \ps\ output
24714 file named according to the current \&{charcode}.
24715 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24716
24717 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24718 void mp_open_output_file (MP mp) ;
24719
24720 @ @c void mp_open_output_file (MP mp) {
24721   integer c; /* \&{charcode} rounded to the nearest integer */
24722   int old_setting; /* previous |selector| setting */
24723   pool_pointer i; /*  indexes into |filename_template|  */
24724   integer cc; /* a temporary integer for template building  */
24725   integer f,g=0; /* field widths */
24726   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
24727   c=mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_char_code]);
24728   if ( mp->filename_template==0 ) {
24729     char *s; /* a file extension derived from |c| */
24730     if ( c<0 ) 
24731       s=xstrdup(".ps");
24732     else 
24733       @<Use |c| to compute the file extension |s|@>;
24734     mp_pack_job_name(mp, s);
24735     xfree(s);
24736     while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->ps_file, mp_filetype_postscript) )
24737       mp_prompt_file_name(mp, "file name for output",s);
24738   } else { /* initializations */
24739     str_number s, n; /* a file extension derived from |c| */
24740     old_setting=mp->selector; 
24741     mp->selector=new_string;
24742     f = 0;
24743     i = mp->str_start[mp->filename_template];
24744     n = rts(""); /* initialize */
24745     while ( i<str_stop(mp->filename_template) ) {
24746        if ( mp->str_pool[i]=='%' ) {
24747       CONTINUE:
24748         incr(i);
24749         if ( i<str_stop(mp->filename_template) ) {
24750           if ( mp->str_pool[i]=='j' ) {
24751             mp_print(mp, mp->job_name);
24752           } else if ( mp->str_pool[i]=='d' ) {
24753              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day]);
24754              print_with_leading_zeroes(cc);
24755           } else if ( mp->str_pool[i]=='m' ) {
24756              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]);
24757              print_with_leading_zeroes(cc);
24758           } else if ( mp->str_pool[i]=='y' ) {
24759              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year]);
24760              print_with_leading_zeroes(cc);
24761           } else if ( mp->str_pool[i]=='H' ) {
24762              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]) / 60;
24763              print_with_leading_zeroes(cc);
24764           }  else if ( mp->str_pool[i]=='M' ) {
24765              cc= mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_time]) % 60;
24766              print_with_leading_zeroes(cc);
24767           } else if ( mp->str_pool[i]=='c' ) {
24768             if ( c<0 ) mp_print(mp, "ps");
24769             else print_with_leading_zeroes(c);
24770           } else if ( (mp->str_pool[i]>='0') && 
24771                       (mp->str_pool[i]<='9') ) {
24772             if ( (f<10)  )
24773               f = (f*10) + mp->str_pool[i]-'0';
24774             goto CONTINUE;
24775           } else {
24776             mp_print_str(mp, mp->str_pool[i]);
24777           }
24778         }
24779       } else {
24780         if ( mp->str_pool[i]=='.' )
24781           if (length(n)==0)
24782             n = mp_make_string(mp);
24783         mp_print_str(mp, mp->str_pool[i]);
24784       };
24785       incr(i);
24786     };
24787     s = mp_make_string(mp);
24788     mp->selector= old_setting;
24789     if (length(n)==0) {
24790        n=s;
24791        s=rts("");
24792     };
24793     mp_pack_file_name(mp, str(n),"",str(s));
24794     while ( ! mp_a_open_out(mp, &mp->ps_file, mp_filetype_postscript) )
24795       mp_prompt_file_name(mp, "file name for output",str(s));
24796     delete_str_ref(n);
24797     delete_str_ref(s);
24798   }
24799   @<Store the true output file name if appropriate@>;
24800   @<Begin the progress report for the output of picture~|c|@>;
24801 }
24802
24803 @ The file extension created here could be up to five characters long in
24804 extreme cases so it may have to be shortened on some systems.
24805 @^system dependencies@>
24806
24807 @<Use |c| to compute the file extension |s|@>=
24808
24809   s = xmalloc(7,1);
24810   snprintf(s,7,".%i",(int)c);
24811 }
24812
24813 @ The user won't want to see all the output file names so we only save the
24814 first and last ones and a count of how many there were.  For this purpose
24815 files are ordered primarily by \&{charcode} and secondarily by order of
24816 creation.
24817 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24818
24819 @<Store the true output file name if appropriate@>=
24820 if ((c<mp->first_output_code)&&(mp->first_output_code>=0)) {
24821   mp->first_output_code=c;
24822   xfree(mp->first_file_name);
24823   mp->first_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24824 }
24825 if ( c>=mp->last_output_code ) {
24826   mp->last_output_code=c;
24827   xfree(mp->last_file_name);
24828   mp->last_file_name=xstrdup(mp->name_of_file);
24829 }
24830
24831 @ @<Glob...@>=
24832 char * first_file_name;
24833 char * last_file_name; /* full file names */
24834 integer first_output_code;integer last_output_code; /* rounded \&{charcode} values */
24835 @:char_code_}{\&{charcode} primitive@>
24836 integer total_shipped; /* total number of |ship_out| operations completed */
24837
24838 @ @<Set init...@>=
24839 mp->first_file_name=xstrdup("");
24840 mp->last_file_name=xstrdup("");
24841 mp->first_output_code=32768;
24842 mp->last_output_code=-32768;
24843 mp->total_shipped=0;
24844
24845 @ @<Dealloc variables@>=
24846 xfree(mp->first_file_name);
24847 xfree(mp->last_file_name);
24848
24849 @ @<Begin the progress report for the output of picture~|c|@>=
24850 if ( (int)mp->term_offset>mp->max_print_line-6 ) mp_print_ln(mp);
24851 else if ( (mp->term_offset>0)||(mp->file_offset>0) ) mp_print_char(mp, ' ');
24852 mp_print_char(mp, '[');
24853 if ( c>=0 ) mp_print_int(mp, c)
24854
24855 @ @<End progress report@>=
24856 mp_print_char(mp, ']');
24857 update_terminal;
24858 incr(mp->total_shipped)
24859
24860 @ @<Explain what output files were written@>=
24861 if ( mp->total_shipped>0 ) { 
24862   mp_print_nl(mp, "");
24863   mp_print_int(mp, mp->total_shipped);
24864   mp_print(mp, " output file");
24865   if ( mp->total_shipped>1 ) mp_print_char(mp, 's');
24866   mp_print(mp, " written: ");
24867   mp_print(mp, mp->first_file_name);
24868   if ( mp->total_shipped>1 ) {
24869     if ( 31+strlen(mp->first_file_name)+
24870          strlen(mp->last_file_name)> (unsigned)mp->max_print_line) 
24871       mp_print_ln(mp);
24872     mp_print(mp, " .. ");
24873     mp_print(mp, mp->last_file_name);
24874   }
24875 }
24876
24877
24878 @ The most important output procedure is the one that gives the \ps\ version of
24879 a \MP\ path.
24880
24881 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24882 void mp_ps_path_out (MP mp,pointer h) {
24883   pointer p,q; /* for scanning the path */
24884   scaled d; /* a temporary value */
24885   boolean curved; /* |true| unless the cubic is almost straight */
24886   ps_room(40);
24887   if ( mp->need_newpath ) 
24888     mp_ps_print_cmd(mp, "newpath ","n ");
24889   mp->need_newpath=true;
24890   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(h),y_coord(h));
24891   mp_ps_print_cmd(mp, "moveto","m");
24892   p=h;
24893   do {  
24894     if ( right_type(p)==mp_endpoint ) { 
24895       if ( p==h ) mp_ps_print_cmd(mp, " 0 0 rlineto"," 0 0 r");
24896       return;
24897     }
24898     q=link(p);
24899     @<Start a new line and print the \ps\ commands for the curve from
24900       |p| to~|q|@>;
24901     p=q;
24902   } while (p!=h);
24903   mp_ps_print_cmd(mp, " closepath"," p");
24904 }
24905
24906 @ @<Glob...@>=
24907 boolean need_newpath;
24908   /* will |ps_path_out| need to issue a \&{newpath} command next time */
24909 @:newpath_}{\&{newpath} command@>
24910
24911 @ @<Start a new line and print the \ps\ commands for the curve from...@>=
24912 curved=true;
24913 @<Set |curved:=false| if the cubic from |p| to |q| is almost straight@>;
24914 mp_print_ln(mp);
24915 if ( curved ){ 
24916   mp_ps_pair_out(mp, right_x(p),right_y(p));
24917   mp_ps_pair_out(mp, left_x(q),left_y(q));
24918   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(q),y_coord(q));
24919   mp_ps_print_cmd(mp, "curveto","c");
24920 } else if ( q!=h ){ 
24921   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(q),y_coord(q));
24922   mp_ps_print_cmd(mp, "lineto","l");
24923 }
24924
24925 @ Two types of straight lines come up often in \MP\ paths:
24926 cubics with zero initial and final velocity as created by |make_path| or
24927 |make_envelope|, and cubics with control points uniformly spaced on a line
24928 as created by |make_choices|.
24929
24930 @d bend_tolerance 131 /* allow rounding error of $2\cdot10^{-3}$ */
24931
24932 @<Set |curved:=false| if the cubic from |p| to |q| is almost straight@>=
24933 if ( right_x(p)==x_coord(p) )
24934   if ( right_y(p)==y_coord(p) )
24935     if ( left_x(q)==x_coord(q) )
24936       if ( left_y(q)==y_coord(q) ) curved=false;
24937 d=left_x(q)-right_x(p);
24938 if ( abs(right_x(p)-x_coord(p)-d)<=bend_tolerance )
24939   if ( abs(x_coord(q)-left_x(q)-d)<=bend_tolerance )
24940     { d=left_y(q)-right_y(p);
24941     if ( abs(right_y(p)-y_coord(p)-d)<=bend_tolerance )
24942       if ( abs(y_coord(q)-left_y(q)-d)<=bend_tolerance ) curved=false;
24943     }
24944
24945 @ We need to keep track of several parameters from the \ps\ graphics state.
24946 @^graphics state@>
24947 This allows us to be sure that \ps\ has the correct values when they are
24948 needed without wasting time and space setting them unnecessarily.
24949
24950 @d gs_node_size 10
24951 @d gs_red        mp->mem[mp->gs_state+1].sc
24952 @d gs_green      mp->mem[mp->gs_state+2].sc
24953 @d gs_blue       mp->mem[mp->gs_state+3].sc
24954 @d gs_black      mp->mem[mp->gs_state+4].sc
24955    /* color from the last \&{setcmykcolor} or \&{setrgbcolor} or \&{setgray} command */
24956 @d gs_colormodel mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b0
24957    /* the current colormodel */
24958 @d gs_ljoin      mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b1
24959 @d gs_lcap       mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b2
24960    /* values from the last \&{setlinejoin} and \&{setlinecap} commands */
24961 @d gs_adj_wx     mp->mem[mp->gs_state+5].qqqq.b3
24962    /* what resolution-dependent adjustment applies to the width */
24963 @d gs_miterlim   mp->mem[mp->gs_state+6].sc
24964    /* the value from the last \&{setmiterlimit} command */
24965 @d gs_dash_p     mp->mem[mp->gs_state+7].hh.lh
24966    /* edge structure for last \&{setdash} command */
24967 @d gs_previous   mp->mem[mp->gs_state+7].hh.rh
24968    /* backlink to the previous |gs_state| structure */
24969 @d gs_dash_sc    mp->mem[mp->gs_state+8].sc
24970    /* scale factor used with |gs_dash_p| */
24971 @d gs_width      mp->mem[mp->gs_state+9].sc
24972    /* width setting or $-1$ if no \&{setlinewidth} command so far */
24973
24974 @<Glob...@>=
24975 pointer gs_state;
24976
24977 @ @<Set init...@>=
24978 mp->gs_state=null;
24979
24980 @ To avoid making undue assumptions about the initial graphics state, these
24981 parameters are given special values that are guaranteed not to match anything
24982 in the edge structure being shipped out.  On the other hand, the initial color
24983 should be black so that the translation of an all-black picture will have no
24984 \&{setcolor} commands.  (These would be undesirable in a font application.)
24985 Hence we use |c=0| when initializing the graphics state and we use |c<0|
24986 to recover from a situation where we have lost track of the graphics state.
24987
24988 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
24989 void mp_unknown_graphics_state (MP mp,scaled c) ;
24990
24991 @ @c void mp_unknown_graphics_state (MP mp,scaled c) {
24992   pointer p; /* to shift graphic states around */
24993   quarterword k; /* a loop index for copying the |gs_state| */
24994   if ( (c==0)||(c==-1) ) {
24995     if ( mp->gs_state==null ) {
24996       mp->gs_state = mp_get_node(mp, gs_node_size);
24997       gs_previous=null;
24998     } else {
24999       while ( gs_previous!=null ) {
25000         p = gs_previous;
25001         mp_free_node(mp, mp->gs_state,gs_node_size);
25002         mp->gs_state=p;
25003       }
25004     }
25005     gs_red=c; gs_green=c; gs_blue=c; gs_black=c;
25006     gs_colormodel=uninitialized_model;
25007     gs_ljoin=3;
25008     gs_lcap=3;
25009     gs_miterlim=0;
25010     gs_dash_p=mp_void;
25011     gs_dash_sc=0;
25012     gs_width=-1;
25013   } else if ( c==1 ) {
25014     p= mp->gs_state;
25015     mp->gs_state = mp_get_node(mp, gs_node_size);
25016     for (k=1;k<=gs_node_size-1;k++)
25017       mp->mem[mp->gs_state+k]=mp->mem[p+k];
25018     gs_previous = p;
25019   } else if ( c==2 ) {
25020     p = gs_previous;
25021     mp_free_node(mp, mp->gs_state,gs_node_size);
25022     mp->gs_state=p;
25023   }
25024 }
25025
25026 @ When it is time to output a graphical object, |fix_graphics_state| ensures
25027 that \ps's idea of the graphics state agrees with what is stored in the object.
25028
25029 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25030 @<Declare subroutines needed by |fix_graphics_state|@>;
25031 void mp_fix_graphics_state (MP mp, pointer p) ;
25032
25033 @ @c 
25034 void mp_fix_graphics_state (MP mp, pointer p) {
25035   /* get ready to output graphical object |p| */
25036   pointer hh,pp; /* for list manipulation */
25037   scaled wx,wy,ww; /* dimensions of pen bounding box */
25038   boolean adj_wx; /* whether pixel rounding should be based on |wx| or |wy| */
25039   integer tx,ty; /* temporaries for computing |adj_wx| */
25040   scaled scf; /* a scale factor for the dash pattern */
25041   if ( has_color(p) )
25042     @<Make sure \ps\ will use the right color for object~|p|@>;
25043   if ( (type(p)==mp_fill_code)||(type(p)==mp_stroked_code) )
25044     if ( pen_p(p)!=null )
25045       if ( pen_is_elliptical(pen_p(p)) ) {
25046         @<Generate \ps\ code that sets the stroke width to the
25047           appropriate rounded value@>;
25048         @<Make sure \ps\ will use the right dash pattern for |dash_p(p)|@>;
25049         @<Decide whether the line cap parameter matters and set it if necessary@>;
25050         @<Set the other numeric parameters as needed for object~|p|@>;
25051       }
25052   if ( mp->ps_offset>0 ) mp_print_ln(mp);
25053 }
25054
25055 @ @<Decide whether the line cap parameter matters and set it if necessary@>=
25056 if ( type(p)==mp_stroked_code )
25057   if ( (left_type(path_p(p))==mp_endpoint)||(dash_p(p)!=null) )
25058     if ( gs_lcap!=lcap_val(p) ) {
25059       ps_room(13);
25060       mp_print_char(mp, ' ');
25061       mp_print_char(mp, '0'+lcap_val(p)); 
25062       mp_ps_print_cmd(mp, " setlinecap"," lc");
25063       gs_lcap=lcap_val(p);
25064     }
25065
25066 @ @<Set the other numeric parameters as needed for object~|p|@>=
25067 if ( gs_ljoin!=ljoin_val(p) ) {
25068   ps_room(14);
25069   mp_print_char(mp, ' ');
25070   mp_print_char(mp, '0'+ljoin_val(p)); mp_ps_print_cmd(mp, " setlinejoin"," lj");
25071   gs_ljoin=ljoin_val(p);
25072 }
25073 if ( gs_miterlim!=miterlim_val(p) ) {
25074   ps_room(27);
25075   mp_print_char(mp, ' ');
25076   mp_print_scaled(mp, miterlim_val(p)); mp_ps_print_cmd(mp, " setmiterlimit"," ml");
25077   gs_miterlim=miterlim_val(p);
25078 }
25079
25080 @ @<Make sure \ps\ will use the right color for object~|p|@>=
25081 {
25082   if ( (color_model(p)==rgb_model)||
25083      ((color_model(p)==uninitialized_model)&&
25084      ((mp->internal[mp_default_color_model] / unity)==rgb_model)) ) {
25085   if ( (gs_colormodel!=rgb_model)||(gs_red!=red_val(p))||
25086       (gs_green!=green_val(p))||(gs_blue!=blue_val(p)) ) {
25087       gs_red=red_val(p);
25088       gs_green=green_val(p);
25089       gs_blue=blue_val(p);
25090       gs_black= -1;
25091       gs_colormodel=rgb_model;
25092       { ps_room(36);
25093         mp_print_char(mp, ' ');
25094         mp_print_scaled(mp, gs_red); mp_print_char(mp, ' ');
25095         mp_print_scaled(mp, gs_green); mp_print_char(mp, ' ');
25096         mp_print_scaled(mp, gs_blue);
25097         mp_ps_print_cmd(mp, " setrgbcolor", " R");
25098       }
25099     }
25100   } else if ( (color_model(p)==cmyk_model)||
25101      ((color_model(p)==uninitialized_model)&&
25102      ((mp->internal[mp_default_color_model] / unity)==cmyk_model)) ) {
25103    if ( (gs_red!=cyan_val(p))||(gs_green!=magenta_val(p))||
25104       (gs_blue!=yellow_val(p))||(gs_black!=black_val(p))||
25105       (gs_colormodel!=cmyk_model) ) {
25106       if ( color_model(p)==uninitialized_model ) {
25107         gs_red=0;
25108         gs_green=0;
25109         gs_blue=0;
25110         gs_black=unity;
25111       } else {
25112         gs_red=cyan_val(p);
25113         gs_green=magenta_val(p);
25114         gs_blue=yellow_val(p);
25115         gs_black=black_val(p);
25116       }
25117       gs_colormodel=cmyk_model;
25118       { ps_room(45);
25119         mp_print_char(mp, ' ');
25120         mp_print_scaled(mp, gs_red); mp_print_char(mp, ' ');
25121         mp_print_scaled(mp, gs_green); mp_print_char(mp, ' ');
25122         mp_print_scaled(mp, gs_blue); mp_print_char(mp, ' ');
25123         mp_print_scaled(mp, gs_black);
25124         mp_ps_print_cmd(mp, " setcmykcolor"," C");
25125       }
25126     }
25127   } else if ( (color_model(p)==grey_model)||
25128     ((color_model(p)==uninitialized_model)&&
25129      ((mp->internal[mp_default_color_model] / unity)==grey_model)) ) {
25130    if ( (gs_red!=grey_val(p))||(gs_colormodel!=grey_model) ) {
25131       gs_red = grey_val(p);
25132       gs_green= -1;
25133       gs_blue= -1;
25134       gs_black= -1;
25135       gs_colormodel=grey_model;
25136       { ps_room(16);
25137         mp_print_char(mp, ' ');
25138         mp_print_scaled(mp, gs_red);
25139         mp_ps_print_cmd(mp, " setgray"," G");
25140       }
25141     }
25142   }
25143   if ( color_model(p)==no_model )
25144     gs_colormodel=no_model;
25145 }
25146
25147 @ In order to get consistent widths for horizontal and vertical pen strokes, we
25148 want \ps\ to use an integer number of pixels for the \&{setwidth} parameter.
25149 @:setwidth}{\&{setwidth}command@>
25150 We set |gs_width| to the ideal horizontal or vertical stroke width and then
25151 generate \ps\ code that computes the rounded value.  For non-circular pens, the
25152 pen shape will be rescaled so that horizontal or vertical parts of the stroke
25153 have the computed width.
25154
25155 Rounding the width to whole pixels is not likely to improve the appearance of
25156 diagonal or curved strokes, but we do it anyway for consistency.  The
25157 \&{truncate} command generated here tends to make all the strokes a little
25158 @:truncate}{\&{truncate} command@>
25159 thinner, but this is appropriate for \ps's scan-conversion rules.  Even with
25160 truncation, an ideal with of $w$~pixels gets mapped into $\lfloor w\rfloor+1$.
25161 It would be better to have $\lceil w\rceil$ but that is ridiculously expensive
25162 to compute in \ps.
25163
25164 @<Generate \ps\ code that sets the stroke width...@>=
25165 @<Set |wx| and |wy| to the width and height of the bounding box for
25166   |pen_p(p)|@>;
25167 @<Use |pen_p(p)| and |path_p(p)| to decide whether |wx| or |wy| is more
25168   important and set |adj_wx| and |ww| accordingly@>;
25169 if ( (ww!=gs_width) || (adj_wx!=gs_adj_wx) ) {
25170   if ( adj_wx ) {
25171     ps_room(13);
25172     mp_print_char(mp, ' '); mp_print_scaled(mp, ww);
25173     mp_ps_print_cmd(mp, 
25174       " 0 dtransform exch truncate exch idtransform pop setlinewidth"," hlw");
25175   } else {
25176     if ( mp->internal[mp_procset]>0 ) {
25177       ps_room(13);
25178       mp_print_char(mp, ' ');
25179       mp_print_scaled(mp, ww);
25180       mp_ps_print(mp, " vlw");
25181     } else { 
25182       ps_room(15);
25183       mp_print(mp, " 0 "); mp_print_scaled(mp, ww);
25184       mp_ps_print(mp, " dtransform truncate idtransform setlinewidth pop");
25185     }
25186   }
25187   gs_width = ww;
25188   gs_adj_wx = adj_wx;
25189 }
25190
25191 @ @<Set |wx| and |wy| to the width and height of the bounding box for...@>=
25192 pp=pen_p(p);
25193 if ( (right_x(pp)==x_coord(pp)) && (left_y(pp)==y_coord(pp)) ) {
25194   wx = abs(left_x(pp) - x_coord(pp));
25195   wy = abs(right_y(pp) - y_coord(pp));
25196 } else {
25197   wx = mp_pyth_add(mp, left_x(pp)-x_coord(pp), right_x(pp)-x_coord(pp));
25198   wy = mp_pyth_add(mp, left_y(pp)-y_coord(pp), right_y(pp)-y_coord(pp));
25199 }
25200
25201 @ The path is considered ``essentially horizontal'' if its range of
25202 $y$~coordinates is less than the $y$~range |wy| for the pen.  ``Essentially
25203 vertical'' paths are detected similarly.  This code ensures that no component
25204 of the pen transformation is more that |aspect_bound*(ww+1)|.
25205
25206 @d aspect_bound 10 /* ``less important'' of |wx|, |wy| cannot exceed the other by
25207     more than this factor */
25208
25209 @<Use |pen_p(p)| and |path_p(p)| to decide whether |wx| or |wy| is more...@>=
25210 tx=1; ty=1;
25211 if ( mp_coord_rangeOK(mp, path_p(p), y_loc(0), wy) ) tx=aspect_bound;
25212 else if ( mp_coord_rangeOK(mp, path_p(p), x_loc(0), wx) ) ty=aspect_bound;
25213 if ( wy / ty>=wx / tx ) { ww=wy; adj_wx=false; }
25214 else { ww=wx; adj_wx=true;  }
25215
25216 @ This routine quickly tests if path |h| is ``essentially horizontal'' or
25217 ``essentially vertical,'' where |zoff| is |x_loc(0)| or |y_loc(0)| and |dz| is
25218 allowable range for $x$ or~$y$.  We do not need and cannot afford a full
25219 bounding-box computation.
25220
25221 @<Declare subroutines needed by |fix_graphics_state|@>=
25222 boolean mp_coord_rangeOK (MP mp,pointer h, 
25223                           small_number  zoff, scaled dz) {
25224   pointer p; /* for scanning the path form |h| */
25225   scaled zlo,zhi; /* coordinate range so far */
25226   scaled z; /* coordinate currently being tested */
25227   zlo=knot_coord(h+zoff);
25228   zhi=zlo;
25229   p=h;
25230   while ( right_type(p)!=mp_endpoint ) {
25231     z=right_coord(p+zoff);
25232     @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>;
25233     p=link(p);
25234     z=left_coord(p+zoff);
25235     @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>;
25236     z=knot_coord(p+zoff);
25237     @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>;
25238     if ( p==h ) break;
25239   }
25240   return true;
25241 }
25242
25243 @ @<Make |zlo..zhi| include |z| and |return false| if |zhi-zlo>dz|@>=
25244 if ( z<zlo ) zlo=z;
25245 else if ( z>zhi ) zhi=z;
25246 if ( zhi-zlo>dz ) return false
25247
25248 @ Filling with an elliptical pen is implemented via a combination of \&{stroke}
25249 and \&{fill} commands and a nontrivial dash pattern would interfere with this.
25250 @:stroke}{\&{stroke} command@>
25251 @:fill}{\&{fill} command@>
25252 Note that we don't use |delete_edge_ref| because |gs_dash_p| is not counted as
25253 a reference.
25254
25255 @<Make sure \ps\ will use the right dash pattern for |dash_p(p)|@>=
25256 if ( type(p)==mp_fill_code ) {
25257   hh=null;
25258 } else { 
25259   hh=dash_p(p);
25260   scf=mp_get_pen_scale(mp, pen_p(p));
25261   if ( scf==0 ) {
25262     if ( gs_width==0 ) scf=dash_scale(p);  else hh=null;
25263   } else { 
25264     scf=mp_make_scaled(mp, gs_width,scf);
25265     scf=mp_take_scaled(mp, scf,dash_scale(p));
25266   }
25267 }
25268 if ( hh==null ) {
25269   if ( gs_dash_p!=null ) {
25270     mp_ps_print_cmd(mp, " [] 0 setdash"," rd");
25271     gs_dash_p=null;
25272   }
25273 } else if ( (gs_dash_sc!=scf) || ! mp_same_dashes(mp, gs_dash_p,hh) ) {
25274   @<Set the dash pattern from |dash_list(hh)| scaled by |scf|@>;
25275 }
25276
25277 @ Translating a dash list into \ps\ is very similar to printing it symbolically
25278 in |print_edges|.  A dash pattern with |dash_y(hh)=0| has length zero and is
25279 ignored.  The same fate applies in the bizarre case of a dash pattern that
25280 cannot be printed without overflow.
25281
25282 @<Set the dash pattern from |dash_list(hh)| scaled by |scf|@>=
25283 { gs_dash_p=hh;
25284   gs_dash_sc=scf;
25285   if ( (dash_y(hh)==0) || (abs(dash_y(hh)) / unity >= el_gordo / scf)){
25286     mp_ps_print_cmd(mp, " [] 0 setdash"," rd");
25287   } else { 
25288     pp=dash_list(hh);
25289     start_x(null_dash)=start_x(pp)+dash_y(hh);
25290     ps_room(28);
25291     mp_print(mp, " [");
25292     while ( pp!=null_dash ) {
25293       mp_ps_pair_out(mp, mp_take_scaled(mp, stop_x(pp)-start_x(pp),scf),
25294                          mp_take_scaled(mp, start_x(link(pp))-stop_x(pp),scf));
25295       pp=link(pp);
25296     }
25297     ps_room(22);
25298     mp_print(mp, "] ");
25299     mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, mp_dash_offset(mp, hh),scf));
25300     mp_ps_print_cmd(mp, " setdash"," sd");
25301   }
25302 }
25303
25304 @ @<Declare subroutines needed by |fix_graphics_state|@>=
25305 boolean mp_same_dashes (MP mp,pointer h, pointer hh) ;
25306
25307 @ @c
25308 boolean mp_same_dashes (MP mp,pointer h, pointer hh) {
25309   /* do |h| and |hh| represent the same dash pattern? */
25310   pointer p,pp; /* dash nodes being compared */
25311   if ( h==hh ) return true;
25312   else if ( (h<=mp_void)||(hh<=mp_void) ) return false;
25313   else if ( dash_y(h)!=dash_y(hh) ) return false;
25314   else { @<Compare |dash_list(h)| and |dash_list(hh)|@>; }
25315   return false; /* can't happen */
25316 }
25317
25318 @ @<Compare |dash_list(h)| and |dash_list(hh)|@>=
25319 { p=dash_list(h);
25320   pp=dash_list(hh);
25321   while ( (p!=null_dash)&&(pp!=null_dash) ) {
25322     if ( (start_x(p)!=start_x(pp))||(stop_x(p)!=stop_x(pp)) ) {
25323       break;
25324     } else { 
25325       p=link(p);
25326       pp=link(pp);
25327     }
25328   }
25329   return (p==pp);
25330 }
25331
25332 @ When stroking a path with an elliptical pen, it is necessary to transform
25333 the coordinate system so that a unit circular pen will have the desired shape.
25334 To keep this transformation local, we enclose it in a
25335 $$\&{gsave}\ldots\&{grestore}$$
25336 block. Any translation component must be applied to the path being stroked
25337 while the rest of the transformation must apply only to the pen.
25338 If |fill_also=true|, the path is to be filled as well as stroked so we must
25339 insert commands to do this after giving the path.
25340
25341 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25342 void mp_stroke_ellipse (MP mp,pointer h, boolean fill_also) ;
25343
25344
25345 @c void mp_stroke_ellipse (MP mp,pointer h, boolean fill_also) {
25346   /* generate an elliptical pen stroke from object |h| */
25347   scaled txx,txy,tyx,tyy; /* transformation parameters */
25348   pointer p; /* the pen to stroke with */
25349   scaled d1,det; /* for tweaking transformation parameters */
25350   integer s; /* also for tweaking transformation paramters */
25351   boolean transformed; /* keeps track of whether gsave/grestore are needed */
25352   transformed=false;
25353   @<Use |pen_p(h)| to set the transformation parameters and give the initial
25354     translation@>;
25355   @<Tweak the transformation parameters so the transformation is nonsingular@>;
25356   mp_ps_path_out(mp, path_p(h));
25357   if ( mp->internal[mp_procset]==0 ) {
25358     if ( fill_also ) mp_print_nl(mp, "gsave fill grestore");
25359     @<Issue \ps\ commands to transform the coordinate system@>;
25360     mp_ps_print(mp, " stroke");
25361     if ( transformed ) mp_ps_print(mp, " grestore");
25362   } else {
25363     if ( fill_also ) mp_print_nl(mp, "B"); else mp_print_ln(mp);
25364     if ( (txy!=0)||(tyx!=0) ) {
25365       mp_print(mp, " [");
25366       mp_ps_pair_out(mp, txx,tyx);
25367       mp_ps_pair_out(mp, txy,tyy);
25368       mp_ps_print(mp, "0 0] t");
25369     } else if ((txx!=unity)||(tyy!=unity) )  {
25370       mp_ps_pair_out(mp,txx,tyy);
25371       mp_print(mp, " s");
25372     };
25373     mp_ps_print(mp, " S");
25374     if ( transformed ) mp_ps_print(mp, " Q");
25375   }
25376   mp_print_ln(mp);
25377 }
25378
25379 @ @<Use |pen_p(h)| to set the transformation parameters and give the...@>=
25380 p=pen_p(h);
25381 txx=left_x(p);
25382 tyx=left_y(p);
25383 txy=right_x(p);
25384 tyy=right_y(p);
25385 if ( (x_coord(p)!=0)||(y_coord(p)!=0) ) {
25386   mp_print_nl(mp, ""); mp_ps_print_cmd(mp, "gsave ","q ");
25387   mp_ps_pair_out(mp, x_coord(p),y_coord(p));
25388   mp_ps_print(mp, "translate ");
25389   txx-=x_coord(p);
25390   tyx-=y_coord(p);
25391   txy-=x_coord(p);
25392   tyy-=y_coord(p);
25393   transformed=true;
25394 } else {
25395   mp_print_nl(mp, "");
25396 }
25397 @<Adjust the transformation to account for |gs_width| and output the
25398   initial \&{gsave} if |transformed| should be |true|@>
25399
25400 @ @<Adjust the transformation to account for |gs_width| and output the...@>=
25401 if ( gs_width!=unity ) {
25402   if ( gs_width==0 ) { 
25403     txx=unity; tyy=unity;
25404   } else { 
25405     txx=mp_make_scaled(mp, txx,gs_width);
25406     txy=mp_make_scaled(mp, txy,gs_width);
25407     tyx=mp_make_scaled(mp, tyx,gs_width);
25408     tyy=mp_make_scaled(mp, tyy,gs_width);
25409   };
25410 }
25411 if ( (txy!=0)||(tyx!=0)||(txx!=unity)||(tyy!=unity) ) {
25412   if ( (! transformed) ){ 
25413     mp_ps_print_cmd(mp, "gsave ","q ");
25414     transformed=true;
25415   }
25416 }
25417
25418 @ @<Issue \ps\ commands to transform the coordinate system@>=
25419 if ( (txy!=0)||(tyx!=0) ){ 
25420   mp_print_ln(mp);
25421   mp_print_char(mp, '[');
25422   mp_ps_pair_out(mp, txx,tyx);
25423   mp_ps_pair_out(mp, txy,tyy);
25424   mp_ps_print(mp, "0 0] concat");
25425 } else if ( (txx!=unity)||(tyy!=unity) ){ 
25426   mp_print_ln(mp);
25427   mp_ps_pair_out(mp, txx,tyy);
25428   mp_print(mp, "scale");
25429 }
25430
25431 @ The \ps\ interpreter will probably abort if it encounters a singular
25432 transformation matrix.  The determinant must be large enough to ensure that
25433 the printed representation will be nonsingular.  Since the printed
25434 representation is always within $2^{-17}$ of the internal |scaled| value, the
25435 total error is at most $4T_{\rm max}2^{-17}$, where $T_{\rm max}$ is a bound on
25436 the magnitudes of |txx/65536|, |txy/65536|, etc.
25437
25438 The |aspect_bound*(gs_width+1)| bound on the components of the pen
25439 transformation allows $T_{\rm max}$ to be at most |2*aspect_bound|.
25440
25441 @<Tweak the transformation parameters so the transformation is nonsingular@>=
25442 det=mp_take_scaled(mp, txx,tyy) - mp_take_scaled(mp, txy,tyx);
25443 d1=4*aspect_bound+1;
25444 if ( abs(det)<d1 ) { 
25445   if ( det>=0 ) { d1=d1-det; s=1;  }
25446   else { d1=-d1-det; s=-1;  };
25447   d1=d1*unity;
25448   if ( abs(txx)+abs(tyy)>=abs(txy)+abs(tyy) ) {
25449     if ( abs(txx)>abs(tyy) ) tyy=tyy+(d1+s*abs(txx)) / txx;
25450     else txx=txx+(d1+s*abs(tyy)) / tyy;
25451   } else {
25452     if ( abs(txy)>abs(tyx) ) tyx=tyx+(d1+s*abs(txy)) / txy;
25453     else txy=txy+(d1+s*abs(tyx)) / tyx;
25454   }
25455 }
25456
25457 @ Here is a simple routine that just fills a cycle.
25458
25459 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25460 void mp_ps_fill_out (MP mp,pointer p) ;
25461
25462 @ @c
25463 void mp_ps_fill_out (MP mp,pointer p) { /* fill cyclic path~|p| */
25464   mp_ps_path_out(mp, p);
25465   mp_ps_print_cmd(mp, " fill"," F");
25466   mp_print_ln(mp);
25467 }
25468
25469 @ Given a cyclic path~|p| and a graphical object~|h|, the |do_outer_envelope|
25470 procedure fills the cycle generated by |make_envelope|.  It need not do
25471 anything unless some region has positive winding number with respect to~|p|,
25472 but it does not seem worthwhile to for test this.
25473
25474 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25475 void mp_do_outer_envelope (MP mp,pointer p, pointer h) ;
25476
25477 @ @c
25478 void mp_do_outer_envelope (MP mp,pointer p, pointer h) {
25479   p=mp_make_envelope(mp, p, pen_p(h), ljoin_val(h), 0, miterlim_val(h));
25480   mp_ps_fill_out(mp, p);
25481   mp_toss_knot_list(mp, p);
25482 }
25483
25484 @ A text node may specify an arbitrary transformation but the usual case
25485 involves only shifting, scaling, and occasionally rotation.  The purpose
25486 of |choose_scale| is to select a scale factor so that the remaining
25487 transformation is as ``nice'' as possible.  The definition of ``nice''
25488 is somewhat arbitrary but shifting and $90^\circ$ rotation are especially
25489 nice because they work out well for bitmap fonts.  The code here selects
25490 a scale factor equal to $1/\sqrt2$ times the Frobenius norm of the
25491 non-shifting part of the transformation matrix.  It is careful to avoid
25492 additions that might cause undetected overflow.
25493
25494 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25495 scaled mp_choose_scale (MP mp,pointer p) ;
25496
25497 @ @c scaled mp_choose_scale (MP mp,pointer p) {
25498   /* |p| should point to a text node */
25499   scaled a,b,c,d,ad,bc; /* temporary values */
25500   a=txx_val(p);
25501   b=txy_val(p);
25502   c=tyx_val(p);
25503   d=tyy_val(p);
25504   if ( (a<0) ) negate(a);
25505   if ( (b<0) ) negate(b);
25506   if ( (c<0) ) negate(c);
25507   if ( (d<0) ) negate(d);
25508   ad=half(a-d);
25509   bc=half(b-c);
25510   return mp_pyth_add(mp, mp_pyth_add(mp, d+ad,ad), mp_pyth_add(mp, c+bc,bc));
25511 }
25512
25513 @ There may be many sizes of one font and we need to keep track of the
25514 characters used for each size.  This is done by keeping a linked list of
25515 sizes for each font with a counter in each text node giving the appropriate
25516 position in the size list for its font.
25517
25518 @d sc_factor(A) mp->mem[(A)+1].sc /* the scale factor stored in a font size node */
25519 @d font_size_size 2 /* size of a font size node */
25520
25521 @ @<Internal library declarations@>=
25522 boolean mp_has_font_size(MP mp, font_number f );
25523
25524 @ @c 
25525 boolean mp_has_font_size(MP mp, font_number f ) {
25526   return (mp->font_sizes[f]!=null);
25527 }
25528
25529
25530 @ The potential overflow here is caused by the fact the returned value
25531 has to fit in a |name_type|, which is a quarterword. 
25532
25533 @d fscale_tolerance 65 /* that's $.001\times2^{16}$ */
25534
25535 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25536 quarterword mp_size_index (MP mp, font_number f, scaled s) {
25537   pointer p,q; /* the previous and current font size nodes */
25538   quarterword i; /* the size index for |q| */
25539   q=mp->font_sizes[f];
25540   i=0;
25541   while ( q!=null ) {
25542     if ( abs(s-sc_factor(q))<=fscale_tolerance ) 
25543       return i;
25544     else 
25545       { p=q; q=link(q); incr(i); };
25546     if ( i==max_quarterword )
25547       mp_overflow(mp, "sizes per font",max_quarterword);
25548 @:MetaPost capacity exceeded sizes per font}{\quad sizes per font@>
25549   }
25550   q=mp_get_node(mp, font_size_size);
25551   sc_factor(q)=s;
25552   if ( i==0 ) mp->font_sizes[f]=q;  else link(p)=q;
25553   return i;
25554 }
25555
25556 @ @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25557 scaled mp_indexed_size (MP mp,font_number f, quarterword j) {
25558   pointer p; /* a font size node */
25559   quarterword i; /* the size index for |p| */
25560   p=mp->font_sizes[f];
25561   i=0;
25562   if ( p==null ) mp_confusion(mp, "size");
25563   while ( (i!=j) ) { 
25564     incr(i); p=link(p);
25565     if ( p==null ) mp_confusion(mp, "size");
25566   }
25567   return sc_factor(p);
25568 }
25569
25570 @ @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25571 void mp_clear_sizes (MP mp) ;
25572
25573 @ @c void mp_clear_sizes (MP mp) {
25574   font_number f;  /* the font whose size list is being cleared */
25575   pointer p;  /* current font size nodes */
25576   for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25577     while ( mp->font_sizes[f]!=null ) {
25578       p=mp->font_sizes[f];
25579       mp->font_sizes[f]=link(p);
25580       mp_free_node(mp, p,font_size_size);
25581     }
25582   }
25583 }
25584
25585 @ The \&{special} command saves up lines of text to be printed during the next
25586 |ship_out| operation.  The saved items are stored as a list of capsule tokens.
25587
25588 @<Glob...@>=
25589 pointer last_pending; /* the last token in a list of pending specials */
25590
25591 @ @<Set init...@>=
25592 mp->last_pending=spec_head;
25593
25594 @ @<Cases of |do_statement|...@>=
25595 case special_command: 
25596   if ( mp->cur_mod==0 ) mp_do_special(mp); else 
25597   if ( mp->cur_mod==1 ) mp_do_mapfile(mp); else 
25598   mp_do_mapline(mp);
25599   break;
25600
25601 @ @<Declare action procedures for use by |do_statement|@>=
25602 void mp_do_special (MP mp) ;
25603
25604 @ @c void mp_do_special (MP mp) { 
25605   mp_get_x_next(mp); mp_scan_expression(mp);
25606   if ( mp->cur_type!=mp_string_type ) {
25607     @<Complain about improper special operation@>;
25608   } else { 
25609     link(mp->last_pending)=mp_stash_cur_exp(mp);
25610     mp->last_pending=link(mp->last_pending);
25611     link(mp->last_pending)=null;
25612   }
25613 }
25614
25615 @ @<Complain about improper special operation@>=
25616
25617   exp_err("Unsuitable expression");
25618   help1("Only known strings are allowed for output as specials.");
25619   mp_put_get_error(mp);
25620 }
25621
25622 @ @<Print any pending specials@>=
25623 t=link(spec_head);
25624 while ( t!=null ) {
25625   mp_print_str(mp, value(t));
25626   mp_print_ln(mp);
25627   t=link(t);
25628 }
25629 mp_flush_token_list(mp, link(spec_head));
25630 link(spec_head)=null;
25631 mp->last_pending=spec_head
25632
25633 @ We are now ready for the main output procedure.  Note that the |selector|
25634 setting is saved in a global variable so that |begin_diagnostic| can access it.
25635
25636 @<Declare the \ps\ output procedures@>=
25637 void mp_ship_out (MP mp, pointer h) ;
25638
25639 @ @c
25640 void mp_ship_out (MP mp, pointer h) { /* output edge structure |h| */
25641   pointer p; /* the current graphical object */
25642   pointer q; /* something that |p| points to */
25643   integer t; /* a temporary value */
25644   font_number f; /* fonts used in a text node or as loop counters */
25645   scaled ds,scf; /* design size and scale factor for a text node */
25646   boolean transformed; /* is the coordinate system being transformed? */
25647   mp_open_output_file(mp);
25648   mp->non_ps_setting=mp->selector;
25649   mp->selector=ps_file_only;
25650   mp_print_initial_comment(mp, h, minx_val(h),miny_val(h),maxx_val(h),maxy_val(h));
25651   if ( (mp->internal[mp_prologues]==two)||(mp->internal[mp_prologues]==three) ) {
25652     @<Scan all the text nodes and mark the used characters@>;
25653     @<Update encoding names@>;
25654     mp_print_improved_prologue(mp, h);
25655   } else {
25656     @<Scan all the text nodes and set the |font_sizes| lists;
25657      if |internal[mp_prologues]<=0| list the sizes selected by |choose_scale|,
25658      apply |unmark_font| to each font encountered, and call |mark_string|
25659      whenever the size index is zero@>;
25660     mp_print_prologue(mp, h);
25661   }
25662   @<Print any pending specials@>;
25663   mp_unknown_graphics_state(mp, 0);
25664   mp->need_newpath=true;
25665   p=link(dummy_loc(h));
25666   while ( p!=null ) { 
25667     if ( has_color(p) ) {
25668       if ( (pre_script(p))!=null ) {
25669         mp_print_nl (mp, str(pre_script(p))); mp_print_ln(mp);
25670       }
25671     }
25672     mp_fix_graphics_state(mp, p);
25673     switch (type(p)) {
25674     @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>;
25675     case mp_start_bounds_code:
25676     case mp_stop_bounds_code:
25677           break;
25678     } /* all cases are enumerated */
25679     p=link(p);
25680   }
25681   mp_ps_print_cmd(mp, "showpage","P"); mp_print_ln(mp);
25682   mp_print(mp, "%%EOF"); mp_print_ln(mp);
25683   fclose(mp->ps_file);
25684   mp->selector=mp->non_ps_setting;
25685   if ( mp->internal[mp_prologues]<=0 ) mp_clear_sizes(mp);
25686   @<End progress report@>;
25687   if ( mp->internal[mp_tracing_output]>0 ) 
25688    mp_print_edges(mp, h," (just shipped out)",true);
25689 }
25690
25691 @ @<Internal library declarations@>=
25692 void mp_apply_mark_string_chars(MP mp, pointer h, int next_size);
25693
25694 @ @c
25695 void mp_apply_mark_string_chars(MP mp, pointer h, int next_size) {
25696   pointer p;
25697   p=link(dummy_loc(h));
25698   while ( p!=null ) {
25699     if ( type(p)==mp_text_code )
25700       if ( font_n(p)!=null_font )
25701         if ( name_type(p)==next_size )
25702           mp_mark_string_chars(mp, font_n(p),text_p(p));
25703     p=link(p);
25704   }
25705 }
25706
25707 @ @<Scan all the text nodes and mark the used ...@>=
25708 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25709   if ( mp->font_sizes[f]!=null ) {
25710     mp_unmark_font(mp, f);
25711     mp->font_sizes[f]=null;
25712   }
25713 }
25714 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) {
25715   p=link(dummy_loc(h));
25716   while ( p!=null ) {
25717     if ( type(p)==mp_text_code ) {
25718       if ( font_n(p)!=null_font ) {
25719         mp->font_sizes[font_n(p)] = mp_void;
25720         mp_mark_string_chars(mp, font_n(p),text_p(p));
25721         if ( mp_has_fm_entry(mp,font_n(p),NULL) )
25722           mp->font_ps_name[font_n(p)] = mp_fm_font_name(mp,font_n(p));
25723       }
25724     }
25725     p=link(p);
25726   }
25727 }
25728
25729 @ @<Update encoding names@>=
25730 mp_reload_encodings(mp);
25731 p=link(dummy_loc(h));
25732 while ( p!=null ) {
25733   if ( type(p)==mp_text_code )
25734     if ( font_n(p)!=null_font )
25735       if ( mp_has_fm_entry(mp,font_n(p),NULL) )
25736         if ( mp->font_enc_name[font_n(p)]==NULL )
25737           mp->font_enc_name[font_n(p)] = mp_fm_encoding_name(mp,font_n(p));
25738   p=link(p);
25739 }
25740
25741
25742 @ @<Scan all the text nodes and set the |font_sizes| lists;...@>=
25743 for (f=null_font+1;f<=mp->last_fnum;f++) 
25744   mp->font_sizes[f]=null;
25745 p=link(dummy_loc(h));
25746 while ( p!=null ) {
25747   if ( type(p)==mp_text_code ) {
25748     if ( font_n(p)!=null_font ) {
25749       f=font_n(p);
25750       if ( mp->internal[mp_prologues]>0 ) {
25751         mp->font_sizes[f]=mp_void;
25752       } else { 
25753         if ( mp->font_sizes[f]==null )
25754           mp_unmark_font(mp, f);
25755         name_type(p)=mp_size_index(mp, f,mp_choose_scale(mp, p));
25756         if ( name_type(p)==0 )
25757           mp_mark_string_chars(mp, f,text_p(p));
25758       }
25759     }
25760   }
25761   p=link(p);
25762 }
25763
25764
25765
25766
25767 @ @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>=
25768 case mp_start_clip_code: 
25769   mp_print_nl(mp, ""); mp_ps_print_cmd(mp, "gsave ","q ");
25770   mp_ps_path_out(mp, path_p(p));
25771   mp_ps_print_cmd(mp, " clip"," W");
25772   mp_print_ln(mp);
25773   if ( mp->internal[mp_restore_clip_color]>0 )
25774     mp_unknown_graphics_state(mp, 1);
25775   break;
25776 case mp_stop_clip_code: 
25777   mp_print_nl(mp, ""); mp_ps_print_cmd(mp, "grestore","Q");
25778   mp_print_ln(mp);
25779   if ( mp->internal[mp_restore_clip_color]>0 )
25780     mp_unknown_graphics_state(mp, 2);
25781   else
25782     mp_unknown_graphics_state(mp, -1);
25783   break;
25784
25785 @ @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>=
25786 case mp_fill_code: 
25787   if ( pen_p(p)==null ) mp_ps_fill_out(mp, path_p(p));
25788   else if ( pen_is_elliptical(pen_p(p)) ) mp_stroke_ellipse(mp, p,true);
25789   else { 
25790     mp_do_outer_envelope(mp, mp_copy_path(mp, path_p(p)), p);
25791     mp_do_outer_envelope(mp, mp_htap_ypoc(mp, path_p(p)), p);
25792   }
25793   if ( (post_script(p))!=null ) {
25794     mp_print_nl (mp, str(post_script(p))); mp_print_ln(mp);
25795   };
25796   break;
25797 case mp_stroked_code:
25798   if ( pen_is_elliptical(pen_p(p)) ) mp_stroke_ellipse(mp, p,false);
25799   else { 
25800     q=mp_copy_path(mp, path_p(p));
25801     t=lcap_val(p);
25802     @<Break the cycle and set |t:=1| if path |q| is cyclic@>;
25803     q=mp_make_envelope(mp, q,pen_p(p),ljoin_val(p),t,miterlim_val(p));
25804     mp_ps_fill_out(mp, q);
25805     mp_toss_knot_list(mp, q);
25806   };
25807   if ( (post_script(p))!=null ) {
25808     mp_print_nl (mp, str(post_script(p))); mp_print_ln(mp);
25809   };
25810   break;
25811
25812 @ The envelope of a cyclic path~|q| could be computed by calling
25813 |make_envelope| once for |q| and once for its reversal.  We don't do this
25814 because it would fail color regions that are covered by the pen regardless
25815 of where it is placed on~|q|.
25816
25817 @<Break the cycle and set |t:=1| if path |q| is cyclic@>=
25818 if ( left_type(q)!=mp_endpoint ) { 
25819   left_type(mp_insert_knot(mp, q,x_coord(q),y_coord(q)))=mp_endpoint;
25820   right_type(q)=mp_endpoint;
25821   q=link(q);
25822   t=1;
25823 }
25824
25825 @ @<Cases for translating graphical object~|p| into \ps@>=
25826 case mp_text_code: 
25827   if ( (font_n(p)!=null_font) && (length(text_p(p))>0) ) {
25828     if ( mp->internal[mp_prologues]>0 )
25829       scf=mp_choose_scale(mp, p);
25830     else 
25831       scf=mp_indexed_size(mp, font_n(p), name_type(p));
25832     @<Shift or transform as necessary before outputting text node~|p| at scale
25833       factor~|scf|; set |transformed:=true| if the original transformation must
25834       be restored@>;
25835     mp_ps_string_out(mp, str(text_p(p)));
25836     mp_ps_name_out(mp, mp->font_name[font_n(p)],false);
25837     @<Print the size information and \ps\ commands for text node~|p|@>;
25838     mp_print_ln(mp);
25839   }
25840   if ( (post_script(p))!=null ) {
25841     mp_print_nl (mp, str(post_script(p))); mp_print_ln(mp);
25842   }
25843   break;
25844
25845 @ @<Print the size information and \ps\ commands for text node~|p|@>=
25846 ps_room(18);
25847 mp_print_char(mp, ' ');
25848 ds=(mp->font_dsize[font_n(p)]+8) / 16;
25849 mp_print_scaled(mp, mp_take_scaled(mp, ds,scf));
25850 mp_print(mp, " fshow");
25851 if ( transformed ) 
25852   mp_ps_print_cmd(mp, " grestore"," Q")
25853
25854 @ @<Shift or transform as necessary before outputting text node~|p| at...@>=
25855 transformed=(txx_val(p)!=scf)||(tyy_val(p)!=scf)||
25856             (txy_val(p)!=0)||(tyx_val(p)!=0);
25857 if ( transformed ) {
25858   mp_ps_print_cmd(mp, "gsave [", "q [");
25859   mp_ps_pair_out(mp, mp_make_scaled(mp, txx_val(p),scf),
25860                      mp_make_scaled(mp, tyx_val(p),scf));
25861   mp_ps_pair_out(mp, mp_make_scaled(mp, txy_val(p),scf),
25862                      mp_make_scaled(mp, tyy_val(p),scf));
25863   mp_ps_pair_out(mp, tx_val(p),ty_val(p));
25864   mp_ps_print_cmd(mp, "] concat 0 0 moveto","] t 0 0 m");
25865 } else { 
25866   mp_ps_pair_out(mp, tx_val(p),ty_val(p));
25867   mp_ps_print_cmd(mp, "moveto","m");
25868 }
25869 mp_print_ln(mp)
25870
25871 @ Now that we've finished |ship_out|, let's look at the other commands
25872 by which a user can send things to the \.{GF} file.
25873
25874 @ @<Determine if a character has been shipped out@>=
25875
25876   mp->cur_exp=mp_round_unscaled(mp, mp->cur_exp) % 256;
25877   if ( mp->cur_exp<0 ) mp->cur_exp=mp->cur_exp+256;
25878   boolean_reset(mp->char_exists[mp->cur_exp]);
25879   mp->cur_type=mp_boolean_type;
25880 }
25881
25882 @ @<Glob...@>=
25883 psout_data ps;
25884
25885 @ @<Allocate or initialize ...@>=
25886 mp_backend_initialize(mp);
25887
25888 @ @<Dealloc...@>=
25889 mp_backend_free(mp);
25890
25891
25892 @* \[45] Dumping and undumping the tables.
25893 After \.{INIMP} has seen a collection of macros, it
25894 can write all the necessary information on an auxiliary file so
25895 that production versions of \MP\ are able to initialize their
25896 memory at high speed. The present section of the program takes
25897 care of such output and input. We shall consider simultaneously
25898 the processes of storing and restoring,
25899 so that the inverse relation between them is clear.
25900 @.INIMP@>
25901
25902 The global variable |mem_ident| is a string that is printed right
25903 after the |banner| line when \MP\ is ready to start. For \.{INIMP} this
25904 string says simply `\.{(INIMP)}'; for other versions of \MP\ it says,
25905 for example, `\.{(mem=plain 90.4.14)}', showing the year,
25906 month, and day that the mem file was created. We have |mem_ident=0|
25907 before \MP's tables are loaded.
25908
25909 @<Glob...@>=
25910 char * mem_ident;
25911
25912 @ @<Set init...@>=
25913 mp->mem_ident=NULL;
25914
25915 @ @<Initialize table entries...@>=
25916 mp->mem_ident=xstrdup(" (INIMP)");
25917
25918 @ @<Declare act...@>=
25919 void mp_store_mem_file (MP mp) ;
25920
25921 @ @c void mp_store_mem_file (MP mp) {
25922   integer k;  /* all-purpose index */
25923   pointer p,q; /* all-purpose pointers */
25924   integer x; /* something to dump */
25925   four_quarters w; /* four ASCII codes */
25926   memory_word WW;
25927   @<Create the |mem_ident|, open the mem file,
25928     and inform the user that dumping has begun@>;
25929   @<Dump constants for consistency check@>;
25930   @<Dump the string pool@>;
25931   @<Dump the dynamic memory@>;
25932   @<Dump the table of equivalents and the hash table@>;
25933   @<Dump a few more things and the closing check word@>;
25934   @<Close the mem file@>;
25935 }
25936
25937 @ Corresponding to the procedure that dumps a mem file, we also have a function
25938 that reads~one~in. The function returns |false| if the dumped mem is
25939 incompatible with the present \MP\ table sizes, etc.
25940
25941 @d off_base 6666 /* go here if the mem file is unacceptable */
25942 @d too_small(A) { wake_up_terminal;
25943   wterm_ln("---! Must increase the "); wterm((A));
25944 @.Must increase the x@>
25945   goto OFF_BASE;
25946   }
25947
25948 @c 
25949 boolean mp_load_mem_file (MP mp) {
25950   integer k; /* all-purpose index */
25951   pointer p,q; /* all-purpose pointers */
25952   integer x; /* something undumped */
25953   str_number s; /* some temporary string */
25954   four_quarters w; /* four ASCII codes */
25955   memory_word WW;
25956   @<Undump constants for consistency check@>;
25957   @<Undump the string pool@>;
25958   @<Undump the dynamic memory@>;
25959   @<Undump the table of equivalents and the hash table@>;
25960   @<Undump a few more things and the closing check word@>;
25961   return true; /* it worked! */
25962 OFF_BASE: 
25963   wake_up_terminal;
25964   wterm_ln("(Fatal mem file error; I'm stymied)\n");
25965 @.Fatal mem file error@>
25966    return false;
25967 }
25968
25969 @ @<Declarations@>=
25970 boolean mp_load_mem_file (MP mp) ;
25971
25972 @ Mem files consist of |memory_word| items, and we use the following
25973 macros to dump words of different types:
25974
25975 @d dump_wd(A)   { WW=(A);       fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
25976 @d dump_int(A)  { int cint=(A); fwrite(&cint,sizeof(cint),1,mp->mem_file); }
25977 @d dump_hh(A)   { WW.hh=(A);    fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
25978 @d dump_qqqq(A) { WW.qqqq=(A);  fwrite(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); }
25979 @d dump_string(A) { dump_int(strlen(A)+1);
25980                     fwrite(A,strlen(A)+1,1,mp->mem_file); }
25981
25982 @<Glob...@>=
25983 FILE * mem_file; /* for input or output of mem information */
25984
25985 @ The inverse macros are slightly more complicated, since we need to check
25986 the range of the values we are reading in. We say `|undump(a)(b)(x)|' to
25987 read an integer value |x| that is supposed to be in the range |a<=x<=b|.
25988
25989 @d undump_wd(A)   { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); (A)=WW; }
25990 @d undump_int(A)  { int cint; fread(&cint,sizeof(cint),1,mp->mem_file); (A)=cint; }
25991 @d undump_hh(A)   { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); (A)=WW.hh; }
25992 @d undump_qqqq(A) { fread(&WW,sizeof(WW),1,mp->mem_file); (A)=WW.qqqq; }
25993 @d undump_strings(A,B,C) { 
25994    undump_int(x); if ( (x<(A)) || (x>(B)) ) goto OFF_BASE; else (C)=str(x); }
25995 @d undump(A,B,C) { undump_int(x); if ( (x<(A)) || (x>(int)(B)) ) goto OFF_BASE; else (C)=x; }
25996 @d undump_size(A,B,C,D) { undump_int(x);
25997                if (x<(A)) goto OFF_BASE; 
25998                if (x>(B)) { too_small((C)); } else {(D)=x;} }
25999 @d undump_string(A) { integer XX=0; undump_int(XX);
26000                       A = xmalloc(XX,sizeof(char));
26001                       fread(A,XX,1,mp->mem_file); }
26002
26003 @ The next few sections of the program should make it clear how we use the
26004 dump/undump macros.
26005
26006 @<Dump constants for consistency check@>=
26007 dump_int(mp->mem_top);
26008 dump_int(mp->hash_size);
26009 dump_int(mp->hash_prime)
26010 dump_int(mp->param_size);
26011 dump_int(mp->max_in_open);
26012
26013 @ Sections of a \.{WEB} program that are ``commented out'' still contribute
26014 strings to the string pool; therefore \.{INIMP} and \MP\ will have
26015 the same strings. (And it is, of course, a good thing that they do.)
26016 @.WEB@>
26017 @^string pool@>
26018
26019 @<Undump constants for consistency check@>=
26020 undump_int(x); mp->mem_top = x;
26021 undump_int(x); if (mp->hash_size != x) goto OFF_BASE;
26022 undump_int(x); if (mp->hash_prime != x) goto OFF_BASE;
26023 undump_int(x); if (mp->param_size != x) goto OFF_BASE;
26024 undump_int(x); if (mp->max_in_open != x) goto OFF_BASE
26025
26026 @ We do string pool compaction to avoid dumping unused strings.
26027
26028 @d dump_four_ASCII 
26029   w.b0=qi(mp->str_pool[k]); w.b1=qi(mp->str_pool[k+1]);
26030   w.b2=qi(mp->str_pool[k+2]); w.b3=qi(mp->str_pool[k+3]);
26031   dump_qqqq(w)
26032
26033 @<Dump the string pool@>=
26034 mp_do_compaction(mp, mp->pool_size);
26035 dump_int(mp->pool_ptr);
26036 dump_int(mp->max_str_ptr);
26037 dump_int(mp->str_ptr);
26038 k=0;
26039 while ( (mp->next_str[k]==k+1) && (k<=mp->max_str_ptr) ) 
26040   incr(k);
26041 dump_int(k);
26042 while ( k<=mp->max_str_ptr ) { 
26043   dump_int(mp->next_str[k]); incr(k);
26044 }
26045 k=0;
26046 while (1)  { 
26047   dump_int(mp->str_start[k]); /* TODO: valgrind warning here */
26048   if ( k==mp->str_ptr ) {
26049     break;
26050   } else { 
26051     k=mp->next_str[k]; 
26052   }
26053 };
26054 k=0;
26055 while (k+4<mp->pool_ptr ) { 
26056   dump_four_ASCII; k=k+4; 
26057 }
26058 k=mp->pool_ptr-4; dump_four_ASCII;
26059 mp_print_ln(mp); mp_print(mp, "at most "); mp_print_int(mp, mp->max_str_ptr);
26060 mp_print(mp, " strings of total length ");
26061 mp_print_int(mp, mp->pool_ptr)
26062
26063 @ @d undump_four_ASCII 
26064   undump_qqqq(w);
26065   mp->str_pool[k]=qo(w.b0); mp->str_pool[k+1]=qo(w.b1);
26066   mp->str_pool[k+2]=qo(w.b2); mp->str_pool[k+3]=qo(w.b3)
26067
26068 @<Undump the string pool@>=
26069 undump_int(mp->pool_ptr);
26070 mp_reallocate_pool(mp, mp->pool_ptr) ;
26071 undump_int(mp->max_str_ptr);
26072 mp_reallocate_strings (mp,mp->max_str_ptr) ;
26073 undump(0,mp->max_str_ptr,mp->str_ptr);
26074 undump(0,mp->max_str_ptr+1,s);
26075 for (k=0;k<=s-1;k++) 
26076   mp->next_str[k]=k+1;
26077 for (k=s;k<=mp->max_str_ptr;k++) 
26078   undump(s+1,mp->max_str_ptr+1,mp->next_str[k]);
26079 mp->fixed_str_use=0;
26080 k=0;
26081 while (1) { 
26082   undump(0,mp->pool_ptr,mp->str_start[k]);
26083   if ( k==mp->str_ptr ) break;
26084   mp->str_ref[k]=max_str_ref;
26085   incr(mp->fixed_str_use);
26086   mp->last_fixed_str=k; k=mp->next_str[k];
26087 }
26088 k=0;
26089 while ( k+4<mp->pool_ptr ) { 
26090   undump_four_ASCII; k=k+4;
26091 }
26092 k=mp->pool_ptr-4; undump_four_ASCII;
26093 mp->init_str_use=mp->fixed_str_use; mp->init_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26094 mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26095 mp->strs_used_up=mp->fixed_str_use;
26096 mp->pool_in_use=mp->str_start[mp->str_ptr]; mp->strs_in_use=mp->fixed_str_use;
26097 mp->max_pl_used=mp->pool_in_use; mp->max_strs_used=mp->strs_in_use;
26098 mp->pact_count=0; mp->pact_chars=0; mp->pact_strs=0;
26099
26100 @ By sorting the list of available spaces in the variable-size portion of
26101 |mem|, we are usually able to get by without having to dump very much
26102 of the dynamic memory.
26103
26104 We recompute |var_used| and |dyn_used|, so that \.{INIMP} dumps valid
26105 information even when it has not been gathering statistics.
26106
26107 @<Dump the dynamic memory@>=
26108 mp_sort_avail(mp); mp->var_used=0;
26109 dump_int(mp->lo_mem_max); dump_int(mp->rover);
26110 p=0; q=mp->rover; x=0;
26111 do {  
26112   for (k=p;k<= q+1;k++) 
26113     dump_wd(mp->mem[k]);
26114   x=x+q+2-p; mp->var_used=mp->var_used+q-p;
26115   p=q+node_size(q); q=rlink(q);
26116 } while (q!=mp->rover);
26117 mp->var_used=mp->var_used+mp->lo_mem_max-p; 
26118 mp->dyn_used=mp->mem_end+1-mp->hi_mem_min;
26119 for (k=p;k<= mp->lo_mem_max;k++ ) 
26120   dump_wd(mp->mem[k]);
26121 x=x+mp->lo_mem_max+1-p;
26122 dump_int(mp->hi_mem_min); dump_int(mp->avail);
26123 for (k=mp->hi_mem_min;k<=mp->mem_end;k++ ) 
26124   dump_wd(mp->mem[k]);
26125 x=x+mp->mem_end+1-mp->hi_mem_min;
26126 p=mp->avail;
26127 while ( p!=null ) { 
26128   decr(mp->dyn_used); p=link(p);
26129 }
26130 dump_int(mp->var_used); dump_int(mp->dyn_used);
26131 mp_print_ln(mp); mp_print_int(mp, x);
26132 mp_print(mp, " memory locations dumped; current usage is ");
26133 mp_print_int(mp, mp->var_used); mp_print_char(mp, '&'); mp_print_int(mp, mp->dyn_used)
26134
26135 @ @<Undump the dynamic memory@>=
26136 undump(lo_mem_stat_max+1000,hi_mem_stat_min-1,mp->lo_mem_max);
26137 undump(lo_mem_stat_max+1,mp->lo_mem_max,mp->rover);
26138 p=0; q=mp->rover;
26139 do {  
26140   for (k=p;k<= q+1; k++) 
26141     undump_wd(mp->mem[k]);
26142   p=q+node_size(q);
26143   if ( (p>mp->lo_mem_max)||((q>=rlink(q))&&(rlink(q)!=mp->rover)) ) 
26144     goto OFF_BASE;
26145   q=rlink(q);
26146 } while (q!=mp->rover);
26147 for (k=p;k<=mp->lo_mem_max;k++ ) 
26148   undump_wd(mp->mem[k]);
26149 undump(mp->lo_mem_max+1,hi_mem_stat_min,mp->hi_mem_min);
26150 undump(null,mp->mem_top,mp->avail); mp->mem_end=mp->mem_top;
26151 for (k=mp->hi_mem_min;k<= mp->mem_end;k++) 
26152   undump_wd(mp->mem[k]);
26153 undump_int(mp->var_used); undump_int(mp->dyn_used)
26154
26155 @ A different scheme is used to compress the hash table, since its lower region
26156 is usually sparse. When |text(p)<>0| for |p<=hash_used|, we output three
26157 words: |p|, |hash[p]|, and |eqtb[p]|. The hash table is, of course, densely
26158 packed for |p>=hash_used|, so the remaining entries are output in~a~block.
26159
26160 @<Dump the table of equivalents and the hash table@>=
26161 dump_int(mp->hash_used); 
26162 mp->st_count=frozen_inaccessible-1-mp->hash_used;
26163 for (p=1;p<=mp->hash_used;p++) {
26164   if ( text(p)!=0 ) {
26165      dump_int(p); dump_hh(mp->hash[p]); dump_hh(mp->eqtb[p]); incr(mp->st_count);
26166   }
26167 }
26168 for (p=mp->hash_used+1;p<=(int)hash_end;p++) {
26169   dump_hh(mp->hash[p]); dump_hh(mp->eqtb[p]);
26170 }
26171 dump_int(mp->st_count);
26172 mp_print_ln(mp); mp_print_int(mp, mp->st_count); mp_print(mp, " symbolic tokens")
26173
26174 @ @<Undump the table of equivalents and the hash table@>=
26175 undump(1,frozen_inaccessible,mp->hash_used); 
26176 p=0;
26177 do {  
26178   undump(p+1,mp->hash_used,p); 
26179   undump_hh(mp->hash[p]); undump_hh(mp->eqtb[p]);
26180 } while (p!=mp->hash_used);
26181 for (p=mp->hash_used+1;p<=(int)hash_end;p++ )  { 
26182   undump_hh(mp->hash[p]); undump_hh(mp->eqtb[p]);
26183 }
26184 undump_int(mp->st_count)
26185
26186 @ We have already printed a lot of statistics, so we set |mp_tracing_stats:=0|
26187 to prevent them appearing again.
26188
26189 @<Dump a few more things and the closing check word@>=
26190 dump_int(mp->max_internal);
26191 dump_int(mp->int_ptr);
26192 for (k=1;k<= mp->int_ptr;k++ ) { 
26193   dump_int(mp->internal[k]); 
26194   dump_string(mp->int_name[k]);
26195 }
26196 dump_int(mp->start_sym); 
26197 dump_int(mp->interaction); 
26198 dump_string(mp->mem_ident);
26199 dump_int(mp->bg_loc); dump_int(mp->eg_loc); dump_int(mp->serial_no); dump_int(69073);
26200 mp->internal[mp_tracing_stats]=0
26201
26202 @ @<Undump a few more things and the closing check word@>=
26203 undump_int(x);
26204 if (x>mp->max_internal) mp_grow_internals(mp,x);
26205 undump_int(mp->int_ptr);
26206 for (k=1;k<= mp->int_ptr;k++) { 
26207   undump_int(mp->internal[k]);
26208   undump_string(mp->int_name[k]);
26209 }
26210 undump(0,frozen_inaccessible,mp->start_sym);
26211 if (mp->interaction==mp_unspecified_mode) {
26212   undump(mp_unspecified_mode,mp_error_stop_mode,mp->interaction);
26213 } else {
26214   undump(mp_unspecified_mode,mp_error_stop_mode,x);
26215 }
26216 undump_string(mp->mem_ident);
26217 undump(1,hash_end,mp->bg_loc);
26218 undump(1,hash_end,mp->eg_loc);
26219 undump_int(mp->serial_no);
26220 undump_int(x); 
26221 if ( (x!=69073)|| feof(mp->mem_file) ) goto OFF_BASE
26222
26223 @ @<Create the |mem_ident|...@>=
26224
26225   xfree(mp->mem_ident);
26226   mp->mem_ident = xmalloc(256,1);
26227   snprintf(mp->mem_ident,256," (mem=%s %i.%i.%i)", 
26228            mp->job_name,
26229            (int)(mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_year]) % 100),
26230            (int)mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_month]),
26231            (int)mp_round_unscaled(mp, mp->internal[mp_day]));
26232   mp_pack_job_name(mp, mem_extension);
26233   while (! mp_w_open_out(mp, &mp->mem_file) )
26234     mp_prompt_file_name(mp, "mem file name", mem_extension);
26235   mp_print_nl(mp, "Beginning to dump on file ");
26236 @.Beginning to dump...@>
26237   mp_print(mp, mp->name_of_file); 
26238   mp_print_nl(mp, mp->mem_ident);
26239 }
26240
26241 @ @<Dealloc variables@>=
26242 xfree(mp->mem_ident);
26243
26244 @ @<Close the mem file@>=
26245 fclose(mp->mem_file)
26246
26247 @* \[46] The main program.
26248 This is it: the part of \MP\ that executes all those procedures we have
26249 written.
26250
26251 Well---almost. We haven't put the parsing subroutines into the
26252 program yet; and we'd better leave space for a few more routines that may
26253 have been forgotten.
26254
26255 @c @<Declare the basic parsing subroutines@>;
26256 @<Declare miscellaneous procedures that were declared |forward|@>;
26257 @<Last-minute procedures@>
26258
26259 @ We've noted that there are two versions of \MP. One, called \.{INIMP},
26260 @.INIMP@>
26261 has to be run first; it initializes everything from scratch, without
26262 reading a mem file, and it has the capability of dumping a mem file.
26263 The other one is called `\.{VIRMP}'; it is a ``virgin'' program that needs
26264 @.VIRMP@>
26265 to input a mem file in order to get started. \.{VIRMP} typically has
26266 a bit more memory capacity than \.{INIMP}, because it does not need the
26267 space consumed by the dumping/undumping routines and the numerous calls on
26268 |primitive|, etc.
26269
26270 The \.{VIRMP} program cannot read a mem file instantaneously, of course;
26271 the best implementations therefore allow for production versions of \MP\ that
26272 not only avoid the loading routine for \PASCAL\ object code, they also have
26273 a mem file pre-loaded. 
26274
26275 @<Glob...@>=
26276 boolean ini_version; /* are we iniMP? */
26277
26278 @ @<Option variables@>=
26279 int ini_version; /* are we iniMP? */
26280
26281 @ @<Set |ini_version|@>=
26282 mp->ini_version = (opt->ini_version ? true : false);
26283
26284 @ Here we do whatever is needed to complete \MP's job gracefully on the
26285 local operating system. The code here might come into play after a fatal
26286 error; it must therefore consist entirely of ``safe'' operations that
26287 cannot produce error messages. For example, it would be a mistake to call
26288 |str_room| or |make_string| at this time, because a call on |overflow|
26289 might lead to an infinite loop.
26290 @^system dependencies@>
26291
26292 This program doesn't bother to close the input files that may still be open.
26293
26294 @<Last-minute...@>=
26295 void mp_close_files_and_terminate (MP mp) {
26296   integer k; /* all-purpose index */
26297   integer LH; /* the length of the \.{TFM} header, in words */
26298   int lk_offset; /* extra words inserted at beginning of |lig_kern| array */
26299   pointer p; /* runs through a list of \.{TFM} dimensions */
26300   @<Close all open files in the |rd_file| and |wr_file| arrays@>;
26301   if ( mp->internal[mp_tracing_stats]>0 )
26302     @<Output statistics about this job@>;
26303   wake_up_terminal; 
26304   @<Do all the finishing work on the \.{TFM} file@>;
26305   @<Explain what output files were written@>;
26306   if ( mp->log_opened ){ 
26307     wlog_cr;
26308     fclose(mp->log_file); mp->selector=mp->selector-2;
26309     if ( mp->selector==term_only ) {
26310       mp_print_nl(mp, "Transcript written on ");
26311 @.Transcript written...@>
26312       mp_print(mp, mp->log_name); mp_print_char(mp, '.');
26313     }
26314   }
26315   mp_print_ln(mp);
26316 }
26317
26318 @ @<Declarations@>=
26319 void mp_close_files_and_terminate (MP mp) ;
26320
26321 @ @<Close all open files in the |rd_file| and |wr_file| arrays@>=
26322 if (mp->rd_fname!=NULL) {
26323   for (k=0;k<=(int)mp->read_files-1;k++ ) {
26324     if ( mp->rd_fname[k]!=NULL ) {
26325       fclose(mp->rd_file[k]);
26326    }
26327  }
26328 }
26329 if (mp->wr_fname!=NULL) {
26330   for (k=0;k<=(int)mp->write_files-1;k++) {
26331     if ( mp->wr_fname[k]!=NULL ) {
26332      fclose(mp->wr_file[k]);
26333     }
26334   }
26335 }
26336
26337 @ @<Dealloc ...@>=
26338 for (k=0;k<(int)mp->max_read_files;k++ ) {
26339   if ( mp->rd_fname[k]!=NULL ) {
26340     fclose(mp->rd_file[k]);
26341     mp_xfree(mp->rd_fname[k]); 
26342   }
26343 }
26344 mp_xfree(mp->rd_file);
26345 mp_xfree(mp->rd_fname);
26346 for (k=0;k<(int)mp->max_write_files;k++) {
26347   if ( mp->wr_fname[k]!=NULL ) {
26348     fclose(mp->wr_file[k]);
26349     mp_xfree(mp->wr_fname[k]); 
26350   }
26351 }
26352 mp_xfree(mp->wr_file);
26353 mp_xfree(mp->wr_fname);
26354
26355
26356 @ We want to produce a \.{TFM} file if and only if |mp_fontmaking| is positive.
26357
26358 We reclaim all of the variable-size memory at this point, so that
26359 there is no chance of another memory overflow after the memory capacity
26360 has already been exceeded.
26361
26362 @<Do all the finishing work on the \.{TFM} file@>=
26363 if ( mp->internal[mp_fontmaking]>0 ) {
26364   @<Make the dynamic memory into one big available node@>;
26365   @<Massage the \.{TFM} widths@>;
26366   mp_fix_design_size(mp); mp_fix_check_sum(mp);
26367   @<Massage the \.{TFM} heights, depths, and italic corrections@>;
26368   mp->internal[mp_fontmaking]=0; /* avoid loop in case of fatal error */
26369   @<Finish the \.{TFM} file@>;
26370 }
26371
26372 @ @<Make the dynamic memory into one big available node@>=
26373 mp->rover=lo_mem_stat_max+1; link(mp->rover)=empty_flag; mp->lo_mem_max=mp->hi_mem_min-1;
26374 if ( mp->lo_mem_max-mp->rover>max_halfword ) mp->lo_mem_max=max_halfword+mp->rover;
26375 node_size(mp->rover)=mp->lo_mem_max-mp->rover; 
26376 llink(mp->rover)=mp->rover; rlink(mp->rover)=mp->rover;
26377 link(mp->lo_mem_max)=null; info(mp->lo_mem_max)=null
26378
26379 @ The present section goes directly to the log file instead of using
26380 |print| commands, because there's no need for these strings to take
26381 up |str_pool| memory when a non-{\bf stat} version of \MP\ is being used.
26382
26383 @<Output statistics...@>=
26384 if ( mp->log_opened ) { 
26385   char s[128];
26386   wlog_ln(" ");
26387   wlog_ln("Here is how much of MetaPost's memory you used:");
26388 @.Here is how much...@>
26389   snprintf(s,128," %i string%s out of %i",(int)mp->max_strs_used-mp->init_str_use,
26390           (mp->max_strs_used!=mp->init_str_use+1 ? "s" : ""),
26391           (int)(mp->max_strings-1-mp->init_str_use));
26392   wlog_ln(s);
26393   snprintf(s,128," %i string characters out of %i",
26394            (int)mp->max_pl_used-mp->init_pool_ptr,
26395            (int)mp->pool_size-mp->init_pool_ptr);
26396   wlog_ln(s);
26397   snprintf(s,128," %i words of memory out of %i",
26398            (int)mp->lo_mem_max+mp->mem_end-mp->hi_mem_min+2,
26399            (int)mp->mem_end+1);
26400   wlog_ln(s);
26401   snprintf(s,128," %i symbolic tokens out of %i", (int)mp->st_count, (int)mp->hash_size);
26402   wlog_ln(s);
26403   snprintf(s,128," %ii, %in, %ip, %ib stack positions out of %ii, %in, %ip, %ib",
26404            (int)mp->max_in_stack,(int)mp->int_ptr,
26405            (int)mp->max_param_stack,(int)mp->max_buf_stack+1,
26406            (int)mp->stack_size,(int)mp->max_internal,(int)mp->param_size,(int)mp->buf_size);
26407   wlog_ln(s);
26408   snprintf(s,128," %i string compactions (moved %i characters, %i strings)",
26409           (int)mp->pact_count,(int)mp->pact_chars,(int)mp->pact_strs);
26410   wlog_ln(s);
26411 }
26412
26413 @ We get to the |final_cleanup| routine when \&{end} or \&{dump} has
26414 been scanned.
26415
26416 @<Last-minute...@>=
26417 void mp_final_cleanup (MP mp) {
26418   small_number c; /* 0 for \&{end}, 1 for \&{dump} */
26419   c=mp->cur_mod;
26420   if ( mp->job_name==NULL ) mp_open_log_file(mp);
26421   while ( mp->input_ptr>0 ) {
26422     if ( token_state ) mp_end_token_list(mp);
26423     else  mp_end_file_reading(mp);
26424   }
26425   while ( mp->loop_ptr!=null ) mp_stop_iteration(mp);
26426   while ( mp->open_parens>0 ) { 
26427     mp_print(mp, " )"); decr(mp->open_parens);
26428   };
26429   while ( mp->cond_ptr!=null ) {
26430     mp_print_nl(mp, "(end occurred when ");
26431 @.end occurred...@>
26432     mp_print_cmd_mod(mp, fi_or_else,mp->cur_if);
26433     /* `\.{if}' or `\.{elseif}' or `\.{else}' */
26434     if ( mp->if_line!=0 ) {
26435       mp_print(mp, " on line "); mp_print_int(mp, mp->if_line);
26436     }
26437     mp_print(mp, " was incomplete)");
26438     mp->if_line=if_line_field(mp->cond_ptr);
26439     mp->cur_if=name_type(mp->cond_ptr); mp->cond_ptr=link(mp->cond_ptr);
26440   }
26441   if ( mp->history!=mp_spotless )
26442     if ( ((mp->history==mp_warning_issued)||(mp->interaction<mp_error_stop_mode)) )
26443       if ( mp->selector==term_and_log ) {
26444     mp->selector=term_only;
26445     mp_print_nl(mp, "(see the transcript file for additional information)");
26446 @.see the transcript file...@>
26447     mp->selector=term_and_log;
26448   }
26449   if ( c==1 ) {
26450     if (mp->ini_version) {
26451       mp_store_mem_file(mp); return;
26452     }
26453     mp_print_nl(mp, "(dump is performed only by INIMP)"); return;
26454 @.dump...only by INIMP@>
26455   }
26456 }
26457
26458 @ @<Declarations@>=
26459 void mp_final_cleanup (MP mp) ;
26460 void mp_init_prim (MP mp) ;
26461 void mp_init_tab (MP mp) ;
26462
26463 @ @<Last-minute...@>=
26464 void mp_init_prim (MP mp) { /* initialize all the primitives */
26465   @<Put each...@>;
26466 }
26467 @#
26468 void mp_init_tab (MP mp) { /* initialize other tables */
26469   integer k; /* all-purpose index */
26470   @<Initialize table entries (done by \.{INIMP} only)@>;
26471 }
26472
26473
26474 @ When we begin the following code, \MP's tables may still contain garbage;
26475 the strings might not even be present. Thus we must proceed cautiously to get
26476 bootstrapped in.
26477
26478 But when we finish this part of the program, \MP\ is ready to call on the
26479 |main_control| routine to do its work.
26480
26481 @<Get the first line...@>=
26482
26483   @<Initialize the input routines@>;
26484   if ( (mp->mem_ident==NULL)||(mp->buffer[loc]=='&') ) {
26485     if ( mp->mem_ident!=NULL ) {
26486       mp_do_initialize(mp); /* erase preloaded mem */
26487     }
26488     if ( ! mp_open_mem_file(mp) ) return mp_fatal_error_stop;
26489     if ( ! mp_load_mem_file(mp) ) {
26490       fclose( mp->mem_file); return mp_fatal_error_stop;
26491     }
26492     fclose( mp->mem_file);
26493     while ( (loc<limit)&&(mp->buffer[loc]==' ') ) incr(loc);
26494   }
26495   mp->buffer[limit]='%';
26496   mp_fix_date_and_time(mp);
26497   mp->sys_random_seed = (scaled)(mp->get_random_seed)(mp);
26498   mp_init_randoms(mp, mp->sys_random_seed);
26499   @<Initialize the print |selector|...@>;
26500   if ( loc<limit ) if ( mp->buffer[loc]!='\\' ) 
26501     mp_start_input(mp); /* \&{input} assumed */
26502 }
26503
26504 @ @<Run inimpost commands@>=
26505 {
26506   mp_get_strings_started(mp);
26507   mp_init_tab(mp); /* initialize the tables */
26508   mp_init_prim(mp); /* call |primitive| for each primitive */
26509   mp->init_str_use=mp->str_ptr; mp->init_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26510   mp->max_str_ptr=mp->str_ptr; mp->max_pool_ptr=mp->pool_ptr;
26511   mp_fix_date_and_time(mp);
26512 }
26513
26514
26515 @* \[47] Debugging.
26516 Once \MP\ is working, you should be able to diagnose most errors with
26517 the \.{show} commands and other diagnostic features. But for the initial
26518 stages of debugging, and for the revelation of really deep mysteries, you
26519 can compile \MP\ with a few more aids, including the \PASCAL\ runtime
26520 checks and its debugger. An additional routine called |debug_help|
26521 will also come into play when you type `\.D' after an error message;
26522 |debug_help| also occurs just before a fatal error causes \MP\ to succumb.
26523 @^debugging@>
26524 @^system dependencies@>
26525
26526 The interface to |debug_help| is primitive, but it is good enough when used
26527 with a \PASCAL\ debugger that allows you to set breakpoints and to read
26528 variables and change their values. After getting the prompt `\.{debug \#}', you
26529 type either a negative number (this exits |debug_help|), or zero (this
26530 goes to a location where you can set a breakpoint, thereby entering into
26531 dialog with the \PASCAL\ debugger), or a positive number |m| followed by
26532 an argument |n|. The meaning of |m| and |n| will be clear from the
26533 program below. (If |m=13|, there is an additional argument, |l|.)
26534 @.debug \#@>
26535
26536 @<Last-minute...@>=
26537 void mp_debug_help (MP mp) { /* routine to display various things */
26538   integer k;
26539   int l,m,n;
26540   while (1) { 
26541     wake_up_terminal;
26542     mp_print_nl(mp, "debug # (-1 to exit):"); update_terminal;
26543 @.debug \#@>
26544     m = 0;
26545     fscanf(mp->term_in,"%i",&m);
26546     if ( m<=0 )
26547       return;
26548     n = 0 ;
26549     fscanf(mp->term_in,"%i",&n);
26550     switch (m) {
26551     @<Numbered cases for |debug_help|@>;
26552     default: mp_print(mp, "?"); break;
26553     }
26554   }
26555 }
26556
26557 @ @<Numbered cases...@>=
26558 case 1: mp_print_word(mp, mp->mem[n]); /* display |mem[n]| in all forms */
26559   break;
26560 case 2: mp_print_int(mp, info(n));
26561   break;
26562 case 3: mp_print_int(mp, link(n));
26563   break;
26564 case 4: mp_print_int(mp, eq_type(n)); mp_print_char(mp, ':'); mp_print_int(mp, equiv(n));
26565   break;
26566 case 5: mp_print_variable_name(mp, n);
26567   break;
26568 case 6: mp_print_int(mp, mp->internal[n]);
26569   break;
26570 case 7: mp_do_show_dependencies(mp);
26571   break;
26572 case 9: mp_show_token_list(mp, n,null,100000,0);
26573   break;
26574 case 10: mp_print_str(mp, n);
26575   break;
26576 case 11: mp_check_mem(mp, n>0); /* check wellformedness; print new busy locations if |n>0| */
26577   break;
26578 case 12: mp_search_mem(mp, n); /* look for pointers to |n| */
26579   break;
26580 case 13: l = 0;  fscanf(mp->term_in,"%i",&l); mp_print_cmd_mod(mp, n,l); 
26581   break;
26582 case 14: for (k=0;k<=n;k++) mp_print_str(mp, mp->buffer[k]);
26583   break;
26584 case 15: mp->panicking=! mp->panicking;
26585   break;
26586
26587
26588 @ Saving the filename template
26589
26590 @<Save the filename template@>=
26591
26592   if ( mp->filename_template!=0 ) delete_str_ref(mp->filename_template);
26593   if ( length(mp->cur_exp)==0 ) mp->filename_template=0;
26594   else { 
26595     mp->filename_template=mp->cur_exp; add_str_ref(mp->filename_template);
26596   }
26597 }
26598
26599 @* \[48] System-dependent changes.
26600 This section should be replaced, if necessary, by any special
26601 modification of the program
26602 that are necessary to make \MP\ work at a particular installation.
26603 It is usually best to design your change file so that all changes to
26604 previous sections preserve the section numbering; then everybody's version
26605 will be consistent with the published program. More extensive changes,
26606 which introduce new sections, can be inserted here; then only the index
26607 itself will get a new section number.
26608 @^system dependencies@>
26609
26610 @* \[49] Index.
26611 Here is where you can find all uses of each identifier in the program,
26612 with underlined entries pointing to where the identifier was defined.
26613 If the identifier is only one letter long, however, you get to see only
26614 the underlined entries. {\sl All references are to section numbers instead of
26615 page numbers.}
26616
26617 This index also lists error messages and other aspects of the program
26618 that you might want to look up some day. For example, the entry
26619 for ``system dependencies'' lists all sections that should receive
26620 special attention from people who are installing \MP\ in a new
26621 operating environment. A list of various things that can't happen appears
26622 under ``this can't happen''.
26623 Approximately 25 sections are listed under ``inner loop''; these account
26624 for more than 60\pct! of \MP's running time, exclusive of input and output.